錢塘江源頭水源林林分結(jié)構(gòu)與功能分析

毛玉明，吳初平，黃玉潔，沈愛(ài)華，袁位高，朱錦茹，江 波

（1. 浙江省開化縣林場(chǎng)，浙江 開化 324300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

錢塘江源頭水源林林分結(jié)構(gòu)與功能分析

毛玉明1，吳初平2*，黃玉潔2，沈愛(ài)華2，袁位高2，朱錦茹2，江 波2

（1. 浙江省開化縣林場(chǎng)，浙江 開化 324300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

在錢塘江源頭開化縣林場(chǎng)選擇馬尾松（Pinus massoniana）林、杉木（Cunnihamia lanceolata）林、落葉闊葉林、松闊混交林和毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）林5種森林植被類型，建立20 m×20 m（水平距離）的調(diào)查樣地，分析不同林分結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，探索該區(qū)域水源林目標(biāo)結(jié)構(gòu)類型和現(xiàn)有水源林結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整措施和經(jīng)營(yíng)對(duì)策。結(jié)果表明：不同林分內(nèi)喬木層的郁閉度相似，灌木層與草本層卻差異明顯；不同林分枯落物層厚度接近，而腐殖層厚度卻有明顯差別；從不同林分的涵養(yǎng)水源以及保護(hù)植物多樣性功能看，松林、松闊混交林和落葉闊葉林要高于毛竹林和杉木林。因此，建議通過(guò)間伐和引入鄉(xiāng)土闊葉樹種，將針葉純林改造為針闊混交林，將樹種單一、穩(wěn)定性差的同齡純林，逐步改造為異齡復(fù)層林，并根據(jù)不同林分類型調(diào)節(jié)喬木層郁閉度，從而影響林下的灌木層、草本層和枯落物層等。

水源林；功能；林分結(jié)構(gòu)

水源涵養(yǎng)林屬于一種特殊的防護(hù)林林種，主要是以延長(zhǎng)徑流時(shí)間、調(diào)節(jié)水量、蓄水及凈水等功能為主，泛指河川、水庫(kù)、湖泊的上游集水區(qū)內(nèi)大面積的天然林和人工林以及其他植被資源。水源林林分結(jié)構(gòu)決定其涵養(yǎng)水源、保持水土和改善水質(zhì)等生態(tài)功能的發(fā)揮[1~2]。

錢塘江是浙江省第一大河，干流從西向東貫穿皖南和浙北匯入東海，其中86.5%在浙江省境內(nèi)，占全省陸域總面積的47.2%。隨著浙江省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化進(jìn)程的迅速提高，浙江省錢塘江流域內(nèi)的水資源供需矛盾日益突出，該流域水源涵養(yǎng)林的建設(shè)與水資源環(huán)境的改善對(duì)于浙江省社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義[3]。近年來(lái)，對(duì)水源林結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、林分結(jié)構(gòu)調(diào)整、森林經(jīng)營(yíng)模式等研究較多[1~2,4~7]，但關(guān)于錢塘江源頭水源林結(jié)構(gòu)的研究和實(shí)踐卻鮮見報(bào)道。因此，本文以錢塘江源頭水源林區(qū)主要林分類型為對(duì)象，分析錢塘江源頭不同水源林的林分結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，探索該區(qū)域水源林目標(biāo)結(jié)構(gòu)類型和現(xiàn)有水源林結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整措施和經(jīng)營(yíng)對(duì)策，以期為該區(qū)域水源林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)實(shí)踐提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省開化縣，是錢塘江的源頭，是浙江的“西大門”、重要的生態(tài)功能保護(hù)區(qū)。屬溫暖濕潤(rùn)的亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫16.3℃，極端最高氣溫41.3℃，極端最低氣溫-14.2℃，無(wú)霜期260 d，年平均降水量1 762.1 mm，年蒸發(fā)量1 366.2 mm，年平均相對(duì)濕度81%，年日照時(shí)數(shù)1 785.2 h。

