马尾松-苦槠混交林水源涵养功能研究

许由才（福建省光泽县崇仁林业站　354100）



马尾松-苦槠混交林水源涵养功能研究

许由才
（福建省光泽县崇仁林业站354100）

摘要：对10年生马尾松-苦槠混交林和马尾松纯林的水源涵养功能进行比较研究，结果表明：马尾松-苦槠混交林的林分生长量和水源涵养能力在上坡位略低于马尾松纯林，而在中下坡位高于马尾松纯林；两种林分不同层次的持水量均为土壤层〉林冠层〉枯枝落叶层〉林下植被层。土壤层是两种林分类型森林涵养水源功能的主要场所，其饱和持水量占林分总持水量的比例均在98％以上。

关键词：马尾松；苦槠；混交林；水源涵养功能

马尾松(Pinus massoniana)是中国南方重要的造林树种，具有栽培面积大、分布广、适应性强、耐瘠薄、速生丰产等特点。长期以来，马尾松人工林的造林模式主要以纯林为主，随着其造林面积的不断扩大，带来了病虫害蔓延、火灾频发、地力衰退、水源涵养能力降低等严重的生态问题。越来越多的研究表明，马尾松-阔叶树混交林可降低森林病虫害发生率、减少火灾危险率、改善林地土壤理化性质和水源涵养能力[1-3]。

苦槠（Castanopsis sclerophylla）是壳斗科栲属常绿阔叶树种，国家二级保护植物，具有多种用途，有较大的经济价值[4-5]。目前，苦槠人工林的研究不多[4-7]。福建省光泽县止马国有林场于2006年营造了一片马尾松-苦槠混交林及马尾松纯林试验林[6-7]。笔者于2015年底对这片10年生马尾松-苦槠混交林和马尾松纯林（对照）的水源涵养能力进行了调查研究。

1　试验地概况

试验地位于福建省南平市光泽止马国有林场止马工区（北纬27°28′，东经117° 11′），海拔在280～310 m之间，坡度28°。试验地为花岗片麻岩发育的山地红壤，属II类地。试验地的前身为杉木人工林，于2005年皆伐、炼山、整地，2006年春营造马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林（对照）。光泽县位于福建西北部，武夷山脉北段，闽江支流富屯溪上游，闽江源头，属中亚热带季风湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，水热同期。年平均气温17.9℃，无霜期约268 d，年均降水量173 1.4 mm，年均相对湿度79％。

2　研究方法

2.1试验设计

马尾松-苦槠混交林及其对照（马尾松纯林）小区相互毗邻，位于同一平整的坡面上，立地条件基本一致。马尾松-苦槠混交林的混交方式为行状混交，混交比例为1:1，混交林与纯林造林密度均为3400株·hm-2。分别在上、中、下坡分别设置3个重复区，每个重复区分别设置2种林分的试验小区（面积各为400 m2）。

2.2生长量与生物量调查

对每个试验小区的每株树进行生长量调查，统计出保留密度、平均胸径、树高、立木蓄积量等。

乔木层生物量采用平均标准木法进行测定。每个小区选取3株平均标准木，伐倒后，按照1 m区分段采用monsi分层切割法测定各器官生物量。不同层次各取1个标准枝样品用于持水量和含水量测定。

每个试验小区设置5个小样方（面积2×2 m2）测定林下植被和枯枝落叶层生物量，并分别取样测定含水量和持水能力。

2.3地上部分持水能力调查

将上述收集的用于测定持水能力的乔木（马尾松和苦槠）标准枝（带叶）、林下植被和枯枝落叶样品放置于网袋中，先测定鲜重，浸水一昼夜后捞出，测定浸水后总量，浸水前后重量差为样品持水量，持水量除以鲜重就是持水率[8-11]。

2.4土壤水分物理性质与水源涵养能力调查

采用200 cm3环刀法进行土壤水分-物理性质测定，采用双环刀渗透法测定土壤渗透率（K10）[12]。每个小区分别选取5个点挖土壤剖面进行土壤物理性质样品取样，层次为0-10 cm、10-20 cm 和20-40 cm。

3　研究结果

3.1不同林分林冠层持水性能

根据标准地调查结果，造林后10年马尾松-苦槠混交林在不同坡位的表现是不同的，由于苦槠在上坡位生长较差，混交林的蓄积量低于马尾松纯林，而在中坡位略高于马尾松纯林，在下坡位明显高于马尾松纯林（表1）。

表1　造林后10年马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林生长状况

林冠层能够截留一部分降水，减少落向地面的雨滴，延缓和减轻降水产生的地表径流。林冠层持水量是森林地上部分水源涵养能力的重要组成部分。林冠层的持水性能与林冠（枝和叶）的生物量、单位生物量叶的表面积、叶面的粗糙程度等因素有关。马尾松是针叶树种，其单位生物量的叶表面积较大，因此马尾松树冠的持水能力大于阔叶树。

上坡位混交林的林冠层生物量为22.37 t·hm-2，林冠饱和持水量为20.83 t·hm-2，均低于马尾松纯林（24.82 t·hm-2和25.50 t·hm-2）；在中坡，混交林林冠生物量（31.48 t·hm-2）高于马尾松纯林（28.23 t·hm-2），但林冠持水量（27.47 t·hm-2）却略低于马尾松纯林（27.94 t·hm-2）；在下坡位，混交林林冠生物量（42.84 t·hm-2）和持水量（37.53 t·hm-2）均高于马尾松纯林（36.59 t·hm-2和35.28 t·hm-2）。

