水土流失区不同林分类型水源涵养能力评价

黄茂勋

摘 要：通过野外调查和室内测定，分析了水土流失区木荷纯林、闽粤栲纯林和木荷 × 香叶树 × 闽粤栲混交林乔木层、凋落物层以及土壤层水源涵养能力的差异。结果表明：（1）乔木层、林下凋落物层以及0～60cm土壤层贮水量最大持水量均表现为木荷 × 香叶树 × 闽粤栲混交林>闽粤栲纯林>木荷纯林;（2）3种林分综合水源涵养能力的大小表现为木荷×香叶树 × 闽粤栲混交林>闽粤栲纯林>木荷纯林;（3）在水土流失区造林，建议优先营造混交林。

关键词：不同林分类型;水源涵养;水土流失区

中图分类号 S727.21文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）06-0061-04

Evaluation of Water Conservation Capacity of Different Types of Forest in Soil Erosion Area

HUANG Maoxun

（Forestry Bureau of Liancheng County， Liancheng 366200， China）

Abstract： Through field investigations and indoor measurements， the water conservation capacity of the tree layer， litter layer and soil layer in the pure forest of Schima superba， the pure forest of Castanopsis fargesii and the mixed forest of Schima superba×Lindera communis×Castanopsis fargesii under the water and soil erosion areas were analyzed in this paper. The results showed that： （1） The maximum water holding capacity of the tree layer， the litter layer and the 0-60 cm soil layer were as follows： S. superba×L. communis×C. fargesii mixed forest>the pure C.fargesii forest>the pure S.superba forest; （2） The comprehensive water conservation capacity of the three forests were shown as S. superba×L. communis×C. fargesii mixed plantation>the pure C. fargesii forest>the pure S.superba forest; （3） Afforestation in soil erosion areas， it is recommended to give priority to the establishment of mixed forest.

Key words： Different type forest; Water conservation capacity; Soil erosion area

森林生态系统是地球陆地面积最大、生物量最高的生态系统，其不仅具有提供食物、供给木材等经济功能，而且还具有调节气候、净化空气、拦截径流、固碳及涵养水源等多种生态功能[1，2]。随着全球气候变化，森林生态系统的生态服务功能越来越受到诸多学者的关注[3-5]。森林水源涵養能力是指森林生态系统通过林冠层、林下植被、凋落物层和土壤层4个层次对降水进行拦截、滞蓄和再分配的作用，是森林生态系统重要的生态功能之一[6]。由于不同树种自身的生物学差异，不同树种郁闭后形成的林分生态环境也不尽相同，不同类型林分的水源涵养能力具有较大差异[7]。

中国是水土流失较为严重的国家之一。近年来，随着“绿水青山就是金山银山”理念不断深入人心，如何提高水土流失区的森林覆盖率，提升水土流失区森林生态系统的水土保持功能，已成为目前林业科技工作者密切关注的问题[8]。闽粤栲（Castanopsis fissa）为壳斗科锥属树种，适宜生长于红壤坡地，由于其耐瘠薄、生物量大、树冠宽，落叶量大，是困难造林地及水土保持优良的树种之一[9]。木荷为（Schima superba）为山茶科木荷属树种，耐瘠薄，材质优良，也是水土流失区造林面积较大的树种之一[10]。

本研究以水土流失区作为研究区域，在分析木荷纯林、闽粤栲纯林和闽粤栲×木荷×香叶树（Lindera communis）混交林等3种林分类型生物量差异的基础上，通过对该3种林分类型乔木层、凋落物层和土壤层的水源涵养能力进行测定，探究不同林分类型的水源涵养能力差异，从而为水土流失区的林分结构改造以及提高林分的质量提供参考。

