杉木林生態系統的環境保護作用探討

鄧文才

（廣西融安縣林業局，廣西 柳州 545400）

環境問題是一個時期以來人們關注的焦點之一。環境問題包括生態環境退化。杉木的經濟效益研究報道較多。杉木生態系統中的生物系統發揮的生態功能及其效益報道較少。本文針對杉木生態系統中的生物系統，通過水文效應、營養元素生物循環，把營養元素及其他有益元素歸還和注入杉木林生態系統進行探討，力求保護杉木林生態系統的生態環境，提升環境質量與活力。

1 截留降雨，涵養水源

杉木為主體的杉木林生態系統（以下簡稱杉木林生態系統）中的生物系統喬木層成林后，主伐前，下雨時產生明顯的水文效應或水文作用。降雨落到杉木林冠層，就開始了雨水的再分配過程。杉木枝葉濃密，葉面積指數大，杉木樹皮纖維厚實粗糙，降雨在杉木林內的再分配就有著與常綠落葉闊葉混交林和常綠闊葉林不同的特點與分配規律，與無林草坡地有更大的差異。據測定資料，杉木喬木層林冠截留降雨量占當地降雨量12.44%。其林冠截留率比同一研究區相同郁閉度的常綠落葉闊葉混交林（占11.1%）略大；更明顯大于常綠闊葉林（占9.9%）。顯示出針葉林截留率大于闊葉林。當林外降雨量7.0mm，常綠闊葉林已開始產生樹干徑流。而杉木林喬木層在林外降雨量為 13.8 mm，林內才出現樹干徑流。表明杉木樹干樹皮有著較強的吸水能力。杉木喬木層對降雨的截留率隨著降雨時數增加而增加。杉木喬木層枝、葉、果凋落物在地面形成枯落物，分解速率緩慢，分解時間長，與當地氣溫、空氣相對濕度、土壤含水率等因素密切相關。杉木成林內枝、葉、果等枯落物分解緩慢，現存積累量比草坡地枯落物現存量顯著較多。前者 （6.3t/ha）比后者（0.9t/ha）多7倍。前者在一次降雨過程持水量達20.85 t/ha，為后者持水量的6倍，杉木喬木層的枯枝落葉層對降水有較大吸蓄作用。杉木林生態系統水文效應與水源涵養能力還體現在林地土壤這一層次。杉木林生態系統的土壤深厚、疏松、結構良好，非毛管孔隙度大于草坡地土壤，杉木林生態系統土壤環境最大持水量達757.1mm，比草坡地土壤環境持水量（725.4 mm）多4.4%。毛管持水量與最小持水量也分別高于草坡地土壤環境持水量1.7%和0.6%。在山區，水氣豐富、云霧較多，林木，特別是針葉林使云霧凝結成水滴作用突出，林內霧滴降水量可達當地降雨量的20%～50%。促使有林地區降雨量增加20%～40%。除此之外，杉木林喬木層對固態降水也有明顯的吸附作用。杉木為主體的杉木林生態系統，林內降雨量的再分配，產生的水文效應，削減了到達林地的雨水數量和濺蝕力，減少地表徑流，增加雨水滲透量與土壤含水量，減少土壤與肥力的流失。

