喀斯特山地翅荚木人工林水源涵养功能研究

钟 瑜，侯远瑞，黄小荣，申文辉，陆国导

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2.国家林业局 中南速生材繁育重点实验室，广西 南宁 530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002)

翅荚木(ZeniainsignisChun)属苏木科翅荚木属落叶大乔木，又名任豆、砍头树，树高达20～30 m，胸径可达100 cm[1]，天然分布于广西、广东、湖南、贵州、云南等省区，在越南北部也有分布。翅荚木树干圆满通直，出材率高，木材结构细密，抗压和抗弯力强，经水浸泡后不翘不裂，不易受虫蛀，容易干燥，便于加工，是优良的家具用材和胶合板用材；木材纤维长、韧性好、出浆率高，也是优良造纸用材[2]；树叶粗蛋白质含量达24.6%，为良好的家畜饲料。翅荚木速生，年平均胸径生长量达1.42 cm，年平均树高生长量达1.32 m，且根系发达，穿透力强，能通过岩石缝隙向深处生长，在广西岩溶地区可作为石漠化治理和退耕还林的主要造林树种，在四川、湖北、湖南、江西、浙江等地引种栽培也表现出良好的速生性。

目前对翅荚木的研究主要集中在苗木培育[3]、栽培技术[4]、生理特性[5]、材性及利用[2]等方面，对其人工林水源涵养功能方面的研究尚未见报道。本研究通过对广西喀斯特山地17年生的翅荚木人工林水源涵养功能进行测定分析，来初步评估翅荚木人工林的水源涵养能力，为科学评价翅荚木生态效益提供参考。

1 林地概况

调查测定的翅荚木人工林位于广西壮族自治区平果市，地理位置为东经107°21′～107°51′、北纬23°12′～23°51′。该市气候属多雨的亚热带季风气候，夏季炎热多雨，春秋干旱，冬季干冷。年平均气温19.0～21.5 ℃，极端最低温-1.3 ℃，极端最高温40.9 ℃，1月份平均气温最低，为12.4 ℃，7月份平均气温最高，为28.2 ℃，≥10 ℃的年活动积温为6 500～7 400 ℃，年无霜期300～350 d，年平均降水量1 200～1 500 mm，相对湿度80%以上。翅荚木人工林的地形为喀斯特山地，海拔400～550 m，坡度20°～30°，土壤为石灰岩发育而成的棕色或黑色石灰土，土被零星分布，岩石裸露率达53%。自然植被有黄荆(Vitexnegundo)、红背山麻杆(Alchorneatrewioides)、小果野桐(Mallotusmicrocarpus)、穿破石(Macluracochinchinensis)、粗叶悬钩子(Rubusalceifolius)、肾蕨(Nephrolepiscordifolia)、荩草(Arthraxonhispidus)、飞机草(Chromolaenaodorata)等。

2 研究方法

2.1 调查方法

在林分中选择有代表性的地段，设置3块20 m×20 m的标准地(即3个重复)，对标准地林木进行每木检尺。以平均标准木法在每个标准地选择1株平均木，伐倒或用勾刀取林冠层的枝叶称量，每株标准木取3份样品带回室内测定。在每个标准地的上部、中部和下部各设置1个水平投影为100 cm×100 cm的小样方，采用切割法收获林下的灌木和草本称量。调查小样方内枯落物总厚度、未分解层(L层)厚度和半分解层(F层)厚度，分层收集枯枝落叶，分层称量，并分别取300～500 g样品带回室内测定其最大持水率和最大持水量。在每个标准地设置土壤剖面3个，按0～20、20～40 cm厚度分层采集样品，每层取1个环刀样品，共取回标准地环刀样品18个。按《森林土壤水分-物理性质的测定》(LY/T 1215—1999)测定土壤物理性质及持水量。

2.2 数据处理

应用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 21.0软件进行数据处理，分别进行方差分析、多重比较、变异系数估算等。

3 结果与分析

3.1 林冠层及林下植被层持水性能

林冠层对降雨进行第一次截留。林冠层持水特性与树种组成、郁闭度、生物量及降雨量、降雨强度、降雨时间等相关。从表1测定结果看，17年生翅荚木人工林平均树高14.34 m，平均胸径17.14 cm，林冠层枝叶鲜质量达30.08 t/hm2，最大持水率达23.77%，最大持水量达7.23 t/hm2。灌木层和草本层是森林生态系统的重要组成部分，也具有一定的水源涵养功能。由表2可知，灌木层最大持水率达30.81%，最大持水量达2.75 t/hm2；草本层最大持水率达46.75%，最大持水量达2.42 t/hm2。