1 试验地概况

试验地位于连城县国有文亨林场（116°45′36″E，25°37′55″N），地处福建西部山区武夷山脉南段。属中亚热带海洋性季风气候，年平均气温18.8℃，年平均降水量1543.4mm，历史极端最低温度-6.5℃，极端最高温度39℃，年平均雨量1734.4mm;相对温度78%，相对湿度76%，全年无霜期296～329d。多年平均水面蒸发量为1000mm，多年平均陆面蒸发量650～750mm。长期以来，由于该地森林资源的破坏以及立地较差，植被恢复较难，成为水土流失区之一。试验地海拔407m，土壤为山地红壤，土层较薄。

2 研究方法

2.1 试验林营建 试验林营建采用随机区组试验设计，3个随机区组，每个随机区组3个试验小区，每一小区面积1hm2。同一区组内分别营建木荷纯林、闽粤栲纯林、木荷×闽粤栲混交林等3种林分类型。试验地前身为桉树（Eucalyptus robusta）纯林。2016年8月份桉树采伐后于当年12月进行块状整地，2017年3月采用挖穴式营造试验林，挖穴规格60cm×40cm×40cm，每穴施复合肥0.25kg底肥。造林株行距为1.5m×1.5m，造林密度4445株·hm-2。木荷×闽粤栲混交林（木荷∶闽粤栲=2∶1）行状混交，并保留乡土树种香叶树。造林后当年、第2年和第3年对样地进行全面除草，并每株开沟追肥0.25kg。基肥及追肥均采用含量45%（N∶P∶K=25∶10∶10）的复合肥。

2.2 调查及取样 调查时间为2019年11月，在3种林分类型中下部分别设置3个20m×20m临时样地并进行每木调查，共设置9个样地。依据每木调查结果分别计算出不同样地不同树种的平均胸径与平均树高。依据平均胸径与平均树高在样地内各选出一株平均木。平均木砍伐后分别称鲜重。在每个样地内随机设置5个1m×1m小样方，收集样方内全部的凋落物并称鲜重。在样地内下、中及上坡位分别挖1个土壤剖面，用环刀分别取0～20cm、20～40cm、40～60cm共3个土层的土壤样品，带回实验室测量其物理性质。林分的生长情况见表1。

2.3 水源涵养功能测定 将平均木枝、干、叶及凋落物样品带回室内称重后分别浸泡水中24h，于无重力滴水状态下测量其最大持水量[11]，自然风干后放入烘箱烘至恒重测量其干重。测量环刀土壤样品重量后，泡水12h后，于无重力滴水状态下测量重量;再将其置于干砂盘2h后测量重量，之后再干砂两昼夜测其重量，最后置于烘箱烘至恒重测量其干重[11]。根据相关测量数据计算土壤相关物理性质和贮水、排水能力。

2.4 数据分析 试验数据采用WPS 2019和SPSS 23.0进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型乔木层的水源涵养能力 根据表2分析可知，从绝干生物量角度来看，木荷×香叶树×闽粤栲混交林最高，其次是闽粤栲纯林，木荷纯林的生物量最低，其中木荷×香叶树×闽粤栲混交林、闽粤栲纯林绝干生物量与木荷纯林相比分别提高153.55%、74.60%。从自然持水量指标来看，木荷×香叶树×闽粤栲混交林最高，其次是闽粤栲纯林，木荷纯林最低;其中木荷×香叶树×闽粤栲混交林、闽粤栲纯林持水量与木荷纯林相比分别提高185.42%、76.99%。最大持水量闽粤栲纯林与木荷纯林相比提高79.40%，木荷×香叶树×闽粤栲混交林最大持水量相与木荷纯林相比提高192.92%;方差分析表明，木荷×香叶树×闽粤栲混交林及闽粤栲纯林绝干生物量、自然持水率、自然持水量、最大持水率和最大持水量与木荷纯林相比的差异达极显著差异（P<0.01），木荷×香叶树×闽粤栲混交林绝干生物量、自然持水率与闽粤栲纯林相比差异达到显著水平（P<0.05）且最大持水量差异达极显著水平（P<0.01）。

