李東賓 李金朝 葉子豪 吳家森 羅國安

（1浙江省寧波市林場，浙江寧波 315440；2寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315400；3浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州 311300；4余姚市林業(yè)服務(wù)中心，浙江余姚 315400）

森林枯落物層與土壤層的持水性能決定著森林涵養(yǎng)水源的能力[1-2]。森林枯落物蓄積量、土壤孔隙度、持水性能等水源涵養(yǎng)指標(biāo)隨著樹種、林齡、密度及經(jīng)營措施的不同而具有顯著差異[3]。四明山區(qū)域是寧波市飲用水源發(fā)源地，是寧波市的綠色屏障與“水缸”[4]。20世紀(jì)90年代后期，四明山區(qū)開始發(fā)展苗木產(chǎn)業(yè)，因利潤較高，林農(nóng)將毛竹、黃山松、闊葉林等砍伐改種櫻花、紅楓等花木林苗木，種植面積最大時達(dá)7 600 hm2，年產(chǎn)值7.4億元，苗木產(chǎn)業(yè)成為該區(qū)域的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[5]。但過度的花木種植經(jīng)營造成了四明山區(qū)水土流失和水源涵養(yǎng)能力下降[6]，嚴(yán)重影響了寧波地區(qū)的飲用水安全以及雨季山區(qū)周邊居民的生命財產(chǎn)安全。自2013年開始，四明山區(qū)域已逐步開展退苗還林、自然封育等生態(tài)修復(fù)工程。

目前，許多學(xué)者已對浙江省不同森林類型的枯落物和土壤的水文特征進(jìn)行了較多的研究[7-8]，而有關(guān)四明山區(qū)林地進(jìn)行花木種植經(jīng)營后枯落物和土壤持水功能的變化還未見報道。本文采用相鄰樣地比較法，分析了毛竹林、黃山松林、馬褂木林和櫻花林的枯落物儲量、持水性能和土壤水文性質(zhì)，以期為四明山區(qū)不同森林類型的水源涵養(yǎng)功能評價以及生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省東部四明山區(qū)域，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫13℃，最高和最低氣溫分別為32℃和-15℃，無霜期203 d，年平均降水量2 000 mm，年平均相對濕度83%[9]。

1.2 試驗設(shè)計

2020年5月，在查閱四明山區(qū)域森林資源和花木經(jīng)營檔案的基礎(chǔ)上，選擇浙江省余姚市四明山鎮(zhèn)相鄰區(qū)域的櫻花林、黃山松林、毛竹林和馬褂木林，設(shè)置不同樣地各3個，共計12個樣地，樣地面積為4 00 m2（20 m×20 m）[10]。對樣地進(jìn)行每木檢測，測定胸徑、樹高、冠幅、郁閉度等，不同樣地基本情況如表1所示。馬褂木林和黃山松林屬于天然封育狀態(tài)，沒有人為干擾；毛竹林處于半自然狀態(tài)，在春季進(jìn)行人為挖筍，砍去六年生以上的毛竹；櫻花林處于強(qiáng)度經(jīng)營狀態(tài)，每年施肥2次，秋季至翌年春季選取市場上需求規(guī)格的櫻花苗木進(jìn)行帶土球出售，而后空地補(bǔ)植小苗。

表1 不同森林樣地基本情況

1.3 樣品采集與分析

在樣地4個角和中心位置共布設(shè)5塊1 m×1 m小樣方，收集樣方內(nèi)全部枯落物，準(zhǔn)確稱重后，裝入密封袋帶回實(shí)驗室。枯落物樣品在85℃烘箱中烘干至恒重，計算自然含水率、枯落物儲量?？萋湮锍炙匦圆捎檬覂?nèi)浸泡法測定[11]，并計算枯落物的持水量、持水速率和吸水速率。

在樣地內(nèi)的中心位置，挖取1個土壤剖面，按照0～20 cm土壤深度用200 cm3環(huán)刀取樣，在實(shí)驗室測定土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計整理，用SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同森林枯落物儲量及持水性能

2.1.1 枯落物儲量。由圖1可知，四明山區(qū)4種森林類型枯落物儲量范圍為1.64～13.26 t/hm2，黃山松林的枯落物儲量最大，毛竹林次之（10.53 t/hm2），兩者無顯著性差異（P＞0.05）；櫻花林枯落物儲量最小，僅為1.64 t/hm2，為其他類型的12.4%～42.3%，顯著低于其他 3 種類型（P＜0.05）。

圖1 不同森林枯落物儲量

2.1.2 枯落物持水過程。由圖2可知，隨著浸水時間延長，森林枯落物持水量增加均表現(xiàn)為快—緩慢—穩(wěn)定的規(guī)律。在浸水1 h內(nèi)，枯落物持水量急劇增加，而后緩慢增加，至浸泡5 h后持水量基本穩(wěn)定，整體表現(xiàn)為黃山松林＞毛竹林＞馬褂木林＞櫻花林。由圖3可知，森林枯落物持水速率在浸水1 h內(nèi)最大，浸水1～4 h的持水速率急劇下降，浸水6 h后持水速率基本穩(wěn)定，浸水12 h后枯落物持水速率曲線基本重疊，達(dá)飽和狀態(tài)。

圖2 不同森林枯落物持水量的變化

圖3 不同森林枯落物持水速率的變化

由表2可知，經(jīng)回歸分析，4種類型枯落物持水量（y）與浸水時間（t）之間可用 y=a×lnt+b 的對數(shù)函數(shù)表示，森林枯落物吸水速率（y）與浸水時間（t）之間則可用 y=a×exp（-bt）的指數(shù)函數(shù)表示。

