鄭蘭英 胡興宜 王曉榮

（湖北省林業(yè)科學(xué)研究院 武漢 430075）

一直以來(lái)，中國(guó)是世界發(fā)生土壤侵蝕和水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，特別是在山地丘陵等區(qū)域[1]。同時(shí)，人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和研究水土流失的過(guò)程中，很早就發(fā)現(xiàn)植被對(duì)水土流失的控制作用[2]，以植樹(shù)種草作為其主要的生物治理手段，但在短時(shí)間內(nèi)都很難郁閉成林或成活率低，很難滿足我國(guó)快速進(jìn)行水土流失治理的要求。竹類(lèi)植物由于獨(dú)特的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，具有比喬灌木樹(shù)種更強(qiáng)的利用生境資源的能力和抗逆能力，在涵養(yǎng)水源、水土保持、減少?gòu)搅髂嗌?、改善水質(zhì)等生態(tài)功能方面存在顯著優(yōu)勢(shì)而被許多水土流失嚴(yán)重區(qū)域而重視[1,3]。

我國(guó)竹子資源特別豐富，分屬38屬500余種，分別占世界總數(shù)的36%和39%[4]。根據(jù)第七次全國(guó)森林資源清查結(jié)果，我國(guó)現(xiàn)有竹林面積5.38萬(wàn)hm2，占全國(guó)森林面積的2.2%，且多分布于水系的源頭及兩岸[5]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及自然災(zāi)害的不斷產(chǎn)生，如何充分發(fā)揮我國(guó)竹林的生態(tài)效益，已經(jīng)逐漸成為竹業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然已有許多學(xué)者對(duì)竹林水土保持功能進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)，但其仍舊處于起步階段，許多竹林水土保持功能的理論和機(jī)制研究還不成熟[1,6]。已有的研究主要集中在竹林的根系優(yōu)勢(shì)、林冠截留、枯落物水文功能、改善土壤理化性狀、增加土壤蓄水和入滲、減少土壤侵蝕等方面。本文綜述了竹林生物學(xué)特征與水土保持功能的關(guān)系以及竹林水土保持作用方面的研究進(jìn)展，希望為科學(xué)營(yíng)造和管理竹林，充分發(fā)揮其水土保持的生態(tài)效益提供科學(xué)依據(jù)。

1 竹林生物學(xué)特性與水土保持功能的關(guān)系

竹類(lèi)植物種類(lèi)繁多，常年茂綠、成林早、鞭根系統(tǒng)發(fā)達(dá)、繁殖能力強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快、一次造林可不斷采收、不斷自我更新等生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，特別是竹林地下系統(tǒng)發(fā)達(dá)，除了發(fā)達(dá)的地下莖之外，還有發(fā)達(dá)的根系，能改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的滲透能力，增加土壤的蓄水容量，加上豐富的枯枝落葉層，有效地防止了土壤沖刷和流失[6]。已有研究發(fā)現(xiàn)，在1 m3上層土壤空間中，毛竹林稈基、竹根、竹鞭和鞭根的分布達(dá)70%以上的空間，形成一個(gè)上密下疏多孔隙的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)[7]，使其具有良好的透水性和持水固土能力，月均地表徑流量、徑流深僅為杉木的77%，馬尾松的35%；輸沙量?jī)H為杉木的42.8%，馬尾松的23.6%；徑流系數(shù)是杉木的80.6 %，馬尾松的30.6%[8]。

另外，已有的研究結(jié)果也表明，不同竹林類(lèi)型由不同竹種和樹(shù)種組成，竹種和樹(shù)種本身如葉片大小、葉量、葉的表面粗糙程度、林冠形態(tài)及群落的成層情況等生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性的差異，以及同一竹林類(lèi)型，由于竹林的發(fā)育階段、密度、個(gè)體大小及整齊度、林冠結(jié)構(gòu)等方面的不同，都可以導(dǎo)致竹林的水文學(xué)特征上發(fā)生明顯變化，從而導(dǎo)致竹林水土保持功能的差異[1,9]。例如，黃進(jìn)等[10]選取林冠截留率、灌草層蓋度、枯落物覆蓋度、枯落物厚度、枯落物最大持水量、土壤穩(wěn)滲透速率、土壤非毛管空隙度、土壤可蝕性k值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)開(kāi)化生態(tài)公益林主要森林類(lèi)型水土保持功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：水土保持功能為針闊混交林＞麻櫟林＞毛竹林＞馬尾松林＞杉木林。

