資興市不同森林恢復(fù)與發(fā)展模式水源涵養(yǎng)功能初探

羅佳， 田育新， 周小玲， 鄧鷹鴻， 曾掌權(quán),2，陳建華， 何先進(jìn)， 韓云娟 (.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 000； 2.湖南慈利森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站， 湖南 慈利 2000；.湖南省林業(yè)廳, 湖南 長沙 000； .中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 000；. 資興市林科所， 湖南 資興 200)

資興市不同森林恢復(fù)與發(fā)展模式水源涵養(yǎng)功能初探

羅佳1, 2,4， 田育新1,2*， 周小玲1， 鄧鷹鴻3， 曾掌權(quán)1,2，陳建華4， 何先進(jìn)5， 韓云娟1
(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南慈利森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站， 湖南 慈利 420004；3.湖南省林業(yè)廳, 湖南 長沙 410004； 4.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004；5. 資興市林科所， 湖南 資興 423400)

采用野外調(diào)查與長期定位監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，整體系統(tǒng)地研究了資興市為恢復(fù)雪災(zāi)受損森林資源構(gòu)建的不同森林經(jīng)營模式水源涵養(yǎng)功能，旨在定量分析不同森林恢復(fù)與發(fā)展模式水源涵養(yǎng)功能大小，為其可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。研究結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)期間，各林分不同雨強(qiáng)條件下林冠層截留量各不相同，差異明顯，最大的是M8，達(dá)54.8 mm，最小的是M6，僅48.59 mm；各林分灌草層持水量存在差異，M6(3.168 mm)最大；枯落物層持水量差異明顯，M8(31.838 mm)最大，M6(23.13 mm)最小；林地土壤貯水能力M8與M6、M7之間差異顯著，M6與M7之間差異不大。各林分水源涵養(yǎng)總能力大小為M8(1 123.624 mm)>CK8(1 068.543 mm)>M7(1 047.623 mm)>CK7(1 039.983 mm)>M6(1 001.815 mm)>CK6(965.779 mm)，以M8水源涵養(yǎng)能力最大，達(dá)到1 123.624 mm，約占年降雨量的84%，各模式林分引用了適生樹種，具有完整的林冠層、灌草層和枯落物層，形成了多功能復(fù)層混交林，改變了林分對(duì)降雨的再分配，水源涵養(yǎng)總能力較強(qiáng)。各模式水源涵養(yǎng)能力略強(qiáng)于對(duì)照，但由于項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)間不長差異較小。

水源涵養(yǎng)； 功能； 不同森林恢復(fù)與發(fā)展模式； 資興市

森林水源涵養(yǎng)的功能是森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的重要組成部分，由于其具有龐大的林冠層、深厚的枯落物層、發(fā)達(dá)的根系及疏松多孔的森林土壤起到水源涵養(yǎng)的作用，主要體現(xiàn)在對(duì)降水的截持再分配，調(diào)節(jié)徑流河川，調(diào)整林內(nèi)小氣候，減小林內(nèi)地表蒸發(fā)，改良土壤結(jié)構(gòu)，減少地表侵蝕等[1-2]，針對(duì)森林的水源涵養(yǎng)功能已有大量研究主要集中在林冠截留與再分配、枯落物截留及持水能力、土壤理化性質(zhì)與保土能力等方面[3-12]，這些研究多集中在針對(duì)某一特定層次指標(biāo)的研究。降雨受森林的影響而表現(xiàn)出來的水分分配和運(yùn)動(dòng)過程，包括降雨、降雨截持、干流、蒸散、地表徑流等，構(gòu)成了森林的水文過程。它是森林的四個(gè)作用層，即森林喬木層、灌草層、枯枝落葉層和土壤層對(duì)降水進(jìn)行再分配的復(fù)雜過程。

為恢復(fù)資興市雪災(zāi)受損森林資源，提高湖南森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候?yàn)?zāi)害的適應(yīng)性和抗逆性，在世界銀行貸款湖南森林恢復(fù)與發(fā)展項(xiàng)目支持下，以發(fā)揮森林生態(tài)效益為目標(biāo)、以多功能森林經(jīng)營為指導(dǎo)思想、以近自然經(jīng)營技術(shù)為實(shí)現(xiàn)途徑，考慮林分現(xiàn)狀和適地適樹原則，提出了多種森林經(jīng)營模式[13]。

