張樹森

(黑龍江省尚志國有林場管理局，黑龍江 尚志 150600)

不同撫育強度下枯落物持水性的研究

張樹森

(黑龍江省尚志國有林場管理局，黑龍江 尚志 150600)

用材林撫育間伐后林木生長、蓄積、冠層以及苗木生長和光合的變化情況，將對提高林木的產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。本次研究對象為大興安嶺落葉松針葉林，參照立地條件相同的原始林進行樣地比較，選取不同撫育強度共20個樣地，對半分解及未分解兩類枯落物進行收集，計算枯落物在不同浸水時間的持水率，持水量和吸水速率。數(shù)據(jù)顯示，半解層枯落物的蓄積量取值范圍在0.709～5.288 t/hm2，未分解層枯落物的蓄積量取值范圍為0.326～7.395t/hm2，說明半分解層枯落物在蓄積量方面，在不同撫育強度的情況下，比未分解層枯落物大。撫育強度是40.01%時,蓄積量上升到最高點，樣地枯落物此時達到了最佳的保持水土能力。撫育強度達到50.61%的這塊樣地，達到了最大的有效攔蓄量，也表現(xiàn)出了最好的保水蓄水效果。研究結(jié)果表明，撫育強度為40.01%時，枯落物蓄積量最大，為56.51%時，自然持水率最高，有效攔蓄量最大。綜合評價結(jié)論是撫育強度在40.01%～56.51%時的撫育效果最好。

大興安嶺 撫育強度 枯落物層 持水性

撫育間伐作業(yè)作為森林經(jīng)營的主要措施，能夠改變林分結(jié)構(gòu)，從而影響到森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境的變化，如林內(nèi)光照、水分、氣溫等狀況的改善，在一定程度上為林木創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境，促使林下植被繁殖速率和土壤中分解酶活性發(fā)生改變，進而影響用材林林木生長、林分蓄積以及更新苗木的生長發(fā)育等[1-2]。國內(nèi)外對撫育間伐方面做了深入研究，在國內(nèi)方面，林祖建對閩東沿海桐棉松人工林實施撫育間伐后的生長進行了研究，經(jīng)研究表明，撫育間伐可以充分提高桐棉松人工林分的樹高并促進其胸徑的生長。張振明等人也針對八達嶺林場四種林分枯落物層的持水能力、蓄積量、減流減沙效應和阻滯徑流速度進行了研究。李超[3]等曾研究了大興安嶺在林窗及帶狀兩種改造方法的枯落物持水性。陳東莉[4]等對不同強度間伐后20a生華北落葉松人工林進行了研究，結(jié)果表明：在稀釋后的華北落葉松人工林分平均胸徑和高增長方面發(fā)揮了重要作用,尤其是高強度撫育間伐后林分的胸徑、樹高生長變化最顯著。在國外方面，Richard等認為地面覆蓋降雨量的攔截,取決于水的內(nèi)容存儲容量。Clutter[5]等研究得出撫育間伐對林分蓄積量沒有明顯影響，也有人認為撫育間伐減少林分蓄積量，如Knoebol[6]等通過不同間伐美國鶴掌楸后，研究指出：撫育間伐降低了鶴掌楸的收獲量；但大多數(shù)學者都指出合理間伐能夠促進收獲量增加，如Zachara[7]對歐洲赤松林進行了不同強度的擇伐，結(jié)果表明：低強度間伐對林分結(jié)構(gòu)影響不明顯，而中等強度間伐能夠有效調(diào)整林分結(jié)構(gòu)和促進林木生長。

總之，大部分的文章思想都僅僅是針對分析次生林及人工林的枯落物所擁有的持水性，而關(guān)于地表水在材林撫育改造后的水質(zhì)綜合評價報道還未曾出現(xiàn)。因此，本文特針對新林林業(yè)局用材林不同撫育強度下枯落物持水能力方面進行綜合、客觀的評價。以便日后為大興安嶺新林林業(yè)局的森林經(jīng)營及蓄水保水措施提出客觀的理論和合理的建議，以助于參考。

