張 寧, 郭賓良, 于士濤, 張春茹, 黃永輝 , 張建華, 谷建才

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 河北 保定 071000； 2.千層板林場(chǎng), 河北 承德 068466；3.河北木蘭圍場(chǎng)國有林場(chǎng)管理局, 河北 承德068450)

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冀北山地四種典型落葉松林分生態(tài)功能研究

張 寧1, 郭賓良1, 于士濤2, 張春茹3, 黃永輝3, 張建華3, 谷建才1

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 河北 保定 071000； 2.千層板林場(chǎng), 河北 承德 068466；3.河北木蘭圍場(chǎng)國有林場(chǎng)管理局, 河北 承德068450)

為探究冀北山地四種典型落葉松林分的生態(tài)功能，以木蘭圍場(chǎng)國有林場(chǎng)管理局北溝林場(chǎng)內(nèi)落葉松純林和落樺混交林、落闊混交林和杉落針闊混交林4種不同落葉松林分類型為研究對(duì)象，通過對(duì)生物量的計(jì)算與持水能力的測(cè)定，測(cè)定其不同林分固碳釋氧、凈化空氣和涵養(yǎng)水源等功能。結(jié)果表明：研究區(qū)不同落葉松林分內(nèi)同功能效益指數(shù)均顯示林分D最高，林分B，C次之，林分A最低，從而得出，林分D是四種林分中最優(yōu)的，生態(tài)功能是最強(qiáng)大的。

落葉松; 生態(tài)功能; 生物量; 水能力

冀北山地生態(tài)交錯(cuò)帶現(xiàn)有華北落葉松人工林主要是上世紀(jì)60年代以來營造的，自上世紀(jì)九十年代以來，由于政策、規(guī)程等原因，天然林蓄積消耗受到諸多限制，對(duì)這些混交林只采取了以封育為主的經(jīng)營措施，這些落樺混交林已經(jīng)形成了高密度、高分化、低生產(chǎn)力的混交林[1]。華北落葉松目的樹種嚴(yán)重被壓乃至枯死，上層白樺、山楊等闊葉樹林相殘破，大部分林木個(gè)體生長量下降，低效殘次林增加，林分生態(tài)效能低，嚴(yán)重影響了資源培育和可持續(xù)發(fā)展步伐。還有一部分林分也是針闊混交，但上層林針葉樹種除了華北落葉松外，還有表現(xiàn)優(yōu)良的云杉，經(jīng)過2～3次擇伐后，在近二十幾年的時(shí)間里形成的林分結(jié)構(gòu)較好，林分株數(shù)分布以小徑木為多，這樣的林分兼顧了生態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)了森林多種效益的共贏，應(yīng)該是森林經(jīng)營的方向[2]。

本研究針對(duì)這些問題，以該地區(qū)落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林，研究四個(gè)典型的林分的固碳釋氧、凈化空氣、涵養(yǎng)水源的生態(tài)功能，通過分析比較得出功能最好的林分，以期為為冀北山地生態(tài)交錯(cuò)帶杉落針闊混交林經(jīng)營提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐[3]。