這主要是因?yàn)椋窳志哂猩碚瞎δ軓?qiáng)，其植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)發(fā)育及繁衍更新不同于一般的喬灌木樹(shù)種，可充分利用環(huán)境的異質(zhì)性來(lái)促進(jìn)自身的生長(zhǎng)更新，比一般喬灌木樹(shù)種的立木具有更強(qiáng)的利用生境資源的能力和抗逆能力，從而使竹林群體能較好地得以自然延續(xù)和相對(duì)穩(wěn)定，使其在水土保持功能方面具有很大優(yōu)勢(shì)[1,11]，但竹林水土保持功能的體現(xiàn)是眾多因素協(xié)同作用的結(jié)果，不僅僅受某一個(gè)林分因子的影響。因此，只有綜合調(diào)控竹林林分結(jié)構(gòu)，合理的利用竹林特殊的生物學(xué)特性才能使其水土保持功能充分的發(fā)揮。

2 竹林水土保持功能作用

竹林水土保持功能主要是通過(guò)林冠層和林下植被層、枯枝落葉層、根系土壤層3個(gè)作用層次來(lái)對(duì)降水進(jìn)行調(diào)節(jié)分配，具有截持降水、增加降水入滲、改善土壤性質(zhì)、吸收和阻延地表徑流、抑制土壤蒸發(fā)，固土護(hù)坡等功能，從而有效避免土壤濺蝕、增強(qiáng)土壤抗沖能力、減少土壤養(yǎng)分流失、增加水源涵養(yǎng)等效益[12]。

2.1 截留降水

竹林截留降水的功能發(fā)生在降水與林冠之間，是調(diào)節(jié)降水分配和水分輸入林內(nèi)的重要過(guò)程[6]，降水截留量分為林冠截留量、穿透降雨量以及樹(shù)干莖流量，使林內(nèi)的降雨量、降水強(qiáng)度和降雨歷時(shí)發(fā)生變化，從而影響竹林的水文分配格局。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)竹林的截留降水過(guò)程和特征進(jìn)行研究，結(jié)論均表明，竹林冠層具有較大的截留容量和附加截留量，能夠減少林地的有效降雨量和延長(zhǎng)降雨，且其降水截留量隨林冠層與降水特性的變化而不同[4,13]。隨著降雨量增加，毛竹林冠截留率呈遞減趨勢(shì)[14]。當(dāng)雨量級(jí)在5.0 mm，毛竹截留率達(dá)57.5%；雨量級(jí)在5～10 mm，林冠截留率為42.8%；雨量級(jí)10 mm以上，截留率急劇降低至20%左右，而后變化趨緩[8]。但是，不同的竹林類(lèi)型其截留降水的功能存在著差異，如笪志祥等[15]對(duì)退耕還竹3年后的慈竹林，其穿透降水率為89.14%，徑流率平均為1.57%，林冠截持降水率為9.29%。劉蔚漪等[6]對(duì)閩北不同類(lèi)型毛竹林水文生態(tài)功能研究發(fā)現(xiàn)，不同林分對(duì)降水的截留能力不同，分別是常綠闊葉林＞竹杉混交林＞竹闊混交林＞毛竹純林＞杉木純林，而且5種林分林冠截留率、穿透雨率和樹(shù)干徑流率變化范圍分別在22.29%～31.33%、67.72%～76.98%和0.73%～2.87%，各種竹林截留降水功能有很大差異。分析其原因，除了研究方法不同外，還與局域氣候特征以及竹林自身群落發(fā)育特征等有很大的關(guān)系。

由以上分析可知，竹林截留降水功能受樹(shù)種組成、林分郁閉度、覆蓋層、降雨量及降雨強(qiáng)度等多種因素影響，不同竹林類(lèi)型由于群落結(jié)構(gòu)層次存在差異，樹(shù)種組成和林分密度、發(fā)育程度不同均導(dǎo)致竹林冠層覆蓋程度有別，致使不同竹林往往降雨截留能力存在一定差異，但仍舊可以看出，竹林截留降水作用明顯高于一般樹(shù)種，這主要與其林分密度大、郁閉快、層次復(fù)雜等特征有關(guān)。

2.2 涵養(yǎng)水源

竹林枯枝落葉層和土壤層是竹林對(duì)水分儲(chǔ)存、涵養(yǎng)、轉(zhuǎn)移等過(guò)程的主要層次，主要源于竹林林地表層的枯落物構(gòu)成、地下根系的分布、土壤物理性狀、土壤滲透功能等，從而引起竹林蓄水能力的不同。