2 杉木林生物系統喬木層營養元素的歸還

杉木林生態系統中的生物系統喬木層吸收太陽輻射能轉化為化學能，合成有機物質貯存在樹木體內。同時將礦物元素貯存在樹木各個器官。10種以上營養元素在杉木喬木層生長發育過程發揮作用。N、P、K、Ca、Mg是其中重要元素。杉木有較強聚鈣能力，也喜好鈣元素，在富鈣、濕潤、結構良好的砂質壤土，杉木生長更迅速。林木活組織走向衰老和死亡是一個漸變過程。在這個過程中營養元素會從衰老的組織向幼嫩組織轉移。結果是，杉木落葉、落枝和落花果，多數營養元素含量均低于立木同器官的同類營養元素含量。與此相反，比最大生物量的樹干高數倍。大多數營養元素相對地比樹木根系也高出很多。據測定，通過凋落物歸還土壤的10種元素相當于立木元素存留量的2.4，實際歸還林地土壤的10種元素總量達65.50kg/ha.a，顯示杉木成熟林通過凋落物歸還林地土壤的營養元素含量達到比較高的水準。森林凋落物是森林生產力組成部分，森林凋落物大多數來自杉木林喬木層，其主要組成是落葉、落枝和落花果，3種凋落物以龍勝里駱林區24-28年生杉木成熟林喬木層為例，凋落物平均產量計算為3.749t/ha.a，凋落物占杉木年總產量的44.7%。在凋落物組成中，落葉、落枝、落花果（含少量樹皮）分別占55.9%、23.1%和21.0%。凋落物在林地上形成枯落物，構成林地有機質主要、寶貴的物質庫。夯實杉木林土壤肥力物質基礎，成為杉木林生態環境中土壤環境結構優化、性狀良好的重要構成因素。杉木林生態系統喬木層每年的凋落物數量、結構組成、性狀，與樹種組成、林齡結構、自然條件、坡位及經營管理有密切聯系。凋落物是該生態系統營養元素生物循環中的一個階段的物質形態表現形式，元素生物循環是生態系統內部植物群落與土壤之間營養元素的循環，循環過程通過營養元素吸收、存留和歸還三個階段完成和維持平衡。據測定，杉木凋落物中5種營養元素N、P、K、Ca、Mg歸還量為95.28kg/ha.a，略高于營養元素存留量。凋落物把營養元素歸還林地土壤還需要經過分解過程，釋放的營養元素才能進入土壤。杉木凋落物的年分解速率為48.4%，意思是凋落物所含的營養元素每年歸還林地土壤的只占48.4%。60年、56年、20年生不同林齡杉木喬木層N、P、K、Ca、Mg元素現存量不同，年吸收量、歸還量也不同，年歸還量占年吸收量的百分比分別為：12%～17%、19%～23%和11%～22%。從中看出，杉木林地養分生物循環，自20年生以后直至60年生，都處于供不應求狀態。60年生杉木林分年歸還量不及年吸收量的25%。為了補充并提高土壤肥力，維持林地土壤養分生物循環平衡，提高林分生產力，追施肥料，加強撫育管理，營造杉闊混交林，林農復合經營模式等，都是有效措施。杉木林生態系統喬木層以凋落物形式每年歸還林地土壤的營養元素為48.4%，是對土壤環境系統增強肥力與活力的主要途徑和措施。大氣降雨淋溶把杉木喬木層營養元素歸還林地土壤也是一種有效途徑，不過這種途徑歸還林地土壤的營養元素數量不多。

3 杉農復合經營對林地土壤產生的作用

杉木喜氣候溫暖、空氣濕度大、土壤水分充足的丘陵山地，土壤深厚、肥沃，有機質豐富的環境。在融安山地丘陵區的集體林區，集體林權制度改革后，林木和林地經營權、產品處置權和轉讓權落實到戶，杉木林分戶經營。同一塊林地多年栽植杉木已是普遍現象。然而，據研究資料表明，同一林地二代連栽杉木，單產一般降低20%，三代連栽杉木單產比第一代降低40%～50%。以往習慣是煉山、全墾。這是林地土壤結構、性狀破壞、營養元素流失重要過程。林農復合經營模式，以杉木為主體，建立杉農結合生態生產結構或生產生態復合系統，運用生態系統共生原理，建立多種生物、多層結構、多功能的林農復合生產生態系統；運用生態位配置原理與生態位相適應的生物物種，充分利用環境資源的異質性，提高植物生產潛力。同時提高作為環境因素的土壤生產能力。杉木--籽西瓜套種是一種復合經營模式，實施立體設計與科學經營管理。籽西瓜為一年生草本植物，莖蔓生，密生細毛，葉濃綠，性喜炎熱、干燥和充足陽光。采種子用的品種，果小味淡，子多而大，通稱“籽西瓜”。籽西瓜一般5月播種，7月成熟收獲，周期短、見效快。籽西瓜藤蔓在林地上滿地伸展覆蓋，構成縱橫交錯的“藤網”，成為林地表面保護層，避免或減少雨滴直接濺蝕林地和損壞杉木幼苗幼樹，發揮第一層保護作用。“藤網”減弱地表徑流的形成及徑流的流量、流速，增加地表水滲透率，減少林地土壤和養分的流失。有效保護杉木--籽西瓜復合生產生態系統環境系統中的土壤環境及其持續利用功能。籽西瓜藤蔓鋪滿地面，白天（尤其是晴天）降低太陽輻射帶來的日灼、高溫，減少地表水分蒸發，夜間減弱植物蒸騰作用。這些過程都減少林地土壤水分消耗而貯存于土壤中。杉木--籽西瓜復合經營屬于人工林林農復合生產生態系統，籽西瓜為短周期經營品種，人們在系統中除草、松土、施肥、防治病蟲害等經營管理措施，投入很多物質和活勞動。籽西瓜的收獲是該復合生產生態系統中或經營對象中生物總產量的一小部分，約占生物總產量25%。剩余大部分綠色植物以有機質歸還林地。杉木--籽西瓜復合生產生態系統，以耕代撫，以短養長，長短結合，為生產生態系統創造良好土壤環境條件，改善土壤環境養分、肥力因杉木需要逐年“供不應求”狀況，維持土壤肥力性狀的平衡。溫遠光等人在賀州市黃洞林場試驗杉木--籽西瓜套種模式，累計套種面積1356ha。表土流失量比對照區減少92%；0～20cm土層土壤容重比對照區降低8.74%；非毛管孔隙度增加12.70%；自然含水率提高23.38%；有機質含量提高17.1%。改變了像融安集體林區杉木林地肥力下降的現象。杉木--籽西瓜復合經營模式，使二代杉木連栽土地生產力不但不下降，而是比第一代林木材產量（7.85m/hm）凈增30%～50%，實現林地持續生產力提高和杉木幼林速生快長。一物多用，一勞多得，提升了勞力、肥料利用率和生產生態系統經營的經濟效果。更為重要的是維持了杉木林地可持續經營利用。

