汪建明

(福建省建甌市林業(yè)局，福建南平353100)

杉木－厚樸人工混交林枯落物生態(tài)保護(hù)功能研究

汪建明

(福建省建甌市林業(yè)局，福建南平353100)

摘要為探討杉木人工純林與混交林生態(tài)水文功能，采用樣地調(diào)查和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，對(duì)福建建甌市杉木人工純林和杉木－厚樸人工混交林枯落物現(xiàn)存量、持水量、持水率和吸水速率進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明:杉木純林枯落物現(xiàn)存量和最大持水量高于杉木－厚樸混交林，分別為5.94、3.81 t·hm－2和11.55、7.87 t·hm－2;混交林的持水率高于純林，分別為218.72%、187.58%;吸水速率在浸水前0.5 h時(shí)間段混交林也高于純林，分別為3.44和2.65 g·g－1·h－1?；旖涣挚萋湮飳涌稍诙虝r(shí)間內(nèi)迅速吸收降水，減少水土流失，具有較強(qiáng)的生態(tài)防護(hù)功能。

關(guān)鍵詞杉木;厚樸;混交林;現(xiàn)存量;持水性能

森林凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組分和物質(zhì)循環(huán)的載體［1］，林下枯落物層不僅可增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤水熱和通氣狀況、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，而且其疏松的結(jié)構(gòu)具有良好的透水性和持水能力，可削弱雨滴對(duì)土壤的擊濺，阻延地表徑流，抑制土壤水分蒸發(fā)，起到保持水土和涵養(yǎng)水源的作用［2］?？萋湮飳拥纳鷳B(tài)水文功能與凋落物組成、數(shù)量和分解速度有關(guān)［3］，不同森林群落類型和林分類型以及林分不同生長(zhǎng)階段的枯落物層具有不同的持水性能［4］。

杉木( Cunninghamia lanceolata)是中國(guó)南方最重要的速生豐產(chǎn)林的首選樹種，新中國(guó)成立以來杉木純林面積不斷擴(kuò)大，由于純林林分結(jié)構(gòu)單一，山區(qū)水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重限制杉木人工林生產(chǎn)力的持續(xù)提高［2］。選擇適宜的混交樹種和混交方式，可明顯改善土壤肥力、提高林分生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，充分發(fā)揮森林的綜合效益。厚樸( Magnolia officinalis)為珍貴的藥用樹種，具有很高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其樹皮、根皮、花、種子和芽皆可入藥，市場(chǎng)需求量大，開展杉木與厚樸混交林經(jīng)營(yíng)對(duì)提高森林的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益具有重要現(xiàn)實(shí)意義。目前國(guó)內(nèi)僅見關(guān)于杉木純林及杉木與擬赤楊、火力楠、福建含笑、米老排、木荷和榿木等混交林水源涵養(yǎng)功能的研究，未見有關(guān)于杉木與厚樸混交林生態(tài)水文功能的報(bào)道［5］。有鑒于此，筆者以福建建甌順陽(yáng)鄉(xiāng)溪東村15年生杉木與厚樸混交林為研究對(duì)象，以同

年齡杉木純林為對(duì)照，開展枯落物層現(xiàn)存量、持水量、持水率等生態(tài)水文功能的研究，為正確評(píng)價(jià)杉木厚樸混交林的生態(tài)效益，探討其涵養(yǎng)水源的內(nèi)在機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1　試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福建省建甌市順陽(yáng)鄉(xiāng)溪東村( 118° 35'54″E，27°04'53″N)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，山地氣候明顯，春季多雨，夏長(zhǎng)較熱，秋高氣爽，冬短多霧，年平均氣溫18.7℃;冬季平均氣溫8℃，夏季月平均氣溫28.5℃，年平均降水量1 663 mm，主要集中在3—6月。年平均日照1 612 h，無霜期286 d。屬丘陵地帶，平均海拔110 m，土壤為酸性紅壤。2015年4月選擇立地條件基本一致的同一坡面15年生杉木－厚樸混交林和杉木純林進(jìn)行研究，混交林采用行狀混交方式，杉木－厚樸混交比例為6∶4，2種林分營(yíng)造前均為杉木純林采伐跡地。林分郁閉度為0.6～0.8，林下植被的蓋度為70%～80%，2種林分的基本概況見表1。