2.2.1 枯枝落葉層

竹林枯枝落葉層具有較大的水分截持能力，從而影響到穿透降雨對(duì)土壤水分的補(bǔ)充和植物的水分供應(yīng)[6]，其枯落物對(duì)降水的截留與枯落物的現(xiàn)存量和枯落物的持水量有關(guān)。據(jù)已有的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)營(yíng)3～5年的竹林枯落物可超過(guò)1 cm，經(jīng)營(yíng)超過(guò)10年的竹林枯落物一般超過(guò)3～5cm，在相近的生長(zhǎng)年限，竹林的枯落物量一般大于其他林分，凋落物分解速度同樣大于其他林分[16]。

同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)，不同的竹林類(lèi)型，由于樹(shù)種組成、枯枝落葉物的特性、枯枝落葉量及受人為干擾程度的差異，其枯枝落葉層的持水量也不同[6]。如高志勤[3]研究毛竹林等不同森林類(lèi)型枯落物水文特性，得出的結(jié)果是，某一時(shí)間段內(nèi)枯落物對(duì)降水的攔蓄能力，取決于枯落物的現(xiàn)存量和平均自然含水率，竹闊混交林枯落物表現(xiàn)出比毛竹純林更強(qiáng)的水文調(diào)節(jié)功能。所以，如果采用毛竹和杉木等其他合適的針葉或闊葉樹(shù)種混交成林，其水源涵養(yǎng)能力將會(huì)大大提高[17]。

總體而言，竹林枯枝落葉層較其他樹(shù)種有著更大的涵養(yǎng)水源的能力，枯枝落葉層直接覆蓋地表，除了可以截留降水外，減少降雨侵蝕力，增加土壤滲入性能，而且其分解后可以改善土壤的物理性質(zhì)，增加了土壤含蓄水源的能力。

2.2.2 土壤層

竹林土壤層是涵養(yǎng)水源最重要的、容量最大的層次，對(duì)竹林水源涵養(yǎng)功能起著決定性的作用[18]，土壤層蓄水能力主要決定于土壤的物理性質(zhì)和土壤自身水分特征，特別是與土壤容重、孔隙狀況、土壤入滲性能等密切相關(guān)。

廖軍等[17]對(duì)竹闊混交林不同類(lèi)型的土壤貯水性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，不同的竹闊混交類(lèi)型，土壤貯水能力不同。各類(lèi)型中以竹闊混交（闊葉林25%～35%）的土壤貯水能力最強(qiáng)，達(dá)392.2 mm，毛竹純林的土壤貯水能力最弱，為348.4 mm。劉蔚漪等的研究[6]也認(rèn)為闊葉林和竹闊混交林較其他林分具有更高的土壤總蓄水量，闊葉林和混交林地表有更多的枯落物，增加毛管孔隙和非毛管孔隙的數(shù)量，提高其蓄水保水的功能，這與叢日亮[19]的觀點(diǎn)相一致。同時(shí)，這也是因?yàn)橹窳值叵孪到y(tǒng)發(fā)達(dá)，能改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的滲透能力，從而增加了土壤的蓄水容量。如散生竹疏密多孔的網(wǎng)絡(luò)狀地下結(jié)構(gòu)有很好的透水性和持水固土能力，固土能力為馬尾松的1.5倍，吸收降水能力為杉木的1.3倍，涵養(yǎng)水量比杉木多30%～45%[7]。

可見(jiàn)，竹林發(fā)達(dá)的根系結(jié)構(gòu)，使其土壤物理性質(zhì)較為良好，加上豐富的枯枝落葉層，有效地防止了土壤沖刷和流失，使更多的水分被下滲到土壤中被儲(chǔ)存起來(lái)，而且竹闊混交林土壤層土壤蓄水能力更強(qiáng)，成為未來(lái)水土保持竹林建設(shè)的最佳模式。

2.3 改善土壤理化性質(zhì)

竹林根系緊密而多孔的網(wǎng)絡(luò)狀地下結(jié)構(gòu)，對(duì)林地土壤具有較強(qiáng)的固定效果，使得土壤容重減小，孔隙度增加，團(tuán)聚體含量提高，且枯枝落葉豐富、分解速度快，極大的改變了土壤的理化性質(zhì)。比如，叢日亮等[19]研究了蘇南丘陵區(qū)杉木、馬尾松、櫟林、毛竹等林分土壤層的水文效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)同層土壤厚度下，毛竹林土壤容重、土壤總孔隙度、非毛管孔隙度均好于其他林分，很好的說(shuō)明了竹林改善土壤理化性質(zhì)的巨大作用。

