杉木林生态系统的环境保护作用探讨

邓文才

（广西融安县林业局，广西 柳州 545400）

环境问题是一个时期以来人们关注的焦点之一。环境问题包括生态环境退化。杉木的经济效益研究报道较多。杉木生态系统中的生物系统发挥的生态功能及其效益报道较少。本文针对杉木生态系统中的生物系统，通过水文效应、营养元素生物循环，把营养元素及其他有益元素归还和注入杉木林生态系统进行探讨，力求保护杉木林生态系统的生态环境，提升环境质量与活力。

1 截留降雨，涵养水源

杉木为主体的杉木林生态系统（以下简称杉木林生态系统）中的生物系统乔木层成林后，主伐前，下雨时产生明显的水文效应或水文作用。降雨落到杉木林冠层，就开始了雨水的再分配过程。杉木枝叶浓密，叶面积指数大，杉木树皮纤维厚实粗糙，降雨在杉木林内的再分配就有着与常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林不同的特点与分配规律，与无林草坡地有更大的差异。据测定资料，杉木乔木层林冠截留降雨量占当地降雨量12.44%。其林冠截留率比同一研究区相同郁闭度的常绿落叶阔叶混交林（占11.1%）略大；更明显大于常绿阔叶林（占9.9%）。显示出针叶林截留率大于阔叶林。当林外降雨量7.0mm，常绿阔叶林已开始产生树干径流。而杉木林乔木层在林外降雨量为 13.8 mm，林内才出现树干径流。表明杉木树干树皮有着较强的吸水能力。杉木乔木层对降雨的截留率随着降雨时数增加而增加。杉木乔木层枝、叶、果凋落物在地面形成枯落物，分解速率缓慢，分解时间长，与当地气温、空气相对湿度、土壤含水率等因素密切相关。杉木成林内枝、叶、果等枯落物分解缓慢，现存积累量比草坡地枯落物现存量显著较多。前者 （6.3t/ha）比后者（0.9t/ha）多7倍。前者在一次降雨过程持水量达20.85 t/ha，为后者持水量的6倍，杉木乔木层的枯枝落叶层对降水有较大吸蓄作用。杉木林生态系统水文效应与水源涵养能力还体现在林地土壤这一层次。杉木林生态系统的土壤深厚、疏松、结构良好，非毛管孔隙度大于草坡地土壤，杉木林生态系统土壤环境最大持水量达757.1mm，比草坡地土壤环境持水量（725.4 mm）多4.4%。毛管持水量与最小持水量也分别高于草坡地土壤环境持水量1.7%和0.6%。在山区，水气丰富、云雾较多，林木，特别是针叶林使云雾凝结成水滴作用突出，林内雾滴降水量可达当地降雨量的20%～50%。促使有林地区降雨量增加20%～40%。除此之外，杉木林乔木层对固态降水也有明显的吸附作用。杉木为主体的杉木林生态系统，林内降雨量的再分配，产生的水文效应，削减了到达林地的雨水数量和溅蚀力，减少地表径流，增加雨水渗透量与土壤含水量，减少土壤与肥力的流失。

