浑河上游水源涵养林的林分结构与功能研究

马秀艳

(宽甸满族自治县宽甸镇林业工作站,辽宁丹东118200)

浑河上游水源涵养林的林分结构与功能研究

马秀艳

(宽甸满族自治县宽甸镇林业工作站,辽宁丹东118200)

以浑河上游水源涵养林为研究对象,通过对4种典型林分类型的树种组成、枯落物持水特性和土壤持水特性进行的研究,结果表明:各类型林分的树种组成复杂程度顺序为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林＞辽东栎+五角枫天然林＞人工日本落叶松纯林,阔叶混交林和针阔混交林树种结构稳定性更强;不同林分类型枯落物和土壤最大持水量的大小顺序为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(4 003.38 t hm-2)＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(3 838.54 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(3 444.15 t hm-2)＞人工日本落叶松纯林(3 208.85 t hm-2)。

水源涵养林;浑河上游;林分结构;枯落物持水特性;土壤持水特性

浑河上游位于辽宁省东部抚顺市境内,是浑河及其主要支流的发源地和集水区,也是沈阳等辽宁中部城市群重要的水源涵养林基地[1]。1988年,辽宁省将该区划定为水源涵养用材林区,其地位得到进一步重视。水源涵养林的林分结构决定其涵养水源、保持水土和改善水质等主导功能的发挥[2]。林分的直径结构、树种组成和林木间的空间位置与林分的结构和功能有着很大的关系[3]。合理的林分结构是充分发挥森林多种功能的基础[4]。因此,加强浑河上游水源涵养林的林分结构研究对于该区营林生产和科学决策都具有重要意义。

1 研究地概况

试验地选在浑河上游地区清原县甘井子林场。该区属于温带季风气候区,冬季漫长寒冷,夏季炎热多雨,春季多风,昼夜温差较大,四季分明。年平均气温在4～7℃,年极端最高气温为38.5℃,年极端最低气温为-41.5℃。≥5℃积温为3 005.7～3 203.6℃,≥10℃积温为2 498.4～2 877.3℃,全年无霜期为120～160d。年降水量714.2～1 025.3 mm,雨季多集中在7—8月,日降水最大为218.5 mm,年蒸发量为925～1 284.1 mm。该区系长白山脉龙岗支脉,海拔在400～800 m,地貌基本轮廓为低山丘陵,有“七山二水一分田”之称。土壤以暗棕色森林土为主,土层厚度10～100 cm。浑河发源于清原满族自治县的湾甸子乡滚马岭,浑河上游干流总长205 km,流域面积7 311 km2,占抚顺市总面积64.9%,包括浑河、社河和苏子河三条主要支流。植被属长白山植物区系,地带性植物群落为以红松为主的针阔混交林,森林植被以天然次生落叶林和人工针叶林为主,其中天然次生林约占84%,主要林型有蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄波罗(Phellodendron amurense)、花曲柳(Fraxinus rhynchophylla)等组成的硬阔叶林,桦木(Betula spp.)等组成的软阔叶林,槭类(Acer spp.)等组成的杂木林,长白落叶松(Larix olgensis)、红松(Pinus koraiensis)、油松(Pinus tabulaeformis)组成的人工针叶林[1]。

2 研究方法

2.1 标准地设置

在试验区内选择4种典型林分类型,分别设立标准地。每个标准地面积为20 m×20 m。标准地概况见表1。

表1 不同林分类型的标准地概况

2.2 标准地调查法

在充分踏查的基础上选定标准地。调查指标有:树种组成、郁闭度、林分年龄、平均胸径、平均树高。不同标准地的林下枯落物采集,每个标准地沿对角线均匀分布设置30 cm×30 cm的3个样方,采集枯落物,3次重复,并测定郁闭度、枯落物厚度。不同标准地的土壤样品采集同样沿对角线均匀分布设置3个取土剖面,采集200 cm3环刀、铝盒土样,3次重复。

2.3 测定方法

在试验室里,采用烘干称量法测定枯落物的干质量。采用室内浸泡法测定枯落物持水特性,用浸泡24 h质量换算最大持水量。同样,采用烘干称量法,测定土壤含水率。采用环刀法测定土壤含水率、土壤容重、最大持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度等指标,计算土壤最大持水量。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型的树种组成

表2 不同林分类型的林木结构特征

由表2可以看出:冷杉+白桦+五角枫针阔混交林的树种组成为6冷3桦1枫,冷杉为优势树种,白桦为伴生树种,林分密度为1 625株hm-2,林龄为29 a,是以白桦为先锋树种的群落类型,逐渐演化成以冷桦为优势树种的针阔混交林(该林分有极少五角枫幼树)。核桃楸+花曲柳+五角枫混交林的树种组成为5楸4花1枫,核桃楸和花曲柳为优势树种,五角枫为伴生树种,林分密度826株hm-2,林龄33 a,逐渐演化成核桃楸和花曲柳为优势树种的阔叶混交林。人工日本落叶松纯林的林分密度1 065株hm-2,林龄21 a,日本落叶松为绝对优势种,营林生产中应及时抚育间伐,注意土壤板结和地力衰退等问题。辽东栎、五角枫天然林的树种组成为9栎1枫,林分密度为677株hm-2,林龄43 a,伴生树种分布极少。

从树种组成的复杂程度上看,核桃楸+花曲柳+五角枫混交林＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林＞辽东栎五角枫天然林＞人工日本落叶松纯林。阔叶混交林的动植物物种丰富度明显高于其他林分类型,表现更稳定,冷杉白桦针阔混交林次之,人工落叶松纯林最差。

