全 文 ：中国农学通报 2012,28(25):43-46
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目：国家“十二五”科技支撑项目“华北低山区低效水土保持林改造与调控技术研究与示范”(2011BAD38B0604)。
第一作者简介：段艳芳，女，1963年出生，河南滑县人，高级工程师，本科，主要从事林业工程与野生动植物保护研究。通信地址：450004河南省郑州
市迎宾路30号，Tel：0371-65591968，E-mail：dyf319@163.com。
通讯作者：樊巍，男，1964年出生，河南商丘人，研究员，硕士生导师，博士，主要从事林业生态工程研究。通信地址：450008河南省郑州市林科路1号
河南省林业科学研究院，Tel：0371-63391968，E-mail：fanw2004@163.com。
收稿日期：2012-06-01，修回日期：2012-07-24。
太行山南端外来树种火炬树群落的水保效应
段艳芳 1，赵 辉 2，樊 巍 2
（1河南省野生动物救护中心，郑州 450004；2河南省林业科学研究院，郑州 450008）
摘 要：为了全面了解外来树种火炬树的生态服务功能，从林冠层截留量、枯落物层持水率、林地贮水性
能和渗透性能4个方面，研究了6年、11年火炬树、12年刺槐、15年侧柏及荆条灌丛的水保效应。结果表
明：灌层截留量：11年火炬树>15年侧柏>6年火炬树>12年刺槐>荆条灌丛，4个树种冠层截持率分别为
侧柏35.89%，火炬树32.40%，荆条26.53%，刺槐3.50%；枯落物层持水率为：11年生火炬树>12年生刺槐
>6年生火炬树>15年生侧柏>荆条灌丛；林地贮水性能：11年生火炬树>15年生侧柏>12年生刺槐>6年
生火炬树>荆条灌丛；林地渗透性能为：11年生火炬树>15年生侧柏>12年生刺槐>荆条灌丛>6年生火炬
树，在太行山低山丘陵区困难立地上，火炬树群落具有良好的水土保持作用。
关键词：火炬树；水土保持效应；太行山低山丘陵区；外来树种
中图分类号：S7 文献标志码：A 论文编号：2012-2063
The Function of Water and Soil Conservation of Rhus typhina in Hilly Area of Taihang Mountain
Duan Yanfang1, Zhao Hui2, Fan Wei2
(1Wildlife Rescue Center of Henan Province, Zhengzhou 450004;
2Henan Academy of Forestry, Zhengzhou 450008)
Abstract: In order to comprehensively understand the service function of an exotic species-Rhus typhina, the
function of water and soil conservation was estimated from the points of interception of crown, retention rating
of litter, soil water-holding capacity and infiltration, then water conservation function was investigated,
including six-year and eleven-year Rhus typhina, twelve-year Robinia pseudoacacia, fifteen-year Platycladus
orientalis and Vitex negundo L. var. heterophylla shrub. The results indicated that the order of interception of
shrub layer was eleven-year Rhus typhina>fifteen-year Platycladus orientalis>six-year Rhus typhina>
twelve-year Robinia pseudoacacia>Vitex negundo L. var. heterophylla shrub, and tree canopy interception
rates were: Platycladus orientalis 35.89%, Rhus typhina 32.40%, Vitex negundo L. var. heterophylla 26.53%,
and Robinia pseudoacacia 3.50% ; water retention rating of litter presented eleven-year Rhus typhina>
twelve-year Robinia pseudoacacia>six-year Rhus typhina>fifteen-year Platycladus orientalis>Vitex negundo
L. var. heterophylla; and soil water-holding capacity was eleven-year Rhus typhina>fifteen-year Platycladus
orientalis>twelve-year Robinia pseudoacacia>six-year Rhus typhina>Vitex negundo L. var. heterophylla; soil
infiltration ability was eleven-year Rhus typhina>fifteen-year Platycladus orientalis>twelve-year Robinia
pseudoacacia>Vitex negundo L. var. heterophylla six-year Rhus typhina. So it was concluded that water and
soil conservation function of Rhus typhina had a huge potential in the hilly area of Taihang Mountain.