2 杉木林生物系统乔木层营养元素的归还

杉木林生态系统中的生物系统乔木层吸收太阳辐射能转化为化学能，合成有机物质贮存在树木体内。同时将矿物元素贮存在树木各个器官。10种以上营养元素在杉木乔木层生长发育过程发挥作用。N、P、K、Ca、Mg是其中重要元素。杉木有较强聚钙能力，也喜好钙元素，在富钙、湿润、结构良好的砂质壤土，杉木生长更迅速。林木活组织走向衰老和死亡是一个渐变过程。在这个过程中营养元素会从衰老的组织向幼嫩组织转移。结果是，杉木落叶、落枝和落花果，多数营养元素含量均低于立木同器官的同类营养元素含量。与此相反，比最大生物量的树干高数倍。大多数营养元素相对地比树木根系也高出很多。据测定，通过凋落物归还土壤的10种元素相当于立木元素存留量的2.4，实际归还林地土壤的10种元素总量达65.50kg/ha.a，显示杉木成熟林通过凋落物归还林地土壤的营养元素含量达到比较高的水准。森林凋落物是森林生产力组成部分，森林凋落物大多数来自杉木林乔木层，其主要组成是落叶、落枝和落花果，3种凋落物以龙胜里骆林区24-28年生杉木成熟林乔木层为例，凋落物平均产量计算为3.749t/ha.a，凋落物占杉木年总产量的44.7%。在凋落物组成中，落叶、落枝、落花果（含少量树皮）分别占55.9%、23.1%和21.0%。凋落物在林地上形成枯落物，构成林地有机质主要、宝贵的物质库。夯实杉木林土壤肥力物质基础，成为杉木林生态环境中土壤环境结构优化、性状良好的重要构成因素。杉木林生态系统乔木层每年的凋落物数量、结构组成、性状，与树种组成、林龄结构、自然条件、坡位及经营管理有密切联系。凋落物是该生态系统营养元素生物循环中的一个阶段的物质形态表现形式，元素生物循环是生态系统内部植物群落与土壤之间营养元素的循环，循环过程通过营养元素吸收、存留和归还三个阶段完成和维持平衡。据测定，杉木凋落物中5种营养元素N、P、K、Ca、Mg归还量为95.28kg/ha.a，略高于营养元素存留量。凋落物把营养元素归还林地土壤还需要经过分解过程，释放的营养元素才能进入土壤。杉木凋落物的年分解速率为48.4%，意思是凋落物所含的营养元素每年归还林地土壤的只占48.4%。60年、56年、20年生不同林龄杉木乔木层N、P、K、Ca、Mg元素现存量不同，年吸收量、归还量也不同，年归还量占年吸收量的百分比分别为：12%～17%、19%～23%和11%～22%。从中看出，杉木林地养分生物循环，自20年生以后直至60年生，都处于供不应求状态。60年生杉木林分年归还量不及年吸收量的25%。为了补充并提高土壤肥力，维持林地土壤养分生物循环平衡，提高林分生产力，追施肥料，加强抚育管理，营造杉阔混交林，林农复合经营模式等，都是有效措施。杉木林生态系统乔木层以凋落物形式每年归还林地土壤的营养元素为48.4%，是对土壤环境系统增强肥力与活力的主要途径和措施。大气降雨淋溶把杉木乔木层营养元素归还林地土壤也是一种有效途径，不过这种途径归还林地土壤的营养元素数量不多。

3 杉农复合经营对林地土壤产生的作用

杉木喜气候温暖、空气湿度大、土壤水分充足的丘陵山地，土壤深厚、肥沃，有机质丰富的环境。在融安山地丘陵区的集体林区，集体林权制度改革后，林木和林地经营权、产品处置权和转让权落实到户，杉木林分户经营。同一块林地多年栽植杉木已是普遍现象。然而，据研究资料表明，同一林地二代连栽杉木，单产一般降低20%，三代连栽杉木单产比第一代降低40%～50%。以往习惯是炼山、全垦。这是林地土壤结构、性状破坏、营养元素流失重要过程。林农复合经营模式，以杉木为主体，建立杉农结合生态生产结构或生产生态复合系统，运用生态系统共生原理，建立多种生物、多层结构、多功能的林农复合生产生态系统；运用生态位配置原理与生态位相适应的生物物种，充分利用环境资源的异质性，提高植物生产潜力。同时提高作为环境因素的土壤生产能力。杉木--籽西瓜套种是一种复合经营模式，实施立体设计与科学经营管理。籽西瓜为一年生草本植物，茎蔓生，密生细毛，叶浓绿，性喜炎热、干燥和充足阳光。采种子用的品种，果小味淡，子多而大，通称“籽西瓜”。籽西瓜一般5月播种，7月成熟收获，周期短、见效快。籽西瓜藤蔓在林地上满地伸展覆盖，构成纵横交错的“藤网”，成为林地表面保护层，避免或减少雨滴直接溅蚀林地和损坏杉木幼苗幼树，发挥第一层保护作用。“藤网”减弱地表径流的形成及径流的流量、流速，增加地表水渗透率，减少林地土壤和养分的流失。有效保护杉木--籽西瓜复合生产生态系统环境系统中的土壤环境及其持续利用功能。籽西瓜藤蔓铺满地面，白天（尤其是晴天）降低太阳辐射带来的日灼、高温，减少地表水分蒸发，夜间减弱植物蒸腾作用。这些过程都减少林地土壤水分消耗而贮存于土壤中。杉木--籽西瓜复合经营属于人工林林农复合生产生态系统，籽西瓜为短周期经营品种，人们在系统中除草、松土、施肥、防治病虫害等经营管理措施，投入很多物质和活劳动。籽西瓜的收获是该复合生产生态系统中或经营对象中生物总产量的一小部分，约占生物总产量25%。剩余大部分绿色植物以有机质归还林地。杉木--籽西瓜复合生产生态系统，以耕代抚，以短养长，长短结合，为生产生态系统创造良好土壤环境条件，改善土壤环境养分、肥力因杉木需要逐年“供不应求”状况，维持土壤肥力性状的平衡。温远光等人在贺州市黄洞林场试验杉木--籽西瓜套种模式，累计套种面积1356ha。表土流失量比对照区减少92%；0～20cm土层土壤容重比对照区降低8.74%；非毛管孔隙度增加12.70%；自然含水率提高23.38%；有机质含量提高17.1%。改变了像融安集体林区杉木林地肥力下降的现象。杉木--籽西瓜复合经营模式，使二代杉木连栽土地生产力不但不下降，而是比第一代林木材产量（7.85m/hm）净增30%～50%，实现林地持续生产力提高和杉木幼林速生快长。一物多用，一劳多得，提升了劳力、肥料利用率和生产生态系统经营的经济效果。更为重要的是维持了杉木林地可持续经营利用。