本文整體系統(tǒng)的研究了項(xiàng)目實(shí)施區(qū)不同經(jīng)營模式森林涵養(yǎng)水源功能，并進(jìn)行比較分析，旨在定量分析森林水源涵養(yǎng)功能大小，為資興市不同森林資源培育模式可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

資興市位于郴州市東部，地處湘江流域耒水的上游，在羅霄山脈西麓、茶永盆地南端，為湘、粵、贛三省交匯處。資興市地貌形態(tài)以山地為主，丘、崗、平地交錯(cuò)。東南部為山地，西北部主要為丘、崗、平地。地勢(shì)東南高、西北低，東部最高點(diǎn)為八面山，海拔2 042 m；西北部最低點(diǎn)為程江口，海拔僅為106 m。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，夏秋多旱，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨水充沛。年均氣溫17.7 ℃，極端最高氣溫40.6 ℃，極端最低氣溫-7.5 ℃；年均降雨量1 487.6 mm，多集中在春夏3—6月和8月，年均降水日數(shù)為182天；年均蒸發(fā)量為1 483 mm，最大月平均蒸發(fā)量305.9 mm；年均相對(duì)濕度81%，最小相對(duì)濕度7%；年均風(fēng)速1.7 m/s；年均降雪日數(shù)6.6天；年均無霜期347.9天；年均日照1 700 h。資興市境內(nèi)河流屬湘江流域，主要分為耒水東江水系、永樂江水系、船形河水系和耒水程江水系四大水系。

資興定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于資興市林業(yè)科學(xué)研究所黃毛山、下灣、東江涼樹灣，分別選取培育模式M6(針葉樹種+珍貴闊葉樹種混交林模式：馬尾松+樟樹+楓香+木荷)、M7(竹、喬混合經(jīng)營模式：毛竹+杜英+木荷)、M8(人工促進(jìn)天然更新模式：柏+酸棗+含笑+紅豆杉)作為研究對(duì)象進(jìn)行水源涵養(yǎng)監(jiān)測(cè)。

表1 試驗(yàn)樣地基本概況Tab 1 Featuresofexperimentalplots編號(hào)林分類型海拔(m)平均樹高(m)灌草生物量(t·hm-2)林下灌草M6馬尾松+樟樹+楓香+木荷23044 68灌木層：栽培樹種楓香(Liquidambarformosana)、馬尾松(Pinusmassoniana)；次生灌木：山蒼子(Litseacubeba)、杜鵑(Rhododendronsimsii)、苦竹(Pleioblastusamarus)。草本層：葉下珠(Phyllanthusurinaria)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)和蕨(Pteridiumaquilinumvar latiusculum)CK6含笑+樟樹+泡桐23044 573灌木層：山蒼子(Litseacubeba)、茶葉(Camelliasinensis)、苦竹(Pleioblastusamarus)、稱星樹(Ilexasprella(Hook etArn )Champ exBenth )等組成。草本層：海金沙(Lygodiumjaponicum)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)和蕨(Pteridiumaquilinumvar latiusculum)M7毛竹+杜英+木荷680164 818灌木層：栽培樹種：杜英(Elaeocarpusdecipiens)、木荷(Schimasuperba)。次生灌木：烏藥(Linderaaggregata)、葉下珠(Phyllanthusurinaria)、拔葜(Smilaxchina)、擬赤楊(Alniphyllumfortunei)、秤星樹(Ilexasprella)。草本層：小葉女貞(Ligustrumquihoui)、野牡丹(Melastomacandidum)、黃檀(DalbergiahupeanaHance)、蕨(Pteridiumaquilinumvar latiusculum)、六月雪(Serissafoetida)、南蛇藤(CelastrusorbiculatusThunb)、魚腥草(HouttuyniacordataThunb)、瞿麥(Dianthussu?perbus)、白茅(Imperatacylindrica)。CK7毛竹+杜英680154 781灌木層：小葉女貞(Ligustrumquihoui)、擬赤楊(Alniphyllumfortunei)等草本層：野牡丹(Melastomacandidum)、拔葜(Smilaxchina)、蕨(Pteridiumaquilinumvar latiusculum)、六月雪(Serissafoetida)M8柏+南酸棗+含笑+紅豆杉22574 072灌木層：蕁麻(UrticafissaE Pritz)、算盤子(Euphorbiaceae)、苦楝(Meliaazedarach)等。草本層：白茅(Imperatacylindrica)、蕨(Pteridiumaquilinumvar latiusculum)、苔草(Carexsp )、苧麻(Boehmerianivea)等CK8南酸棗+檫樹+苦楝+柏225143 864灌木層：算盤子(Euphorbiaceae)、山蒼子(Litseacubeba)等。草本層：白茅(Imperatacylindrica)、苔草(Carexsp )、蕨(Pteridiumaquilinumvar latiusculum)