同時(shí)，過(guò)去也有人發(fā)現(xiàn)，竹林混交林較純林對(duì)土壤具有更好的改善作用。竹闊混交林林分系統(tǒng)更加穩(wěn)定，具有較高的枯落物量，且年養(yǎng)分歸還量比純林大，分解也較快，因而能保持土壤肥力[20]，而毛竹純林土壤滲透能力很弱，尤其是中低產(chǎn)毛竹林地的土壤物理性質(zhì)很差，表現(xiàn)為土壤容重大、土層薄、含石量高、土壤不能很好地協(xié)調(diào)水氣熱[21]。特別是，不同的經(jīng)營(yíng)模式對(duì)土壤的改良效果產(chǎn)生重大影響，毛竹林適當(dāng)保留林下樹(shù)木和減少松土措施，可減少土壤流失，保持土壤肥力，改善生態(tài)環(huán)境[22]，而竹林地過(guò)度墾復(fù)，尤其是陡坡地大面積片狀墾復(fù)，致使竹林地表徑流量顯著增大，上層土壤大量流失，造成土壤理化性質(zhì)劣變[6]。

目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)竹林通過(guò)速生豐產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施高生物量的收獲，大量竹林被改造為純林，反而導(dǎo)致許多竹林土壤環(huán)境逐漸惡化，而建立竹闊混交林，減少人為干擾，通過(guò)自身自然更新發(fā)展才能保證竹林改善土壤理化性質(zhì)功能的充分發(fā)揮。

2.4 減少土壤侵蝕

地表土壤侵蝕主要是由降雨過(guò)程產(chǎn)生的雨滴擊濺、徑流沖刷引起，防止土壤侵蝕及減少地表徑流量是竹林重要的水土保持功能之一。竹林良好的降雨截留功能，豐富的枯落物，強(qiáng)大的根系網(wǎng)絡(luò)，使得竹林土壤結(jié)構(gòu)良好，土壤抗蝕性能增強(qiáng)，地表徑流減小，流速減緩，侵蝕力減弱，地表徑流量和泥沙含量一般均比同區(qū)域其它地類(lèi)小[6]。

已有的研究表明，大型叢生竹能增加水流運(yùn)動(dòng)的阻力，減緩水流速度，防止地表結(jié)皮的形成，增加入滲，減弱水流對(duì)地表的沖刷作用，從而起到固土作用[23]。與未退耕地相比，梁山慈竹林的平均徑流量比耕地減少24.6%，而耕地侵蝕量約是林地的4.7倍，林地降水的泥沙侵蝕平均減少量達(dá)到78.56%[15]，以上都很好證明竹林對(duì)減少土壤侵蝕的作用巨大。然而，竹林植物又因?yàn)槠涠挕⒅?、葉部表面光滑，且被有透水性很差的硅化蠟質(zhì)層，稈徑流量以及稈徑流率較高，增加了地表徑流量，這對(duì)減少土壤侵蝕不利[24]。但是，竹林強(qiáng)大根系結(jié)構(gòu)的盤(pán)繞固結(jié)作用及高枯落物增加了水流運(yùn)動(dòng)的阻力，增加了土壤的抗侵蝕的能力，減緩了水流的流速，增加了入滲，減弱了水流對(duì)地表的沖刷作用[25]。一般認(rèn)為，影響土壤侵蝕發(fā)生的因素主要包括降雨及其侵蝕力、土壤抗蝕抗沖性、地形或微地形特征、土地利用類(lèi)型/植被類(lèi)型等[26]，例如吳中能等[8]對(duì)各種類(lèi)型毛竹林地研究也證實(shí)，竹林地表徑流量與降雨量、降雨強(qiáng)度均成正相關(guān)，與蒸發(fā)量、間隔期成負(fù)相關(guān)。就土壤抗沖和抗蝕能力而言，0～40 cm的上層土壤抗沖指數(shù)和抗蝕指數(shù)，毛竹分別為0.998和1.051，矮小的菲白竹地下莖及根系特別發(fā)達(dá)，比大徑級(jí)毛竹高40%和34%，分別達(dá)1.404和1.413[11]。對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的幾種不同林分的研究表明，除灌木林外，楠竹林的水土保持效益高于其他喬木林，但是楠竹林的根系對(duì)于增強(qiáng)根系分布區(qū)土壤的抗蝕、抗沖性能的作用最明顯[27]。歸納起來(lái)，竹林主要是依靠其強(qiáng)大的根系體系固定土壤，增加土壤的抗蝕性和滲透性，以及地表枯落物對(duì)地表徑流的阻礙作用，減弱了土壤侵蝕的發(fā)生。

