不同坡位50年生木荷人工林水源涵养能力分析

2017-07-10林仲

安徽农业科学 2017年18期

关键词：坡位

林仲

摘要在调查50年生木荷人工林生物量的基础上，进一步分析了不同坡位林分乔木层、灌木层、草本层、凋落物层及土壤的水源涵养能力。结果表明，随着坡位上升，林分不同层次生物量呈下降趋势，乔木层、灌木层、草本层、凋落物层及土壤的水源涵养能力也呈下降趋势，且下坡位林分不同层次水源涵养能力与上坡位相比差异达显著或极显著水平。

关键词坡位；木荷人工林；水源涵养功能

中图分类号 S718.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）18-0143-03

Abstract Based on the investigation of biomass of 50year Schima superba plantation， the water conservation capacity of tree layer， shrub layer， herb layer， litter layer and soil of S. superba plantation under different slopes were further studied. The results showed that with the rise of slope， biomass of different forest lays were showed the tendency of decline， the water conservation capacity of tree layer， shrub layer， herb layer， litter layer and soil were also showed the tendency of decline， and water conservation capacity of different forest lays in lower slope had the highly significant difference or significant difference than that of the upper slope.

Key words Slope；Schima superba plantation；Water conservation capacity

全球气候变化是人类面临的最严重危机之一，也是目前全世界生态学家、环境学家及林学家重点关注的问题之一[1-2]。在应对气候变化的对策中，森林以其特殊功能发挥着不可替代的作用。随着全球气候的变化，极端天气发生的频率日益增加，地球生物圈降水发生重新分配，在局部范围内干旱和水涝现象出现的频率也日益增加。森林生态系统的水源涵养功能是森林生态系统生态服务功能的重要组成部分[3-5]。一方面，森林生态系统通过森林植物的呼吸作用及蒸腾作用向大气排放水分子，从而增加大气降水；另一方面，森林生态系统通过林地森林植物、林地枯枝落叶及林地土壤的贮水功能，调节某一区域的水资源供给[6]。木荷是我国南方造林常用的阔叶树种。目前学者对不同森林类型的水源涵养功能进行了相关的研究[7-9]，然而针对木荷人工林的研究较少，特别是木荷成熟林水源涵养功能的研究鲜见报道。鉴于此，笔者在调查不同坡位木荷人工林生长的基础上，进一步分析木荷人工林乔木层、灌木层、草本层、枯枝落叶层及土壤层的水源涵养功能，以期为木荷人工林的科学经营及生态功能评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省顺昌埔上国有林场河墩工区38林班54大班8小班，117°48′00″ E，26°55′30″ N，属亚热带季风气候，年均气温19.1 ℃，年均降水量1 500～1 800 mm，年蒸发量1 453 mm。造林地前身为常绿阔叶林，土壤為山地红壤，坡向东南，坡度18°。木荷人工林1968年造林，面積10.2 hm2，造林密度为2 550株/hm2；1997年对木荷人工林进行抚育间伐，间伐强度约60%，现经营密度为900株/hm2，郁闭度60%。2014年1月用容器袋1年生楠木苗进行林下套种，苗木平均地径为0.45 cm，平均苗高为55.00 cm；挖明穴60 cm×60 cm×40 cm，株行距4.0 m×4.0 m，套种密度为600株/hm2。套种第1年抚育3次，分别于4月进行扩穴培土及施肥，每株施复合肥250 g，5—6和8—9月进行全劈各1次，套种第2年和第3年分别于5—6和8—9月进行全劈1次。调查林分灌木层以套种的楠木（Phoebe zhennan）、粗叶榕（Ficus hirta）为主，草本层以三叶青（Tetrastigma hemsleyanum）、杜茎山（Maesa japonica）为主。不同坡位50年生木荷林生长情况见表1。

1.2 样地设置及样品取样

2016年8月在50年生木荷人工林上坡、中坡及下坡分别设置3块20 m×20 m的样地，共设置9块样地。测定每一样地内木荷的胸径和树高，并计算选择出各样地木荷平均木；在每一样地内随机设置5个2 m×2 m小样方及10个1 m×1 m小样方，2 m×2 m小样方用于收集灌木层植被样品；1 m×1 m小样方用于收集草木层植被样品及凋落物层样品。每一样地平均木砍倒后分别取其干、枝及叶样品。乔木层植被样品、灌木层植被样品、草木层植被样品及凋落物层样品现场称重后，分别取部分样品带回室内测定持水量及干重。土壤取样按“S”型布点5个，用土壤容重圈分别取0～20、20～40、40～60 cm土层土壤样品，带回室内测定土壤物理性质及持水量。

1.3 水源涵养功能测定

采用烘干法测定乔木层、灌木层、草本层及凋落物层样品干重；用浸水法测定乔木层、灌木层、草本层及凋落物层样品最大持水量[10]；用环刀法测定土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度、土壤贮水能力等指标[11]。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft excel 2007和SPSS 17.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各林分层次生物量差异

