闽粤栲人促林的土壤肥力与涵养水源功能

洪宜聪，乐兴钊

(福建沙县林业局，福建 沙县 365500)

闽粤栲人促林的土壤肥力与涵养水源功能

洪宜聪，乐兴钊

(福建沙县林业局，福建 沙县 365500)

为探讨闽粤栲人工促进天然更新林分的土壤肥力与涵养水源功能，以闽粤栲人工林和闽粤栲天然林为对照，对闽粤栲人促林土壤的理化性质和林分的地上部分与土壤层的固土保水能力进行分析。结果表明：采用人工促进天然更新措施的闽粤栲林分(人促林)的土壤结构、养分状况均得到改善；地上部分总持水能力，人促林与天然林分间差异极显著、与人工林间差异显著；各林分土壤各土层毛管持水量、田间持水量、最大持水量之间均差异显著，各林分的总持水量、初渗速度、稳渗速度大小为：人工林>人促林>天然林，表明闽粤栲人促林土壤具有良好的渗透性能和涵蓄水分的功能；各林分的地表径流系数、不同的降雨量对林分土壤的侵蚀量大小均为：人工林>人促林>天然林，表明与人工林相比闽粤栲人促林具有较强的固土功能。人工促进天然更新技术可应用于闽粤栲采伐迹地造林。

闽粤栲；人工促进天然更新；凋落物；土壤肥力；水源涵养

1 研究区概况

试验区位于福建省沙县(东经117°32′—118°6′、北纬26°6′—26°46′)北部距县城25 km的高桥镇泉水峡村、上坑村、桂岩村。该镇林业用地17866.6 hm2，自然资源丰富，森林覆盖率占83.3%。试验区地处海拔560～610 m低山林地，属亚热带季风气候，年均气温19.6 ℃，年均降水量1840 mm，年相对湿度为82%，年霜期75～86 d，林地为Ⅱ类地。试验区林分为闽粤栲用材林，面积146.3 hm2，主要伴生树种为杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)、木荷(Schimasuperba)、苦槠(Castanopsissclerophylla)、福建青冈(Cyclobalanopsischungii)。林下主要植被为乌蕨(Stenolomachusanum)、狗脊(Woodwardiajaponica)、阔叶箬竹(Indocalamuslatifolius)、野胡椒(Maesajaponica)、翠云草(Selaginellauncinata)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、紫萼(Hostaventricosa)等[2]。试验地2016年调查详情见表1。

表1 各试验地闽粤栲林分本底情况

2 材料与方法

2.1 试验区林分设计

于2002年，在以闽粤栲为主的成熟常绿阔叶林的采伐迹地上建立试验地，采取人工促进天然更新技术营造闽粤栲人工促进天然更新试验林(以下简称：人促林)。主要措施为：在采伐时，适当保留生长健壮、无病虫害的成熟林木作为母树，伐后不炼山，将伐区剩余物及杂灌草，沿等高线以3 m等距集中耙带堆积，带内轻耕后封山育林。4 a后进行劈草清杂，除萌复壮，清除难以成材的林木、多株木、病虫木等，培育以闽粤栲为优势树种的次生阔叶林。

同时，在附近同样的采伐迹地上建立闽粤栲天然次生试验林(以下简称：天然林)，主要措施为：在采伐时，适当保留生长健壮、无病虫害的成熟林木作为母树，不采取人工干预，让林分保持原有萌生林状态，任其自然生长，不进行抚育管理。

同年，在同样以闽粤栲为主的采伐迹地上营造闽粤栲人工试验林(以下简称：人工林)，皆伐后炼山，块状整地、挖穴后，于2003年春采用闽粤栲实生苗造林[3]，初植密度为2400株·hm-2，造林后前3 a进行除草抚育，每年2次。

