桉树与米老排混交林的水源涵养功能

林祖荣

(福建省南靖国有林场，福建 南靖 363600)

森林水源涵养功能是指森林生态系统通过林木、林下植被、凋落物和林地土壤对降水进行截留、吸收、储存和再释放，将降水转化为地下径流，进而调节河川枯水期径流量的功能[1-3]。森林水源涵养作用主要集中在削减洪峰和增加水资源量两方面[3]，即在降雨时段吸收水分，减少地表径流量；降雨后通过土壤渗透作用释放水分，增加地下径流量[4-5]。桉树(Eucalyptussp.)适应性强、经营周期短且经济效益高，是闽南地区最重要的造林树种之一[6]。但长期经营桉树纯林造成部分地区出现生态退化问题[7]，而营造桉树混交林是当前较为有效的解决方法。目前对桉树混交林的研究主要集中在林分生产力[8-9]、土壤理化性质[10-11]等方面，而对其水源涵养功能的研究较少。因此，本研究选取生态效益较高且适合作为复层混交林下层林木的米老排(Mytilarialaosensis)与桉树营造复层混交林，并探讨混交林与纯林的地上部分及林地土壤的持水及排水能力，以期为桉树林的可持续经营提供参考。

1 材料与方法

1.1 样地概况

样地位于福建省南靖国有林场(24°28′N，117°18′E)，属南亚热带海洋性季风气候。该区年均气温21.5 ℃，年极端最低气温-0.5 ℃，年极端最高气温40.5 ℃，≥10 ℃活动积温7 382 ℃，年均相对湿度80%，年均降水量1 800 mm，年日照时数1 600 h，年无霜期320 d。试验地为桉树采伐迹地(后径工区9-6小班)，小班面积9.2 hm2，海拔100～150 m，坡度20°，坡向东北。土壤为花岗岩发育的山地红壤，土层厚度约1 m，立地质量等级为Ⅱ级。混交林及米老排纯林林下植被主要有粗叶榕(Ficushirta)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、鹅掌柴(Scheffleraoctophylla)、金毛狗(Cibotiumbarometz)、双盖蕨(Diplaziumdonianum)等。

1.2 试验设计

试验共设置桉树纯林、桉树与米老排混交林和米老排纯林3种林分。2010年10月对林分密度为1 667株·hm-2的前茬桉树林进行采伐，次年3月将林地划分为3个面积均为3 hm2的样地，并对桉树树桩进行留萌或催腐。米老排苗木使用1年生容器苗。(1)营造桉树纯林。每个伐桩保留1株健壮萌芽条，林分密度约1 667株·hm-2。(2)营造混交林。保留长势较好的桉树萌芽条，保存密度约300株·hm-2，其他伐桩进行催腐；2011年4月在桉树萌芽林下套种米老排，套种密度约1 700株·hm-2。(3)营造米老排纯林。伐桩全部催腐，并于2011年4月开展造林，造林密度为2 000株·hm-2。造林后各林分抚育措施一致，2011、2012年每年5月抚育锄草，并施肥1次(每公顷施用48%的氮磷钾复合肥300 kg)，10月全面抚育锄草1次；2013年5、10月各抚育锄草1次。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株生长量 2019年7月初，选取林分长势中等的地段，各林分分别设置3个25 m×25 m样地，共计9块样地。调查样地林分郁闭度及乔木的树高、胸径和保存率，结果见表1。

表1 林分生长概况Table 1 Growing status of different stands

1.3.2 地上部分生物量 采用平均标准木法测定乔木层各部分(干、枝、叶、皮)生物量；采用样方收获法测定林下植被和凋落物现存量[3]。

1.3.3 地上部分水源涵养能力 采用浸水法[12]测定林冠层、林下植被层和凋落物层自然持水量、最大持水量和排水能力。排水能力=最大持水量-自然持水量。

1.3.4 土壤水分物理性质 在各样地内，按“S”型路线随机选取3个点，用环刀分别采集0～20 cm和20～40 cm土层原状土，并带回室内测定土壤水分物理性质[13]。