開化縣屬浙西中山丘陵區(qū)，山林總面積18.6萬(wàn)hm2，森林覆蓋率達(dá)80.4%，位居全國(guó)前列，被國(guó)家環(huán)?？偩謩澏椤叭A東地區(qū)重要的生態(tài)屏障”。開化縣野生生物資源極為豐富，有高等植物244科897屬1 991種，其中國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物南方紅豆杉(Taxus chinensis var. mairei)1種，國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物凹葉厚樸(Magnolia oficinalis subsp. biloba)、長(zhǎng)序榆（Ulmus elongata）、長(zhǎng)柄雙花木（Disanthus cercidifolius var. 1ongipes）等14種。區(qū)內(nèi)還有一些罕見的具有重要研究?jī)r(jià)值的珍稀瀕危植物群落，如南方紅豆杉、紫莖（Stewartia sinensis）、野含笑(Michelia skinneriana)、長(zhǎng)柄雙花木、香果樹（Emmenopterys henryi）群落等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在開化縣林場(chǎng)選擇馬尾松（Pinus massoniana）林、杉木（Cunnihamia lanceolata）林、落葉闊葉林、松闊混交林和毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）林5種森林植被類型，建立20 m×20 m（水平距離）的調(diào)查樣地，調(diào)查喬木層、灌木層、草本層、枯落物層及土壤層，記錄其坡度、坡向、冠層郁閉度等常規(guī)指標(biāo)，各樣地基本情況見表1。

表1 不同林分類型樣地基本情況Table 1 Basic information of sample plots for different forest types

在各樣地邊緣與樣地條件相似的地段挖取土壤剖面，挖掘深度為100 ~ 120 cm，土層厚度不足100 cm時(shí)，挖至母巖風(fēng)化層。在剖面自上而下分0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm測(cè)定土壤的物理性質(zhì)。

2.2 分析方法

多樣性指數(shù)以相對(duì)重要值作為測(cè)度依據(jù)，采用物種豐富度指數(shù)R、物種多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener指數(shù)）H’和群落均勻度指數(shù)（Pielou指數(shù)）JSW來(lái)衡量物種多樣性。

式中，S為每一樣地中的物種總數(shù)，Pi為物種i的相對(duì)重要值。喬木層的重要值為相對(duì)密度、相對(duì)胸高斷面積之和與相對(duì)頻度之和的三分之一，下木層和草本層的重要值為相對(duì)密度、相對(duì)蓋度和相對(duì)頻度之和的三分之一。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分樹種結(jié)構(gòu)與層次分析

各林分類型主要結(jié)構(gòu)因子調(diào)查結(jié)果如表2所示。由表2可知，所調(diào)查的5個(gè)喬木林樣地均為人工林。其中松林樣地的喬木樹種有4種，為濕地松(Pinus elliottii)、柏木(Cupressus funebris)、馬尾松(P. massoniana)和泡桐(Paulownia fortunei )，其重要值分別為32.74%、30.87%、27.21%和9.18%。杉木林樣地的喬木樹種為2種，為杉木和香樟(Cinnamomum camphora)，其重要值分別為 76.46%和 23.54%。落葉闊葉林樣地只有麻櫟(Quercus acutissima)1種。松闊混交林樣地有3種樹種，為麻櫟、馬尾松和檫木(Sassafras tzumu)，其重要值分別為為61.51%、28.41%和10.08%。毛竹林樣地內(nèi)有毛竹和香樟2種，其重要值分別為68.43%和31.57%。

從不同林分類型的層次結(jié)構(gòu)上看，松林、杉木林、落葉闊葉林、松闊混交林和毛竹林的喬木層郁閉度均在0.7以上，并無(wú)明顯的區(qū)別。但是，松林、落葉闊葉林、松闊混交林的灌木層蓋度在80%左右，明顯大于杉木林的23.4%和毛竹林的17.6%。同樣，草本層蓋度也是松林、落葉闊葉林、松闊混交林遠(yuǎn)大于杉木林和毛竹林。另外，從枯落物層厚度看，除了毛竹林較薄外，其他林分的區(qū)別并不明顯，而腐殖層厚度則是落葉闊葉林、松闊混交林 > 松林 > 杉木林、毛竹林。