2.2 试验材料

SNCR脱硝系统效率主要与还原剂喷射区间温度、喷枪的布置与雾化效果以及在反应区域的停留时间等因素有关。

PTTR-24土壤干燥箱(常州普天仪器制造有限公司生产)；100/200环刀(杭州汇尔仪器设备有限公司生产)；TPF-100型土壤团粒结构分析仪(浙江托普仪器有限公司)；TST-55型土壤渗透仪(南京土壤仪器厂有限公司公路仪器分公司生产)；PHS-3型精密数字式pH计(上海精科实业有限公司生产)；FA1004B电子分析天平(上海平轩科学仪器有限公司)；228防水系列电子秤(上海高致精密仪器有限公司)；铝盒、取土器(杭州汇尔仪器设备有限公司生产)。

2.3 试验方法

2.3.1 林分树冠层生物量和持水量测定 2016年10月在各试验区林分内，按对比试验设计，各设置3个20 m×20 m的标准地，在标准地中开展每木调查，选取样树，样树的胸径、树高与林分的平均胸径、平均树高相近，要求±误差≤5%，采用Monsi分层切割法，分段称量，测定样树的枝、干、叶鲜重，按随机方法分别抽取20%、30%的样品。将抽取30%的样品烘干测定其干重并计算含水量；将抽取20%的样品，浸水24 h，测定其持水率，根据相应林分生物量鲜重计算出持水量。

2.3.2 林分植被层生物量和凋落物的现存量及其持水量测定 2016年10月于各标准地内，分别按“S”路线设置1 m×1 m小样方5个，采用样方收获法调查其植被的种类、数量，测定其鲜重。调查样方内凋落物现存量，测定其半分解(F)、未分解(L)、腐殖质(H)的重量并计算现存量。按随机方法分别抽取样方内植被和凋落物20%、30%的样品各1份，将抽取30%的植被样品和凋落物样品烘干称重；将抽取20%的植被样品和凋落物样品浸水24 h，测定其持水率，根据相应林分生物量鲜重计算出持水量[4]。

2.3.3 林分土壤物理、化学性质测定 于2002年10月和2016年10月在各样地中设置的5个小样方内，在两树间正下方挖掘土壤剖面，用环刀及饭盒，分别取0～20 cm和20～40cm土层土壤为土样，重复3次，在室内分析测定其物理性质，取部分各处理的原状土样品分别按相应层次混合，分析测定其化学性质。

土壤的含水量测定采用烘干法，土壤的孔隙度测定采用环刀法，用土壤团聚体分析仪测定土壤团粒结构。土壤的有机质测定采用重铬酸钾硫酸法，土壤的全N测定采用硒粉硫酸铜硫酸钾催化法，土壤的全P测定采用高氯酸消化钼锑抗比色法，土壤的水解N测定采用扩散吸收法，土壤的速效P测定采用盐酸氟化铵浸提钼锑抗比色法，土壤的速效K测定采用火焰光度法，用PHS-3pH计测定土壤的pH值[5-6]。

2.3.4 林分土壤的渗透和抗侵蚀能力测定 2016年5月于标准地中，按10 m×10 m设立径流区，观测不同降雨量时地表径流量以及降雨时土壤的侵蚀情况，测定集水池水样，计算侵蚀量。用土壤渗透仪测定土壤的渗透速率。

3 结果与分析

3.1 林冠层的生物量与持水能力

林冠层枝叶生物量、叶面积指数、枝叶持水率决定林冠层持水性能[7]。各种闽粤栲林分的生物量见表2，地上部分持水量见表3。从表2、表3可知，人促林林冠层生物量为175.96 t·hm-2、持水量为23.027 t·hm-2，分别比人工林低11.7%、9.46%，比天然林高19.4%、27.47%。经方差分析，人促林林冠层生物量和持水能力与天然林、人工林之间均有显著差异(表3、表4)，表明3种闽粤栲林分的林冠层对降水的阻滞吸持能力均不同，各林分林冠层的持水量大小为：人工林>人促林>天然林。

表2 各种闽粤栲林分的生物量 t·hm-2

*：F为凋落物的腐殖质层；H为凋落物的半分解层；L为凋落物的枯枝落叶层。

表3 各林分的地上部分持水量 t·hm-2

*：同列不同大写字母为差异极显著；不同小写字母为差异显著。下同。

表4 闽粤栲人工促进天然更新林分与其它林分地上部差异性分析(P值)