1 研究區(qū)概況

本次調(diào)查是在承德木蘭圍場(chǎng)的北溝林場(chǎng)進(jìn)行，木蘭圍場(chǎng)坐落于河北省東北部，地處灤河上游，北緯41°47′—42°06′N，東經(jīng)116°51′—117°45′E。東與內(nèi)蒙古赤峰市接壤，南及西南與隆化、豐寧兩縣連接，北與內(nèi)蒙古渾善達(dá)克沙地毗鄰。位于陰山山脈與大興安嶺山脈余脈的交匯處，是連接壩上高原和冀北山地的丘陵山地地帶。木蘭圍場(chǎng)所處的地理位置決定了其必然要擔(dān)負(fù)起護(hù)衛(wèi)京津生態(tài)安全的生態(tài)特區(qū)這一重任。因其地處灤河上游，對(duì)下游地區(qū)的樹木生長和水源涵養(yǎng)影響甚重；又因其卡在渾善達(dá)克沙地和北京中間地帶，像一道天然的綠色屏障，阻擋著渾善達(dá)克沙地向北京進(jìn)軍的風(fēng)沙。在京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境安全方面，木蘭圍場(chǎng)起著重大的作用，因此對(duì)木蘭圍場(chǎng)的森林植被進(jìn)行恢復(fù)與保護(hù)勢(shì)在必行[4]。木蘭圍場(chǎng)林管局共有十個(gè)林場(chǎng)，北溝林場(chǎng)屬于其一，北溝林場(chǎng)自1956年開始建立，林場(chǎng)總經(jīng)營面積5 730 hm2，森林主要喬木樹種有白樺、山榆、華北落葉松、山楊、蒙古櫟、五角楓、榆樹等；灌木種類較多，且量較大，豐富多樣，以繡線菊灌叢、照山白最為常見；林分類型主要包含：天然林，常見樹種有楊樹、樺樹、落葉松等；人工林，常見樹種有山榆、落葉松、楊樹等[5]；針闊混交林，林分面積分別為1 485.6，1 180.5，1 560.9 hm2。活立木的蓄積總量達(dá)到284 104 m3和森林覆蓋率達(dá)到88%，年采伐量在5 000 m3左右，以下是四種林分的概況[6]。

表1 樣地基本情況

2 研究內(nèi)容和方法

2.1 研究目標(biāo)

本文設(shè)置的樣地為冀北山地最為常見的落葉松林，選取落葉松純林、落樺、落闊、杉落針闊這些具有代表性的林分[7]，詳細(xì)的調(diào)查了不同林型內(nèi)的林木情況，定量分析了不同類型落葉松林的固碳釋氧、凈化空氣、涵養(yǎng)水源等功能[8]，系統(tǒng)研究了不同林型生態(tài)功能的強(qiáng)弱，為試驗(yàn)區(qū)落葉松的健康經(jīng)營提供了一定的理論依據(jù)[9]。

2.2 研究方法

2.2.1 樣地調(diào)查及布設(shè) 經(jīng)過全方位的勘察，在1994年、2000年和2009年進(jìn)行了三次采伐并從中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，采伐的強(qiáng)度依次為30%，20%，20%，其要求必須嚴(yán)格遵守生長量大于采伐量，采伐方式具體為衛(wèi)生伐、生長伐、定向目標(biāo)伐和大強(qiáng)度撫育，分別于2005年、2013年的夏天在河北省承德圍場(chǎng)縣的北溝林場(chǎng)實(shí)際調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地情況，并在西色樹溝陰坡設(shè)置天然落葉松的標(biāo)準(zhǔn)固定樣地，并選取4塊面積100 m×100 m的樣地。在做樣地植被調(diào)查工作之前，對(duì)樣地的一些基本情況進(jìn)行了解，主要要：海拔、地形、地理位置、樣地的坡位以及林分郁閉度等[10]。這三年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，本文以2013年為主。

在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置樣地的原點(diǎn)，然后輔助設(shè)備(羅盤儀、全站儀)劃定樣地邊界，每條邊界長為100 m，接著將每條邊界五等分，畫出節(jié)點(diǎn)，并用玻璃繩連接，因此就將樣地劃分成了25個(gè)小的樣方，每個(gè)樣方大小相等，即20 m×20 m，逐次編號(hào)，最后將邊界用鐵絲網(wǎng)、水泥樁固定[11]。

2.2.2 測(cè)定方法 林冠實(shí)際截留量的觀測(cè)仍然采用了傳統(tǒng)的觀測(cè)方法[11].每個(gè)樣地設(shè)置了8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雨量筒測(cè)量林內(nèi)雨量,在距觀測(cè)地點(diǎn)約150 m和200 m處的皆伐跡地分別安設(shè)另一臺(tái)雨量筒觀測(cè)大氣降雨量.觀測(cè)時(shí)按降雨場(chǎng)次分別進(jìn)行,同時(shí)記錄大氣降雨和林內(nèi)雨量.對(duì)天然林和人工林分別觀測(cè)了2個(gè)和3個(gè)雨季.林冠實(shí)際截留量等于林外大氣降雨量與林內(nèi)雨量之差(因樹干流很小,可忽略不計(jì)),林內(nèi)雨量用算術(shù)平均法計(jì)算。