研究表明[5]，寧夏自治區(qū)六盤山林區(qū)林分郁閉度為0.5 ~ 0.8時(shí)灌木層、草本層、枯落物層生長(zhǎng)發(fā)育狀況比較理想，可作為該區(qū)水源林林分層次目標(biāo)結(jié)構(gòu)的郁閉度指標(biāo)值。但是，從研究結(jié)果看，不同林分內(nèi)喬木層的郁閉度相似，灌木層與草本層卻差異明顯。這是因?yàn)樗闪?、落葉闊葉林、松闊混交林的林冠透光性大于杉木林和毛竹林。另外，除毛竹林外，各林分的枯落物層厚度接近而腐殖層厚度卻差異明顯。這是因?yàn)?，落葉闊葉樹種的枯枝落葉比松樹以及杉木更容易分解[8]。以上結(jié)果說(shuō)明，調(diào)整水源林林分層次目標(biāo)結(jié)構(gòu)時(shí)，有必要根據(jù)樹種組成來(lái)調(diào)節(jié)喬木層郁閉度，從而影響林下的灌木層和草本層的生長(zhǎng)和發(fā)育，乃至林地的枯落物層。

表2 不同林分類型主要林分因子Table 2 Structure factors of different forest types

3.2 各林分類型土壤物理性質(zhì)與涵養(yǎng)水源功能分析

土壤是衡量森林水文效應(yīng)的重要指標(biāo)之一。對(duì)林地土壤的調(diào)查研究[9~12]表明森林土壤的主要物理特性亦因森林類型的不同而異，并隨土壤的深度呈規(guī)律性變化，森林土壤的最大降水存儲(chǔ)量主要受土壤非毛管孔隙度和土壤厚度的影響。通常毛管孔隙度高的土壤結(jié)構(gòu)其持水量高，透水慢，而非毛管孔隙比例大的土壤結(jié)構(gòu)，一般通透性能良好，雨水下滲速度快，涵養(yǎng)水源能力強(qiáng)[13]。非毛管孔隙與毛管孔隙的比值越高，即在總孔隙度一定時(shí)，非毛管孔隙所占比重越大，土壤透水性能越高，涵養(yǎng)水源功能也越強(qiáng)。

圖1 不同林分類型土壤的降水儲(chǔ)存量Figure 1 Water storage capacity of soil under different forest types

各樣地土壤降水存儲(chǔ)量由大到小依次為落葉闊葉林＞松林＞松闊混交林＞毛竹林＞杉木林（圖 1）。通過(guò)對(duì)不同林分類型土壤的水分物理性質(zhì)分析（表 3），結(jié)果表明：松林、松闊混交林和杉木林的土壤非毛管孔隙度隨土壤深度增加而降低，各林分0 ~ 20 cm的土壤非毛管孔隙度是松林＞落葉闊葉林＞松闊混交林＞毛竹林＞杉木林。土壤剖面數(shù)據(jù)顯示，各林分的土壤有效厚度分別為松林69 cm、杉木林55 cm、落葉闊葉林76 cm、松闊混交林85 cm、毛竹林65 cm。

表3 不同林分類型土壤的物理性質(zhì)Table 3 Physical properties of soil under different forest types

3.3 各林分類型保護(hù)森林植物多樣性的功能分析

保護(hù)和提高森林植物物種多樣性是水源林經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)之一，也是保證多功能水源林本身健康穩(wěn)定的需要[14]。因此，應(yīng)該從植物物種多樣性保護(hù)來(lái)分析評(píng)價(jià)現(xiàn)有水源林的結(jié)構(gòu)和經(jīng)營(yíng)效果。表4顯示不同林分類型的喬木層、灌木層和草本層的物種多樣性豐富程度。

