辽西干旱地区不同人工林涵养水源的效果分析

摘要：从树冠的截留雨水效果、枯落物厚度以及持水效果等项目作为指标对辽西干旱地区4种人工林开展了涵养水源效果分析，结果表明，各人工林树冠对雨水的截留率在15.1%-35.45%，依次为杨树+沙棘、毛榛纯林、刺槐纯林、杨树纯林;枯落层厚度在1.7-4.0cm，枯落物贮量在1885.35-6357.25kg/hm2，最大持水量为6052.43-18672.31kg/hm2，均表现为杨树+沙棘>毛榛>刺槐>杨树林。在4种人工林中，辽西地区涵养水源效果最好的林分为杨树+沙棘林，其次为毛榛林，杨树纯林效果最差，建议将当前大面积的纯林进行混交林的改造。

关键词：人工林;涵养水源;水土保持

Abstract： The rainwater retention effect of tree crowns， litter thickness and water retention effect were used as indicators to analyze the water conservation effect of 4 plantations in arid areas in western Liaoning. The results showed that the rainwater retention rate of each plantation canopy was 15.1 %-35.45%， in order of poplar + seabuckthorn， pure forest of hazel， pure forest of black locust， pure forest of poplar; litter layer thickness is 1.7-4.0cm， litter storage is 1885.35-6357.25kg/hm2， maximum water holding capacity It is 6052.43-18672.31kg/hm2， all of which are poplar+seabuckthorn>hairy hazel>black locust>poplar forest. Among the four plantations， the forest with the best water conservation effect in western Liaoning is divided into poplar + seabuckthorn forest， followed by hazel forest， and pure poplar forest has the worst effect. It is recommended that the current large area of pure forest be transformed into mixed forest.

Keywords： plantation; water conservation; soil and water conservation

森林生態系统的服务功能即为森林生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件及效用[1]。在森林生态系统服务功能中，涵养水源是其一项重要的功能，主要通过森林的树冠、林间的枯落物、土壤对雨水产生的滞留、拦截等效果[2]。森林的涵养水源功能在气候干旱地区的调节气候、防风固沙等方面有着积极的意义，目前已经成为干旱、半干旱地区森林功能中的一个热点研究方向。

辽西地区地处丘陵区，为半干旱地区，受到气候特点、地理环境、多年粗放式的经营方式等多种因素的影响，当地的植被稀少、存在严重的水土流失现象，导致了生态环境的严重破坏、多种地质灾害频发，土壤的生产力低，极大地阻碍了当地的农牧业的发展[3]。为了对当地的生态环境进行改善，辽西地区各级政府早在20世纪70年代时即开始启动了生态系统的恢复与重建工程，对当地森林覆盖率的提高、生态系统的恢复起到了很好的效果。目前学者对辽西地区森林相关的研究主要集中在抗旱造林、植被恢复、防风固沙等方面，而对营建人工林后涵养水源方面的效果研究尤其在定量研究方面相对不多。本研究在2018--2020年以树冠对降雨的截留量、枯落物持水特性、土壤理化性质变化等方面对辽西地球常见的几类人工林涵养水源功能开展了3年的定量研究，旨在更好地指导辽西地区水源涵养林的营建、经营管理。

1 材料与方法

1.1试验地情况

试验安排在辽西朝阳县六家子林场林区，该地区为暖温带半湿润、半干旱季风大陆气候，海拔范围在450-1100m;气温年均8.0℃左右，降水量年均482mm（远远低于近些年当地蒸发量年均值1650mm，且以6-9月比较集中），气温年均6.1℃左右，无霜期平均138d，2018--2020年平均风速3.0m/s，超过10℃有效积温在2800h左右;试验区自然灾害（干旱、霜冻等）频繁发生;土壤较为贫瘠（有机质含量平均仅为10g/kg左右），土质类型以碳酸盐褐土为主，棕壤有少量分布，一些河滩地等上分布着较少的草甸土、沙土。试验区内的植被类型属于华北植物区系，多为人工林，树种类型包括毛榛（Corylus mandshurica）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、杨树（Populus spp.）、刺槐（Robinia pseudoacacia ）、榆树（Ulmus pumila）、山杏（Armeniaca sibirica）、油松（Pinus tabuliformis）等，植被覆盖率32%左右。