2.2.3 主要研究方法

1) 生物量計(jì)算。生物量和蓄積量的關(guān)系模式來計(jì)算林地林分生物量，回歸方程：B=aV+b,其中B為森林生物量(t);V為森林蓄積量(m3);a,b為參數(shù)。具體樹種回歸方程見表2。

表2 不同林分類型生物量與蓄積量回歸方程

2) 森林碳儲(chǔ)量和釋氧量計(jì)算。依據(jù)生物量和材積的關(guān)系計(jì)算生物量，進(jìn)而計(jì)算森林碳儲(chǔ)量。

C=B·Cc

式中:C——碳儲(chǔ)量(t)；B為生物量，Cc——含碳率,森林含碳率采用平均值0.5。

3) 凈化氣體量的計(jì)算。本研究對(duì)計(jì)算樹木的枝、干、葉等部位吸收降解二氧化硫的方法采用面積—吸收的方法進(jìn)行計(jì)算：

W=f·A

式中：W——森林吸收二氧化硫的量；f——不同植被單位面積吸收SO2的量；A——不同植被的面積，而植物吸收氟化氫和滯塵能力同樣可以用面積—吸收能力計(jì)算。

4) 林冠截留計(jì)算與土壤持水能力測(cè)定公式。林冠截留量計(jì)算公式:I=P-T-S，其中：I——林冠截留量(mm);P——大氣降水量(mm);T——林內(nèi)穿透降水(mm);S——樹干莖流量(mm)。

土壤調(diào)查采用剖面法,在各標(biāo)準(zhǔn)地選取有代表性樣點(diǎn),分別按0—10 cm,10—20 cm,20—40 cm取樣。用烘干法測(cè)定土壤含水量,用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、孔隙度等物理性質(zhì),土壤持水力Sh=10000h·p，其中,Sh——土持水力(t/hm2)；h——土壤層厚度(m)；p——非毛管孔隙度(%)

3 結(jié)果與分析

3.1 主要林分固碳釋氧的能力及效益分析

3.1.1 不同林分生物量計(jì)算

1) 不同齡期四種林分蓄積量的計(jì)算。衡量森林?jǐn)?shù)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是蓄積量的多少，森林經(jīng)營的效果及生產(chǎn)力的高低用蓄積量來表示。它為森林采取正確的經(jīng)營措施提供了重要的依據(jù)。在相同的立地條件下，處于同一齡級(jí)的同一樹種在不同林分類型中生長狀況不同，表現(xiàn)出來的胸徑，樹高，樹形也同，進(jìn)而影響他們的蓄積量。對(duì)同一立地條件下的落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林，在密度最優(yōu)的狀況下進(jìn)行測(cè)定，跟據(jù)表2可得出四種林分在不同齡級(jí)下測(cè)得樹木的蓄積量(圖1)。

圖1 不同林分不同齡期蓄積量估算

對(duì)同一林分不同齡期的生長狀況的比較可以看出：落葉松純林中幼齡期增長速度比較慢，而近熟期增長速度最快。落樺混交林和杉落針闊混交林中中齡期和近熟期增長速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幼齡期。而落闊混交林種幼齡期的增長速度要大于近熟期。不同林分同一齡期生長狀況的比較,處于幼齡級(jí)時(shí)不同林分的蓄積量的大小順序依次為：杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林；中齡期不同林分的蓄積量大小順序依次為：杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林；近熟期不同林分的蓄積量大小順序依次為：杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林；成熟期不同林分的蓄積量大小順序依次為：杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林；不同林分蓄積出現(xiàn)這樣的蓄積順序可能是因?yàn)槁溟熁旖涣种邪讟?、山楊?yōu)勢(shì)樹種為速生樹種在幼齡期生長速度要大于落葉松這些針葉樹種，而到了近熟期這些針葉樹種的生長速度超過山楊白樺。林分杉落針闊混交林無論處于何種時(shí)期其蓄積量都大于其他三種林分，蓄積量是其他林分的1～2倍。

