杉木与米老排等阔叶树混交林的水源涵养功能

吴擢溪，陈礼光，吴擢城，吴淑平，陈 鸿，张宏梓

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012； 2.福建农林大学，福建 福州 350002； 3.尤溪县林业局，福建 尤溪 365100)

杉木与米老排等阔叶树混交林的水源涵养功能

吴擢溪1，陈礼光2，吴擢城3，吴淑平3，陈 鸿3，张宏梓3

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012； 2.福建农林大学，福建 福州 350002； 3.尤溪县林业局，福建 尤溪 365100)

对福建省尤溪县西城镇玉池至音头村之间公路沿线一重山营造的杉木分别与米老排、木荷、火力楠、闽粤栲行间混交林分水源涵养能力进行研究。结果表明：各林分地上部分持水量主要集中在林冠层，占林分地上部分持水量的71.2%～85.7%；林分总持水量主要集中在土壤层，0～40 cm土层持水量占林分总持水量的99%以上。依据林分总贮水量的大小，4种类型林分的水源涵养功能大小依次为杉木-闽粤栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠。

杉木；阔叶树；混交林；水源涵养；公路沿线一重山

森林水源涵养功能是指森林生态系统对降水的拦截和滞蓄作用，是森林流域各个组成部分共向作用的结果[1]。森林对水文过程的调节机制实际上就是森林林冠层、地被层和土壤层通过对降水的多次再分配来实现径流过程和径流成分比例的改变[2]。不同森林类型由于其树种生物学特性与林分结构的不同，其林分的水源涵养效应存在一定的差异[3]。

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方重要造林树种之一[4]，因其较短的收获期与较高的收益率历来为林农所喜爱，特别在交通便利的公路沿线一重山更是林农营造杉木林地之首选。但营造杉木纯林的缺点也显而易见[5]。许多研究表明杉阔混交能提高林分水源涵养功能[6]。米老排(MytilarialaosensisLecomte)、木荷(SchimasuperbaCardn.et.Champ)、火力楠(MicheliamacclureiDandy) 、闽粤栲(Castanopsisfissa)等是福建省常见的造林树种，其根系发达，固土力强，枝叶繁茂，落叶量大，是营造水源涵养林的优良树种，同时也是杉木良好的混交树种[7]。鉴此，本文对杉木与上述4个阔叶树种在公路沿线一重山上营造的混交林分进行研究，探讨不同混交模式的水源涵养功能，进行水源涵养功能综合评价，以期为公路沿线一重山营造杉阔混交林而进行阔叶树种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1试验地概况

试验地设置在福建省尤溪县西城镇玉池至音头村之间公路沿线一重山上[8]，北纬26°05′—26°21′、东经117°57′—118°10′，海拔300～450 m，坡度 26°。属亚热带季风气候，年均气温18.9 ℃，年均降水量1809 mm，年均相对湿度83%左右，年日照时间1765 h，年无霜期296 d。土壤为山地红壤，Ⅱ类立地。林下植被主要有铁线蕨(Adiantumcapillus) 、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、五节芒(Miscanthusfloridulu(Labnll.)Marb)、箬竹(Indocalamustessellatus(Munro) Keng f.)等，前茬为杉木人工林。2001年春采用杉木与火力楠、米老排、闽粤栲、木荷分别以3行杉木与2行阔叶树的方法进行行间混交造林，造林密度2500 株·hm-2，4种混交模式随机种植在20 m×20 m标准地内，重复3 次，共营造12块标准地。造林后1～3 a每年全面锄草2次，4～5 a每年全面劈草1次，其他经营措施为生产常规措施。2012年8月对标准地的树木进行每木检测，测定树高、胸径和保留株数，各林分生长状况见表1。

1.2研究方法

1.2.1 生物量测定 乔木层群落生物量采用间接收获法即平均标准木法测定[9]，粗根(直径>2 mm)和根桩采用壕沟全挖法[10]，细根(直径<2 mm)采用土柱法测定[10]，用“样方直接收获法”测定下木和草本层、枯枝落叶层生物量[9]。

1.2.2 土壤样品采集[11]分别在参试树种混交林标准地内，按“S”形随机布点(3点)，于混交树种之间正下方挖掘土壤剖面，用环刀采集0～20、20～40 cm土层原状土样供土壤物理性质测定。

表1 调查林分生长状况

1.2.3 水源涵养功能测定 用“浸水法”测定各林分林冠层、下木和草本层、枯枝落叶层持水量[9，12]。土壤持水量、土壤渗透能力、土壤排水能力、土壤贮水量采用环刀法测定[13]，计算土壤饱和蓄水量和土壤非毛管蓄水量[14]作为土壤蓄水性能指标：mt=10000Pth，m0=10000Poh，mc=10000Pch，式中：mt为土壤饱和蓄水量(t·hm-2)；m0为土壤非毛管蓄水量(t·hm-2)；mc为土壤毛管蓄水量(t·hm-2)；Pt为土壤总孔隙度(%)；Po为土壤非毛管孔隙度(%)；Pc为土壤毛管孔隙度(%)；h为土层厚度(m)。

