福建柏枫香混交林凋落物分解及水源涵养能力

刘森勋

(福建省泰宁国有林场，福建 泰宁 354400)

福建柏枫香混交林凋落物分解及水源涵养能力

刘森勋

(福建省泰宁国有林场，福建 泰宁 354400)

分析12年生4种林分类型(A处理：福建柏枫香混交林、B处理：枫香纯林、C处理：福建柏纯林、D处理：杉木纯林)的凋落物量、分解速率以及林分水源涵养能力。结果表明：4个处理的凋落物量从大到小依次为A处理>C处理>B处理>D处理。A处理中枫香分解速率比B处理中枫香分解速率提高14.7%，A处理中福建柏分解速率比C处理中福建柏分解速率提高14.9%。林分水源涵养量，A处理与C处理、D处理间，B处理与C处理、D处理间差异达到极显著水平；D处理与C处理间差异达到显著水平。以发挥森林水源涵养等生态服务功能和森林景观价值为主要功能的林分，建议选择营造福建柏枫香混交林。

福建柏；枫香；混交林；凋落物；分解速率；水源涵养能力

森林的水源涵养等生态服务功能及森林景观价值是现代林业所关注的重要内容和发展的新趋势，它们是承载森林生态、森林文化、森林旅游的重要基础，而且是森林非木质价值的重要体现之一。位于福建省西北部的泰宁大金湖是福建省最大的人工湖之一，系国家5A级景区，每年接待游客达83.08万人次，是中外驰名的重点景区，库容水量8.7亿m3，直接利用金湖蓄水发电的池潭水电站、良新水电站年发电量约6.2亿kW·h。金湖库区周围第一重山林地约4000 hm2，是景区有机组成部分，还承担着水源涵养、水土保持、调洪削峰等重要的生态服务功能，其周围第一重山森林资源、林分结构、树种组成深刻影响着森林水源涵养能力和景观价值。

福建柏为柏科福建柏属常绿树种，是国家第一批2级保护的特有珍贵树种[1]。其树干通直、挺拔，枝繁叶茂，紧凑而浓密，枝叶蓝白相间，树冠匀称，树形美观，是优美的景观树种。福建柏虽是常绿针叶树种，但年凋落物量较大，易分解。杨玉盛等[2]研究表明：福建柏林年均凋落物量为731.83 g·m-2，是杉木林(546.65 g·m-2)的1.34倍；盛炜彤等[3]对福建柏凋落物分解速率研究认为：福建柏纯林、杉木纯林半分解和腐殖质与枯枝落叶的比分别为1.061、0.078，表明福建柏枯枝落叶分解比杉木快，福建柏凋落物分解速率快对土壤水分物理性质及水源涵养功能改善有利，是优良的生态树种。枫香为金缕梅科枫香属落叶高大乔木树种，是中亚热带的乡土树种，其树势高大，树冠庞大，绿荫如盖；叶阔，掌状3裂，叶色随着不同季节的变化而变化，春季由浅绿至翠绿，金秋季节叶片转金黄到鲜红，灿若红霞，是著名的彩叶植物。色彩丰富，颇具观赏价值，在观赏、药用、维护地力等方面都具有重要作用。

为了提升金湖库区第一重山的景观价值和森林水源涵养能力，在金湖景区周边第一重山的泰宁国有林场所属山场，开展了原有杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)等针叶纯林改建福建柏(Fokieniahodginsii)、枫香(Liquidambarformosana)混交林的试验，研究其营建技术、混交配置、生长特征、景观价值以及森林水源涵养能力，探索福建柏枫香混交林凋落物数量与分解及其对水源涵养能力的影响。尝试为泰宁金湖景区周边第一重山林分营造，提供适宜的混交组合，为泰宁金湖景区生态系统的经营管理提供参考。