表1　試驗(yàn)林分概況

2　研究方法

分別在2種林分內(nèi)設(shè)置20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，3次重復(fù)。樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，并調(diào)查冠幅和林下植被。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按“梅花型”五點(diǎn)法設(shè)置面積為1 m×1 m的小樣方5個(gè)，收集樣方內(nèi)的全部枯落物，稱其鮮質(zhì)量，并帶回試驗(yàn)室取部分烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算枯落物層含水率，轉(zhuǎn)換成枯落層的現(xiàn)存量。另取各樣方部分風(fēng)干枯落物( 30 g左右)裝入網(wǎng)袋后分別浸水0.5、1、1.5、2、4、6、8、10、12、16、24 h，撈起靜置網(wǎng)袋不滴水時(shí)稱質(zhì)量，用以計(jì)算枯落物層的持水率、持水量及吸水速率。計(jì)算分式如下:

3　結(jié)果與分析

3.1枯落物層的現(xiàn)存量及持水量

由表2可知，杉木純林枯落物現(xiàn)存量的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量均顯著高于杉木－厚樸混交林( P＜0.05)，鮮質(zhì)量分別為7.01 t·hm－2和4.51 t· hm－2，干質(zhì)量分別為5.94 t·hm－2和3.81 t·hm－2(表2)。2種林分的自然含水率差異不顯著，表現(xiàn)為混交林( 20.07%)＜純林( 18.53%)。浸泡不同時(shí)間后，混交林與純林的持水量均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，但在浸泡之初( 0.5～4 h)，凋落物層的持水量增長(zhǎng)迅速，此后增加開始變緩，浸水10～12 h時(shí)，持水量接近飽和(圖1)。浸泡0.5 h時(shí)，杉木純林與混交林枯落物持水量迅速達(dá)到7.89 t·hm－2和6.55 t· hm－2，浸水4 h時(shí)，又分別迅速增加到9.44 t·hm－2和7.34 t·hm－2，3.5 h內(nèi)，枯落物持水量分別增加了1.55 t·hm－2和0.79 t·hm－2。杉木純林的最大持水量( 24 h)顯著高于杉木－厚樸混交林( P＜0.01)，分別為11.55 t·hm－2和7.87 t·hm－2。

表2　枯落物層的現(xiàn)存量及自然含水率

圖1　枯落物持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系

圖2　枯落物持水率與浸泡時(shí)間的關(guān)系

3.2枯落物層持水率

枯落物的持水能力可以通過持水率來反映，枯落物吸收的水分與其干質(zhì)量的比值越大，說明其持水能力越強(qiáng)。浸水不同時(shí)間后，林分枯落物層的持

水率均表現(xiàn)為混交林大于杉木純林(圖2)。持水率在浸水后0.5～4 h內(nèi)迅速增長(zhǎng)，隨后增加緩慢，浸泡12 h后，持水率達(dá)到相對(duì)飽和。浸水24 h后，混交林的最大持水率顯著高于純林P＜0.01，分別為218. 72%和187.58%，混交林比純林最大持水率高出31.14%，說明杉木－厚樸混交林枯落物層具有較強(qiáng)的持水能力。

3.3枯落層吸水速率

各浸水時(shí)間內(nèi)，杉木－厚樸混交林的吸水速率均大于杉木純林，浸水0.5～4 h，2種林分枯落物層的吸水速率隨浸水時(shí)間急劇下降，之后下降緩慢，并趨于平穩(wěn)(圖3)。浸水0.5 h后，杉木－厚樸混交林與純林的吸水速率分別為3.44 g·g－1·h－1和2.65 g·g－1·h－1，至4 h時(shí)，分別迅速降至0.50 g· g－1·h－1和0.42 g·g－1·h－1，分別下降了85.5% 和84.2%。浸到24 h后，混交林與純林吸水速率分別僅有0.08 g·g－1·h－1和0.07 g·g－1·h－1。由此可見，吸水速率在浸水前0.5 h最大，在此時(shí)間段混交林的吸水速率是純林的1.3倍。