3 展望

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于竹林水土保持功能的研究仍處于起步階段，而且大部分研究多注重單一指標(biāo)或單一過(guò)程的觀測(cè)，以短期、單項(xiàng)的研究居多，缺乏長(zhǎng)期、系統(tǒng)性的觀測(cè)研究。同時(shí)，由于我國(guó)竹林種類(lèi)豐富，分布范圍跨度較大，各區(qū)域自然環(huán)境存在明顯的差異性，以及不同研究者所觀測(cè)的方法和時(shí)間也存在差異，導(dǎo)致所得成果可比性較差。再者，針對(duì)不同竹類(lèi)形態(tài)學(xué)特征和生物學(xué)的特殊性，單單以現(xiàn)有資料和數(shù)據(jù)來(lái)分析各種竹林水土保持功能還存在一定的不足。所以，未來(lái)應(yīng)該加強(qiáng)以下幾方面的研究。

3.1 竹林水土保持作用機(jī)制的研究

竹林水土保持功能的有效發(fā)揮，是其各層次共同作用的結(jié)果，清楚認(rèn)識(shí)不同竹類(lèi)不同層次的水土保持作用機(jī)理，是保證竹林水土保持功能研究的關(guān)鍵內(nèi)容。同時(shí)，我國(guó)竹子種類(lèi)豐富，分布區(qū)域生境類(lèi)型多樣，而且自然狀況也存在很大差異，已有的研究很多存在不夠深入，缺乏豐富的資料和數(shù)據(jù)的支持，許多理論及研究手段多借鑒于其它樹(shù)種。因此，未來(lái)應(yīng)該針對(duì)不同竹林的形態(tài)特征和生物學(xué)特性，探索出適用竹林水土保持功能的研究方法，多尺度開(kāi)展不同竹林生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能的調(diào)節(jié)機(jī)制研究。

3.2 竹林水土保持功能的長(zhǎng)期、系統(tǒng)觀測(cè)研究

現(xiàn)有的竹林水土保持研究多基于短期、片面、單一的觀測(cè)數(shù)據(jù)，還不能綜合全面的竹林水土保持功能的組成要素、結(jié)構(gòu)與功能、發(fā)展與演變以及人為影響與調(diào)控等動(dòng)態(tài)過(guò)程，所以建議采用先進(jìn)的科學(xué)儀器設(shè)備，對(duì)竹林水文生態(tài)功能的發(fā)揮和演變規(guī)律進(jìn)行長(zhǎng)期、定位、系統(tǒng)、定量的觀測(cè)研究。

3.3 竹林優(yōu)化經(jīng)營(yíng)模式及經(jīng)營(yíng)措施的研究

我國(guó)竹林經(jīng)營(yíng)多數(shù)追求經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)施竹林豐產(chǎn)技術(shù)，比如通過(guò)清除混交樹(shù)種、劈山、墾復(fù)、施肥等經(jīng)營(yíng)技術(shù)，這就形成了純林多混交林少的局面。經(jīng)營(yíng)純林日益出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，比如林內(nèi)生物多樣性降低、林地生產(chǎn)力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，竹林病蟲(chóng)害發(fā)生的機(jī)率增高，陡坡和生境條件相對(duì)較差的生態(tài)敏感區(qū)竹林生態(tài)防護(hù)功能下降等[28]。因此，應(yīng)該依據(jù)竹林生物學(xué)特殊性，促進(jìn)竹林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，研究包括水土保持功能強(qiáng)的竹種篩選及優(yōu)化栽培技術(shù)模式、合理的培育措施和混交模式、竹林竹闊混交林優(yōu)化經(jīng)營(yíng)模式、竹林免耕技術(shù)、竹林林下植被恢復(fù)技術(shù)等。

3.4 竹林水土保持功能效益的定性和定量評(píng)價(jià)

根據(jù)我國(guó)目前竹林生長(zhǎng)分布狀況，以不同竹類(lèi)形態(tài)學(xué)特征和生物學(xué)的特殊性，分析確定竹林水土保持功能狀況監(jiān)測(cè)周期，對(duì)竹林水土保持功能各生長(zhǎng)要素、發(fā)展與演變的規(guī)律進(jìn)行長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，結(jié)合遙感、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代科技手段，從而提供必要的、連續(xù)的、系統(tǒng)的定位觀測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)出科學(xué)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)或指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法，實(shí)施竹林水土保持功能效益的定性和定量化評(píng)價(jià)，建立評(píng)價(jià)模型和預(yù)警機(jī)制，為區(qū)域竹林資源的合理安全構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。

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