3.2 不同林分类型凋落物层的水源涵养能力 从表3分析可知，木荷 × 香叶树 × 闽粤栲混交林凋落層的生物量最多，其次是闽粤栲纯林，木荷纯林凋落物层生物量最少;其中木荷 × 香叶树 × 闽粤栲混交林及闽粤栲纯林凋落物层生物量与木荷纯林相比分别提高98.85%、21.04%。凋落物层自然持水量等指标也是木荷 × 香叶树 × 闽粤栲最高，其次是闽粤栲纯林，木荷纯林最低;其中木荷×香叶树×闽粤栲凋落物层持水量与木荷纯林相比提高230.43%，闽粤栲纯林凋落物层持水量与木荷纯林相比提高39.13%;闽粤栲纯林凋落物层最大持水量与木荷纯林相比提高70.97%;木荷×香叶树×闽粤栲混交林凋落物层最大持水量与木荷纯林相比提高187.10%。方差分析结果分析表明，木荷×香叶树×闽粤栲凋落物层生物量、自然持水率、自然持水量与木荷及闽粤栲纯林相比差异达极显著水平（P<0.01），木荷×香叶树×闽粤栲凋落物最大持水率及最大持水量与木荷纯林相比差异达极显著水平（P<0.01）。

3.3 不同林分类型土壤水源涵养能力比较 从从表4可以看出，同一层土壤不同林分类型下土壤的物理性质存在差异。在0～20cm土壤层中，土壤容重表现为木荷纯林>闽粤栲纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林;非毛管孔隙度表现为闽粤栲纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林>木荷纯林;毛管孔隙度和总孔隙度大小均表现为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>木荷纯林>闽粤栲纯林。从20～40cm土壤层差异可以看出，在该土层下土壤容重表现为木荷纯林>闽粤栲纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林，非毛管孔隙度表现为闽粤栲纯林>木荷纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林，毛管孔隙度和总孔隙度为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>木荷纯林>闽粤栲纯林。从40～60cm土壤层差异可以看出，土壤容重和非毛管孔隙度为木荷纯林>闽粤栲纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林，毛管孔隙度和总孔隙度表现为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>木荷纯林>闽粤栲纯林。

在0～20cm的土壤层排水能力是木荷纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林>闽粤栲纯林，20～40cm土壤层中排水能力是木荷纯林>闽粤栲纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林，40～60cm土壤层中排水能力是木荷纯林>闽粤栲纯林>木荷×香叶树×闽粤栲混交林。在0～60cm土壤层的土壤总贮水量表现为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>闽粤栲纯林>木荷纯林。

3.4 不同林分类型的综合水源涵养能力 从表5可以看出，地上部分最大持水量表现为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>闽粤栲纯林>木荷纯林，0～60cm土壤层贮水量则表现为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>闽粤栲纯林>木荷纯林;其中地上部分最大持水量闽粤栲纯林和木荷×香叶树×闽粤栲混交林与木荷纯林相比分别提高78.74%、192.47%;在0～60cm土壤层贮水量中，木荷×香叶树×闽粤栲混交林和闽粤栲纯林与木荷纯林相比分别提高90.31%和0.99%。林分总持水量大小排序为木荷×香叶树×闽粤栲混交林>闽粤栲纯林>木荷纯林，木荷×香叶树×闽粤栲混交林和闽粤栲纯林总持水量与木荷纯林相比分别提高94.59%、4.24%。方差分析结果表明，木荷×香叶树×闽粤栲混交林地上部分最大持水量、0～60cm土壤层贮水量和林分总持水量与闽粤栲纯林、木荷纯林相比差异达极显著水平（P<0.01），闽粤栲纯林地上部分最大持水量与木荷纯林相比差异达极显著水平（P<0.01）。