*：*为P<0.05水平上差异显著；**为P<0.01水平上差异极显著。下同。

3.2 植被层的生物量与持水能力

不同的林分结构导致林下植被的种类及数量有差异，因此其植被层表现出持水性能有较大的差异，植被层的生物量和持水率决定植被层持水能力。人工林郁闭度较大，林分内相对较荫湿，林下植被主要是地菍(Melastomadodecandrum)、芒萁、铁线蕨(Adiantumcapillus-veneris)、野桂花(Osmanthusyunnanensis)、地杨梅(Luzulacampestris)、刚竹(Phyllostachyssulphurea)等，植被层生物量为3.79 t·hm-2。人促林林下植被主要有杜鹃(Rhododendronsimsii)、地菍、芒萁、刚竹、狗脊、紫萼等，植被层生物量为4.65 t·hm-2。天然林郁闭度小，林地上杂灌和杂草丛生，植被主要是杜鹃、荆条(Vitexnegundo)、黄芦木(Berberisamurensis)、乌蕨、野胡椒、狗脊、紫萼、翠云草、阔叶箬竹等，植被层生物量为5.36 t·hm-2。各林分植被层生物量是：天然林>人促林>人工林。由表3可知，人促林植被层持水量为2.685 t·hm-2，各林分植被层的持水量为：天然林>人促林>人工林。从表3、表4可知，人促林植被层生物量及持水能力与人工林、天然林之间差异均显著。表明天然林林下植被种类较多、生物量较大，具有较高的持水率。人工林和人促林林下植被在人为因素和自然因素的综合影响下[8]，种类相对单一、生物量较小，从而使植被层的持水能力产生较大差异，持水量较低，持水能力较差。

3.3 枯枝落叶层的现存量与持水能力

枯枝落叶层的持水能力与凋落物的组成、数量及分解速度有关，是森林涵养水源中的重要环节[9-10]。从表3可知，人促林枯枝落叶层持水量为14.983 t·hm-2，是天然林的1.66倍，其凋落物现存量为59.71 t·hm-2，各林分枯枝落叶层持水量大小为：人工林>人促林>天然林。人促林枯枝落叶层现存量及持水能力与人工林之间差异不显著，与天然林之间凋落物现存量存在极显著差异，持水能力存在显著差异(表3、表4)，表明闽粤栲人促林、人工林林分枯枝落叶量多且分解速度快，分解产生的腐殖质使土壤结构得到改善，土壤保水能力得到增强，林分持水能力显著提升；而天然林枯枝落叶量较少，林分枯枝落叶层持水能力较差。

3.4 林分土壤层的持水能力

林分土壤层的持水能力取决于土壤物理性质，表现在渗透能力和静态调蓄能力。各林分土壤层的物理性质见表5、表6。从表5、表6可知，采取人促措施后，土壤各土层的物理性质各参数均好于人促措施前(即采伐迹地)，各林分的0～20、20～40 cm土层中>0.25 mm的水稳定性团聚体数量大小为：人工林>人促林>天然林>采伐迹地；各林分0～20 cm土层非毛管孔隙大小是：人工林>人促林>天然林>采伐迹地；0～20 cm土层容重大小是：采伐迹地>天然林>人促林>人工林。人促林与人工林各土层的最大持水量、田间持水量均显著高于天然林和采伐迹地。表明人促林、人工林中每年大量的凋落物回归林地，土壤有机质含量进一步增加，土壤得到改良，结构趋于合理，贮水能力增强，根系分布空间扩大，土壤的根系总量增多，表土层根系大量分布网结土壤，林分对降水截持能力增强[11]。天然林由于回归林地的凋落物少且不易分解，土壤结构较差，贮水能力弱，林分对降水截持能力弱。人促林土壤各土层毛管持水量、田间持水量、最大持水量与人工林、天然林、采伐迹地之间均差异显著(表7)。