1 研究區(qū)域概況

實驗樣地位于大興安嶺新林林業(yè)局的新林林場，選于106、107、108、109四個林班內(nèi)，具體在北緯51°20′～52°10′，東經(jīng)123°41′～125°25′。大興安嶺林區(qū)地處我國東北部地區(qū)，目前是我國面積最大的林區(qū)之一。大興安嶺林區(qū)的東北面以及北面直至黑龍江，是與俄羅斯隔江而望的，且與之相連的，松嫩平原在其東面，呼倫貝爾草原在其西面，阿爾山地區(qū)在其南面。大興安嶺地區(qū)的占地區(qū)域橫跨了北緯46°26′～53°34′，東經(jīng)119°30′～127°。據(jù)觀測，大興安嶺林區(qū)的南北向縱深是大于東西向?qū)挾鹊?，整體呈現(xiàn)出狹長狀態(tài)，且形狀北寬南窄。該地區(qū)所擁有的溫帶大陸性氣候，讓該地區(qū)終年長期寒冷濕潤，且降水期相對較短，年降水量的范圍大致為513.9～646mm，7、8月份為該地區(qū)的主要雨期。年均氣溫約為-2.6℃，年平均積溫大致約為1600℃；全年日照時間在2357h左右，日照的百分率大致在51%～56%之間。春秋冬季寒冷并持續(xù)很長,白天溫差較大伴隨著強風[8]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

實驗選取了20塊撫育強度不同的實驗樣地，編號設(shè)置為1～20，其中1號樣地被設(shè)為對照樣地，不進行撫育操作。2～20號樣地為實驗樣地，其撫育強度分別如下:2號(3.42%)、3號(6.23%)、4號(12.52%)、5號(13.74%)、6號(16.75%)、7號(19.00%)、8號(20.86%)、9號(25.48%)、10號(27.85%)、11號(34.38%)、12號(40.01%)、13號(47.87%)、14號(49.63%)、15號(50.61%)、16號(51.48%)、17號(53.09%)、18號(56.51%)、19號(59.92%)、20號(67.25%)，每塊樣地的規(guī)模都設(shè)為20m×20m，面積為0.04 hm2，各樣地坐標見表1。本次研究將每個樣方內(nèi)按未分解層、半分解層分層收集枯枝落葉取回。

表1 各樣地坐標及撫育強度

2.2 枯落物測定

根據(jù)枯落物的分解狀態(tài)可分為三層：未分解層，由新鮮的葉、枝、皮、果等調(diào)落至地面而組成，顏色無過多的變化，外表無分解的痕跡；半分解層，顏色變化較大；外形輪廓已經(jīng)不完整，但仍能分辨出原型；已分解層，顏色發(fā)黑，基本上已經(jīng)分解至不能辨識原型[9-11]。本次研究將每個樣方內(nèi)按未分解層、半分解層分層收集枯枝落葉取回。將取回的枯落物迅速用電子天平秤稱鮮重，然后在85℃下烘干大約8h以后稱其干重，以干物質(zhì)質(zhì)量推算枯落物的蓄積量。測定枯枝落葉層的持水量和持水率：采用室內(nèi)浸泡法，將烘干后的枯落物裝入網(wǎng)袋，將其放入盛有清水的容器中浸泡24h，然后稱重,計算最大持水量，由最大持水量和枯落物量計算得出最大持水率。測定枯落物的吸水速度：釆用室內(nèi)浸泡法，取未分解層、半分解層試樣，稱重后分別裝入網(wǎng)袋，浸沒于清水中，在分別浸泡0.25、0.5、1、2、 4、8、24h后稱重，每次取出后靜置直至枯落物不滴水為止，迅速稱枯落物的濕重并進行記錄，由此計算枯落物在不同浸水時間的持水率，持水量和吸水速率。

設(shè)m1為枯落物的鮮質(zhì)量，m2為枯落物烘干后的質(zhì)量，枯落物的自然持水量為K0=m1-m2，枯落物的自然持水率為K′O=((m1-m2)/m2)*100%。在本次實驗中，枯落物在進行24h的浸泡以后，其持水量就不再發(fā)生變化了,因此，將其在24h時測量的持水量定為最大持水量(Km)，將其在24h時測量的的持水率定為最大持水率(K′m)。把其浸泡24h后不再滴水時的質(zhì)量設(shè)為m3，根據(jù)Km=m3-m2，和K′m=((m3-m2)/m2)*100%兩個公式，即可得出其最大持水量及最大持水率的數(shù)值。設(shè)M為枯落物蓄積量,即可得出，有效攔蓄量W=(0.85K′m-K′O)M。

3 結(jié)果與分析

3.1 實驗數(shù)據(jù)