3.2 不同林分类型枯落物的持水特性与功能

枯落物蓄积量与林龄、林分组成、气候条件、输入量、分解速度、枯落物厚度和性质有关[1]。结果表明(表3),不同林分类型枯落物厚度大小依次为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(7 cm)＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(5 cm)＞辽东栎+五角枫天然林(4.5 cm)＞人工日本落叶松纯林(4 cm),但是阔叶林枯落物叶片较大,空隙亦较大,厚度相对较厚。

不同林分类型的枯落物蓄积量大小依次为人工日本落叶松纯林(25.63 t hm-2)＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(23.17 t hm-2)＞核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(16.28 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(11.59 t hm-2),针叶树枯落物含有油脂,分解速率明显低于阔叶树枯落物,故蓄积量最大。

枯落物持水量反映了林分枯落物的涵养水源能力,是评价水源林水源涵养功能的一个重要指标。不同林分类型枯落物最大持水量大小依次为冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(73.26 t hm-2)＞人工日本落叶松纯林(63.28 t hm-2)＞核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(60.17 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(48.53 t hm-2)。研究表明,4种林分类型中冷杉白桦五角枫混交林枯落物具有较强的涵养水源能力,针叶和阔叶纯林应人工诱导形成针阔混交林结构,增强其水源涵养功能。

表3 不同林分类型枯落物的持水特性

3.3 不同林分类型土壤的持水特性与功能

土壤容重是反映土壤紧实度和土壤质量的重要指标。结果表明(表4),不同林分类型的土壤容重为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(0.87 g cm-3)＜冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(0.93 g cm-3)＜辽东栎+五角枫天然林(1.16 g cm-3)＞人工日本落叶松纯林(1.28 g cm-3),核桃楸+花曲柳+五角枫混交林土壤容重最好。

孔隙度是土壤持水性能的重要度量值。当总孔隙度一定时,非毛管孔隙度所占比重越大,土壤透水性能越高,涵养水源功能越强,土壤的涵养水源功能,应考虑土壤总孔隙度及非毛管孔隙度的实际高低,以土壤最大持水量为主进行综合评价[2]。从表4可以得出,不同林分类型土壤最大持水量大小依次为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(3 943.21 t hm-2)＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(3 765.28 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(3 395.62 t hm-2)＞人工日本落叶松纯林(3 145.57 t hm-2)。

表4 不同林分类型土壤的持水特性

4 结论与讨论

树种组成复杂程度,核桃楸+花曲柳+五角枫混交林＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林＞辽东栎+五角枫天然林＞人工日本落叶松纯林,阔叶混交林和针阔混交林树种结构更合理,生态稳定性更强。

不同林分类型枯落物最大持水量大小依次为冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(73.26 t hm-2)＞人工日本落叶松纯林(63.28 t hm-2)＞核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(60.17 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(48.53 t hm-2)。

不同林分类型土壤最大持水量大小依次为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(3 943.21 t hm-2)＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(3 765.28 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(3 395.62 t hm-2)＞人工日本落叶松纯林(3 145.57 t hm-2)。

不同林分类型枯落物和土壤最大持水量的大小顺序为核桃楸+花曲柳+五角枫混交林(4 003.38 t hm-2)＞冷杉+白桦+五角枫针阔混交林(3 838.54 t hm-2)＞辽东栎+五角枫天然林(3 444.15 t hm-2)＞人工日本落叶松纯林(3 208.85 t hm-2)。

从涵养水源的角度出发,建议在浑河上游水源涵养林的林分结构优化的生产实际中,结合该地区水源涵养用材林区的要求,采取人工诱导形成针阔混交的树种结构,制定科学、合理的营林措施和经营对策。

[1]韩友志,邢兆凯,顾宇书,等.浑河上游白桦冷杉等9种林分枯落物储量及持水特性[J].东北林业大学学报,2011(11):15-18

[2]李金良,郑小贤,陆元昌.六盘山水源涵养林林分结构优化调整研究[J].林业资源管理,2012(5):31-38

[3]张建国,段爱国,童书振.林分直径结构模拟与预测研究概述[J].林业科学研究,2004,17(6):787-795

[4]龚直文,亢新刚,顾丽,等.天然林林分结构研究方法综述[J].浙江林学院学报,2009,26(3):434-443

Stand Structure and Function of Water Conservation Forest in Upper Reaches of Hunhe River

Ma Xiuyan
(Forestry Work Station of Kuandian Town,Kuandian Manchu Autonomous County,Dandong 118200,China)

Taking water conservation forest in upstream Hun River as the research object,tree species composition, water-holding characteristics of litter and water retention characteristics of soil of four typical types for stand were studied.Result shows that:the complexity of the species composition,mixed forest of Juglans mandshurica+ Fraxinus rhynchophylla+Acer mono＞coniferous and broadleaved mixed forest of Abies fabric+Betula platyphylla+Acer mono＞natural forest of Quercus wutaishansea+Acer mono＞artificial pure forest of Larix kaempferi.Stability of tree structure of broadleaved mixed forest and coniferous and broad-leaved mixed forest are greater.The descending order of litter and soil water holding capacity is the different types of stand mixed forest of Juglans mandshurica+Fraxinus rhynchophylla+Acer mono(4 003.38 t hm-2)＞mixed forest of Abies fabric+ Betula platyphylla+Acer mono(3 838.54 t hm-2)＞natural forest of Quercus wutaishansea+Acer mono (3 444.15 t hm-2)＞artificial pure forest of Larix kaempferi(3 208.85 t hm-2).

water conservation forest;upstream Hun River;stand structure;water-holding characteristics of litter; soil water retention characteristics

S759.6

:A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.004

1005-5215(2015)11-0010-03

2015-08-07

国家林业公益性行业科研专项(200904064)

马秀艳(1967-),女,大学,工程师,从事农林工程专业工作.