2) 不同齡期的生物量估算。由上述表各樹種蓄積和生物量的關(guān)系可以求出各個(gè)林分不同齡期的生物量。由表2各樹種蓄積和生物量的關(guān)系可以求出各個(gè)林分不同齡期的生物量，由表3可以求出處于不同齡級(jí)各個(gè)林分的年平均生物量(圖2)。

表3 不同林分類型林齡組劃分 年

圖2 不同林分不同齡期的年均生物量

由圖2幼齡期不同林分年均生物量從大到小依次杉落針闊混交林[4.73 t/(hm2·a)]>落樺混交林[2.46 t/(hm2·a)]>林分落闊混交林[2.12 t/(hm2·a)]>落葉松純林[1.79 t/(hm2·a)]，落葉松純林年均生物量最小的原因可能是因?yàn)獒樔~樹種在幼齡期生長的速度要小于山楊、白樺這些速生樹種。在中齡期闊葉樹種的生長速度達(dá)到最大，針葉樹種開始加速生長，于是4種林分中齡期年均生物量大小為杉落針闊混交林[5.66 t/(hm2·a)]>落闊混交林[4.9 t/(hm2·a)]>落樺混交林[4.47 t/(hm2·a)]>落葉松純林[1.79 t/(hm2·a)]，近熟林杉落針闊混交林[6.48 t/(hm2·a)>落樺混交林[5.3 t/(hm2·a)]>落闊混交林[5.19 t/(hm2·a)]>落葉松純林[5.16 t/(hm2·a)]。針葉樹種在近熟期生長速度達(dá)到最大，超過闊葉樹種生長速度。成熟林是4種林分的年均生物量大小依次為杉落針闊混交林、落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林。由上圖可知杉落針闊混交林杉落針闊混交林無論處于何種齡級(jí)階段其年均生物量都是最高的。

3.1.2 不同林分不同齡級(jí)的固碳釋氧量估算

1) 各個(gè)齡期不同林分的碳儲(chǔ)量估算。

不同林分不同齡級(jí)的的單位面積的碳儲(chǔ)量大小比較見圖3，同一林分不同的齡級(jí)階段來看:落葉松純林在各個(gè)齡級(jí)的C密度分別為0.89，1.03，2.58，0.74 t/(hm2·a)；落樺混交林在各個(gè)齡級(jí)的C密度分別為1.23，2.24，2.65，0.79 t/(hm2·a)；落闊混交林在各個(gè)齡級(jí)的C密度分別為中齡林1.06，2.45，2.60，0.83 t/(hm2·a)；杉落針闊混交林在各個(gè)齡級(jí)的C密度分別為2.36，2.83，3.24，0.96 t/(hm2·a)。在上述4種林分中年單位碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)出，近熟林最大、中齡林次之、成熟林最小。

從同一齡級(jí)階段不同的林分類型來看：幼齡期時(shí)，落葉松純林<落闊混交林<落樺混交林<杉落針闊混交林;中齡期，落葉松純林<落樺混交林<落闊混交林<杉落針闊混交林;近熟林落闊混交林<落葉松純林<落樺混交林<杉落針闊混交林;近熟林落闊混交林<落樺混交林<落葉松純林<杉落針闊混交林；杉落針闊混交林無論處于何種齡期其碳密度都是最大的，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他林分。其他林分碳儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)不是很明顯。