Key words: Rhus typhina; the function of water and soil conservation; the hilly area in Taihang Mountain;
exotic species
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0 引言
火炬树(Rhus typhina)，原产北美。中心分布区自
加拿大东南部的魁北克省和安大略省，向南延伸至美
国的印第安纳州和艾奥华州以及乔治亚州，在北纬
40°—47°之间。中国于 1959年由中国科学院植物研
究所引种，先后在北京、山东、山西、陕西、宁夏等20多
个省试种，均表现良好。特别是 20世纪末，全国兴起
实施退耕还林还草工程，火炬树具有优良的生物学和
生态学特性，耐干旱、贫瘠、盐碱，繁殖能力强，适应环
境性能强，且其花形独特，形如火炬，树叶秋季由黄变
红，有较高观赏价值而被广泛种植。在退化生境的恢
复、水土保持林、涵养水源林的营建中，是优良的防护
树种，同时也作为公路、城镇等美化环境和风景林树
种[1-3]。因其适应性强、繁殖扩散快、根系密集，而被各
地广泛用于营造水土保持林和水源涵养林。火炬树生
物学习性、生态适应性、造林技术、生物量、克隆生长特
性已经有一些研究[3-10]，但火炬树的水土保持功能等生
态效应却很少有报道。因此，笔者在太行山南端低山
丘陵区开展了不同年龄火炬树群落以及当地其他常见
群落水土保持功能的调查研究，以期为正确评价火炬
树的功能，科学发展火炬树，促进太行山低山丘陵区植
被重建提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
调查研究地区选择在河南省北部鹤壁市淇滨区，地
理坐标为北纬35°36，东经114°06，海拔280~320 m。土
壤为石灰岩发育形成的山地褐土，土层10~30 cm。
1.2 试验材料
在广泛踏查的基础上，2009年 6月 5日—2009年
8月 10日，选择 6年生火炬树林、11年生火炬树林、12
年生刺槐林、15年生侧柏林和荆条灌丛 5个群落为调
查研究对象。这5个群落均在阳坡，坡位、坡度基本一
致。每个群落选择 3个临时调查样地，乔木群落样地
为10 m×10 m，荆条灌丛样地为5 m×5 m，进行常规调
查，基本情况见表1。
1.3 试验方法
1.3.1 冠层截留量的测定 采用人工模拟法，这样测出
的冠层截留量接近冠层一次降雨最大可能截留量，因
此，又叫最大可能截留量[11-12]。具体做法为：乔木群落
根据标准地调查资料，选取 3株标准株，测定Φ<5 cm
所有侧枝或主枝枝叶鲜重，分别找出3枝标准枝，快速
称重后，浸入水中5 min，然后轻轻捞出，等水珠不再下
滴时称重，2次称重相减得出持水量，除以浸水前枝叶
重，即为枝叶截持率，取3个标准枝平均值，然后3株标
准株取平均值，最后与标准地枝叶重量相乘并换算后，
可得出群落冠层最大截留量。火炬树子株、灌木、草本
刈割后采用前法分别测定截留率，灌木样方面积为
4 m2，草本为 1 m2，3次重复[12]。火炬树子株和样方内
灌木截留率分别计算，火炬树子株截留量计入火炬树
截留量中。
1.3.2 枯落物层持水量测定 在标准地中沿对角线4角
和中心分别设1 m×1 m小样方，测量枯落物层厚度，收
集所有枯落物，去除杂物后称重，取样烘干，推算枯落
物含水率与干重，推算群落单位面积枯落物量。采用
浸水法测定枯落物最大持水量，样品浸水24 h后称重，
取3次重复平均值，推算最大持水率和持水量[11]。
1.3.3 土壤贮水量和渗透性能测定 在各标准地典型地
段，挖掘土壤剖面 3个，取样测定土壤物理性质，土壤
容重和孔隙度采用环刀法，根据土壤孔隙度和土壤厚
度，计算土壤贮水量[13]，由于土层较薄，本次测定仅取
0~20 cm 1个层次。土壤渗透性能测定采用TN12-W
双环入渗仪，取3次测定平均值。
1.3.4 试验仪器 TN12-W双环入渗仪（美国，可测定水
分传导率在1×10-2 cm/s以内的土壤）。
1.3.5 统计分析 采用Excel 2003和 SPSS 16.0软件进
行数据处理与分析。
2 结果与分析
2.1 不同群落最大可能冠层截留量
采用人工模拟法测得的不同群落最大可能冠层截
留量列于表2。由表2可知，11年生火炬树冠层总持水
量 最 大 ，达 1.0465 mm，最 小 是 荆 条 灌 丛 ，为
0.4623 mm，依次为 11年生火炬树>15年生侧柏>6年