表5 各种林分的0～20 cm土层土壤物理性质

3.5 林地土壤渗透与地表抗冲刷能力

渗透速度是土壤的持水性能重要特征，它与土壤容重、孔隙度、水稳定性团聚体、毛管数量等相关。林地土壤渗透性优劣决定了林分涵养水源性能，土壤的胶结、垒结关系到土粒间的连接方式和空间数量，从而使土壤的孔隙状况发生变化，进而影响土壤入渗性能和引发地表径流的差异。各种林分的土壤渗透性能和土壤侵蚀量见表8。从表8可知，各林分渗透速度大小是：人工林>人促林>天然林；与天然林相比，人工林、人促林初渗速度分别增长43.5%、21.5%，稳渗速度分别增长48.5%、30.7%。各林分地表径流系数大小是：人工林>人促林>天然林。2015年观测6次不同降雨量级对各林分的侵蚀量大小是：人工林>人促林>天然林。土壤侵蚀程度随着降雨量级增强而增大，3种林分土壤侵蚀程度的差异也随着降雨量级增强而加大。人促林除了在降雨量22 mm时的土壤侵蚀量与人工林差异不显著外，人促林土壤渗透性能和土壤侵蚀量与人工纯林、天然林之间均差异显著(表9)。表明：与人工林比，人促林具有层次结构多，生物多样性高，枯枝落叶量大，土壤结构趋于合理，土壤肥力好，土壤入渗能力强，雨水被林冠层、地被物层、凋落物层截留，削弱了雨水对林地土壤的冲刷，地表径流减少，固土保水能力佳。

表6 各种林分的20～40 cm土层土壤物理性质

3.6 林地土壤抗侵蚀性能

土壤水稳定性团聚体和土壤结构破坏率是决定土壤抗侵蚀能力的指标。各种林分土壤物理性质见表5、表6。从表5可知，与人工林相比，天然林、人促林0～20 cm土层中大于0.25 mm的水稳定性团聚体数量分别增加10.7%、6.1%，从表6可知，与人工林相比，天然林、人促林20～40 cm土层中>0.25 mm的水稳定性团聚体数量分别增加10.6%、3.5%。天然林、人促林土壤抗侵蚀能力比人工林有显著提高。各林分固土能力大小为：天然林>人促林>人工林。

表7 闽粤栲人工促进天然更新林分与其它林分土壤物理性质差异性分析(P值)

表8 各种林分的土壤渗透性能和土壤侵蚀量

表9 闽粤栲人工促进天然更新林分与其它林分土壤渗透性能及侵蚀量差异性分析(P值)

3.7 林分水源涵养功能

林分总持水量由林冠层、植被层、枯枝落叶层、土壤层等持水量组成。林分总持水量标志林分涵蓄水分的能力。从表10可知：林分各层持水能力大小是：土壤层>枯枝落叶层>林冠层>植被层。人促林土壤0～40 cm土层贮水量为2978.157 t·hm-2。各林分土壤层持水量均为总持水量的98%以上，表明林分土壤层在森林涵养水源中起主导作用。人促林总持水量与人工林(P=0.0357)、天然林(P=0.0021)相互间差异均极显著，各林分总持水量大小是：人工林>人促林>天然林。表明：与天然林相比，人促林林分结构合理，具有较强的水源涵养功能。

表10 各种林分的持水量 t·hm-2

3.8 土壤化学性质与土壤肥力

各种林分土壤养分状况见表11。从表11可知，与采伐迹地相比，人促林林地0～20 cm土层土壤各项养分指标均有不同程度的提高，其中有机质、全N、全P分别比采伐迹地提高31.3%、27.0%、9.7%，土壤速效养分也有不同程度增加，0～20 cm土层土壤水解性N、速效P、速效K分别比采伐迹地提高11.8%、21.2%、13.3%；20～40 cm土层土壤的各项养分指标亦有不同程度提高。人促林0～20、20～40 cm土层土壤的pH值均高于采伐迹地。与天然林相比也有相同趋势，只是幅度小些。表明采取人工促进天然更新技术后闽粤栲林地养分状况得到改善，有利于提高林地土壤的肥力。

