王衛(wèi)軍，趙嬋璞，姜 鵬，任 仙，王驕洋，王桂真，牟 雪，谷建才

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 河北 保定 071000）

塞罕壩華北落葉松人工林水源涵養(yǎng)功能研究

王衛(wèi)軍，趙嬋璞，姜 鵬，任 仙，王驕洋，王桂真，牟 雪，谷建才

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 河北 保定 071000）

為了評價塞罕壩地區(qū)華北落葉松人工林水源涵養(yǎng)功能高低，對塞罕壩地區(qū)30 a生不同密度的華北落葉松人工林的枯落物持水量、土壤水分物理特性進行研究。并依據(jù)土壤總毛管蓄水量和枯落物有效攔蓄量的大小評價不同密度林分水源涵養(yǎng)功能，將土壤總毛管蓄水量和枯落物有效攔蓄量歸一統(tǒng)計，定義為水源涵養(yǎng)指數(shù)，作為林分的水源涵養(yǎng)功能的評判。結(jié)果表明：(1)對于研究的9個密度下的華北落葉松林，枯落物最大持水量是自身重量的3～4倍，最大持水率為249.98%～302.48%，人工林密度越大，持水量能力越大。(2)土壤總孔隙度為41.7%～62.9%。土壤的最大蓄水量為3 046.14～3 403.49 t/hm2，密度越大，土壤蓄水能力越強，當(dāng)密度大于1 350株/hm2時，增大趨勢趨于平緩。(3)枯落物和土壤的綜合水源涵養(yǎng)指數(shù)隨密度的增大而增大，最大值為最小值的1.29倍，當(dāng)密度大于1 350株/hm2時，趨于穩(wěn)定，且在1 350～1 800株/hm2之間，發(fā)揮的水源涵養(yǎng)功能較強。

華北落葉松；水源涵養(yǎng)；枯落物；土壤；持水能力

森林的水源涵養(yǎng)功能是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)功能之一，具有消減洪峰，涵養(yǎng)水源的巨大能力[1]。華北落葉松Larix principis-rupprechtii林是河北塞罕壩機械林場的主要樹種，由于不合理造林技術(shù)、人為干擾和牲畜踐踏的影響，有些林分開始出現(xiàn)生長衰退、水源涵養(yǎng)功能降低的現(xiàn)象。本文擬以不同密度的華北落葉松林的枯落物厚度、土壤持水能力、水源涵養(yǎng)指數(shù)，來評價塞罕壩地區(qū)華北落葉松的土壤水源涵養(yǎng)功能，并確定較優(yōu)狀態(tài)時的合理密度，旨為塞罕壩地區(qū)華北落葉松人工林植被的可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 區(qū)域概況

研究地區(qū)位于河北省面積最大的人工林場— 塞 罕 壩 機 械 林 場 (42°02′～ 42°36′N，116°51′～ 117°39′E)。林區(qū)氣候寒冷，冬長，春秋短，夏季不明顯，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫-1.40℃，極端最高、最低氣溫分別為30.9℃和-42.8℃。年均降水量438 mm，蒸發(fā)量1 230 mm。年均無霜期60 d，積雪時間長達7個月。年均日照時數(shù)為2 368 h。塞罕壩地區(qū)在距今300多年前曾生長著茂密的原始森林，清朝康熙年間被劃為“木蘭圍場”，成為皇家獵苑。塞罕壩有林地面積106萬畝，森林覆蓋率75.2%，林木總蓄積462萬m3，平均年生長率9.7%。按起源分：人工林5.74萬hm2，天然林2.1萬hm2；按齡組分：幼齡林2.78萬hm2，中齡林3.45萬hm2，近熟林0.85萬hm2，樹種主要為落葉松、樟子松、白樺、云杉等。林區(qū)野生動植物資源豐富。有自生維管植物81科、312屬、659種；有野生動物100余種，珍稀動物有豹、鹿、天鵝、黑琴雞、細(xì)鱗魚等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