生火炬树>12年生刺槐>荆条灌丛。11年生火炬树群
落和荆条灌丛、12年生刺槐达到了显著性差异，其他
群落间没有显著性异。
影响林冠截留的因素很多，除了降雨量、降雨强
度、风速等外因外，树种本身的内因，如叶面积指数、枝
叶形状、叶片的吸水性等方面是影响冠层截留量的重
要因素[11]。从测试的 5个群落主冠层（乔木树种的乔
群落类型
6 a火炬树
11 a火炬树
12 a刺槐
15 a侧柏
荆条灌丛
株数/(株/hm2)
1587/7842
1343/9275
1524
1307
708（丛）
平均高/m
2.17
4.74
7.32
6.34
—
平均胸径/cm
4.38
9.86
7.18
6.76
—
郁闭度
0.72
0.95
0.78
0.71
0.47
表1 火炬树等5种群落生长情况
注：火炬树群落株数为母株/子株。
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段艳芳等：太行山南端外来树种火炬树群落的水保效应
木层和荆条的冠层）截留特征看，以 11年生火炬树枝
叶鲜重最大，截持水量最高，以荆条截持水量最低，其
排序为 11年生火炬树>侧柏>6年生火炬树>12年生
刺槐>荆条灌丛。从供试的 4个树种的截持率来看，
以侧柏为最高达 35.81%，火炬树第二，为 32.40%，刺
槐最低，为 23.53%。由此可见，群落冠层截留量和树
种的截持率及冠层枝叶鲜重量成正相关。火炬树枝
叶生物量大，叶片厚而被绒毛、吸水量大，因此，冠层
截留量高。
2.2 不同群落枯落物持水量
枯落物持水量取决于群落内枯落物积累量及枯落
物的持水能力，这和群落树种、结构、枯落物分解状况
等密切相关[12]。从 5个群落枯落物量来看，以 11年火
炬树群落最大，达 4496.8 kg/hm2，最小是荆条灌丛，为
3003.8 kg/hm2，依次为11年生火炬树>12年生刺槐>15
年生侧柏>6年生火炬树>荆条。从持水率来看，以火
炬树最大为248.7%~254.8%（6年生略高于11年生，可
能是 11年生树枝比例较大），依次为刺槐、荆条和侧
柏。从整个枯落物层最大持水量来看，最大为11年生
火炬树，达 1.118 mm，最小为荆条灌丛，为 0.557 mm，
依次为11年生火炬树>12年生刺槐>6年生火炬树>15
年生侧柏>荆条。6年火炬树枯落物层持水量超过 15
年生侧柏，与 12年生刺槐接近，主要是因为火炬树枯
落物持水率高于侧柏和刺槐。
2.3 不同群落土壤蓄水和渗透性能
土壤是群落水分贮蓄的主要场所，土壤水分贮蓄
量和贮蓄方式主要受其物理性质的影响[14]。土壤各种
孔隙起着决定性的作用，特别是非毛管孔隙中的水，主
要受重力的作用，贮蓄和运动速度快，在林地调节水分
运动中起着重要作用。因此，通常把非毛管孔隙贮水
量作为评价林地蓄水性能的重要指标[15]。
由表4可知，不论是非毛管持水量还是总持水量，
均是11年生火炬树群落最高，其排序为11年生火炬树
>15年生侧柏>12年生刺槐>6年生火炬树>荆条。
林地土壤的渗透能力直接影响到林地水分的保蓄
能力，由表4可知，不论是从稳渗历时还是从稳渗速率
来看，均是11年火炬树最高，保蓄土壤的水能力最好，
其下分别是15年侧柏和12年刺槐，这2个指标荆条灌
丛略高于6年火炬树。
2.4 不同群落冠层枯落物层和土壤持水量
为便于综合比较不同群落的水保功能，将不同群
表2 不同群落冠层最大截留量
群落类型
6 a火炬
11 a火炬
12 a刺槐
15 a侧柏
荆条灌丛
乔木层
枝叶鲜重
/(t/hm2)
20.7862
31.3478
18.6846
25.7648
—
最大持水量
/mm
0.6735
1.0157
0.4396
0.9226
—
截持率
/%
32.40
32.40
23.53
35.81
—
灌木层
枝叶鲜重
/(t/hm2)
0.6846b
1.0341a
4.0417bc
3.2816ab
16.47a
最大持水量
/mm
0.0162c
0.0249c
0.1013b
0.0770b
0.4369a
截持率
/%
23.62
24.11
25.06
23.47
26.53
草本层
枝叶鲜重
/(t/hm2)
0.1436b
0.2078b
0.7598a
0.6233a
0.8314a
最大持水量
/mm
0.0040b
0.0059b
0.0229a
0.0185a
0.0254a
截持率
/%
27.86
28.47
30.12