1 试验地概况

试验地位于福建省泰宁国有林场城东工区11林班7大班22小班，面积28.5 hm2。泰宁县地处福建省西北部(26°34′—27°08′N、116°58′—117°24′E)的武夷山脉中段东南侧，属中亚热带季风型山地气候，年均气温17.1～17.6 ℃，年均降水量1720～1910 mm，年蒸发量1347.5 mm，年降雨180 d左右，年平均相对湿度84%，≥10 ℃年积温约5347.2 ℃，年无霜期300 d左右，湿润多雨，四季分明。试验地土壤为中性石英闪长岩发育的山地红壤，土层厚，层次过渡明显，林地属较肥沃Ⅱ类地。海拔120～310 m，坡度20°左右，主要植被有马尾松、杉木、木荷(Schimasuperba)、米槠(Castanopsiscarlesii)、甜槠(Castanopsiseyrei)、枫香、檵木(Loropetalumchinense)、油茶(Camelliaoleifera)、苦竹(Pleioblastusamarus)、乌饭(Vacciniummandarinorum)、老鼠刺(Lteachinensis)、芒萁骨(Dicranopterisdichotoma)、五节芒(Miscanthussinensis)等。试验地前茬为马尾松林，2004年皆伐后，采用不炼山生态清理方式，砍伐剩余物枯枝落叶按等高线堆积成带，在带内块状整地，穴规格50 cm×30 cm×30 cm。

2 试验方法

2.1 试验林营造

试验设4种处理。A处理：福建柏与枫香8∶1星状混交。福建柏与福建柏(枫香)间株行距2 m×2 m，枫香与枫香间株行距6 m×6 m；B处理：枫香纯林，株行距3 m×3 m；C处理：福建柏纯林，株行距2 m×2 m；D处理：杉木纯林，株行距2 m×2 m。采用随机区组试验设计，每个小区面积20 m×20 m，3次重复。2005年春均采用1年生实生苗，按照试验设计营造福建柏枫香混交林，福建柏、枫香、杉木纯林。造林90 d后，结合锄草扩穴1次；连续锄草抚育3 a，每年2次；3 a后，每年进行1次劈草，直至郁闭。

2.2 凋落物分解速率测定

2015年在各标准地中按照X型，布设10个1 m×1 m样方(福建柏枫香混交林分别在福建柏与枫香间各设5个，下同)，每月收集凋落物1次；收集的凋落物带回实验室，抽取一定量进行称重，在80 ℃下烘干至恒重，以此换算凋落物生物量。其余凋落叶等量分装入10个分解网袋，网袋规格为50 cm×50 cm，网眼2 mm(福建柏、杉木针叶用小网袋，小网袋规格20 cm×20 cm，网眼1 mm，混交林中福建柏装入小网袋后套在大网袋中)，测定各样品的初始重量，然后自然均匀地布设在相应林分。每月随机抽取分解样袋3个，在80 ℃下烘干至恒重，计算凋落叶残留量和失重量。利用Olson提出的凋落物分解公式[4]Wt=Woe-kt计算出凋落物分解速率(式中：Wt为分解过程中残留量；Wo为初始量)。

2.3 生物量及水源涵养能力测定

2015年底，在不同标准地进行每木调查，测定胸径、树高，计算出平均胸径、平均树高，以平均胸径、平均树高为准选择标准木，误差不超过5%，因混交林福建柏、枫香要求为相邻木，选择时可适当放宽。标准木采用Monsi分层切割法[5]于不同器官分别取部分样品，用于测定各器官含水量和持水量。在各标准地内，分别建立2 m×2 m的小样方5个，采用样方收获法直接测定灌木、草本层鲜重，分别取部分样品测定含水量和持水量。最大持水量采用浸水法[6]，即试验样品浸水24 h后的持水量。

同时，在各样地中按照X形挖掘土壤剖面5个，按照0～20、20～40、40～60 cm分层取样，采用环刀法测定不同土层深度土壤的含水量和孔隙状况[7]，双环法测定不同林地的入渗性能。根据非毛管孔隙等计算土壤贮水量，土壤最大持水量V=10000×P×D，式中：P为非毛管孔隙度(%)；D为土层深度(m)[8]。