依據(jù)2012年的塞罕壩大喚起林場的華北落葉松林作業(yè)調(diào)查，選擇27塊處于半陰坡、30年的華北落葉松林標(biāo)準(zhǔn)地。標(biāo)準(zhǔn)地林下灌草種類比較相似，土壤厚度為30～40 cm之間。密度梯度為600、750、900、1 050、1 200、1 350、1 500、1 800、2 100株/hm2、林分狀況見表1。每種密度林分共設(shè)樣地3塊，面積以30 m為半徑的圓形樣方，并在每個樣方十字交叉的直徑及原心位置選取5個50 cm×50 cm的小樣方，用于枯落物和土壤含水量的調(diào)查。調(diào)查記錄樣地的地形地貌、人為干擾、土壤類型、海拔、坡向、坡位、坡度等。

2.2 枯落物含水量測定

枯落物持水量的測定采用室內(nèi)浸泡方法，測定5個小樣方內(nèi)枯落物總厚度、未分解層厚度和半分解層厚度，取各個樣方的平均值作為樣地內(nèi)枯落物層厚度。按照分解程度，分別收集半分解層和未分解層的枯落物，盡量保持原狀將其帶回實驗室，稱量樣品鮮質(zhì)量和烘干質(zhì)量，用單位面積枯落物的烘干質(zhì)量來表示蓄積量。分別浸泡0.5、1、2、4、6、8、24 h的重量變化，測定分析枯落物的持水量、吸水速率和飽和持水率。采用以下公式計算枯落物的含水指標(biāo)，即：

式中：C為枯落物自然含水量(%)，m1為樣品鮮質(zhì)量(g)，m2為樣品烘干質(zhì)量（g）；S為飽和持水率，m3為樣品浸水24 h后的質(zhì)量（g）；Wm為枯落物的最大攔蓄量（t/hm2），W為枯落物的有效攔蓄量（t/hm2），Rm為最大持水率（%），R0為 平 均 自 然 含 水 量 （%），M 為 枯 落 物蓄 積 量（t/hm2）。

2.3 土壤采樣及含水量測定

根據(jù)華北落葉松的根系分布情況，將土壤分為3層，每層20厘米進行取樣。土壤的物理性質(zhì)采用環(huán)刀浸泡法測定，指標(biāo)計算方法如下：

土壤最大蓄水量（t/hm2）=10 000（m2）*土壤總孔隙度（%）*土層厚度（m）；

非毛管蓄水量（t/hm2）＝10 000（m2）*土壤非毛管孔隙度（%）*土層厚度（m）

3 結(jié)果與分析

3.1 不同密度林分枯落物持水能力

枯落物層在森林生態(tài)系統(tǒng)中具有改良土壤、增加降水入滲 性能和維持林地的生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的重要作用[2-3]，同時不同的林分類型枯落物的理化性質(zhì)也不相同[4-5]。對不同密度的枯落物持水量特征進行研究(表2)，結(jié)果表明，枯落物重量隨著密度的增加而增大。密度2 100株/hm2的林分是密度40的1.85倍；對于實驗區(qū)的9種林分，枯落物最大持水量是自身重量的3～4倍，最大持水率在249.98%～302.48%;有效攔蓄量也隨密度的增加而增加。

表2 不同密度林分枯落物持水能力Table 2 Litter water-holding capacity of forests with different densities

3.2 不同密度林分土壤持水能力

不同密度林分土壤持水能力見表3。可以看出，土壤最大持水量隨密度的增加而增大，但最大的幅度不同，前期增加幅度較大，密度在600～1 050株/hm2時，平均增加幅度為56 t/hm2，密度在1 200～1 500株/hm2時，平均增加幅度為36 t/hm2，密度在1 500～2 100株/hm2時，平均增加幅度為20 t/hm2。非毛管孔隙度變化規(guī)律與最大持水量變化規(guī)律比較一致。毛管孔隙度變化規(guī)律性不強。就總孔隙度而言，密度在1 200～1 500 株/hm2時，上隨林分密度增加而增加。密度在1 500～2 100株/hm2時，上隨林分密度增加而減少。

表3 不同密度林分土壤持水能力Table 3 Soil water-holding capacity of forests with different densities