表2 試驗(yàn)樣地土壤理化性質(zhì)Tab 2 Experimentalplotsofsoilphysicalandchemicalproperties編號(hào)坡向坡度(°)土壤類型土壤容重(g/cm3)pH有機(jī)碳(g/kg)總氮(g/kg)總磷(g/kg)M6西南10 55黃紅壤1 35 055 211 290 283CK6西南10 57黃紅壤1 295 015 431 310 277M7西南25 22黃紅壤1 325 788 471 250 274CK7西南25 23黃紅壤1 315 718 121 350 275M8北20 36黃紅壤1 375 894 321 280 242CK8北20 32黃紅壤1 365 905 371 340 247

2 材料與方法

2.1樣地設(shè)置

每個(gè)林分類型設(shè)置1個(gè)固定樣地。固定樣地規(guī)格為25 m(平行等高線)×40 m(垂直等高線)。利用全站儀對(duì)每個(gè)固定樣地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定界(線)，對(duì)固定樣地的四角進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記埋設(shè)固定水泥樁作為永久標(biāo)記。在固定樣地內(nèi)，沿樣方對(duì)角線設(shè)置5塊灌草調(diào)查小樣方，小樣方規(guī)格為2 m×2 m。小樣方采用羅盤儀進(jìn)行標(biāo)定，在小樣方四角插入直徑10 mm PVC管作為永久標(biāo)記。

2.2降雨觀測(cè)

在固定樣地外空曠平整的場(chǎng)地上設(shè)置規(guī)格為5 m×5 m的降雨觀測(cè)場(chǎng)，7852型自記雨量儀布設(shè)在觀測(cè)場(chǎng)的中央，自動(dòng)連續(xù)測(cè)定各次降水量。

2.3林冠截留量的測(cè)定

采用林分穿透雨測(cè)定裝置、樹干莖流測(cè)定裝置分別測(cè)定林分穿透雨量及樹干莖流量。林分穿透雨測(cè)定裝置安裝高度應(yīng)大于灌木層，無灌木層時(shí)不要低于1.5 m。林分穿透雨測(cè)定裝置由V型槽(即林下穿透雨采集器)、支架和QT-50 mL型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。V型槽鋪設(shè)方式均采用“V”字形(每邊長2 m)，V型槽口寬20 cm，深10 cm，通過PVC管連接QT-50 mL型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，接口處用網(wǎng)狀不銹鋼隔層以防枯枝落葉堵塞通道。QT-50 mL型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于觀測(cè)用房內(nèi)。按季度采集數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測(cè)林分樹木徑級(jí)分布狀況，選擇15株樹木進(jìn)行樹干莖流監(jiān)測(cè)。胸徑小于5 cm的樹木不進(jìn)行測(cè)量。將經(jīng)過噴塑處理的鋁制扇形片環(huán)繞樹干，以相應(yīng)大小的喉箍緊固，輔以相應(yīng)的堵漏，清縫工藝，截流效果明顯，出水口下接7852型自計(jì)雨量儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，7852型翻斗式自計(jì)雨量儀置于觀測(cè)用房內(nèi)。按季度采集數(shù)據(jù)。林冠截留量計(jì)算公式為：

I=P-T-S，

式中：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)。

2.4灌草層(截)持水量測(cè)定

采用灌草持水仿真模擬測(cè)定裝置(專利號(hào)ZL 2013 2 0778400.6)對(duì)灌草層截留量進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)灌草在小樣方中的實(shí)際分布狀況，移置在灌草持水仿真模擬測(cè)定裝置上，通過人工模擬降雨測(cè)定不同雨強(qiáng)條件下灌草層的實(shí)際持水能力。(喬)灌草層(截)持水量的計(jì)算公式為：