4 杉木個體、群體對景觀環境產生的作用

自景觀文化產生以來，景觀文化在人類生存和發展的環境中發揮了重要作用。景觀文化成為人類精神生活中重要組成部分，是構成環境系統和陶冶人們情操、提高精神文化水準重要內容。在山區丘陵，杉木林生態系統喬木層主伐前，杉木發揮景觀作用。杉木個體、群體在不同具體位置、不同自然條件，發揮著不同的森林景觀功能，為人類創造社會服務效益和休閑、觀賞價值。杉木具有色、形、香獨特性狀，在景觀環境中獨樹一幟，引人注目。杉木常綠，葉面深綠色，微具白粉或白粉不明顯，下面淡綠色。深綠、淡綠都是綠色，給人們清涼、爽快、舒適的空間環境。杉木樹干高大，高達30m以上，挺拔軒昂，蒼勁肅穆，蔚為壯觀。杉木樹體散發一種清香氣味，令人身心舒暢，神情振奮。在寺廟宗祠、古塔書院、紀念重地、風景名勝和旅游勝地，常常看到偌大滄桑的古松、古柏、古杉、古槐、古樟、古榕。這些古樹名木就是一幅獨具特色、富有中國民族文化色彩的中國畫。駐足或坐在杉木樹冠下，可以靜享“森”呼吸，令人愉悅和快樂。杉木作為園林綠化或森林景觀種植樹種，可以孤植、列植、行植或叢植。森林公園、地質公園、其他綜合性公園視環境條件和樹種配置適地適樹建植。培育山區森林景觀或森林公園，可以片植，讓人們縱情欣賞和飽覽杉木林海綠色波濤，領會杉木塑造的景觀環境，為人類創造美好的景觀環境資源價值。

5 結語

（1）杉木林生態系統喬木層，主伐前杉木林冠層截留降雨量占當地降雨量12.44%；比常綠落葉闊葉混交林（占林外降雨量11.1%）降雨截留率高1.34%；比常綠闊葉林（占林外降雨量9.9%）降雨截留率高2.54%.林外降雨量13.8mm時，杉木喬木層開始產生樹干徑流，常綠闊葉林在林外降雨7.0mm就已經產生樹干徑流。杉木林生態系統枯落物層現存量6.3t/ha，草坡地枯落物層0.9t/ha，前者在一次降雨過程持水量 20.85t/ha，為后者蓄水量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）杉木林生態系統營養元素歸還林地主要途徑是凋落物，落葉、落枝和落花果3個器官內多數營養元素含量低于立木同器官同類營養元素，但仍比樹干高出數倍。凋落物內含主要營養元素是N、P、K、Ca、Mg，是森林生產力重要組成部分。歸還林地土壤10種營養元素總量，在24～28年生杉木喬木層，達 65.500kg/ha.a，總濃度約杉木喬木層2.4倍。24～28年生杉木成熟林喬木層凋落物平均產量3.749t/ha.a，占杉木年總產量的44.7%。3個器官組分分別占凋落物總量的55.9%、23.1%和21%。凋落物經枯落物分解釋放營養元素才能進入土壤。

（3）杉木—籽西瓜復合經營模式，籽西瓜藤蔓覆蓋林地表面，減少雨滴濺蝕林地及杉木幼苗，削弱地表徑流流量、流速，增加地表水滲透率，減少土壤和養分流失，保護了林木生長的土壤環境。藤蔓覆蓋地表，降低太陽輻射高溫及水分蒸發，保持林地土壤水分不致過多消耗。經營管理過程人力、物力投入，籽西瓜收入僅占經營范圍生物總量25%，大部分植物保留、歸還林地。供給杉木林地增施大量有機物質，土壤環境因子補充和增加了大量營養元素，提升土壤環境多項指標及可持續利用能力。

（4）杉木林生態系統杉木喬木層在主伐前，森林景觀價值與功能日益顯得重要。在特殊環境條件、特定位置，例如：名勝古跡、旅游勝地、紀念重地、寺廟宗祠，滄桑古杉，有著獨特的景觀環境作用，營造肅穆、崇敬環境氛圍。不同環境分別采用孤植、列植、行植、片植。