圖3　枯落物吸水速率與浸水時(shí)間的關(guān)系

4　討論

枯落物的現(xiàn)存量受林分類型、林齡、枯落物的輸入量、分解速率等多種因素的影響，一般認(rèn)為闊葉樹種的凋落量大于針葉樹種，且凋落物組成中葉的比例比針葉樹種的大。溫遠(yuǎn)光等［6］報(bào)道亞熱帶常綠闊葉林的年凋落量高達(dá)7.99 t·hm－2，馬尾松與杉木純林的年凋落量分別為5.72 t·hm－2和4.25 t· hm－2。王鳳友［6］報(bào)道針葉樹種凋落葉的纖維素、木質(zhì)素含量高于闊葉樹種的凋落葉，基質(zhì)質(zhì)量差，分解速率緩慢，導(dǎo)致針葉林分枯落物的現(xiàn)存量大。本研究發(fā)現(xiàn)，杉木－厚樸混交林枯落物層的現(xiàn)存量明顯低于杉木純林，分別為3.81 t·hm－2和5.94 t· hm－2，可能與林分樹種的組成導(dǎo)致凋落物的組成、數(shù)量分解狀況的差異有關(guān)［7］，杉木人工林純林的凋落物組成中存在大量的杉木枝，其分解速率緩慢，而混交林中( 3行杉木+ 2行厚樸)闊葉樹的比例較大，凋落物以葉為主且分解速率快，導(dǎo)致杉木純林枯落物的現(xiàn)存量明顯高于杉木－厚樸混交林，與其他研究者的結(jié)論一致［6］。

林地枯落物層的水源涵養(yǎng)功能取決于自身的持水能力及現(xiàn)存量大小，現(xiàn)存量越多，持水量越大，其持水能力越強(qiáng)［8］。本研究中，枯落物層的最大持水量( 24 h)表現(xiàn)為杉木純林明顯大于杉木－厚樸混交林，分別為11.55 t·hm－2和7.87 t·hm－2，均高于大部分氣候相近的杉木林( 5.91 t·hm－2)和闊葉林( 6.19 t·hm－2)［9］，這主要是杉木凋落物中枝的比例大于闊葉林，導(dǎo)致分解速率慢所致。2種林分枯落物層的持水率在10～12 h趨于平穩(wěn)，在浸水24 h后達(dá)到最大，且杉木－厚樸混交林最大持水率( 218. 72%)顯著高于杉木純林( 187.58%)。有研究者認(rèn)為凋落物浸水12 h后達(dá)到最大持水率［8，9］，不同樹種枯落物自身特性不同，最大持水率達(dá)到的時(shí)間也有差異。雖然混交林的最大持水量低于杉木純林，但最大持水量?jī)H能反映枯落物層潛在的持水能力，而林分對(duì)降水的實(shí)際攔蓄情況與持水率和吸水速率等因素關(guān)系更為密切［10］。研究發(fā)現(xiàn)杉木－厚樸混交林在各浸水時(shí)間內(nèi)，枯落物層的持水率與吸水速率均高于杉木混交林，持水率在浸水0.5～4 h之間增加迅速，而后增加緩慢，而吸水速率在浸水4 h后也開始迅速下降，說明混交林枯落物層對(duì)降水及地表徑流的攔蓄能力具有明顯的短時(shí)效應(yīng)，能在幾小時(shí)內(nèi)迅速攔截雨水，減少對(duì)地表的沖刷和濺蝕，具有良好的生態(tài)防護(hù)功能，這與其他研究者的結(jié)論一致。

5　結(jié)論

5.1杉木－厚樸混交林現(xiàn)存量顯著低于杉木純林，分別為3.81 t·hm－2和5.94 t·hm－2，自然含水率相差不明顯。由于林分的持水量與枯落物現(xiàn)存量關(guān)系密切，導(dǎo)致2種林分的最大持水量表現(xiàn)為混交林( 7.87 t·hm－2)＜純林( 11.55·hm－2)。