圖3 各個(gè)齡期不同林分的碳儲(chǔ)量估算

2) 不同齡期不同林分的氧氣釋放量估算。釋放氧氣物質(zhì)量與林木的生長速度呈正相關(guān)，生長越快，釋氧物質(zhì)量增加越多(圖4)。4種林分類型均表現(xiàn)為：從幼齡林到近熟林期間，釋氧物質(zhì)量呈增加趨勢(shì)，到成熟林時(shí)，釋氧物質(zhì)量明顯減弱，表明應(yīng)該立即更新。不同林分之間的釋氧物質(zhì)量比較發(fā)現(xiàn)：落葉松純林的釋氧物質(zhì)量在任何一個(gè)齡林階段均最低，杉落針闊混交林的釋氧物質(zhì)量在任何一個(gè)齡林階段均最高。落樺混交林和落闊混交林之間的差別較小，固碳和釋氧物質(zhì)量的規(guī)律基本一致。

圖4 不同齡期不同樣地O2釋放量

3.1.3 固碳釋氧經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算 依據(jù)森林生態(tài)效益資源評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)：工業(yè)固碳價(jià)為273.3元/t，工業(yè)制氧價(jià)為369.7元/t 。根據(jù)已計(jì)算出儲(chǔ)碳量可得出固定二氧化碳量，則4塊樣地不同齡級(jí)單位面積固碳釋氧的經(jīng)濟(jì)價(jià)值如表4所示。

3.2 主要林分的凈化空氣的作用

1) 不同樣地不同齡下二氧化硫的吸收量。不同的林分類型其對(duì)二氧化硫的吸收效果不同，由《中國生物多樣性國情研究報(bào)告》得：闊葉林、針葉樹、針闊混交林對(duì)二氧化硫的吸收分別為為88.65，215.60，152.13 kg/hm2。研究不同齡級(jí)單位面積吸收SO2的能力，應(yīng)根據(jù)蓄積不同其對(duì)SO2的吸收不同所確定。由此可得出不同樣地不同齡級(jí)森林所吸收SO2的總量。(表5)

表4 4塊樣地不同齡級(jí)單位面積每年固碳釋氧的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 元/(hm2·a)

表5 不同樣地各個(gè)齡級(jí)SO2的吸收量 kg/hm2

從不同樣地處于同一齡期階段來看：杉落針闊混交林無論在何種齡期對(duì)于SO2的吸收遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于其他樣地。這是因?yàn)镾O2通過葉片上的氣孔和枝條上的皮孔吸收轉(zhuǎn)化，樹木吸收SO2等于葉片積累轉(zhuǎn)移和表面的吸附。而杉落針闊混交林的蓄積量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樣地的，葉片的生物量也是最高的，且分層明顯更有利于SO2的吸收。落闊混交林吸收SO2的量最少，是因?yàn)榘讟搴蜕綏铍m為闊葉，但是樹葉的總量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于那些針葉樹種，且層次比較單一，所以無論處于何種齡級(jí)其對(duì)SO2的吸收都是最少的。

2) 不同樣地不同齡下氟化氫的吸收量。 不同的林分類型其對(duì)的吸收效果不同，由《中國生物多樣性國情研究報(bào)告》得：闊葉林、針葉樹、針闊混交林對(duì)氟化氫的吸收的平均值分別為4.65×10-3，0.50×10-3，2.58×10-3t/hm2。研究不同齡級(jí)單位面積吸收HF的能力，應(yīng)根據(jù)蓄積不同其對(duì)HF的吸收不同所確定。由此可得出不同樣地不同齡級(jí)森林所吸收HF的總量(表6)。

3) 不同樣地不同齡下粉塵的吸收量。不同的林分類型其對(duì)的吸收效果不同，由《中國生物多樣性國情研究報(bào)告》得：闊葉林、針葉樹、針闊混交林對(duì)粉塵的吸收的平均值分別為13.72，25.66，19.69 t/hm2。研究不同齡級(jí)單位面積滯塵的能力，應(yīng)根據(jù)蓄積不同其對(duì)粉塵的吸收不同所確定。由此可得出不同林分不同齡級(jí)森林所吸收粉塵的總量(表7)。