由于除毛竹林以外的4種林分均為人工林，喬木層樹種只有1 ~ 4種，喬木層的多樣性和均勻度指數(shù)均偏低，說(shuō)明該4種林分的喬木層均需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。另外，灌木層和草本層的多樣性和均勻度指數(shù)相對(duì)較高。

表4 不同林分類型的多樣性指數(shù)Table 4 Diversity index of different forest types

4 結(jié)論

本文以錢塘江源頭水源林區(qū)主要林分類型為對(duì)象，分析錢塘江源頭不同水源林的林分結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，結(jié)果如下：

（1）不同林分內(nèi)喬木層的郁閉度相似，灌木層與草本層卻差異明顯；枯落物層厚度接近，而腐殖層厚度卻有明顯差別。因此，調(diào)整水源林不同林分層次目標(biāo)結(jié)構(gòu)時(shí)，有必要根據(jù)樹種組成來(lái)調(diào)節(jié)喬木層郁閉度，從而影響林下的灌木層、草本層和枯落物層等。

（2）從不同林分的涵養(yǎng)水源以及保護(hù)植物多樣性功能看，松林、松闊混交林和落葉闊葉林要高于毛竹林和杉木林。

根據(jù)水源林結(jié)構(gòu)調(diào)整理論[1~2,15]，綜合以上水源林結(jié)構(gòu)與功能分析和實(shí)際情況，針對(duì)馬尾松、濕地松以及杉木等人工林，建議首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)疏伐或帶狀改造，降低郁閉度，引入鄉(xiāng)土的闊葉樹種，將針葉純林改造為針闊混交林。針對(duì)松闊混交或落葉闊葉人工林，建議采用近自然的單株擇伐與更新技術(shù)體系，優(yōu)化調(diào)整林分樹種結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)，將樹種單一、穩(wěn)定性差的同齡純林結(jié)構(gòu)，逐步改造為針闊混交異齡林，以豐富林分喬木樹種、灌木、草本的多樣性，培育具有明顯喬木層、灌木層、草本層和枯落物層等多層結(jié)構(gòu)的水源林，從而進(jìn)一步增強(qiáng)林分的穩(wěn)定性及綜合效益。然而，針對(duì)不同林分如何調(diào)整林分郁閉度和灌木層蓋度等，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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Structure and Function of Forest for Water Conservation In Kaihua

MAO Yu-ming1，WU Chu-ping2*，HUANG Yu-jie2，SHEN Ai-hua2，YUAN Wei-gao2，Zhu Jin-ru2，Jiang bo2
（1. Kaihua Forest Farm of Zhejiang , Kaihua 324300, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Sample plots were established and investigated at pine forest, Chinese fir forest, deciduous broad leaf forest, mixed forest of pine and broad leaf forest and bamboo forest in Kaihua county, Zhejiang province, for studying relation between forest types and function. The result showed that the canopy density was similar at arbor layers of different forest types, but different at shrub and herb layers. Thicknesses of litter layers were similar among different forest types, but the humus layers were different. The investigation demonstrated that pine forest, mixed forest of pine and broad leaf forest and deciduous broad leaf forest had better effect of water conservation and plant diversity. Propositions were offered such as planting native broad-leaved tree species by thinning, transforming pure coniferous forest to mixed forest of coniferous and broadleaf, and even-aged pure forest to forest with different species and age. In addition, the canopy density of tree layer should be better different with forest types.

forest for water conservation; function; stand structure

S758.5+3

A

1001-3776（2015）05-0001-05

2015-02-05；

2015-06-10

浙江省省院合作項(xiàng)目“錢塘江中上游高效水源林構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2014SY01）

毛玉明（1965-），男，浙江衢州人，高級(jí)工程師，從事森林培育工作；*通訊作者。