1.4 统计与分析

采用Excel 2007软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 林分地上部分水源涵养功能

林分地上部分最大持水量和排水能力见表2。(1)乔木层。各林分乔木层最大持水量和排水能力均明显大于林下植被层和凋落物层，占比分别达到79.45%～89.11%和56.82%～68.10%，说明林分地上部分的持水及排水能力均以乔木层为主。乔木层最大持水量和排水能力均以混交林最大，分别比桉树纯林提高15.26%和14.62%。(2)林下植被层。最大持水量和排水能力均以桉树纯林最大，分别为18.40和6.02 t·hm-2，显著大于混交林和米老排纯林。这主要由于桉树纯林郁闭度较小，加之枝叶相对稀疏，林下光照条件较好，林下植被较为丰富；而混交林和米老排纯林郁闭度较高且米老排林冠较密，透光性差，林下植被很少。(3)凋落物层。最大持水量和排水能力均以混交林最大，分别比桉树纯林提高55.54%和38.91%，差异达显著水平。桉树纯林凋落物层排水能力占最大持水量的88.61%，而混交林和米老排纯林仅占79.13%和76.13%，这与3种林分凋落物组分不同有关。混交林和米老排纯林的凋落物基本为林木枯枝落叶，而桉树纯林凋落物除桉树枯枝落叶外，还存在大量林下植被残体。各林分地上部分总体持水量和排水能力以混交林最高，分别比其他林分高2.45%～4.12%和1.66%～6.44%。

表2 林分地上部分最大持水量和排水能力1)Table 2 Aboveground maximum water-holding capacity and drainability of different stands

1)同一层次同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

2.2 林分土壤水源涵养功能

由图1、图2可知，混交林和米老排纯林土壤持水量和孔隙度指标较为接近，且明显高于桉树纯林。混交林不同土层的最大持水量、毛管持水量和田间持水量分别比桉树纯林提高6.42%～10.74%、1.78%～6.55%和3.20%～8.08%；混交林不同土层的总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别比桉树纯林提高6.38%～10.75%、1.73%～6.58%和45.66%～49.32%。方差分析表明，混交林不同土层最大持水量、田间持水量、总孔隙度和非毛管孔隙度与桉树纯林差异均达显著水平，表明桉树萌芽林下套种米老排营造混交林可以提高土壤孔隙及持水能力。

3种林分土壤水源涵养能力见图3。由图3可知，各林分土壤最大持水量和排水能力均以混交林最优，米老排纯林次之，桉树纯林最低。其中，混交林最大持水量和排水能力分别比桉树纯林提高8.47%和14.72%，且差异达显著水平，说明与桉树纯林相比，混交林可以增大土壤持水和排水能力，提高土壤水源涵养能力。

图2 林分土壤孔隙度比较Figure 2 Comparison of soil porosity in different stands

2.3 林分总体水源涵养功能

图3 林分土壤水源涵养能力比较Figure 3 Comparison of soil water conservation in different stands

由表3可知，林分地上部分最大持水量和排水能力占整个林分比重均较小，占比分别为6.56%～6.82%和4.74%～5.43%。说明森林系统中林地土壤是涵养水源的主体，而地上部分主要是对降雨进行拦截再分配，减弱土壤溅蚀和改善土壤水分物理性质。混交林林分最大持水量和排水能力分别比米老排纯林提高3.04%和4.31%，比桉树纯林提高8.17%和14.01%。方差分析表明，混交林林分最大持水量和排水能力均与桉树纯林差异显著。说明与桉树纯林相比，桉树套种米老排营造混交林可改良林地土壤，增强土壤持水和排水能力，进而增强整个林分的水源涵养能力。

表3 林分总体水源涵养能力比较1)Table 3 Comparison of general water conservation capacity in different stands

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

3 讨论与结论

本研究表明，3种林分地上部分持水量主要集中在乔木层；地上部最大持水量和排水能力均以混交林最高，分别比其他林分提高2.45%～4.12%和1.66%～6.44%。混交林土壤孔隙度和持水能力优于桉树纯林，土壤水源涵养能力最强，其最大持水量和排水能力分别比桉树纯林提高8.47%和14.72%，差异达显著水平。林分总体持水能力主要集中在林地土壤,混交林林分最大持水量和排水能力分别比桉树纯林提高8.17%和14.01%，差异达显著水平；而与米老排纯林相比则较为接近。说明与桉树纯林相比，桉树与米老排混交林可有效提高林分水源涵养量。由于郁闭度太高，导致混交林和米老排纯林林下植被较少，使得其拦截降水、保护林地土壤的能力明显弱于桉树纯林，但混交林和米老排纯林的土壤水分物理性质又优于桉树纯林。 这可能是因为米老排纯林林冠较密且初植密度较大，林分林冠层对降水截留效果较好，穿透林冠直接作用于林地的降水较少，加之米老排枯枝落叶量较大，枯枝落叶堆积在地表也能保护林地土壤免受降水溅蚀。目前，混交林和米老排纯林郁闭度均达到0.95，计划在短期内开展间伐，而有关间伐后混交林水源涵养功能的变化还需进一步研究。