(1)當(dāng)?shù)竭_(dá)灌草層雨量小于灌草層最大截留量G0時(shí)，灌草層截留量計(jì)算公式為：

G=C×P，

式中：G——灌草層截留量(mm)；

C——灌草層蓋度；

P——降水量(mm)；

(2)當(dāng)?shù)竭_(dá)灌草層雨量大于等于灌草層最大截留量G0時(shí)：

G=G0，

式中：G——灌草層截留量(mm)；

G0——灌草層最大截留量(mm)。

2.5枯落物持水量的測(cè)定

枯落物層持水測(cè)定采用浸水法。取回20 cm ×20 cm 小樣方內(nèi)枯落物，將枯落物稱鮮質(zhì)量，并取樣帶回實(shí)驗(yàn)室烘干(95 ℃，24 h)至恒質(zhì)量，計(jì)算枯落物干生物量。采用浸水法測(cè)定枯落物持水量。將枯落物的部分樣品稱質(zhì)量后分別裝入稱質(zhì)量后的濕布袋(預(yù)先稱量記錄干、濕布袋質(zhì)量)；再將裝有枯落物的布袋完全浸沒于盛有清水的容器中；將枯落物浸入水中24 h后，將枯落物連同布袋一并取出，靜置5 min左右，直至枯落物不滴水為止，迅速稱量枯落物的濕質(zhì)量，然后將枯落物連同布袋一同烘干(95 ℃，24 h)至恒質(zhì)量，計(jì)算枯落物最大持水能力。

2.6土壤持水量的測(cè)定

在樣地內(nèi)挖掘土壤剖面，記錄土壤層次及土層厚度，用環(huán)刀按 0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm的深度分層取樣，帶回室內(nèi)測(cè)定總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度。

按0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm的不同土層深度，采用土壤水分測(cè)定儀(TDR)測(cè)定土壤含水量。

2.7林分涵養(yǎng)水源能力計(jì)算

林分涵養(yǎng)水源能力的計(jì)算公式為：

S=G+K+W

式中：S——林分涵養(yǎng)水源能力(mm)；

G——灌草層截留量(mm)；

K——枯落物層持水量(mm)；

W——土壤層貯水量(mm)

2.8數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析主要采用SPSS19.0和Microsoft Office Excel 2007。

3 結(jié)果與分析

3.1降雨特征

根據(jù)資興氣象站2014年氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，資興點(diǎn)2014年全年降雨量1 336.5 mm，年內(nèi)降雨分布不均，各區(qū)間雨量差異較大，其中降雨量最大的區(qū)間為≥50 mm，雨量為372.5 mm，約占年降雨量的27.9%；最小區(qū)間為40～50 mm，雨量為140.3 mm，約占年降雨量的10%左右。小于10 mm區(qū)間和10～20 mm區(qū)間累積降雨量基本持平，約占年降雨量的11.3%。

2014年監(jiān)測(cè)期間(2014年8月—12月)降雨分布不均，降雨量為308 mm，按小于10 mm、10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm以及大于50 mm六個(gè)降雨區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見表3)，各區(qū)間雨量差異較大，其中降雨量最大的區(qū)間為30～40 mm，雨量為108 mm，約占監(jiān)測(cè)期間降雨量的35.1%；其次是區(qū)間為≥50 mm，雨量為91.4 mm，約占監(jiān)測(cè)期間降雨量的29.7%；最小降雨量區(qū)間為小于10 mm，雨量為5 mm，約占監(jiān)測(cè)期間降雨量的1.6%。

表3 降雨特征表Tab 3 Rainfallcharacteristicstable(mm)降雨區(qū)間年降雨量監(jiān)測(cè)期間降雨量<10152 3510～20150 433 820～30276 723 230～40244 310840～50140 346 6≥50372 591 4總降雨量1336 5308

3.2林冠層截留能力

林冠層截留是個(gè)非常復(fù)雜的過程，受到降水強(qiáng)度、降水量、植被類型、葉面積指數(shù)及郁閉度等因素的影響[14]。有研究結(jié)果表明，國外溫帶闊葉林冠層的截留系數(shù)處于11%～36%之間，針葉林處在9%～48%之間[15]，國內(nèi)南北不同的氣候帶森林植被的林冠截留系數(shù)位于11.4%～34.3%之間[16]。

從圖1可以看出，各林分在監(jiān)測(cè)期間林冠層截留率變動(dòng)范圍為10.76%～29.39%，不同林分不同降雨區(qū)間林冠截留率各不相同，其平均值由大到小順序?yàn)椋篗8(17.88%)> CK8(17.74%)> M7(16.94%)> CK7(16.80%)> M6(16.00%)> CK6(15.86%)。M6林冠截留率高于其他林分主要是因?yàn)樵撃Ｊ綐浞N組成豐富，冠幅密度大，降雨過程中雨水能較好地附著于葉面，所以對(duì)降水?dāng)r蓄作用較好。