3.3 不同密度林分土壤水源涵養(yǎng)功能綜合評價

由表2和表3分析得知枯落物最大含水量為土壤最大含水量的0.45%～0.61%，枯落物貯水方面的作用較小，但在截持降雨、減少雨滴濺蝕、防止水土流失等具有非常重要的作用[6-7]。因為枯落物相比土壤在最大持水量數(shù)量上有非常大的差值，在此，本文依據(jù)土壤總毛管蓄水量和枯落物有效攔蓄量的大小評價不同密度林分水源涵養(yǎng)功能，將以上各指數(shù)采用歸一法記為水源涵養(yǎng)指數(shù)，其作為林分的水源涵養(yǎng)功能的評判，其中土壤非毛管蓄水量權(quán)重為0.8，枯落物有效攔蓄量為0.2，能夠較為客觀評價林分含水能力[8-11]。具體結(jié)果見表4，隨密度的增加華北落葉松的水源涵養(yǎng)指數(shù)越大，最大值為最小值的1.29倍，當(dāng)密度大于1 350株/hm2時，趨于穩(wěn)定，且在1 350～1 800株/hm2之間，發(fā)揮的水源涵養(yǎng)功能較強。

表4 不同密度落葉松林水源涵養(yǎng)指數(shù)Table 4 Water conservation indexes of larch forests with different densities

4 結(jié) 論

(1) 對于研究的9個密度下的華北落葉松林，枯落物最大持水量是自身重量的3～4倍，最大持水率為249.98%～302.48%，人工林密度越大，持水量能力越大。

(2) 土壤總孔隙度為41.7%～62.9%。土壤的最大蓄水量為3046.14～3403.49 t/hm2，密度越大，土壤蓄水能力越強，當(dāng)密度大于1 350株/hm2時，增大趨勢趨于平緩。

(3) 枯落物和土壤的綜合水源涵養(yǎng)指數(shù)隨密度的增大而增大，最大值為最小值的1.29倍，當(dāng)密度大于1 350 株/hm2時，趨于穩(wěn)定，且在1 350～1 800株/hm2之間，發(fā)揮的水源涵養(yǎng)功能較強。

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Study on water conservation function of Larix principis-rupprechtii Mayr. plantation in Saihanba Forest Farm, Hebei Province

WANG Wei-jun, ZHAO Chan-pu, JIANG Peng, REN Xian, WANG Jiao-yang, WANG Gui-zhen, MU Xue, GU Jian-cai
(Hebei College of Forestry, Baoding 071000, Hebei, China)

In order to evaluating water conservation functions of Larix principis-rupprechtii Mayr. in Saihanba Region, the litter waterholding capacity and soil moisture physical characteristics of 30-year-old L. principis-rupprechtii plantations with different planting density were investigated. The water conservation functions of the plantations with different planting density were evaluated according to the effective water storage capacity of total soil capillary (EWSTSC) and the effective litter water-holding storage capacity (ELWHSC).By making a normalization processing statistics of EWSTSC and ELWHSC, it was def i ned as a water conservation index to be used to judge forest’s water conservation functions. The results show that (1) for the studied larch stands with nine densities, the maximum water holding capacity litter was three ～ four times of itself weight, the maximum water holding rate was 249.98% ～ 302.48%, and the greater the plantation density, the greater water-holding capacity was. (2) the total soil porosity was in the context of 41.7% to 62.9%,the maximum storage capacity of the soil were in 3046.14 ～ 3403.49 t/hm2, the greater the soil density was, the higher the soil water storage capacity was, and when the density was greater than 1350 trees/hm2, the increasing trend became fl atten. (3) the litter and soil water conservation index raised with the increase of soil density, the maximum value was 1.29 times of the minimum one, when the density was greater than 1350 trees/hm2, the indexes stabilized, and when the densities were between 1350 ～ 1800 trees/hm2, the water conservation functions reached the maximum.

Larix principis-rupprechtii Mayr.；water conservation; litter; soil; water-holding capacity

S791.22

A

1673-923X(2013)02-0066-03

2012-11-13

“三北”地區(qū)水源涵養(yǎng)林體系構(gòu)建技術(shù)研究與示范(2011BAD38B05)

王衛(wèi)軍（1987-），男，河北秦皇島人，碩士研究生，研究方向：森林可持續(xù)經(jīng)營

谷建才（1963-），男，河北藁城人，教授，研究方向：林業(yè)經(jīng)營技術(shù)；E-mail：gujiancai@126.com

[本文編校：吳 彬]