1.2 试验设计

试验设共选择4种人工林（造林时间均在2002年左右，立地条件保持基本一致：林地的坡向均选择南坡，坡度范围在2.8-4.5°，海拔范围718-730m）作为研究对象，包括毛榛、杨树、刺槐、杨树+沙棘。每种林内选择具有典型特点的5块标准地作为重复，重复样地的面积为20m2×15m2。

1.3 研究方法

1.3.1 不同人工林树冠对降雨截留的效果观测：2018年、2019年、2020年6月总计降雨13次，在林外地势开阔处进行大气降雨量的收集统计，平均每年6月的总降雨量为205.8mm，以截留量、树干径流2个指标开展截留效果的研究[4-5]。每年在各人工林内每块标准样地内均匀放置6个简易穿透雨收集器，各人工林5块标准样地内共计30个收集器的数据取平均值，3年的数据平均得到各人工林内穿透雨量。并在每块标准样地内随机选择2株标准木，在与地面1.2m距离位置处的树干上环绕胶管，将雨水引流到树干径流收集器中，每年各人工林5块标准样地内共计10株标准木的数据取平均值，3年的数据平均得到各人工林处理的树干径流量，用大气降雨量（气象观测站数据）-树干径流量-穿透雨量即可得到树冠截留量。

1.3.2不同人工林间枯落物持水效果的观测：各人工林内按照典型性原则随机选择3块标准样地，每块样地上对角线取样5个（取样的样方面积为15cm×15cm），取样前先测定枯落物的厚度，最后各处理数据取平均值，取样后将其中的土壤颗粒等杂物清理干净密封带回实验室进行烘干、称重等，计算得到各处理枯落物单位面积贮量[6-7]，采取水浸法[5]对各处理枯落物最大持水率进行测定分析。

2结果与分析

2.1不同人工林处理树冠截留降雨的效果分析

降雨的气候下，雨水资源的第1次分配出现在树冠层，其截留雨水的效果有效地减少了林下径流量，使地表径流的时间也有一定延迟效果[8-9]。一般来说不同林分组成、林间密度、降雨强度等都会影响到树冠的截留效果[1，8]。在不同的人工林内，其生态系统存在不同程度的差异，树冠的分布情况、枝叶密度、树冠的形状等均会对截留雨水的效果产生影响。本试验辽西地区4种不同人工林树冠截留雨水的效果表现各异，结果见表1。根据表1可知，各人工林内，树冠截留雨水量最多的为杨树+沙棘混交林，截雨量为72.69mm，占降水量的35.45%，其次为毛榛林，截雨量为58.06mm，占降水量的28.21%，排在第3位的为刺槐林，截雨量为42.11，占比20.46%，杨树纯林截雨量最少，为31.08mm，占比15.10%。分析其原因，主要在于混交林内沙棘与杨树郁闭度较纯林高，形成了较为复杂的立体林冠结构，因此发挥出更好的截留雨水效果;毛榛林、刺槐林长势低矮，林间郁闭度较高，叶面附着雨水的效果比长势高大的林分好;刺槐的樹叶个体小、密度大、层次也多，对雨水截留效果好于杨树。