實驗采用了枯落物浸泡和枯落物烘烤兩組數(shù)據(jù)進行對比的形式進行驗證，將20組未分解枯落物和20組半分解枯落物分別裝于40個帶有編號的網(wǎng)袋之內(nèi)，對這40個網(wǎng)袋進行下水浸泡，用精確度為1克的電子秤進行稱重，在第0.25、0.5、1、2、4、8、24h分別對40個網(wǎng)袋進行稱重，分別記錄數(shù)據(jù)，看枯落物持水性的數(shù)據(jù)變化。同時，將另外40組枯落物放進信封，將這40組枯落物放進烤箱進行烘干，將40組浸泡入水中的數(shù)據(jù)變化和進行烘干的40組數(shù)據(jù)變化對比，從蓄積量，撫育強度，自然持水率，最大持水率，有效攔蓄量這五組數(shù)據(jù)的走勢來進行不同撫育強度下枯落物持水性的研究。

實驗數(shù)據(jù)見表2，表2為未分解20組數(shù)據(jù)的撫育強度，蓄積量，自然持水率，以及浸泡0.25、05、1h時分別的重量。未分解另外一部分數(shù)據(jù)見表3，為20組枯落物在浸泡第2h、4h、8h和24h的稱重重量，以及枯落物的最大持水率和有效攔蓄量。半分解具體數(shù)據(jù)見表4及表5。圖1和圖2為20袋半分解枯落物網(wǎng)袋以及20袋未分解枯落物網(wǎng)袋的稱重情況。

表2 不同撫育強度下未分解枯落物數(shù)據(jù)1

注：表中百分比值為同一樣地中未分解層所占總樣地比例。

圖1 未分解枯落物稱重變化曲線

表3 不同撫育強度下未分解枯落物數(shù)據(jù)2

表4 不同撫育強度下半分解枯落物蓄積量

注：表中百分比值為同一樣地中半分解層所占總樣地比例。

表5 不同撫育強度下半分解枯落物攔蓄量

圖2 半分解枯落物稱重變化曲線

3.2 持水性數(shù)據(jù)分析

由表1和表3數(shù)據(jù)可以得到20塊樣地未分解枯落物在蓄積量這項數(shù)據(jù)上從小到大的順序如下：20<18<4<7<19<6<14<17<8<1<13<16<3<15<2<10<9號<5<11<12，半分解枯落物蓄積量由小到大順序為20<10<8<19<18<1<16<15<17<14<9<2<3<7<4<13<5<12<6<11。兩者的最大值均出現(xiàn)在撫育強度為67.25%時，此時枯落物的蓄積量最小。與1號對照樣地進行對比，由于移出了那些較差林分以及其林下灌木，使得生長較好的林分獲得的生存空間擴大，對林木冠層的生長起到了促進作用，使樹木的冠幅提高，枯落物的來源也因此增多，大多數(shù)樣地的蓄積量均有提升。根據(jù)表中顯示的百分比值得出，未分解層含量的數(shù)值均小于半分解層的蓄積量，且半分解層蓄積量先隨撫育強度的增加而增加，在34.38%處達到最大，而后未分解層蓄積量隨撫育強度的增加而減小，呈現(xiàn)雙峰態(tài)勢?？萋湮锏姆纸馑俣入S撫育強度的增加而逐漸加快，有助于提供土壤肥力。但當撫育強度的大小超過40.01%時，一方面會對土壤養(yǎng)分的蓄積造成不利影響，另一方面也會使土壤中微生物的數(shù)量以及酶活性降低，從而減慢枯落物的分解速率。與1號未撫育參照樣地進行對比，各實驗樣地的枯落物蓄積量均有明顯增加，因此得出，適當?shù)倪M行撫育采伐，有助于枯落物蓄積量的增加，且提供充足的土壤肥力。

最大持水量(率)為枯落物24h浸泡后測得的質(zhì)量,通常認為枯落物在24h之內(nèi)吸水達到飽和，這一數(shù)值并不能說明枯落物的蓄水能力，僅代表該樣地具有的涵養(yǎng)水源潛力，而有效攔蓄量則實際的體現(xiàn)出枯落物的攔蓄能力。表中數(shù)據(jù)顯示經(jīng)撫育改造后枯落物的保水蓄水能力呈不規(guī)則變化?？萋湮镌诮?4h后測量所得的質(zhì)量為最大持水量(率)，雖然通常認為枯落物在浸泡24h之后吸水量達到飽和，但枯落物的蓄水能力并不能根據(jù)這一數(shù)值體現(xiàn)，該數(shù)值僅代表樣地具有的涵養(yǎng)水源潛力。而實際代表枯落物攔蓄能力的數(shù)值為有效攔蓄量。據(jù)表中數(shù)據(jù)表明，枯落物經(jīng)撫育改造之后，其保水蓄水能力呈現(xiàn)出不規(guī)則變化?？萋湮镌趽嵊龔姸葹?6.51%，蓄水能力最好的,而不是根據(jù)這個想法，以撫育強度56.51%是最好的生態(tài)轉(zhuǎn)換方式,所以，仍然需要進一步的調(diào)查。