4 杉木个体、群体对景观环境产生的作用

自景观文化产生以来，景观文化在人类生存和发展的环境中发挥了重要作用。景观文化成为人类精神生活中重要组成部分，是构成环境系统和陶冶人们情操、提高精神文化水准重要内容。在山区丘陵，杉木林生态系统乔木层主伐前，杉木发挥景观作用。杉木个体、群体在不同具体位置、不同自然条件，发挥着不同的森林景观功能，为人类创造社会服务效益和休闲、观赏价值。杉木具有色、形、香独特性状，在景观环境中独树一帜，引人注目。杉木常绿，叶面深绿色，微具白粉或白粉不明显，下面淡绿色。深绿、淡绿都是绿色，给人们清凉、爽快、舒适的空间环境。杉木树干高大，高达30m以上，挺拔轩昂，苍劲肃穆，蔚为壮观。杉木树体散发一种清香气味，令人身心舒畅，神情振奋。在寺庙宗祠、古塔书院、纪念重地、风景名胜和旅游胜地，常常看到偌大沧桑的古松、古柏、古杉、古槐、古樟、古榕。这些古树名木就是一幅独具特色、富有中国民族文化色彩的中国画。驻足或坐在杉木树冠下，可以静享“森”呼吸，令人愉悦和快乐。杉木作为园林绿化或森林景观种植树种，可以孤植、列植、行植或丛植。森林公园、地质公园、其他综合性公园视环境条件和树种配置适地适树建植。培育山区森林景观或森林公园，可以片植，让人们纵情欣赏和饱览杉木林海绿色波涛，领会杉木塑造的景观环境，为人类创造美好的景观环境资源价值。

5 结语

（1）杉木林生态系统乔木层，主伐前杉木林冠层截留降雨量占当地降雨量12.44%；比常绿落叶阔叶混交林（占林外降雨量11.1%）降雨截留率高1.34%；比常绿阔叶林（占林外降雨量9.9%）降雨截留率高2.54%.林外降雨量13.8mm时，杉木乔木层开始产生树干径流，常绿阔叶林在林外降雨7.0mm就已经产生树干径流。杉木林生态系统枯落物层现存量6.3t/ha，草坡地枯落物层0.9t/ha，前者在一次降雨过程持水量 20.85t/ha，为后者蓄水量6倍。杉木林地土壤最大持水量757.1mm，比草坡地土壤持水量（725.4mm）多4.4%。

（2）杉木林生态系统营养元素归还林地主要途径是凋落物，落叶、落枝和落花果3个器官内多数营养元素含量低于立木同器官同类营养元素，但仍比树干高出数倍。凋落物内含主要营养元素是N、P、K、Ca、Mg，是森林生产力重要组成部分。归还林地土壤10种营养元素总量，在24～28年生杉木乔木层，达 65.500kg/ha.a，总浓度约杉木乔木层2.4倍。24～28年生杉木成熟林乔木层凋落物平均产量3.749t/ha.a，占杉木年总产量的44.7%。3个器官组分分别占凋落物总量的55.9%、23.1%和21%。凋落物经枯落物分解释放营养元素才能进入土壤。

（3）杉木—籽西瓜复合经营模式，籽西瓜藤蔓覆盖林地表面，减少雨滴溅蚀林地及杉木幼苗，削弱地表径流流量、流速，增加地表水渗透率，减少土壤和养分流失，保护了林木生长的土壤环境。藤蔓覆盖地表，降低太阳辐射高温及水分蒸发，保持林地土壤水分不致过多消耗。经营管理过程人力、物力投入，籽西瓜收入仅占经营范围生物总量25%，大部分植物保留、归还林地。供给杉木林地增施大量有机物质，土壤环境因子补充和增加了大量营养元素，提升土壤环境多项指标及可持续利用能力。

（4）杉木林生态系统杉木乔木层在主伐前，森林景观价值与功能日益显得重要。在特殊环境条件、特定位置，例如：名胜古迹、旅游胜地、纪念重地、寺庙宗祠，沧桑古杉，有着独特的景观环境作用，营造肃穆、崇敬环境氛围。不同环境分别采用孤植、列植、行植、片植。