表6 不同林分各個(gè)齡級(jí)HF的吸收量 kg/hm2

表7 不同林分各個(gè)齡級(jí)所吸收粉塵的總量t/hm2

類型落葉松純林落樺混交林落闊混交林杉落針闊混交林幼齡林9.408.258.9525.67中齡林15.8919.6821.0037.49近熟林34.7621.4822.4344.50成熟林42.5929.3526.3852.29

由表7可以看出杉落針闊混交林在各個(gè)齡級(jí)滯塵能力都是最大的。樹木形體高大，能夠降低風(fēng)速，可使灰塵因風(fēng)速的減慢而降落，又由于葉片表面粗糙不平和能吸附粉塵的粘性物質(zhì)所以樹木有滯塵的作用。杉落針闊混交林的枝葉茂盛，且分層明顯，層次復(fù)雜葉片表面分泌有油脂性物質(zhì)所以它的滯塵能力是最好的。

4) 不同樣地不同齡級(jí)凈化空氣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。根據(jù)《中國生物多樣性國情研究報(bào)告》，SO2每年消減1 t的費(fèi)用如下：投資額500元，運(yùn)行費(fèi)100元，共600元，按治理成本法計(jì)算，則二氧化硫的治理費(fèi)用為600元/t。而森林每吸收HF所消耗的費(fèi)用是160元/t，阻滯降塵是560元/t。計(jì)算方法都是采用燃煤爐大氣污染物排污收費(fèi)的籌資型標(biāo)準(zhǔn)的平均值(表8)。

3.3 主要林分涵養(yǎng)水源功能

涵養(yǎng)水源是森林的重要生態(tài)效益之一，河流的起源與森林有著密切的關(guān)系，大多數(shù)河流都起源于生長茂密的森林之中。森林有著涵養(yǎng)水源的功能，有下列幾個(gè)原因：第一，林冠截留及其再分配；森林地下調(diào)落層的阻擋，吸收大部分水分，有利于下滲水分的增多，從而減小地表徑流。第二，森林調(diào)落物的腐爛使森林土壤肥沃，從而森林土質(zhì)比較疏松，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，這樣的土壤結(jié)構(gòu)更有利于雨水的滲透。

不同的樣地類型，由于其生態(tài)特性的不同，其涵養(yǎng)水源的生態(tài)效應(yīng)也存在著差異。林冠截留、調(diào)落物的持水量和森林土壤這三個(gè)是森林最大的貯水庫和水分調(diào)節(jié)器的主要作用層，本文主的差異，其樣地水源涵養(yǎng)功能也存在一定的差異。林要從這三個(gè)方面從來調(diào)查落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林的涵養(yǎng)水源效益。

1) 不同樣地的林冠層截流性能。不同的森林結(jié)構(gòu)其林冠截留功能不同，其受樣地結(jié)構(gòu)、密度、層次、郁閉度及降雨強(qiáng)度等因素的影響。通過對(duì)四塊樣地的林冠層截留量的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表9。

表8 不同林分類型不同齡級(jí)凈化空氣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 元/hm2

表9 不同樣地類型林冠截留量

從表9可知，4種林分類型在雨季林冠層截留率在22%左右，雨季平均值的大小依次為:杉落針闊混交林(25.4%)>落樺混交林(22.8%)>落闊混交林(22.5%)>華北落葉松林(19.1%)。總體趨勢(shì)杉落針闊混交林的林冠層截流量較大，落闊混交林次之，純林最小。其主要原因在于杉落針闊混交林的樣地層次比較多，樣地比較茂密，截流量就大。落闊混交林雖葉子比較大，但與針葉林相比較其總量處于弱勢(shì)故其截流量不如落樺混交林高。而落葉松純林層次比較單一，枝葉的生物量又比較低過截流量最低。在雨季從林冠層對(duì)降雨的林冠截留量來看，除杉落針闊混交林外，其它幾種林分類型林冠截留率均在7月、8月兩個(gè)月林冠截留率較小，6月份最大。其主要原因是雖然6月份降水量小于7月份，可是6月份的蒸發(fā)量大，因此6月份林冠截留率較大，7月、8月份由于降水多且多為暴雨，雨量比較多且陰雨天較多，因此截留率相對(duì)較小。