圖1 各林分林冠截留率Fig.1 Interception rate of all forest stands

3.3灌草層持水能力

林分灌草層具有一定的持水性能。林下灌草包括灌木和草本，是處在林分中的較低層次。林內(nèi)穿透雨在到達(dá)地面前，部分雨水會(huì)被林下灌草進(jìn)一步截留，從而進(jìn)一步削減雨滴勢(shì)能，防止地表濺蝕，是森林植被中的一個(gè)重要層次。在每次降雨事件中，灌草層持水量隨著到達(dá)灌草層雨量的增加而增加，當(dāng)雨量超過一個(gè)定值，灌草層持水量將不再發(fā)生變化，此拐點(diǎn)就是不同林分灌草層的最大持水量，各林分不同其灌草層最大持水量也不同。表4反映了各林分灌草層特征，灌草層持水量隨著到達(dá)灌草層的雨量增加而增加，直到達(dá)到其最大持水量。

表4 各林分灌草層特征表Tab 4 Characteristicsofshrub?grasslayersofallforeststands樣地灌草生物量(t/hm2)蓋度最大持水量(mm)M64 680 50 352CK64 5730 40 341M74 8180 450 330CK74 7810 420 319M84 0720 40 318CK83 8640 390 300

林下灌草層生物量受林分郁閉度、林齡等因素影響很大。隨著林分郁閉度的增加，灌草層生物量逐漸呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。灌草層最大持水量與生物量呈正比例關(guān)系。林下植被的種類與其自身特性同樣也間接影響著持水量的大小。試驗(yàn)結(jié)果表明，灌草層最大持水量范圍在0.318～0.352 mm之間。培育模式各林分灌草層最大持水量按大小排序?yàn)镸6(0.352 mm)>M7(0.330 mm)>M8(0.318 mm)。監(jiān)測(cè)期間，培育模式各林分灌草層持水量各不相同，存在差異。各林分之間灌草層持水量的差異性主要由灌草生物量、種類、高度、蓋度等因子差異引起。對(duì)灌草層生物量與最大持水量進(jìn)行相關(guān)性分析，得到灌草最大持水量與其生物量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

3.4枯落物層持水量能力

枯枝落葉層具有保護(hù)土壤免受雨滴沖擊和增加土壤腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的作用，并參與土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，有效地增加土壤孔隙度，為林分土壤層蓄水提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。森林枯枝落葉層水分截持能力較強(qiáng)，一般吸持水量可達(dá)自身干質(zhì)量的2～4倍，不同森林類型的枯落物現(xiàn)存率和持水率有差異，故它們的最大持水量也存在明顯差異。

表5 各林分枯落物層持水性能Tab 5 Litterlayerwater?holdingcapacitiesofallforeststands樣地生物量(t/hm2)最大持水量(mm)M612 8482 570CK614 4302 890M714 5452 910CK715 583 120M817 9303 590CK816 9113 390

在每次降雨事件中，枯落物層持水量隨著到達(dá)枯落物層雨量的增加而增加，當(dāng)雨量超過一個(gè)定值，枯落物層持水量將不再發(fā)生變化，此拐點(diǎn)就是不同林分枯落物層的最大持水量，各林分特征不同其枯落物層最大持水量也不同?？萋湮飳映炙侩S著到達(dá)枯落物層的雨量增加而增加，直到達(dá)到其最大持水量。

通過監(jiān)測(cè)表明，各模式枯落物最大持水量范圍在2.57～3.59 mm之間，其中M8枯落物層最大持水量最大，達(dá)到3.59 mm，M7次之，為2.910 mm。各林分枯落物最大持水量按大小排序?yàn)镸8(3.590 mm)>M7(2.910 mm)>M6(2.570 mm)。枯落物的最大持水量反映了枯落物層的水文特性，它主要與枯落物的類型、組成、蓄積量等有很大關(guān)系，而不同的植被類型，由于其枯落物種類、分解特性等不同，枯落物蓄積量也不相同?？萋湮锏某炙芰Υ笮∨c林分類型、林齡、枯落物的自身組成、分解狀況和蓄積量等有關(guān)。