表11 各种闽粤栲林分土壤养分状况

4 结论与讨论

不同的树种生物学差异构成森林群落结构的差异，对降水的截持能力亦不同。这种差别是评价不同森林类型水源涵养功能的一个重要数量特征，也是区域内生态环境评价与维护的重要依据[12-13]。不同的林分结构具有不同的水源涵养功能。

试验结果表明：在闽粤栲采伐迹地上，采取人工促进天然更新技术营建的林分，其叶面积指数增加，林木生长量增大，植被生长良好，生物量增大，根系发达，根系分布空间增大，枯枝落叶量大，其分解产生腐殖质能维护和改良土壤结构，提高土壤肥力、土壤渗透能力，土壤容重变小，孔隙度增大，有机胶结物增多。林冠层、植被层、枯枝落叶层、土壤层等对降水进行截持和重新分配，人促林总持水量为3021.799 t·hm-2，高于天然林，这主要在于人工促进天然更新的经营措施改善了林分状况，提高了土壤的物理、化学性质，对环境破坏相对较小，增强了林分生物多样性，林分保水固土的能力得到提高[14-16]。

试验结果各林分土壤层持水量占林分总持水量的98%以上，表明土壤层是森林涵养水源的主力军，森林涵养水源的前提条件是维护好森林的土壤层。枯枝落叶层的持水量在森林涵养水源方面起重要作用，采用人工促进天然更新措施培育闽粤栲林分，对土壤、植被破坏性较小，能较完整地保存林地原有特征；闽粤栲天然更新比较容易，天然更新林分的质量较好，树种全面。因此充分利用这一自然优势，辅以适当的人工措施，如合理补植、科学抚育等，用自然和人工相结合，达到更好营造亚热带常绿阔叶林的更新目的。

人工促进天然更新是采伐迹地更新的重要方式之一，具有营林投资成本低、生长快、树种多、种质基因破坏少、适应性强、成活率高、见效快、效益高等优点，有利于保护生态环境，维持较高的林分生产力，对促进天然林更新，培育后续森林资源有重要的指导意义，有很显著的经济、生态和社会效益，是一种生态省力型可持续经营模式，条件适宜的地区可推广。

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CastanopsisfissaPromoting Forest Soil Fertility and Water Conservation Functions

HONG Yicong，LE Xingzhao

(ForestryBureauofShaxianCounty，Shaxian365500，Fujian，China)

In order to understand the natural regeneration technology to promote the application of artificial forest ofCastanopsisfissacreate the effect ofC.fissaartificially promoted natural regeneration of the forests soil fertility and water conservation function，with natural forest ofC.fissaplantation andC.fissawere analyzed byC.fissaforest soil physical and chemical properties and stand on the part of the soil layer and soil water retention capacity，the results show that the forest natural regeneration measures the soil structure and nutrient status were improved，promoting forest ofC.fissacan better soil fertility； promoting forest ofC.fissaon the part of total water holding capacity and natural forest ofC.fissahave significant differences，and differences betweenC.fissaplantation significantly.Each stand by the soil capillary capacity，field capacity，maximum water holding capacity were significantly different.Each stand the total water，initial infiltration rate，the steady infiltration rate is：C.fissaplantation forest>C.fissapromoting natural forest>C.fissanatural forest，showed thatC.fissapromoting forest soil has good permeability and water conservation function.The erosion of surface runoff coefficient of the forest and forest soil of different rainfall is：C.fissa，C.fissamanual acceleratingrenewed forest andC.fissanatural forest，C.fissaplantations showed thatC.fissapromoting forest has the strong function of soil，can be used inC.fissadeforested afforestation artificial regeneration.

Castanopsisfissa；artificial promotion of natural regeneration；litter；soil fertility；water conservation

2016-11-01；

2016-12-30

福建省地方标准项目(闽质监标[2015]94号)；三明市林业科技研究项目(明财(农)指[2015]54号)；福建省标准化专项资金(闽粤栲栽培技术规范，闽财建指[2016]75号)

洪宜聪(1966—)，男，福建南安人，福建沙县林业局高级工程师，从事森林培育与环境研究。E-mail：honghyc_886sina.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.02.009

S754.5；S714

A

1002-7351(2017)02-0051-07