2 结果与分析

2.1不同混交模式土壤贮水性能

森林土壤是水分贮蓄的主要场所，其持水量是反映森林水源涵养能力的最重要指标之一[6]，不同混交模式土壤物理性质及贮水性能见表2。

2.1.1 不同林分土壤容重、孔隙度比较 土壤容重和孔隙度是表达土壤物理性状的重要参数，土壤容重作为表示土壤松紧程度的指标，与土壤孔隙状况紧密相关，土壤孔隙是容纳水分和空气的空间，是土壤中物质和能量贮存和交换的场所，是众多土壤动物和微生物活动的地方，也是植物根系伸展并从土壤中获取水分和养料的介质[15]。从表2可知，4种林分类型土壤容重的总体差异不大，具体表现为杉木-米老排林分的土壤容重最大，为1.19 g·cm-3，杉木-木荷、杉木-火力楠林分次之，分别为1.13、1.01 g·cm-3，杉木×闽粤栲的土壤容重较小，为0.95 g·cm-3。总孔隙度的大小变化趋势为：杉木-闽粤栲>杉木-米老排>杉木-木荷木>杉木-火力楠；而非毛管孔隙数量的多少将直接影响林地蓄水能力和调节水分功能的强弱[16]，表现为杉木-闽粤栲(7.35%)>杉木-火力楠(6.75%)>杉木-米老排(6.12%)>杉木-木荷(5.64%)。

2.1.2 不同林分土壤贮水量比较 林地土壤是水分贮蓄的主要场所，土壤水分贮蓄量和贮蓄方式受其物理性质影响很大。土壤总贮水量是毛管孔隙与非毛管孔隙水分贮蓄量之和，反映了土壤贮蓄和调节水分的潜在能力，它是土壤涵蓄潜力的最大值[3，17]。不同林分由于土壤物理性质不一，其土壤的饱和蓄水量亦明显不同(表2)，杉木-闽粤栲最高，为2106.40 t·hm-2；其次为杉木-米老排、杉木-木荷林分，分别为1999.60、1971.60 t·hm-2；最小的为杉木-火力楠，其饱和蓄水量为1913.60 t·hm-2。

土壤中毛管孔隙是土壤贮水的主要场所[18]，4种混交模式林分其毛管蓄水量大小排列顺序为：杉木-闽粤栲(1808.40 t·hm-2)>杉木-米老排(1754.80 t·hm-2)>杉木-木荷(1746.00 t·hm-2)>杉木-火力楠(1643.60 t·hm-2)。非毛管孔隙是土壤快速贮水场所，提供暂时蓄水容量，并因排水迅速而能接纳新入渗的雨水，从而减少地表径流量，起到良好的水土保持和水源涵养作用[18]，其作为评价林地土壤水源涵养能力的重要指标，不同林分之间的差别较大，其蓄水量大小排列为杉木-闽粤栲(294.00 t·hm-2)>杉木-火力楠(270.00 t·hm-2)>杉木-米老排(244.80 t·hm-2)>杉木-木荷(225.60 t·hm-2)。

表2 不同混交模式0～40 cm土层土壤物理性质及贮水性能

2.2不同混交模式地上部分持水性能

不同混交模式地上部分林分的持水能力见表3，4种混交模式林分地上部分持水能力以杉木-木荷持水量最大，为20.03 t·hm-2，杉木-米老排、杉木-火力楠次之，分别为17.32、13.04 t·hm-2；杉木-闽粤栲混交林持水量最小，为10.94 t·hm-2。这主要是由于木荷与杉木混交林生物量(鲜重)较大，持水率较高所致。

表3 不同混交模式林分地上部分持水性能

大气降水落到森林植被表层时，首先被林冠层截留引起降水的第一次分配。林冠层的截持能力受树种、树冠结构、林冠郁闭度、林冠湿润情况等影响[16]。由表3可见，林冠层持水能力最大的为杉木-木荷混交林，达17.16 t·hm-2；杉木-米老排混交林次之，持水量为13.43 t·hm-2；再次为杉木-火力楠混交林，持水量为9.29 t·hm-2；林冠层持水量最小的林分为杉木-闽粤栲混交林，持水量为7.94 t·hm-2。4种混交模式林分林冠层持水量占整个地上部分持水量的71.2%～85.7%。

林下植被层处在林分中的较低层次，除本身能截留部分降雨外，还进一步削减雨滴势能，防止地表的溅蚀；另外，其固土作用特别明显，是森林中一个重要的层次[19]。由表3可知，杉木-米老排混交林的林下活地被物持水量最大，为2.47 t·hm-2；其次为杉木-火力楠混交林(2.23 t·hm-2)、杉木-木荷混交林(1.56 t·hm-2)；最小为杉木-闽粤栲混交林(0.96 t·hm-2)。这可能和各种林分林下植被数量和质量有关。4种混交模式林分林下植被层持水量占整个地上部分持水量的7.8%～17.1%，这与刘向东对六盘山区华山松林、山杨林、白桦林、辽东栎林等8种森林类型研究得出下层植被的截留率约为1.7%～17.2%的结果相似[2]。