由表2可知，不同坡位50年生木荷人工林不同林分层次生物量呈现不同的变化趋势。随着坡位的上升，乔木层、灌木层、草本层植物鲜生物量呈下降趋势；其中下坡位乔木层生物量与中坡位及上坡位相比分别增加了182.90%、779.46%，下坡位灌木层生物量与中坡位及上坡位相比分别增加了250.00%、600.00%，下坡位草本层生物量与中坡位及上坡位相比分别增加了0、60.58%，下坡位凋落物层生物量与中坡位及上坡位相比分别增加了26.38%、33.77%。方差分析表明，不同坡位乔木层生物量差异极显著，下坡位灌木层生物量与中坡位及上坡位相比差异极显著，下坡位和中坡位草本层生物量与上坡位相比差异显著，下坡位凋落物层生物量与中坡位及上坡位相比差异达显著水平。

2.2 地上部分水源涵养能力差异

由表3可知，不同坡位50年生木荷人工林地上部分水源涵养能力呈现不同的变化趋势。随着坡位的上升，乔木层、灌木层、草本层及凋落物层的最大持水量呈逐渐下降趋势。下坡位乔木层最大持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了181.31%、769.02%，下坡位灌木层最大持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了666.67%、7 566.67%，下坡位草本层最大持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了9.09%、114.29%，下坡位凋落物层最大持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了8.57%、15.15%。方差分析表明，不同坡位乔木层及灌木层自然持水量及最大持水量两两相比差异均达到极显著水平，下坡位及中坡位草本层的最大持水量与上坡位相比差异极显著，下坡位、中坡位凋落物层自然持水量与上坡位相比差异显著。

2.3 土壤水源涵养能力差异

由表4可知，不同坡位50年生木荷人工林不同土层深度土壤容重及蓄水能力呈现不同变化趋势。同一坡位条件下，随着土层深度的增加，土壤容重呈增大趋势，而毛管持水量、田间持水量及最大持水量则总体呈下降趋势；就下坡位而言，0～20 cm土壤容重与20～40、40～60 cm土层相比分别降低了15.20%、20.77%，毛管持水量分别降加了30.51%、39.38%，田间持水量分别增加了33.61%、44.32%，最大持水量分别增加了40.73%、47.62%。

同一土层深度条件下，随着坡位的上升，土壤容重呈增加趋势，而毛管持水量、田间持水量及最大持水量则总体呈下降趋势；就0～20 cm土层而言，下坡位土壤容重与中坡位及上坡位相比分别降低了2.03%、18.54%，毛管持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了6.22%、32.35%，田间持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了10.29%、39.29%，最大持水量与中坡位及上坡位相比分别增加了0.37%、30.85%。方差分析表明，下坡位及中坡位0～20 cm土层土壤毛管持水量、田间持水量及最大持水量与其他土层相比差异达显著水平，下坡位及中坡位20～40、40～60 cm土层土壤容重与0～20 cm相比差异达显著水平。

2.4 水源涵养综合能力

由表5可知，森林生态系统的水源涵养能力主要靠土壤来支撑，在林分总持水量中，土壤層持水量占91%以上。就不同坡位林分总持水量差异而言，下坡位林分总持水量与中坡位及上坡位相比分别提高了5.80%、10.49%。方差分析表明，下坡位、中坡位及上坡位乔木层及灌木层总持水量两两相比差异达极显著水平，下坡位及中坡位草本层总持水量与上坡位相比差异达极显著水平，下坡位及中坡位土壤层总持水量与上坡位相比差异达显著水平，下坡位林分总持水量与中坡位及上坡位相比差异显著。

3 结论与讨论

森林的水源涵养能力是森林生态服务功能的重要指标之一。森林水源涵养能力的高低，不仅与森林的生物量有关，还与森林植物种类的组成有关[12]。林地的立地条件是影响森林生态系统生物量最重要的因素之一。该研究结果表明，随着坡位上升，立地条件变差，林分不同层次生物量呈下降趋势，乔木层、灌木层、草本层、凋落物层及土壤的水源涵养能力也呈下降趋势，这与林上杰[13]、张昌桂[14]的研究结果一致。

土壤的水源涵养能力是森林生态系统水源涵养能力的重要组成部分，该研究结果表明，在林分总持水量中，土壤层持水量占91%以上。灌木层、草本层及凋落物层也是森林生态系统水源涵养能力的组成部分，在人为干扰较低的林分，灌木层及草本层物种组成较丰富，灌木层、草本层及凋落物层的水源涵养能力也相对较高。该研究调查的林分，由于林下套种了楠木，且抚育采用全劈，人为干扰强度大，致使林分灌木层、草本层及凋落物层的水源涵养能力与其他研究结果相比相对较低。为提高林分的水源涵养能力，在今后的经营过程中，楠木抚育可采用穴状抚育，从而减少人为干扰，促进林下其他植被的更新與生长，从而提高林分的水源涵养能力。

参考文献

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