2.2不同人工林间枯落物持水效果分析

枯落物的量以及自身持水能力很大程度上影响了其持水的效果[3，10]。一般来说，不同的林分内，地面上堆积的枯落物厚度、数量等有所差异，因此表现出来的吸收水叶不同[5，9]。本试验各人工林枯落物的厚度、持水效果等有不同程度的差异，结果见表2。根据表2可知，枯落物厚度按照由厚到薄的顺序依次为杨树+沙棘混交林>毛榛>刺槐>杨树，最大持水量的排序相同，分析其原因在于混交林内的沙棘枝叶长势繁茂，密度大，加上杨树的枝叶，林间的枯落物多，加上混交林间整体郁闭度高于纯林的处理，林间光照相对较少、土层温度偏低，枯落物的降解速度也更慢，因此枯落物最厚，最大持水量也最大，达到18672.31kg/hm2;杨树纯林枯落物厚度最低，原因在于阔叶类树叶大且密度相对较低，在土壤中降解的速度相对慢于其他类，最大持水量也最低，为6052.43 kg/hm2。 最大持水率最高的处理为杨树人工林，持水率最低为刺槐人工林。

3 结论

通过对4种人工林涵养水源效果的比较分析，结果表明，不同的人工林表现出不同的涵养水源能力。

（1）一般来说林间生态系统的郁闭度越大，树冠截留雨水的效果更好，减少了林间的雨量，创造了利于雨水缓慢下渗的条件、延缓地表径流形成的时间，涵养水源的效果更好[1]。本试验中杨树+沙棘混交林树冠截留雨水量最多，其次为毛榛林，排在第3位的为刺槐林，杨树纯林树冠截雨量最少。

（2）杨树+沙棘混交林内枯落物的厚度最大、最大持水量也最大;最大持水率最高的为杨树纯林，但是其枯落物厚度最低且枯落物单位面积持水量也最少。综合考虑，在本实验条件下选择的4种人工林中，建议辽西地区选择混交林作为涵养水源林，其次是毛榛纯林，刺槐排在第3位。至于刺槐、沙棘等混交的效果如何可开展进一步的研究。

（3）辽西地区很早就在水土保持方面开展了大规模的综合治理，大规模营建了很多人工纯林，对当地生态环境的恢复、涵养水源等方面发挥出了积极的作用。但是近些年来，这些人工纯林由于树种单一，虫害发生趋势逐年加重，通过本实验的研究结果，可以为这些纯林改造成混交林、提高涵养水源的效果起到一定的理论借鉴效果。

参考文献

[1] 吴钢，肖寒，赵景柱，等.Forest ecosystem services of Changbai Mountain in China[J].中国科学C辑（英文版），2002，45（1）：21-32.

[2] 周光益，陈步峰，曾庆波， 等.海南岛热带山地雨林短期水量平衡及主要养分的地球化学循环研究[J].生态学报，1996（1）：28-32.

[3]罗跃初，韩单恒，王宏昌， 等.辽西半干旱区几种人工林生态系统涵养水源功能研究[J].应用生态学报，2004，15（6）：919-923.

[4]罗跃初，韩单恒，王宏昌， 等.辽西半干旱区几种人工林生态系统涵养水源功能研究[C].//中国植物保护学会.应用生态学报.2004：919-923.

[5]马雪华.森林水文学[M].北京：中国林业出版社，1993.

[6]李国军，李焕存，周景玉， 等.辽西林分枯枝落叶层涵养水源作用的研究[J].水土保持应用技术，2007，（3）：23-24.

[7]吕久俊.辽宁省水源涵养服务功能的空间分布特征[J].环境保护与循环经济，2019，39（1）：31-34.

[8]郑璐.不同密度油松人工林水源涵养功能研究[J].辽宁林业科技，2019，（5）：13-16，23，27.

[9]李翔宇.辽西地区油松麻栎混交林及油松纯林生态价值比较[J].江西农业，2019，（4）：94，97.

[10]吕刚，曹小平，卢慧， 等.辽西海棠山森林枯落物持水与土壤贮水能力研究[J].水土保持学报，2010，24（3）：203-208.

第一作者简介：朱虹（1981-），女，辽宁朝阳人，本科，工程师，现从事森林培育及苗木繁育等方面的研究工作。E-mail：happybeier@163.com，联系电话：15042103678