2.4 数据统计与分析

数据采用Excel和DPS软件进行统计与分析。

3 结果与分析

3.1 林分生物量

生物量是森林生态系统生产力的最好指标，是森林生态系统结构优劣和功能高低的最直接表现，是森林生态系统环境质量的综合体现。从表1可知：A处理林分生长状况较好，12年生福建柏、枫香分别比纯林中相应树种平均胸径分别增加6.4%、16.4%，平均树高分别增加5.6%、13.5%。A处理中枫香与福建柏比，平均胸径增加62.7%，平均树高增加43.4%，喜阳性的枫香居于林分上层，稍耐荫的福建柏处于亚林层，林冠层次明显，结构较合理，有利于合理利用太阳能，提高林分生物量。4种林分中林分生物量最高为A处理，分别比B处理、C处理、D处理提高18.9%、43.9%、1.7%。林分生物量中乔木层生物量占绝对优势，A处理、B处理、C处理、D处理乔木层生物量分别占林分总生物量的97.3%、98.2%、95.5%、98.8%。林下植物层生物量以C处理最高，A处理其次，混交林林下植物层生物量高于福建柏和杉木纯林。表明A处理生物量较高，林下生物量也生长发育良好，构建了较为复杂的林分结构，对提升景观价值和增强生态服务功能有积极作用。

表1 不同林分生物量及其分配

3.2 凋落物量

凋落物是森林生态系统内物质循环的中心环节，反映着森林水源涵养能力，左右着林分水源涵养能力的高低[20]。从表2可知，4个处理的凋落物量从大到小依次为A处理>C处理>B处理>D处理，A处理年凋落物量2807.76 kg·hm-2，其中福建柏凋落物量1381.99 kg·hm-2，占49.22%；枫香凋落物量1010.56 kg·hm-2，占35.99%。枫香株数仅为福建柏株数的13.4%，表明枫香凋落物回归林地较多，枫香系深根性树种，可以从土壤深层处吸收营养物质，通过凋落物归还土壤表面，促进了营养物质循环。A处理凋落物量比B处理、C处理、D处理分别增加44.37%、29.22%、78.44%，表明福建柏枫香混交林具有旺盛的生物生产力和养分归还能力。

3.3 凋落物分解速率

有机物经分解者分解成无机物，回归无机自然界是物质循环的重要环节[9]，对森林生态系统生产力有重要影响[10]。从表2可见：不同处理分解速率存在差异。福建柏、枫香凋落物分解速率分别比杉木提高125.1%、134.5%，表明福建柏、枫香凋落物较杉木易分解。A处理中，枫香分解速率比纯林提高了14.7%，福建柏分解速率比纯林提高了14.9%，表明福建柏枫香混交林能促进各自凋落物的分解，这可能与混交林相对复杂的林分结构有关[2-3，10]，它改善了林内温度、湿度以及微生物的数量和质量，表明不同树种凋落物混合可以促进其分解，不仅是生物学现象，而且具有重要的生态学价值，尤其是对地力衰退的林地，具有实际的应用价值。

表2 不同林分凋落物量与凋落物分解速率

3.4 水源涵养能力分析

3.4.1 林分植被持水性 良好的林分结构和丰富的生物量是固土保水功能的基础和前提[11]。从表3可知：不同树种中枫香持水率最大，福建柏居其次，杉木最小。林分不同层次持水率从大到小依次为草本层>灌木层>乔木层。林分持水量从高到低依次为A处理>D处理>C处理>B处理。A处理林分持水量最高，达32.26 t·hm-2，其中乔木层持水量26.63 t·hm-2，占林分持水量的82.55%，林下植物层持水量5.63 t·hm-2，占林分持水量的17.45%。混交林乔木层林分持水量较高，与混交林形成复层林分结构，枫香福建柏树冠重叠、穿插、交叉，单位面积生物量提高有关；同时由于枫香树冠庞大，枝叶伸展、疏开及其秋冬逐渐落叶，使得林下植物层生物量相对较高有关。D处理为杉木纯林，杉木郁闭后，枝叶繁密，冠层较厚，侧枝轮生，叶螺旋状排列，树皮粗糙、条裂，且D处理林分生物量高于C处理、B处理，因此持水量较大；C处理株数较少，林下植被发育良好，林下植物层持水量最大，但在林分持水量中仅占较小部分，因此持水量低于杉木纯林；B处理为福建柏纯林，福建柏鳞叶小枝扁平，树皮平滑，B处理林分持水量最小。