林地枯枝落叶层是参与森林植被整个水文过程的一个极为积极而重要的作用层[16]，由表3可见，杉木-闽粤栲混交林的枯枝落叶层具有较好的持水性能，其持水量为2.04 t·hm-2；其次为杉木-火力楠混交林(1.52 t·hm-2)、杉木-米老排混交林(1.42 t·hm-2)；杉木-木荷混交林持水量最小，为1.31 t·hm-2。4种混交模式林分枯枝落叶层持水量占整个地上部分持水量的6.5%～18.6%。

2.3不同混交模式林分持水能力

森林对降雨的拦蓄作用主要是由林冠层、枯枝落叶层、林地土壤层3个作用层组成，但这3个作用层对降雨的拦蓄作用是不一样的[1]。不同混交模式的林分总持水量见表4。从表4可见，林分中地上部分总持水量(包括乔木层、灌木层、草本层、枯枝落叶层)大小顺序为杉木-木荷>杉木-米老排>杉木-火力楠>杉木-闽粤栲，但其总持水量比土壤持水量小得多，仅占林分总持水量的0.52%～1%，而土壤层持水量占林分总持水量的99%～99.48%，说明林地土壤因为森林植被的改良，使其通气良好，微生物生化作用旺盛，有良好的吸水和透水性能，它是森林拦蓄防雨的一个最重要作用层[1]。因此植被的作用更重要的是体现在削弱降雨侵蚀力、控制土壤侵蚀、恢复和改良土壤各种性质上[18]，林分总持水量大小顺序为杉木-闽粤栲(2117.34 t·hm-2)>杉木-米老排(2016.92 t·hm-2)>杉木-木荷(1991.63 t·hm-2)>杉木-火力楠(1926.64 t·hm-2)。

表4 不同混交模式林分总持水量

3 小结

1)杉木与米老排、木荷、闽粤栲、火力楠4种阔叶树种混交形成的林分类型土壤密度的总体差异不大，具体表现为杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠>杉木-闽粤栲，总孔隙度的大小变化趋势为：杉木-闽粤栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠。

2)4种类型林分的地上部分持水能力各层次不同，各林分地上部分持水量主要集中在林冠层，占林分地上部分持水量的71.2%～85.7%；下木和草本层占7.8%～17.1%，枯枝落叶层占8.2%～18.6%。

3)不同林分持水能力不同，按持水能力大小排序，地上部分：杉木-木荷>杉木-米老排>杉木-火力楠>杉木-闽粤栲；土壤层：杉木-闽粤栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠；林分总持水量：杉木-闽粤栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠。

4)公路沿线一重山在我国南方山地所有权大部分为村集体所有，因其便利的交通在以往经营上主要以获得木材为目标，但随着国民经济的发展，对公路沿线的景观要求愈来愈高，这就要求沿线一重山造林树种合理搭配、针阔混合以改善林分结构和提高造林效益[8]。米老排、木荷、闽粤栲、火力楠4种阔叶树其树冠浓密，树形美观，枝繁叶茂，有较高的观赏价值，是优良的景观树种，杉木与其在公路沿线一重山混交造林，可达到森林景观与经济效益的协调统一。

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TheWaterConservationAbilityoftheForestsofCunninghamialanceolataMixedwithMytilarialaosensisandOtherBroad-leavedTreeSpecies

WUZhuoxi1，CHENLiguang2，WUZhuocheng3，WUShuping3，CHENHong3，ZHANGHongzi3

(1.FujianAcademyofForestrySciences，Fuzhou350012，Fujian，China；2.FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，Fujian，China；3.YouxiCountyForestryBureau，Youxi365100，Fujian，China)

The study on the water conservation ability of the forests ofCunninghamialanceolatamixed withMytilarialaosensis，Schimasuperba，Micheliamacclurei，andCastanopsisfissaon the mountains along highways from Yuchi Village to Yintou Village，Xicheng Town，Youxi County showed that the overground water holding capacity of each stand was concentrated in the forest canopy，accounting for 71.2%～85.7%；the stand total water holding capacity is concentrated in the soil layer，the water holding capacity of 0～40 cm depth soil accounted for more than 99% of the total water holding capacity.According to the stand total water holding ability，the water conservation function of the four species wasC.lanceolata-Castanopsisfissa>C.lanceolata-M.laosensis>C.lanceolata-Schimasuperba>C.lanceolata-Micheliamacclurei.

Cunninghamialanceolata；broad-leaved tree species；mixed forest；water conservation；the mountains along highways

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.008

2017-02-23；

： 2017-05-02

省属公益类科研院所基本科研专项资助(闽林研[2012]25号)

吴擢溪(1962—)，男，福建尤溪人，福建省林业科学研究院教授级高工，从事森林培育研究。E-mail：wzx66@163.com。

S725.2；S715

： A

： 1002-7351(2017)03-0043-04