2) 不同樣地的持水能力分析?？萋湮锊粌H作為森林涵養(yǎng)水源的第二個(gè)重要的作用層，而且參與物質(zhì)的流動(dòng)和能量循環(huán)。它在使流域地下徑流增加、產(chǎn)流時(shí)間延長、總的產(chǎn)流量減小等方面有著重要的意義。由于四種不同的林分類型，所以其枯落物分解特性和種類不同，枯落物的量和分解速度也不相同，森林類型枯落物現(xiàn)存量不僅與林齡、郁閉度有關(guān)還與溫度、水分有關(guān)根據(jù)測(cè)定，木蘭圍場(chǎng)四中不同林地類型水源保護(hù)林枯落物的現(xiàn)存量(圖5)。

圖5 不同林地類型水源保護(hù)林枯落物的現(xiàn)存量

如圖5所示杉落針闊混交林的枯落物的厚度明顯大于闊葉林和純林，首先是因?yàn)樯悸溽橀熁旖涣值目萋湮锏男罘e量大，還有一個(gè)重要的原因是針葉林樹種的枝葉相對(duì)于闊葉林較難分解，枯落物的分解至腐殖質(zhì)需要較長的時(shí)間。

表10為不同樣地類型最大持水量不同，大小依次為杉落針闊混交林、落樺混交林、落葉松純林、落闊混交林。

表10 不同樣地類型水源保護(hù)林枯落物的持水量

3) 不同樣地類型土壤蓄水量的測(cè)定。土壤孔隙狀況(總孔隙度、毛管孔隙度以及非毛管孔隙度)是土壤涵養(yǎng)水源的主要指標(biāo)之一，土壤的有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、影響著土壤的孔隙度。土壤肥沃有大量孔隙即疏松多空，則持水能力較強(qiáng)。當(dāng)土壤貧瘠且板結(jié)則持水能力弱。其中總孔隙度對(duì)土壤的蓄水能力有著重要的影響，而非毛管孔隙度是土壤重力水的重要路徑，更多的是影響水分的調(diào)節(jié)和土壤的滲透能力。由于不同樣地類型根系分布的深淺不同，枝葉凋落物的多少和各成分的含量不同。于是各個(gè)樣地的土壤理化性質(zhì)各異，從而最終導(dǎo)致了不同植被類型下的土壤蓄水能力和調(diào)節(jié)水分的能力也有所不同。

表11 不同樣地類型水源保護(hù)林土壤的理化性質(zhì)

由表11看出，土壤持水量的大小依次為杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林。土壤持水量最大的為杉落針闊混交林杉落針闊混交林，為458.5 t/hm2,土壤持水量最小的華北落葉松純林為317.4 t/hm?？傮w來看闊葉樹種比針葉的樹種的理化性質(zhì)要好，土壤持水量要高。其主要原因是因?yàn)獒樔~林的枯落層腐化速度比較緩慢，土壤的理化性質(zhì)相應(yīng)的就不能快速的得到改善。土壤的滲透性能來表現(xiàn)土壤層的調(diào)節(jié)能力。四種林分不同的樣地，它們的土壤物理性能也有差異，所以四種林分的土壤穩(wěn)滲速率也有明顯的差異。地表徑流和進(jìn)入土壤的水量受土壤入滲速率調(diào)節(jié)。土壤的滲透性能取決于土壤的結(jié)構(gòu)、孔隙度，滲水性能優(yōu)良的林土壤能夠使水分在土壤內(nèi)進(jìn)行分配，從而將地表徑流轉(zhuǎn)化地下水。土壤的滲透速率是有初始滲透量、穩(wěn)定入滲量和通過土層的時(shí)間所衡量的。四塊樣地不同的土壤理化性質(zhì)其土壤滲透性能也是不同的(表12)。