表3 不同林分植物层持水性

3.4.2 枯枝落叶层持水性 枯枝落叶层的生物量虽然在森林总生物量中仅占很小部分，但枯枝落叶层持水性能好，持水量大，是林分涵养水源的重要层次。在4种林分中枯枝落叶持水量从大到小依次为A处理>C处理 >B处理> D处理，A处理持水量最大，分别比B处理、C处理、D处理枯枝落叶层持水量增加50.88%、43.33%、102.01%，这是A处理枯枝落叶量较大的缘故。表明混交林枯枝落叶层持水量较高，这对减少地表径流，固土保水有积极作用。

3.4.3 土壤层持水性 土壤持水性与土壤水分物理性质密切相关。从表4可知，土壤水分物理性质中最重要的因素——容重，0～20 cm土层以A处理最小，C处理次之，D处理最大。A处理分别比B处理、C处理、D处理土壤容重降低了1.5%、2.5%、8.3%，土壤容重大小取决于土壤结构和垒结状况，表明混交林表土层土壤较疏松多孔，其它土层土壤容重也有类似变化。

表4 不同林分土壤水分物理性质

从表4也可以看出，土壤另一个重要水分物理性质相关的因素——土壤孔隙度，也以A处理为好。A处理非毛管孔隙5.82%，分别比B处理、C处理、D处理增加12.79%、22.53%、151.95%，A处理总孔隙度达47.65%，分别比B处理、C处理、D处理增加1.7%、3.9%、4.5%，土壤结构疏松、多孔，从而提高了水分渗透性能，减少了径流产生。A处理初渗速度4.53 mm·min-1，稳渗速度3.05 mm·min-1，分别比B处理提高6.1%、12.1%，分别比C处理提高9.4%、24.0%，分别比D处理提高13.0%、28.2%。由于混交林复层林分结构，多层次拦截，减缓了降雨直接击溅土壤表面，较多枯枝落叶和良好土壤结构多方面共同作用的结果，从而提高了土壤渗透性能，有利于林地的固土保水。

土壤贮水力是森林涵养水源的主体。从表5可知：A处理不同土层最大持水量、田间持水量均最大，A处理0～20 cm土层最大持水量、田间持水量分别比B处理提高9.7%、2.7%，分别比C处理提高9.8%、29.0%，分别比D处理提高22.2%、10.1%，其它土层也有不同程度提高，表明福建柏与枫香混交后土壤持水容蓄能力得到了提高，土壤贮水量增加明显，土壤60 cm土层持水量达199.6 t·hm-2，分别比B处理、C处理、D处理增加16.05%、110.11%、59.17%。

表5 不同林分土壤贮水量

3.4.4 林分水源涵养量 林分水源涵养量是植被层、枯枝落叶层和土壤层持水量之和，反映了森林生态系统容蓄和调控水量的能力。从表6可知：林分水源涵养量从大到小依次为：A处理>B处理>D处理>C处理，A处理林分水源涵养量237.88 t·hm-2，其中土壤层水源涵养量199.6 t·hm-2，占林分水源涵养量的81.91%；枯枝落叶层水源涵养量6.02 t·hm-2，占林分水源涵养量的2.53%；植被层水源涵养量32.26 t·hm-2，占林分水源涵养量的13.56%。显然水源涵养主体为土壤层，混交林改善了土壤结构，提高了林分水源涵养能力，A处理比B处理林分涵养量增加18.52%。经方差分析和多重比较：林分水源涵养量不同处理间存在极显著差异。林分水源涵养量A处理与C处理、D处理间，B处理与C处理、D处理间差异达到极显著水平；D处理与C处理间差异达到显著水平；其它处理间林分水源涵养量差异未达显著水平，但存在一定差异。