4 結(jié)論

作為生態(tài)大自然重要的部分，森林與水相互依存，水在森林生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)過程中，起著至關(guān)重要的作用，水質(zhì)等級對森林系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的地位。對于森林生態(tài)系統(tǒng)水文效應的研究方面，許多專家為此做出了眾多貢獻。

通過比較數(shù)據(jù)，得出結(jié)論如下。未分解層對于半分解層在吸水特性方面是統(tǒng)一的。具體表現(xiàn)在吸水的速率以及吸水量趨勢基本一致，并且速度最快的時間是在15min內(nèi)，而后慢慢減緩了吸水的速率。這與韓友志等研究結(jié)果相同，枯落物在最初2h內(nèi)持水量迅速增長，并且在出現(xiàn)最大吸水率后減緩。半分解層枯落物的蓄積量取值范圍在0.709～5.288 t/hm2，未分解層枯落物的蓄積量取值范圍為0.326～7.395t/hm2，說明半分解層枯落物的在蓄積量方面，在不同撫育強度的情況下，比未分解層枯落物大，由于林地在采伐撫育之后減小了郁閉度，林冠下層就更多的接收到了光線，而且，光線的增加會加快下層植物的生長速率，也使枯落物蓄積量得到增加，升溫也助于加快枯落物分解的速度。枯落物的作用主要有對雨滴的力量進行緩沖、對于降雨對地面沖刷進行減少等，撫育強度是40.01%時，蓄積量上升到最高點，樣地枯落物此時達到了最佳的保持水土能力。有效的數(shù)量顯示在森林生態(tài)循環(huán)的過程中,枯落物的攔蓄水,凈化能力。撫育強度達到50.61%的這塊樣地，達到了最大的有效攔蓄量，也表現(xiàn)出了最好的保水蓄水效果。

通過研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，撫育強度是40.01%時,蓄積量上升到最高點，樣地枯落物此時達到了最佳的保持水土能力。撫育強度達到50.61%的這塊樣地，達到了最大的有效攔蓄量，也表現(xiàn)出了最好的保水蓄水效果。因此，研究結(jié)果表明，撫育強度為40.01%時，枯落物蓄積量最大，為56.51%時，自然持水率最高，有效攔蓄量最大，綜合評價結(jié)果是撫育強度在40.01%～56.51%時的撫育效果最好。

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責任編輯：徐永飛

校 對：王 卉

The Litter Under Different Intensity of Tending the Water Research

Zhang Shu-sen

(

Administration of fashion view state-owned forest farm in heilongjiang province, Shangzhi 150600, heilongjiang,China)

The change of forest growth, accumulation, canopy, seedling growth and photosynthesis after timber forest tending thinning will have a significant role in solving the problem. The study object is the greater Daxing’an mountains larch coniferous forest which is compared with the original forest with the same site condition. The study select 20 samples of different tending intensity, collect of half-and-half decomposition and not decomposed litter, and calculate the water holding capacity, water holding capacity and water absorption rate of litter at different immersion times. The data reveal that half the volume value range of litter decomposition layers in 0.709～5.288 t/hm2, not the volume value range of litter decomposition level is 0.326～7.395 t/hm2, explain half of litter decomposition layers in terms of volume, in the case of different tending intensity, larger than not litter decomposition layers. Tending intensity is 40.01%, the volume up to the highest point. Tending intensity reached 50.61% of the sample area, reached the maximum amount of effective held, also showed the best effect of water storage. The research results indicate that tending intensity was 40.01%, litter volume the biggest, and tending intensity was 56.51%, natural hold water rate the highest, most effective held. The comprehensive evaluation conclusion is that the tending intensity is 40.01% to 56.51% when the tending effect is the best.

Daxing’an Mountains；Fostering intensity；Litter；Water binding capacity

張樹森，學士，高級工程師。研究方向：森林經(jīng)營。Emali:zssymp@126.com

2017-06-02