5.2浸水24 h，杉木－厚樸混交林枯落物層的持水率、吸水速率均高于純林，且在浸水前0.5 h最快，到4 h后趨于平緩。

5.3杉木－厚樸混交林最大持水率顯著高于杉木純林，分別為218. 72%和187.58%，二者相差1.16倍。最大吸水速率也表現(xiàn)為混交林( 3.44 g·g－1· h－1)明顯高于純林( 2.65 g·g－1·h－1)，二者相差1.3倍。因此，杉木－厚樸混交林枯落物層在短時(shí)間內(nèi)可迅速攔截降水，具有較強(qiáng)的水源涵養(yǎng)功能，但由于枯落物層的現(xiàn)存量低，導(dǎo)致最大持水量不高。

參考文獻(xiàn):

［1］薛立，何躍君，屈明，等.華南典型人工林凋落物的持水特性［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，29 ( 3) 415－421

［2］周麗麗，蔡麗平，馬祥慶，等.不同發(fā)育階段杉木人工林凋落物的生態(tài)水文功能［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2012，26( 5) : 249－253

［3］朱金兆，劉建軍，朱清科，等.森林凋落物層水文生態(tài)功能研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24( 21) : 30－34

［4］常雅軍，曹靖，馬建偉，等.秦嶺西部山地針葉林凋落物持水特性［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008( 11) : 22－27

［5］馬祥慶，莊孟能.杉木擬赤楊混交林水源涵養(yǎng)功能研究［J］.林業(yè)科技通訊，1996( 5) : 28－30

［6］王鳳友.森林凋落物量綜述研究［J］.生態(tài)學(xué)進(jìn)展，1989，6( 2) : 95－102

［7］周永文，黃文輝，陳紅躍，等.不同人工林分枯落物和土壤持水能力研究［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12( 4) : 449－451

［8］王光玉.杉木混交林水源涵養(yǎng)和土壤性質(zhì)研究［J］.林業(yè)科學(xué)，2003，( S1) : 15－20

［9］蔣文偉，姜志林，余樹全，等.安吉主要森林類型水源涵養(yǎng)功能的分析與評(píng)價(jià)［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，26 ( 4) : 71－74

［10］何應(yīng)會(huì)，曾佩玲，韋鑠星，等.珍貴樹種多樹種混交林的凋落物現(xiàn)存量及持水性能［J］.南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015( 1) : 85－90

Ecological Protection Functions of Litters in Mixed Plantation of Cunninghamia lanceolata and Magnolia officinalis

Wang Jianming
( Bureau of Forestry in Jian’ou City，F(xiàn)ujian Prov.，Nanping 353100，China )

AbstractIn order to explore the hydrological functions of pure and mixed forest of Cunninghamia lanceolata，litter standing crop，water holding capacity，water holding rate＆water absorption rate in pure forest of C.lanceolata and mixed forest of C.lanceolata and Magnolia officinalis in Jian’ou City of Fujian Province were determined by the combination of sample plot survey and indoor analysis.Result shows that the litter standing crop and maximum moisture capacity of C.lanceolata was higher than that of mixed forest of C.lanceolata and M.officinalis，being 5.94＆3.81 t·hm－2，11.55＆7.87 t· hm－2respectively; the water holding rate of mixed forest is higher than that of pure forest，being 218.72%＆187.58%，respectively; water absorbing rate of mixed forest is higher than that of pure forest，being 3.44＆2.65 g·g－1·h－1.The litter layer of mixed forest can rapidly absorb rainfall in a short time，reduce soil erosion，with a strong ecological protection.

Key wordsCunninghamia lanceolata; Magnolia officinalis; mixed forest; litter standing crop; water-holding character

作者簡(jiǎn)介:汪建明( 1960－)，男，福建建甌人，助理工程師，現(xiàn)從事森林培育與經(jīng)營(yíng)管理工作.

收稿日期:2015－07－27

文章編號(hào):1005－5215( 2015)09－0008－03

中圖分類號(hào):S791.27

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.13601/j.issn.1005－5215.2015.09.003