表1 翅荚木林冠层持水性能

表2 翅荚木林下灌木和草本持水性能

比较植被各层次的最大持水率，结果是草本层>灌木层>林冠层。而由于各层次生物量的差异，其最大持水量大小排顺正好相反，为林冠层>灌木层>草本层，林冠层最大持水量是灌木层的2.6倍，是草本层的近3倍，说明植被对降雨的截留作用林冠层占主导地位，而灌木层和草本层的二次截留也大大减弱了降雨对地表的冲刷。

3.2 枯落物持水性能

枯落物也是森林生态系统的重要组成部分。从表3可知，17年生翅荚木枯落物层总厚度达3.6 cm，枯落物的总蓄积量达4.09 t/hm2，其中未分解层蓄积量占总量的53.55%、半分解层蓄积量占总量的46.45%，枯落物未分解层蓄积量大于半分解层的蓄积量，这一结果与李红云等[6]对山东石灰岩山区灌木林枯落物的研究结果及张峰等[7]对北京西山主要造林树种林下枯落物的研究结果相似。枯落物蓄积量大小与林木生长量大小、林分郁闭度高低及树冠疏密程度等有一定的关系。表3显示，枯落物浸泡24 h后未分解层最大持水率为190.68%，半分解层为199.71%，即枯落物最大持水量可达到其自身质量的近2倍，且半分解层的最大持水量大于未分解层，这与张峰等[7]的研究结果相似。枯落物层单位面积最大持水量达8.01 t/hm2，大于灌木层与草本层之和，也大于林冠层。林分枯落物的分解速度通常可用F层与L层蓄积量的比值表示，翅荚木的F层与L层蓄积量比值为0.73，而根据吴鹏飞[8]的研究结果，乐昌含笑和杉木的F层与L层蓄积量比值分别为0.45和0.21，表明翅荚木枯落物分解回归林地的速度较快。由此可见，枯落物覆盖地表不但使土壤免遭雨滴直接溅蚀,而且能滞缓地表径流从而减轻雨水对土壤的冲刷，同时枯落物腐烂分解后还可增加土壤养分和改善土壤理化性质，在涵养水源、固持土壤和改良土壤中发挥重要作用。

表3 翅荚木枯落物持水性能

3.3 土壤层持水性能

土壤的孔隙度可反映出土壤的透气性和蓄水性能。从表4可见，喀斯特山地翅荚木林地0～20 cm土层总孔隙度为51.39%，20～40 cm土层总孔隙度为52.67%，与孙艳等[9]对山地红壤马尾松近熟林的研究结果相似(0～20、20～40 cm土层分别为51.39%、46.94%)。翅荚木林地0～20 cm土层与20～40 cm土层的非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度差异不显著，但0～20 cm土层的非毛管孔隙度比20～40 cm土层稍大一些，毛管孔隙度和总孔隙度则比20～40 cm土层稍小一些。0～20 cm土层与20～40 cm土层的土壤容重差异显著，0～20 cm土层土壤容重大于20～40 cm土层，这一测定结果与滕秋梅等[10]得出的山地红壤光皮桦林地土壤容重随土层加深而增大的研究结果不同。0～20 cm土层与20～40 cm土层的最大持水率及最大持水量差异也不显著，但0～20 cm土层的最大持水率及最大持水量均比20～40 cm土层稍小一些。翅荚木林地单位面积土壤0～40 cm土层的最大持水量达2 081.1 t/hm2，以林地的岩石裸露率53%推算，则实际最大持水量为978.12 t/hm2。

表4 翅荚木林地土壤物理性质及蓄水性能

4 结 论

喀斯特山地17年生翅荚木人工林的林冠层最大持水量为7.23 t/hm2，林下灌木层最大持水量为2.75 t/hm2，草本层最大持水量为2.42 t/hm2，枯落物层最大持水量为8.01 t/hm2，林分地上部分的最大持水量达20.41 t/hm2，与陈德叶[11]的研究结果福建柏(20.57 t/hm2)、楠木(16.45 t/hm2)、木荚红豆(25.78 t/hm2)等树种地上部分的最大持水量相当。翅荚木人工林地上部分各层次持水量大小表现为枯落物层>林冠层>灌木层>草本层，表明翅荚木枯枝落叶层在林分涵养水源中发挥着重要作用，并且其分解回归林地的速度快，利于增加土壤养分和改良土壤理化性质。翅荚木人工林土壤最大持水量为978.12 t/hm2，林分总的持水量达998.53 t/hm2，在喀斯特石漠化地区形成了一个巨大的“绿色水库”，改善了该区域干旱缺水的状况。