表2 不同森林枯落物持水量、吸水速率與浸水時間的回歸方程

2.1.3 枯落物持水能力。由表3可知，4種森林類型枯落物自然含水率范圍為16.5%～19.2%，類型間無顯著差異；最大持水率介于156.3%～251.4%之間，其中毛竹林枯落物最大持水率顯著高于黃山松林，與其他2種森林類型沒有顯著差異；枯落物最大持水量和有效攔蓄量均表現(xiàn)為毛竹林＞黃山松林＞馬褂木林＞櫻花林，不同森林類型間均存在顯著差異。

表3 不同森林枯落物的持水能力

2.2 不同森林類型土壤物理性質(zhì)及土壤持水性能

2.2.1 土壤物理性質(zhì)。由表4可知，4種森林類型的土壤容重為0.8～1.1 g/cm3，土壤總孔隙度為59.9%～62.1%，毛管孔隙度為43.7%～49.9%，不同森林類型之間沒有顯著差異；土壤非毛管孔隙度大小范圍為11.1%～16.7%，表現(xiàn)為毛竹林＞黃山松林＞馬褂木林＞櫻花林，其中毛竹林顯著高于馬褂木林、櫻花林。

表4 不同森林土壤物理性質(zhì)與持水量

2.2.2 土壤持水性能。由表4可知，4種森林類型的土壤最大持水量為1 198.1～1 242.2 t/hm2，毛管持水量為874.4～998.4 t/hm2，不同森林類型間沒有顯著差異；毛竹林土壤非毛管持水量為334.0 t/hm2，顯著高于馬褂木林、櫻花林。

3 討論與結(jié)論

森林枯落物是森林涵養(yǎng)水源的主要作用層之一，人為干擾顯著影響枯落物的積累、分解和儲量[11]。本研究表明，強(qiáng)度經(jīng)營櫻花林的枯落物儲量顯著低于其他3種森林類型，其儲量分別僅占馬褂木林、毛竹林和黃山松林的42.3%、15.6%、12.4%。這主要是由于櫻花屬于小喬木，樹冠小，且葉片薄而易腐爛，加之人為化學(xué)除草等措施又減少了地表灌草植物的枯落物儲量，導(dǎo)致櫻花林枯落物儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他3種干擾強(qiáng)度小的森林類型。這與樟子松林受到人為干擾后，其凋落物儲量降低的結(jié)果相似[11]，也與人為經(jīng)營后毛竹林枯落物儲量減少的結(jié)果一致[10]。櫻花林枯落物最大持水量、有效攔蓄量也顯著低于其他3種森林類型，其中枯落物有效持水量僅分別占馬褂木林、毛竹林和黃山松林的41.1%、15.2%、11.1%，這與闊葉林改造為山核桃林后枯落物最大持水量和有效攔蓄量均下降的研究結(jié)果[12]相似。本研究中，四明山區(qū)4種森林類型枯落物有效攔蓄量表現(xiàn)為毛竹林＞黃山松林＞馬褂木林＞櫻花林，呈現(xiàn)出毛竹林、針葉林大于闊葉林的結(jié)果，這與孫歐文等[13]、廖文海等[14]對不同森林類型枯落物持水性能研究結(jié)果有所差異，這可能與不同地域及取樣季節(jié)有關(guān)。四明山區(qū)常年多雨潮濕，闊葉林枯落物易腐爛，而竹林和針葉林的枯落物不易腐爛，在地表有一定的累積效應(yīng)，這也是竹林和針葉林枯落物儲量顯著大于闊葉林的原因。

因為在區(qū)域尺度上具有相同的氣候和水文條件，四明山區(qū)域4種森林類型土壤的物理性質(zhì)基本一致。說明區(qū)域范圍內(nèi)短時間改變土壤的利用類型不會對土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生特別大的影響，這和李靜鵬等[15]、姜仕昆等[16]對不同土壤利用類型研究的結(jié)果基本一致。櫻花林地因人為經(jīng)營，土壤有容重增加、非毛管孔隙度降低的趨勢，這與張金波等[17]、龍 健等[18]的研究結(jié)論一致。土壤非毛管孔隙在調(diào)蓄水方面發(fā)揮著重要作用，非毛管孔隙度和非毛管持水量的大小直接反映了森林土壤涵養(yǎng)水源的生態(tài)功能[19]。本文4種森林類型土壤最大持水量沒有顯著差異，但櫻花林土壤非毛管孔隙度和非毛管持水量在4種森林類型中均最小，顯著低于毛竹林。這主要是由于櫻花林地人為干擾活動多，化學(xué)除草等措施增加了土壤表層的緊實(shí)度，且種植的櫻花品種苗木根系普遍不發(fā)達(dá)，從而造成非毛管孔隙度較少，導(dǎo)致非毛管持水量低于其他森林類型。毛竹林有強(qiáng)大的鞭根系統(tǒng)，隨著林齡的增加，鞭根死亡后將會形成大量的非毛管孔隙，從而提高了非毛管持水量。這與人工經(jīng)營山核桃林的非毛管孔隙度及持水量顯著低于闊葉林的研究結(jié)果[12]一致。

綜上所述，改種櫻花等花木林并進(jìn)行高強(qiáng)度經(jīng)營活動顯著降低了森林枯落物的儲量和持水能力，但對土壤的持水能力和水源涵養(yǎng)功能并未造成顯著影響。但是森林枯落物的急劇減少易引發(fā)林地表層土壤隨地表徑流流失，并影響山下水庫飲用水源的質(zhì)量，建議花木林地套種綠肥等草本植物增加林地枯落物儲量，以達(dá)到改良土壤、固土凈水的目的。