五臺山地區5種林分類型水源涵養功能研究

韓進斌

(山西省五臺山國有林管理局，山西 繁峙 034302)

枯枝落葉層是指覆蓋在林地土壤表面新鮮的、半分解的植物凋落物，是由林地植物地上部分各器官或組織枯死、脫落后堆積而成，包括葉、枝、樹皮、花、果實、種子等。枯枝落葉層上部是腐爛的落葉枯枝，疏松而有彈性，透水性很強;下部是半分解的殘體，有菌絲，較疏松，透水性強。枯落物對林地土壤營養元素循環、熱量和通氣狀況以及林地生物種群的類型和數量、水文生態特征、水土保持能力等方面均有重要的生態學意義與作用。開展不同林分的枯落物數量及其涵養水源功能定量評價，對林分的科學培育及經營有重要的科學意義。

1 試驗內容與方法

1.1 調查區概況

調查地設在五臺山國有林管理局門限石林場南梁溝，位于山西省東北部，界于東經113°40'30″，北緯38°58'30″之間，年均溫 5℃，年均降水量500 mm，海拔1 550 m～1 860 m，土壤類型為山地淋溶褐土、褐土。選擇區域內有代表性的白樺落葉松天然混交林、白樺天然林、落葉松人工林、油松人工林、天然灌木林5種林分類型，進行林分枯落物蓄積量及其土壤涵養水源功能調查測定。所調查5個林分類型及對照地荒草坡的基本情況見第33頁表1.

表1 各林分概況

1.2 調查方法

1.2.1 枯枝落葉層蓄積量及持水量測定

在5種林分和對照荒草坡選取樣地，調查林分因子，采集土樣。每個樣地設定20 cm×20 cm樣方4個，估測樣地內枯落物蓋度，并收集其上枯落物，烘干后測定枯落物重量即為樣方內枯落物現存蓄積量。

枯落物吸水率測定采用凈水浸泡法，即在室內將風干枯落物浸入水中12 h后稱重，與風干枯落物兩者的比值即為枯落物的最大吸水率。

吸水率(C)(%)=(枯枝落葉吸水后重量－枯落物干重)/枯落物干重×100%，

枯落物持水量(V1)(t/hm2)=L×C/100.

式中:L——1 hm2枯落物蓄積量。

1.2.2 土壤容重及孔隙度測定

土壤容重及孔隙度測定采用環刀法(環刀容積為100 cm3)。

土壤總孔隙度的測定:利用測定容重的環刀浸入水中24 h后稱重。

飽和含水率(%)=(浸泡后土壤質量－烘干后土壤質量)/烘干后土壤質量×100%，

總孔隙度(%)=飽和含水率×容重。

土壤毛管孔隙度:將測定過總孔隙度的環刀置于鉛盒上，中間用濾紙隔開，放置12 h后稱重。

土壤毛管孔隙度(%)=土壤毛管含水量×容重，

土壤非毛管孔隙度(%)=總孔隙度－土壤毛管孔隙度.

土壤持水量(V2)=10 000×P×D.

式中:D——土層深度，m.

P——土壤非毛管孔隙度，%.

2 結果與分析

2.1 林地枯落物蓄積量和持水量

測定5種林分與對照荒草坡的枯落物厚度、蓄積量及枯落物持水量結果見表2.

表2 林分枯落物蓄積量與持水量

由表2可以看出，所調查5種林分的枯落物蓄積量均大于對照荒草坡。5種林分從枯落物蓄積量來看，以落葉松人工林枯落物蓄積量最高，為51.3 t/hm2;灌木林最低，為17.2 t/hm2;5種林分枯落物平均蓄積量為29.7 t/hm2，是對照荒草坡枯落物蓄積量的11倍。

從枯落物最大持水率來看，以落葉松人工林最低，為178.0%，油松人工林次之。以白樺天然林持水率最高，為223.5%，白樺落葉松混交林次之。5種林分枯落物平均最大持水率為201.2%.

2.2 林地土壤性質和持水量

5種林分與對照荒草坡土壤物理性質及持水量測定結果見第34頁表3.

由表3可以看出，所調查5種林分的土壤容重均小于對照荒草坡。5種林分的平均容重為1.190 g/cm3，以白樺天然林容重最低，為0.963 g/cm3，白樺落葉松混交林次之。

5種林分的總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均大于對照荒草坡，5種林分平均總孔隙度、平均毛管孔隙度、平均非毛管孔隙度分別為46.671%，39.236%，7.436%.從林分類型來看，白樺天然林的總孔隙度、毛管孔隙度最高。

土壤對大氣降水的暫時貯存作用以非毛管孔隙為基礎，非毛管孔隙越大，入滲量就越大。土壤暫時貯水量相當于最大持水量與毛管持水量之差，即土壤暫時貯水量(t/hm2)=(土層最大持水量－毛管持水量)×容重×土層厚度。貯水量的大小反映了土壤對降水的暫時調節緩存功能，對地表徑流及土壤侵蝕量有顯著影響。從表3可以看出，所調查5種林分的土壤暫時貯水量均大于對照荒草坡，5種林分的平均土壤貯水量為385.0 t/hm2，是對照荒草坡的1.86倍。其中，以白樺落葉松混交林最高，為522.4 t/hm2，是對照荒草坡的2.52倍;灌木林最低，為335.6 t/hm2，是對照荒草坡的1.62倍。

表3 土壤物理性質和持水量

2.3 不同林分涵養水源功能

不同林分涵養水源情況見表4.

表4 林分涵養水源總量 t/hm2

表4中林分涵養水源總量以枯落物持水量與土壤暫時持水量之和表示。5種林分平均涵養水源總量為443.92 t/hm2，是對照荒草坡的2.08倍。其中，白樺落葉松混交林最高，為591.84 t/hm2，是對照荒草坡的2.77倍;灌木林最低，為370.56 t/hm2，是對照荒草坡的1.74倍。

3 結論與建議

1)五臺山國有林管理局門限石林場南梁溝現存5種林分類型調查結果表明:5種林分枯落物平均蓄積量為29.7 t/hm2，以落葉松人工林蓄積量最高，灌木林最低;5種林分枯落物平均最大持水率為201.2%，以白樺天然林持水率最高，落葉松人工林最低。

2)5種林分類型土壤物理性質測定結果表明:5種林分的土壤容重均小于對照荒草坡;總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均大于對照荒草坡，說明森林對林地土壤具有顯著的改良作用。從測定結果來看，針闊天然混交林的改良效果優于人工林與天然灌木林。

3)林地土壤貯水量與林地涵養水源總量測定結果表明:林地土壤暫時貯水量與涵養水源總量均大于對照荒草坡，與土壤物理性質測定結果相同，針闊天然混交林的涵養水源效果優于人工林與天然灌木林。

4)針闊喬灌混交林對林地土壤改良效果及涵養水源功能均優于人工林與灌木林，建議營造水源涵養林時，依據立地質量的優劣，優先營造針闊混交林。

5)樹種組成與配置、林齡、林分結構等因子對林地土壤改良作用與涵養水源功能均有重要影響，研究確定區域內樹種組成及其針闊混交比例是今后該區域營造水源涵養林尚待解決的重大問題。

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