4 结论与讨论

福建柏枫香混交林生长状况良好，林分结构合理，促进凋落物分解，具有较好的水源涵养能力。研究结果表明：4个处理的凋落物量从大到小依次为A处理>C处理>B处理>D处理。A处理混交林中枫香分解速率比纯林提高了14.7%，混交林中福建柏分解速率比纯林提高了14.9%。A处理与C处理、D处理间，B处理与C处理、D处理间林分水源涵养量间差异达到极显著水平，D处理与C处理间林分水源涵养量间差异达到显著水平。

表6 不同林分水源涵养能力 t·hm-2

不同林分类型对于森林土壤的形成与分布有着积极作用。不同林分类型构建了不同森林植被，能够明显地影响土壤小气候、土壤生物循环过程，影响到土壤物质的积聚与分解，左右着土壤物质形成过程及各类土壤的基本性质。凋落物则是生态系统内物质循环的中心环节。吴钦孝等[12]认为凋落物及其形成的枯落物层，是森林生态系统中重要的结构层次，在截持降水，防止土壤溅蚀，阻延地表径流，抑制土壤水分蒸发，增强土壤抗冲刷性能等方面都具有重要作用，是实现森林水土保持和水源涵养功能的主要作用层，对土壤物质的积累和理化性质的形成具有重要作用[13-15]，同时有研究者认为：林分类型、树种组成、生长状况、林龄都会影响凋落物量、凋落物质量、分解速率[16-20]。杨玉盛等[10]比较了福建柏、杉木林的年凋落物量，结果表明福建柏年均凋落物是杉木林的1.34倍。周东雄[9]研究表明杉木乳源木莲混交林的年凋落物量是杉木纯林的3.15倍，主要营养元素归还量较快，有利于改善土壤肥力，高志勤等[21]认为：常绿阔叶林、竹阔混交林、毛竹纯林中以常绿阔叶林的水文特性最优，竹阔混交林次之；刘爱琴等[22]对32年生福建青冈林和杉木人工林的研究表明，福建青冈比杉木林有更好的培肥能力，林地蓄水能力增强。建议应根据培育的目标和立地条件，选择适宜的林分类型进行营造，发挥森林的主功能效益。

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The Effect of Water Conservation Capability by the Litter Productivity and Decomposition Rate of Mixed Forest ofFokieniahodginsiiandLiquidambarformosana

LIU Senxun

(TainingStateForestFarmofFujianProvince，Taining354400，Fujian，China)

This paper aims to analyze the litter productivity，decomposition rate and water conservation capability of four forest types born in 2005，including mixed forest ofFokieniahodginsiiandLiquidambarformosana，pureFokieniahodginsiiforest and pureCunninghamialanceolataforest.The result of the research indicates that the litter productivity with four processing methods turn out to be Method A>Method C>Method B>Method D.Through Method A，the decomposition rate of theLiquidambarformosanain the mixed forest increases by 14.7% compared with the pure forest，while the rate grows by 14.9% for theFokieniahodginsii.In terms of water conservation capability，the difference is extremely obvious between Method A and Method C，D，Method B and Method C，D，and is obvious between Method D and C.If the forest aims at developing ecological service functions like water conservation and presenting forest landscape value，it is a good option to create the 8∶1 stellate mixed forest ofFokieniahodginsiiandLiquidambarformosana.

Fokieniahodginsii；Liquidambarformosana；mixed forest；litter productivity；decomposition rate；water conservation capability

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.01.006

2016-08-12；

2016-11-04

福建省林业厅花卉苗木品种引进与研发创新项目(金缕梅科优良彩叶树种及近缘植物引种与产业化关键技术研究，闽财(农)指﹝2014﹞91号)

刘森勋(1974—)，男，山东昌邑人，泰宁国有林场高级工程师，从事森林培育、种苗繁育及森林生态研究。E-mail：smlyjhhc@163.com。

S725.2；S718.5

A

1002-7351(2017)01-0024-06