4 小结与讨论

水源涵养是森林生态系统主要的生态服务功能之一。森林植物群落的水源涵养功能主要是通过林冠层、林下植被、凋落物层和土壤层4个作用层对降水实现拦截、再分配和储蓄的过程来实现[12，13]。在本次林分调查时，由于刚进行林下除灌工作，故本研究未分析林下植被的水源涵养能力。从本研究结果可知，土壤层是森林生态系统最大的贮水库，其次是乔木层，而凋落层贮水能力最低，这与前人的研究结果一致[14，15]。此外，混交林在林分生长量、生物量及水源涵养能力等方面均优于纯林。因此，今后的营林过程中，在坚持适地适树的前提下应优先考虑营造混交林或进行复层林改造，不仅可以促进林分生长，提高林地养分的维持能力，而且还可提高林分质量，增强林分的生态服务功能[16-18]。就闽粤栲和木荷2种纯林水源涵养能力的差异而言，闽粤栲纯林水源涵养的能力优于木荷纯林，闽粤栲不仅生物量较大，树冠较大，而且落叶量大，水源涵养能力更强。因此，在水土流失区营林时，可考虑种植闽粤栲，达到治理水土流失的效果。

参考文献

[1]陈严武，史正涛，曾建军，等.水源地不同林分水源涵养功能评价[J].干旱区资源与环境，2015，29（2）：67-74.

[2]蔡丽平，李芳辉，侯晓龙，等.木荷杉木混交林水源涵养功能研究[J].西南林业大学学报，2013，32（6）：13-18.

[3]郑兆飞.桤木杉木混交林水源涵养能力研究[J].西南林学院学报，2008，28（3）：8-10.

[4]郑文辉，林开敏，徐昪，等.7种不同树种凋落叶持水性能的比较研究[J].水土保持学报，2014，28（1）：88-91.

[5]韩春华，赵雨森，杨俊，等.阿什河上游几种林分水源涵养能力比较[J].东北林业大学学报，2008，36（6）：16-18.

[6]零天旺，覃富健，李海防，等.不同年龄尾巨桉林水源涵养能力比较研究[J].广西林业科学，2011，40（3）：177-181.

[7]張志永，张卓文，陈玉生，等.5种主要森林类型涵养水源能力比较研究[J].福建林学院学报，2005，25（2）：171-175.

[8]杨静，张耀艺，谭思懿，等.亚热带不同树种土壤水源涵养功能[J].生态学报，2020，40（13）：4594-4604.

[9]洪宜聪.马尾松闽粤栲异龄复层混交林的林分特征及涵养水源能力[J].东北林业大学学报，2017，45（4）：53-59.

[10]林仲.不同坡位50年生木荷人工林水源涵养能力分析[J].安徽农业科学，2017，45（18）：143-145.

[11]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].，上海：上海科学技术出版社，1978.

[12]马维玲，石培礼，宗宁，等.太行山区主要森林生态系统水源涵养能力[J].中国生态农业学报，2017，25（4）：478-489.

[13]时钟瑜，李婕.长白山不同林型土壤水源涵养功能特征[J].水土保持研究，2019，26（6）：158-164.

[14]张佳楠，张建军，张海博，等.晋西黄土区典型林分水源涵养能力评价[J].北京林业大学学报，2019，41（8）：105-114.

[15]罗佳，田育新，周小玲，等.不同造林模式水源涵养功能研究[J].中南林业科技大学学报，2017，37（3）：79-85.

[16]费裕翀，吴庆锥，路锦，等.林下植被管理措施对杉木大径材林土壤细菌群落结构的影响[J].应用生态学报，2020，31（2）：407-416.

[17]费裕翀，吴庆锥，张筱，等.不同林下植被管理措施对杉木大径材培育林土壤特性与出材量的影响[J].应用与环境生物学报，2020，26（3）：919-927.

[18]曹光球，费裕翀，路锦，等.林下植被不同管理措施培育杉木大径材林分土壤酶活性差异及质量评价[J].林业科学研究，2020，33（3）：76-84.

（责编：张宏民）