表2　马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林林冠饱和持水量

3.2不同林分地被物持水性能

森林地被物指的是活地被物（林下植被）和死地被物（枯枝落叶层）。森林地被物也是森林水源涵养能力的重要组成部分之一，其中枯枝落叶层的主要作用是覆盖和保护土壤。当降水量较大时，降水不能被林冠层完全截留，一部分降水以林冠穿透雨的形式落到林地。地被物层能够起到防止林冠穿透雨直接溅击土壤的作用，而且还能够吸存部分水分。

在上坡位，混交林的林下植被生物量（0.63 t·hm-2）及其饱和持水量（0.87 t·hm-2）均略高于马尾松纯林（0.59 t·hm-2和0.80 t·hm-2）；在中坡位，混交林的林下植被生物量（0.52 t·hm-2））略小于纯林（0.54 t·hm-2），但林下植被饱和持水量（0.72 t·hm-2）略大于马尾松纯林（0.70 t·hm-2）；在下坡位，混交林的林下植被生物量（0.39 t·hm-2）及其饱和持水量（0.54 t·hm-2）均略低于马尾松纯林（0.43 t·hm-2和0.57 t·hm-2）。由于试验林具有较高的密度，林下植被发育较差，其持水量也较小。

表3　马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林林下植被生物量与饱和持水量

马尾松-苦槠混交林和马尾松纯林的枯枝落叶层生物量均大于林下植被。混交林枯枝落叶层的生物量和饱和持水量在上坡位小于马尾松纯林，但中坡和下坡位均大于马尾松纯林，饱和持水量分别是马尾松纯林的1.29倍和1.14倍。

表4　马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林枯枝落叶层生物量与持水量

3.3不同林分土壤层持水性能

土壤层持水性能包括土壤贮水量和土壤渗透率，是反映森林涵养水源能力的极其重要的指标。由表5可见，马尾松-苦槠混交林在上坡位0-40 cm土层的饱和持水量是马尾松纯林的97.86％，表层（0-10 cm）土壤渗透率是马尾松纯林的99.20％，而在中坡和下坡位0-40 cm土层的饱和持水量则分别为马尾松纯林的103.95％和103.12％，表层土壤渗透率分别是马尾松纯林的106.72％和107.08％。中下坡位的马尾松-苦槠混交林由于生长好、生物量大，枯枝落叶丰富且分解较快，能够增加土壤有机质，改善土壤结构，降低土壤容重，增加土壤非毛管孔隙度、毛管孔隙度和饱和持水量，因此土壤的贮水性能较好，具有更好的土壤涵养水源功能。

表5　马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林土壤水分-物理性质和渗透率(K10)

3.4不同林分总的持水性能

森林地上部分饱和持水量（林冠层、林下植被层、枯枝落叶层持水量之和）加上地下部分（土壤层）饱和持水量构成了林分总的饱和持水量。从表6可见，马尾松-苦槠混交林上、中和下坡林分总的饱和持水量分别为马尾松纯林的97.65％、103.93％和103.20％，平均值为马尾松纯林的101.64％。混交林和纯林各水文层饱和持水量所占的比例大小顺序均为：土壤层（98.31％ 和98.26％）＞林冠层（1.39％和1.46％）＞枯枝落叶层（0.27％和0.24％）＞林下植被层（0.03％和0.03％）。林分不同水文层的饱和持水量以土壤层所占的比例最高，达98％以上，说明土壤层是森林涵养水源功能的主体。

表6　马尾松-苦槠混交林与马尾松纯林林分总的饱和持水量/t·hm-2

4　小结与讨论

福建光泽10年生马尾松-苦槠混交林（混交比例1:1）在中下坡生长较好，且水源涵养能力优于马尾松纯林。森林水源涵养能力与林分的生长状况、枯枝落叶数量、根系生物量、土壤物理性质等有关。中下坡位的马尾松-苦槠混交林枯枝落叶数量多、根系生物量大[7]，有利于减少土壤侵蚀，形成良好的土壤结构，增强林分的水源涵养能力。

上坡位的混交林由于立地条件较差，对苦槠的生长影响较大，枯枝落叶量少，根系数量少，对土壤理化性质的改善有限，这可能是其水源涵养能力略小于马尾松纯林的主要原因。苦槠对坡位（或立地条件）变化较为敏感，应该选择较好的立地条件种植，这样才能充分发挥其良好的水源涵养效益。

混交林和纯林各水文层饱和持水量所占的比例大小顺序均为：土壤层＞林冠层＞枯枝落叶层＞林下植被层。土壤层是森林涵养水源功能的主要场所，其饱和持水量占林分总持水量比例的98％以上。

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An analysis of water conservation functions of m ixed plantations between Pinus massoniana and Castanopsis sclerophylla

Xu Youcai
(Chongren Forest Station of Guangze County, Guangze, Fujian 354100)

Abstract：Water conservation capacity of a 10-year-old m ixed plantation of Pinus massoniana and Castanopsis sclerophylla and a pure P. massoniana plantation were studied. The results showed that tree grow th and stand water conservation capacity of the m ixed plantation were slightly lower than those of the pure P. massoniana on the upper slope, but they were higher on the middle and the lower slope. The order of water conservation capacity of different forest components in both of the forest types were soil layer＞canopy layer＞forest floor＞understory. Soil layer was the dom inant sector of forest water conservation, and its saturated water capacity made up over 98％ of the forest water conservation capacity in both of the forest types.

Key words：Pinus massoniana; Castanopsis sclerophylla; m ixed plantation; grow th; soil fertility

基金项目：福建省林业科学研究项目“苦槠种质资源收集、保存与评价”，计划文号：闽林科[2012]函2号

收稿日期：2015-11-15

中图分类号：S758.5+2,S714.2

文献标识码：A

文章编号：1004-7743（2016）01-0037-05