青海云杉造林密度与水源涵养功能的响应关系①
2019-05-19周有林
周有林
(青海省海东市互助县林木种苗站 青海海东 810599)
造林是一项需要长期维护的工程,所以要熟练掌握种植树木的特点。如青海云杉的种植,其生长周期较长,喜欢湿润、清凉的地区,由于固土能力较强,所以土地贫瘠、轻酸度的土壤都可以种植云杉。在其涵养水源与造林时,只要掌握好个中关系,掌握相应种植技术,造林效果就会非常明显,利用价值很高。
水源涵养是探究森林生态系统的重要参数,在我国部分干旱地区,水源涵养功能主要为森林蓄水、保水能力。然而在雨水较充沛的林地,其水源涵养功能可以参考其保水及固沙功能[1]。本文通过样本对树木、森林进行长期的检测及测量,将对青海云杉的水源涵养与不同林种配置进行多角度的研究。
1 材料与方法
1.1 青海研究区域概况
本文将对青海玉树县内的云杉林进行研究。青海为大陆性高原气候,年均气温为3.8 ℃,平均风速2.3 m/s,年降水量为500 mm,全年无霜,多地土壤为山地,主要是棕褐土与栗钙土。将该流域内的林龄为15~17年的青海云杉林作为研究对象,其多数分布在海拔2 500~2 600 m的地区,长势较良好,极少数出现枯木现象,因此,青海云杉林是高寒山区造林的代表。
1.2 研究方法
选取不同密度的树木,记录样地的地理条件,包括相关经纬度、山地坡度、植被覆盖情况等信息,对树木进行林龄的测量,如树木高度、冠幅、株数等,利用相关的草木面积,记录不同林木中的持水能力。需在不同的样地中挖入2个50~60 cm深的土壤坑,分3次进行土壤测试。样地基本情况见表1。
表1 样地基本情况
1.3 土壤性质测试
利用不同的林木对其进行挖坑处理,按照0~20、20~40、40~60 cm进行3层取样测试,常规方式是利用烘干称量及浸水烘干等方式,测量土壤中饱和水的能力、其中包括容重能力、土壤孔隙密度等。
1.4 植被持水能力测评
根据不同落物蓄积能量测定,其样地可以选取3个1 m×1 m的草本样,对其枯落物的厚度进行测量,再用烤箱对其进行8~12 h烘干,保持温度为80 ℃左右,称其重量,才能确保相关枯落物的蓄积量,在烘烤结束后装置尼龙袋中,用清水浸泡24 h,测出最大的持水量。具体计算公式如下。
说明:Wt为土壤饱和蓄水量(m3/hm2);Wo为土壤非毛管蓄水量(m3/hm2);Wc为土壤毛管蓄水量(m3/hm2);Pt为土壤总孔隙度(%);Po为土壤非毛管孔隙度(%);Pc为土壤毛管孔隙度(%);h为土层厚度。
2 结果与分析
2.1 枯落物层及林下草本水源涵养功能
根据枯落物进行水源涵养功能的测试,其主要测试原因,是根据枯落物的类型、组成、分解状况等因素,对目前草本的降水、土壤水分蒸发等内容进行测算。由表2可知,持水能力的强弱与森林类型及枯落物蓄积量有很大关系,根据7种青海云杉不同的造林密度,得出相应枯落物蓄积量范围为0.73~2.45 t/hm2,其中,1 725株/hm2密度下的枯落物蓄积量最大,2 319株/hm2密度下的枯落物蓄积量最小;枯落物最大持水率的变化范围为165.43%~326.76%;不同造林密度下的枯落物最大持水量范围为 1.78~7.65 m3/hm2。因此,枯落物蓄积量与造林密度有密不可分的关系,不同造林密度下的枯落物持水率随之增加,枯落物最大持水量的变化与枯落物蓄积量不尽相同。这说明枯落物最大持水依旧受枯落物蓄积量与枯落物持水率的影响[2]。
表2 青海云杉不同造林密度的枯落物持水性测试
由表3可知,不同造林密度下,草本生物量变化范围为0.63~2.34 t/hm2,密度为1 475株/hm2的林地拥有最高的草本生物量,而密度为2 319株/hm2的林地其草本生物量最低,这说明,草本持水能力与造林密度有着极大的关系;草本最大持水率的变化范围为185.43%~362.53%,持水率最高的造林密度为2 319株/hm2;草本最大持水量变化范围为1.93~7.21 m3/hm2。因此,草本持水率与草本种类有极大的关系,随着造林密度的增加,草本层的最大持水量会逐渐减小。
表3 青海云杉不同造林密度下的草本持水特性
2.2 土壤物理性质与水源涵养功能
土壤的性质与土壤的渗透与贮水有重要的关系,土壤的水源涵养功能则与相关的物理性质有更紧密的关系[3]。通过土壤的容重与孔隙度可以反映出相关土壤性质,这对于土壤蓄水与通气有更直接的作用,其好坏将直接呈现在土壤所含的肥力与作物生长情况上,不同的土壤由于性质的变化,所以造林密度也随之变化。由表4可知,不同造林密度下,土壤容重间的差异计算可根据F=7.54,p=9.32×10-4<0.05,土壤容重的变化范围为1.46~1.14 g/cm3,容重最小的造林密度为1 575株/hm2,而容重最大的造林密度为1 350株/hm2;不同造林密度下的土壤总孔隙度间显著性差异F=4.48,p=0.01<0.05,总孔隙度的变化范围为45.54%~55.13%;毛管孔隙中的水分在土壤中可以长期保存,更利于植物根系的吸收与蒸发,不同造林密度下,土壤毛管孔隙度间也有显著性差异F=4.36,p=0.01<0.05,毛管孔隙度变化范围为43.23%~52.43%,2 319株/hm2造林密度下的土壤毛管孔隙度最大,1 350株/hm2密度土壤下的毛管孔隙度最小;非毛管孔隙能较快吸收降水并及时下渗,有利于水源涵养,非毛管孔隙度随造林密度的变化也存在显著性差异F=8.60,p=4.81×10-4<0.05,变化范围为2.02%~5.26%,1 575株/hm2造林密度下的土壤非毛管孔隙度最大,1 350株/hm2密度下的土壤非毛管孔隙度最小。
表4 青海云杉不同造林密度与土壤物理性质
3 结论
林区中枯落物蓄积量是随着密度变化而变化的,其中,草本生物量会跟随造林密度增加而减小,高密度造林中,不同造林密度下的青海云杉林水源涵养功能,密度在1 575株/hm2的青海云杉林中,享有最好的水源涵养能力,其密度相当于当地2×3m2的造林规格。建议在今后造林中,合理规划造林密度,考虑造林技术,便于更好的发挥青海云杉林地的水源涵养能力。