29.67
30.53
总持水量
/mm
0.6755ab
1.0465a
0.5638b
1.0181ab
0.4623bc
注：同一列字母不同表示有显著性差异(P=0.05)。
群落类型
6 a火炬树
11 a火炬树
12 a刺槐
15 a侧柏
荆条灌丛
容重(g/cm3)
1.31
1.24
1.27
1.23
1.26
总孔隙度/%
54.17
57.13
56.04
56.74
53.91
非毛管孔隙/%
9.08
12.51
11.03
11.72
8.86
总持水/mm
108.34
114.3
112.08
113.48
107.82
非毛管持水量/mm
18.16
25.02
22.06
23.44
17.72
稳渗历时/min
19
28
25
26
22
稳渗速度/(mm/min)
0.88
2.31
1.82
2.18
1.05
表4 不同群落0~20 cm土层持水特征和渗透性能
群落类型
6 a火炬树
11 a火炬树
12 a刺槐
15 a侧柏
荆条灌丛
枯落物贮量
/(kg/hm2)
3637.6
4496.8
4101.4
3943.7
3003.8
最大持水率
/%
254.8
248.7
242.0
208.8
235.0
最大持水量
/mm
0.927
1.118
0.935
0.784
0.557
表3 不同群落枯落物量及持水特性
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落冠层最大可能截留量、枯落物层持水量和土壤非毛
管贮水量列于表 5。由表 5可知，各群落总的持水能
力为：11年生火炬树>15年生侧柏>12年生刺槐>6年
生火炬树>荆条。说明火炬树群落有着较高的保持
水土能力，其在 6年时水保持能力就已超过乡土荆条
灌丛。
3 结论与讨论
（1）所观测的 5种群落树冠最大可能截留量排序
为：11年生火炬树>15年生侧柏>6年生火炬树>12年
生刺槐>荆条；4个树种冠层截持率分别为：侧柏
35.81%、火炬树 32.40%、荆条 26.53%、刺槐 23.53%。
火炬树因叶质厚，叶生物量大，有绒毛而且具有较高的
截持率和较高的枝叶量，因而有较高的冠层截留能力，
达到 1.0465 mm。与已有的一些研究成果相比，火炬
树的冠层最大可能截留量高于绝大多数灌木[11,12,14]，高
于南方马尾松纯林、桤木纯林，低于柏木纯林、桤柏混
交林、松柏混交林[16]，具有较高的冠层截持能力。
（2）各群落枯落物量以 11年生火炬树最高，达
4496.8 kg/hm2，依次为11年生火炬树>12年生刺槐>15
年生侧柏>荆条；最大持水率以火炬树为最高，第二是
刺槐，侧柏最小；11年生火炬树群落枯落物层最大持
水量最大，为 1.118 mm，荆条最小，为 0.557 mm，依次
为11年生火炬树>12年生刺槐>6年生火炬树>15年生
侧柏>荆条。火炬树群落具有较大的枯落物贮量和较
高的持水率。因此，其枯落物层的保水、蓄水能力高于
供试的其他树种。
（3）供试的5个群落中，以11年生火炬树土壤稳渗
和稳渗速率最高，依次为11年生火炬树>15年生侧柏>
12年生刺槐>荆条>6年生火炬树；0~20 cm非毛管贮
水量也以 11年火炬树为最高，达 25.02 mm，其他依次
为15年生侧柏>12年生刺槐>6年生火炬树>荆条。火
炬树枯落物量大，根系层密集，对土壤物理性质的影响
优于供试的其他树种。因此，具有较高的保蓄水分的
能力。
（4）将群落的冠层截留量，枯落物层持水量和土壤
层贮水 3个层次综合考虑，11年火炬树群落为供试 5
个群落中保蓄水分最好的群落，其他依次为15年生侧
柏>12年生刺槐>6年生火炬树>荆条。6年火炬树群
落已超过乡土灌丛荆条的水土保持能力。因此，在太
行山低山丘陵区，火炬树是营造水土保持林的优良树
种。
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表5 不同群落冠层、枯落物、土壤持水量及总持水量 mm
群落类型
6 a火炬树
11 a火炬树
12 a刺槐
15 a侧柏
荆条灌丛
冠层
持水
0.6755
1.0465
0.5638
1.0181
0.4623
枯落物
持水量
0.927
1.118
0.935
0.784
0.557
土壤
持水量
18.16
25.02
22.06
23.44
17.22
总持水量
19.2625
27.1845
23.5588
25.2421
18.7393
·· 46