3.5土壤層貯水能力

在一定土壤厚度條件下，土壤貯水特征取決于土壤孔隙大小和其數(shù)量特征，或者取決于森林植被對(duì)土壤孔隙狀況的改善作用大小。土壤孔隙按當(dāng)量的直徑大小可以分為毛管孔隙和非毛管孔隙，土壤水分貯存可以分為滯留貯存及吸持貯存兩種形式(某土層厚度內(nèi)所儲(chǔ)存的水量分別稱為吸持貯水量與滯留貯水量，兩者合稱作土壤飽和貯水量)。滯留貯存作為飽和土壤中自由重力水在非毛管孔隙(大孔隙)中暫時(shí)貯存，為大雨或者暴雨提供應(yīng)急水分貯存，能有效減少地表徑流；降雨停止后水分逐步向深層下滲，使土壤水分不斷地補(bǔ)充地下水或者以壤中流形式注入河流，因此具有較高涵養(yǎng)水源功能。針對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)，土壤非毛管孔隙度大小反映著森林植被滯留水分發(fā)揮涵養(yǎng)水源及削減洪水能力。

表6 土壤最大貯水能力Tab 6 Themaximumstoragecapacityofthesoil樣地土層厚度(cm)總孔隙度(%)毛管孔隙度(%)非毛管孔隙度(%)最大貯水能力(mm)M65739 4935 294 223 94CK65437 2333 134 122 14M75639 2534 854 424 64CK75737 4633 164 324 51M84845 1139 215 928 32CK84543 6538 155 524 75

不同林分由于其模式和組成樹種的不同，所形成的土壤結(jié)構(gòu)差異顯著，從而導(dǎo)致了土壤貯水能力的明顯不同。林地土壤貯水能力M8與M6、M7之間差異顯著，M6與M7之間差異不大(見表7)。培育模式林地與各自的對(duì)照之間，差異不大，其大小排序?yàn)椋篗8(28.320 mm)> CK8(24.750 mm)> M7(24.640 mm)> CK7(24.510 mm)> M6(23.940 mm)> CK6(22.140 mm)。

3.6林分水源涵養(yǎng)總能力

森林的水源涵養(yǎng)功能是森林生態(tài)服務(wù)功能的重要功能之一，不同森林類型由于其生態(tài)學(xué)特性的差異，其林分整體水源涵養(yǎng)功能存在一定的差異。森林以其繁茂的林冠層，林下的灌草層，林地上的枯枝枯葉層和酥松而深厚的土壤層，構(gòu)建了截留、吸收和貯存大氣降水的良好環(huán)境，發(fā)揮森林生態(tài)系統(tǒng)特有的水源涵養(yǎng)功能，起到削弱降雨侵蝕力、改善土壤結(jié)構(gòu)、削減洪峰流量、減少地表徑流，調(diào)節(jié)河川流量等作用。

監(jiān)測(cè)期間，各林分不同雨強(qiáng)條件下林冠層截留量各不相同，差異明顯。林冠層截留量由大到小排序?yàn)镸8(54.8 mm)>M7(51.68 mm)>M6(48.59 mm)。各林分灌草層持水量存在差異，由大到小排序?yàn)镸6(3.168 mm)>M7(2.97 mm)>M8(2.862 mm)。各林分枯落物層持水量差異明顯，由大到小排序?yàn)镸8(31.838 mm)>M7(26.19 mm)>M6(23.13 mm)。各模式8月6日、11日、15日、19日和9月16日降雨前土壤含水量大于土壤毛管孔隙度，其土壤貯水量=[非毛管孔隙度-(土壤含水量-毛管孔隙度)] ×土壤貯水能力。培育模式其它幾次降雨前土壤含水量均小于土壤毛管孔隙度，所以其土壤貯水量等于非毛管的滯留貯水量。各模式小區(qū)土壤貯水量介于12.95～14.00(mm)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)期間降雨量和年降雨量，按降雨分配特征進(jìn)行耦合，得到各林分各層次年持水量，再根據(jù)計(jì)算公式獲得各林分水源涵養(yǎng)總能力。2014年資興點(diǎn)年降雨量為1 336.5 mm。由圖2可以看出：M8水源涵養(yǎng)能力最強(qiáng)，全年總能力達(dá)到1 123.622 mm，約占年降雨量的84%，具有較好的截留、吸收和貯存大氣降水能力；培育模式各林分水源涵養(yǎng)總能力大小為M8(1 123.624 mm)>CK8(1 068.543 mm)>M7(1 047.623 mm)>CK7(1 039.983 mm)>M6(1 001.815 mm)>CK6(965.779 mm)；各林分水源涵養(yǎng)總能力較強(qiáng)主要受益于培育模式是在現(xiàn)有林分中引進(jìn)了適生樹種，形成了多功能復(fù)層混交林，改變了林分對(duì)降雨的再分配；培育各模式水源涵養(yǎng)能力略強(qiáng)于對(duì)照，但差異較小。