表12 不同植被類型土壤滲透性能

表12初始滲透率表現(xiàn)為杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林,最終滲透速率杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林。是因?yàn)獒樔~樹種凋落物中含有單寧物質(zhì)影響凋落物的分解，針葉樹種分解緩慢，影響土壤理化性質(zhì)。闊葉樹分解比較迅速，土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量不較高。當(dāng)針闊混交時(shí)土壤上的凋落物分街速率得到了有效的改善，故土壤的入滲率得到了提高。

4) 森林涵養(yǎng)水源量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。關(guān)于森林涵養(yǎng)水源量的定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，我們根據(jù)水庫工程的蓄水成本來確定。其蓄水價(jià)值跟據(jù)蓄積1 t水的水庫建設(shè)的花費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。按國家統(tǒng)計(jì)部門的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，按照1988—1991年的水庫工程建設(shè)每方庫容的成本花費(fèi)為0.67元，可以計(jì)算出森林涵養(yǎng)水源的價(jià)值(圖6)。

圖6 四種林分類型涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

4 結(jié) 論

1) 無論處于何種齡級(jí)，杉落針闊混交林的單位蓄積量、生物量都是最大的，即它的固碳釋氧能力是最大的；無論為何年齡階段杉落針闊混交林的總和價(jià)值為最大；并且四種林分中林分D的滯塵能力最強(qiáng)。

2) 從林冠層、凋落物層及土壤層3個(gè)生態(tài)作用層面上，對(duì)冀北山地各個(gè)林分類型的涵養(yǎng)水源功能做了對(duì)比分析，表明4種林分類型在雨季林冠層截留率在22%左右。林冠截留能力大小依次為杉落針闊混交林、落樺混交林、闊葉混交林(22.5%)、華北落葉松林;不同植被類型的凋落物持水量不同，闊葉混交林最小，杉落針闊混交林持水量最大。不同林分類型土壤蓄水總量的大小依次為杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林。則四種林分涵養(yǎng)水源能力最大的是杉針闊混交林。

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Study on Ecological Functions of Four Typical Stands of Larix in Northern Hebei

ZHANG Ning1, GUO Binliang1, YU Shitao2, ZHANG Churu3,HUANG Yonghui3, ZHANG Jianhua2, GU Jiancai1

(1.AgriculturalUniversityofHebei,Baoding，Hebei071000,China; 2.Melaleucaboardforestfarm,Chengde,Hebei068466,China; 3.ForestFarmofState-OwnedForestBureauofMulan-WeichanginHebei,Chengde,Hebei068450,China)

To explore the ecological functions of four typical larch stands in mountain of northern Hebei, the four different larch forest types such as larch, mixture of larch and birch, coniferous-broadleaved mixed forest and mixture of larch andconiferous fir were chosen as the samples. The clean air and water conservation functions were investigated through the calculation of biomass and water-holding capacity determination, and estimation of carbon sequestration and oxygen release in different stands. The results showed that function efficiency index of stand D was the highest, followed by stand B and stand C, the least one occurred in stand A, therefore, stand D is optimal and its ecological function is the most powerful among the four stands.

larix; ecological functions; biomass; water-holding capacity

2014-06-19

2014-06-30

河北省科技廳“河北省灤河流域水源林經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(15227652D)；河北省科技廳軟科學(xué)“國有林場(chǎng)經(jīng)營管理機(jī)制存在的問題及改革模式研究”(13457525)

張寧(1989—),女,河北衡水人,在讀碩士研究生,研究方向:森林可持續(xù)經(jīng)營。E-mail:934827579@qq.com

谷建才(1963—),男,河北藁城人,教授,研究方向:林業(yè)經(jīng)營技術(shù)。E-mail:gujiancai@126.com

S754.1

1005-3409(2015)02-0320-08