表7 監(jiān)測(cè)期間林分水源涵養(yǎng)能力Tab 7 Waterconservationcapacityofeachstandinthemonitoringperiod(mm)樣地降雨區(qū)間降雨量林冠截留量灌草持水量枯落物持水量土壤持水量M6<1051 370 3522 570 710～2033 84 370 7045 1421 220～3023 23 60 3522 5713 130～4010819 531 0567 7146 640～5046 67 360 3522 5723 9>5091 412 360 3522 5723 9合計(jì)30848 593 16823 13129 4CK6<1051 360 3412 890 410～2033 84 320 6825 7820 520～3023 23 560 3412 8912 230～4010819 361 0238 6742 240～5046 67 290 3412 8922 1>5091 412 220 3412 8922 1合計(jì)30848 113 06926 01119 5M7<1051 420 332 910 310～2033 84 710 665 8221 320～3023 23 830 332 9114 430～4010820 610 998 7346 940～5046 67 830 332 9124 6>5091 413 280 332 9124 6合計(jì)30851 682 9726 19132 1CK7<1051 410 3193 120 210～2033 84 660 6386 2420 420～3023 23 80 3193 1213 630～4010820 460 9579 3645 740～5046 67 760 3193 1224 5>5091 413 140 3193 1224 5合計(jì)30851 232 87128 08128 9M8<1051 470 3183 118010～2033 85 050 6367 1819 620～3023 24 060 3183 591430～4010821 720 95410 7749 740～5046 68 30 3183 5928 3>5091 414 20 3183 5928 3合計(jì)30854 82 86231 838139 9CK8<1051 460 33 139010～2033 850 66 7820 620～3023 24 030 33 3914 330～4010821 550 910 1745 940～5046 68 230 33 3924 8>5091 414 070 33 3924 8合計(jì)30854 342 730 259130 4

圖2 林分水源涵養(yǎng)總能力(mm)Fig.2 Water conservation total capacity of each stand(mm)

4 結(jié)論與討論

監(jiān)測(cè)期間，各林分不同雨強(qiáng)條件下林冠層截留量各不相同，差異明顯。其中，M8的截留量達(dá)到54.8 mm，高于其他模式，主要是因?yàn)槠錁浞N組成豐富，以酸棗、含笑等闊葉樹種為主，重要值達(dá)67%～95%，冠輻密度大，郁閉度達(dá)0.8，林分內(nèi)各樹體高大，樹高基本上在4～10 m以上，枝葉茂盛，樹葉具有較大的表面積，降雨過程中雨水能較好地附著于葉面，所以對(duì)降水?dāng)r蓄作用較好。各林分灌草層持水量各不相同，存在差異。灌草層持水量最大的培育模式是M6，灌草層持水量達(dá)3.168 mm，該模式林冠郁閉度較小，僅有0.4，林下植被種類較為豐富，包括馬尾松、楓香、山蒼子、杜鵑、苦竹、木橿子等多個(gè)植被類型，林下灌草層蓋度0.5，生物量達(dá)4.68 t/hm2。最小的是M8，灌草層持水量僅2.862 mm，與M6相差0.306 mm。各林分枯落物層持水量各不相同，差異明顯。M6的枯落物持水量低于其他模式，僅23.13 mm，主要是因?yàn)镸6為針葉樹種+珍貴闊葉樹種培育模式，栽培樹種以馬尾松為主，馬尾松枯落物含有較多的油脂，不容易分解，其吸水率和有效吸水量往往沒有闊葉樹種的枯落物大。M8枯落物持水量最高，這是由于M8模式為針闊混交林，闊葉枯落物生產(chǎn)量大，加之針葉林枯落物分解較慢，故其現(xiàn)儲(chǔ)量較大，枯落物生物量達(dá)17.930 t/hm2，枯落物持水能力較大。由于項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)間也不長，各模式與CK之間林冠層截留量、灌草持水量、枯落物持水量差異均不明顯，各模式與CK相比，均大于CK。各模式小區(qū)土壤貯水量介于12.95～14.00(mm)。

研究結(jié)果表明，各林分水源涵養(yǎng)總能力大小為M8(1 123.624 mm)>CK8(1 068.543 mm)>M7(1 047.623 mm)>CK7(1 039.983 mm)>M6(1 001.815 mm)>CK6(965.779 mm)，水源涵養(yǎng)總能力較高，能力大小范圍在965.779 mm～1 123.624 mm之間，其中以M8(人工促進(jìn)天然更新模式：柏+酸棗+含笑+紅豆杉)水源涵養(yǎng)能力最大，達(dá)到1 123.624 mm，約占年降雨量的84%，這主要受益于培育模式是在現(xiàn)有林分中引進(jìn)了適生樹種，形成了多功能復(fù)層混交林，改變了林分對(duì)降雨的再分配特征。因此，在項(xiàng)目實(shí)施過程中建議構(gòu)建多功能復(fù)層混交林，提倡針、闊葉樹種混交，喬、灌、草結(jié)合的人工多層植被，并根據(jù)坡度和土層厚薄進(jìn)行樹種選擇和搭配，補(bǔ)植耐蔭樹種，提升林分水源涵養(yǎng)能力。

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ResearchonwaterconservationfunctionexplorationofforestrestorationanddevelopmentmodelofZixingCity

LUO Jia1,2,4, TIAN Yuxin1,2*, ZHOU Xiaoling1,DENG Yinghong3, ZENG Zhangquan1,2, CHEN Jianhua4, HE Xianjin5, HAN Yunjuan1

(1.Hunan Forestry Academy, Changsha 410004, China;2.Cili Research Station of Forest Ecosystem, Cili 420004, China; 3.Forestry Department of Hunan Province, Changsha 410004, China；4.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;5.Zixing Institute of Forestry,Zixing 423400, China)

Using a combination of field surveys and long-term monitoring methods，to forest restoration and development mode of Zixing City for the object of study with different modes of water conservation function of forest system as a whole，results show that during the monitoring period，the forest canopy interceptions of different forest stand in different rainfall intensities significantly varies.M8 has the maximum forest canopy interception of 54.8 mm，and M6 has the minimum forest canopy interception of 48.59 mm.The shrub-grass layer water holding capacity of forest stands varies.M6 has the maximum shrub-grass layer water holding capacity of 3.168 mm.The litter water-holding capacities of forest stands are significantly different.M8 has the maximum litter water-holding capacities of 31.838 mm，and M6 has the minimum litter water-holding capacities of 23.13 mm.There are significant differences between M8 and M6 and between the M8 and M7 in the woodland soil water storage capacity，where the difference between M6 and M7 is not so significant.The descending order of the total stand water conservation capacity in the mode is as follows：M8(1 123.624 mm)> CK8(1 068.543 mm)> M7(1 047.623 mm)> CK7(1 039.983 mm)> M6(1 001.815 mm)> CK6(965.779 mm)，M8 has the highest water conservation capacity of 1 123.624 mm，accounting for about 84% of annual rainfall.The total stand water conservation capacity in the mode mainly benefits from suitable species are introduced into the current forest stands to form a multi-functional complex mixed forest；this changes rainfall redistribution of stands.And the water conservation capacity of each mode in the mode is slightly stronger than the reference.However the difference is small due to short execution of the project.

water conservation； function； forest restoration and development mode； Zixing City

2016-03-28

世界銀行貸款湖南森林恢復(fù)與發(fā)展項(xiàng)目(JC-4)；湖南近自然森林經(jīng)營試驗(yàn)與示范(2012-HNLYKY-01)；國家十三五科技支撐計(jì)劃課題：長江防護(hù)林質(zhì)量調(diào)控與高效經(jīng)營技術(shù)研究與示范(2015BAD07B04)；湖南省林業(yè)科學(xué)院青年科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2013LQJ11)； 科技部國際科技合作專項(xiàng)(2015DFA90450)。

羅 佳(1983-)，女，湖南省長沙市人，助理研究員，博士生，主要從事生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)、生物學(xué)研究。

田育新，研究員；E-mail: 1549751927@qq.com。

S 718.5

A

1003 — 5710(2016)03 — 0016 — 09

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 03. 004

(文字編校：龔玉子)