全 文 ：第２８卷第３期
２０１４年６月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．，２０１４
　
　　收稿日期：２０１３－１２－１３
　　基金项目：国家自然科学基金项目（３１２７０６７５）；广东省科技计划项目（２０１２Ｂ０２０３１０００４，２０１１Ｂ０２０３０２００５）；东莞市高等院校科研机构科技计
划项目（２００９１０８１０１７４）
　　作者简介：储双双（１９８７－），女，硕士研究生，主要从事森林生态与森林环境学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｂｃｈｕｓｈｕａｎｇｓｈｕａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
　　通讯作者：刘颂颂（１９６８－），女，博士，研究员，主要从事森林生态学和环境生态学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｓｏｎｇｕ＠１２６．ｃｏｍ
林分改造对马占相思林水土和养分保持效能的影响
储双双１，张 兵１，莫罗坚２，曾曙才１，李年生２，韩 博１，王向前１，刘颂颂２
（１．华南农业大学 林学院，广州５１０６４２；２．广东省东莞市林业科学研究所，广东 东莞５２３１０６）
摘要：研究林分改造实施３年后不同改造模式马占相思林凋落物和土壤的持水性能、降雨集中期内地表径
流量、泥沙量及氮、磷径流流失状况。改造实施当年（２００８年）马占相思林林龄为１６年，改造模式包括均匀
疏伐３０％原有马占相思后套种乡土阔叶树（模式Ⅰ）、均匀疏伐６０％原有马占相思后套种乡土阔叶树（模
式Ⅱ）、未改造的原有相思林（对照，ＣＫ）。结果表明：（１）改造模式Ⅰ的凋落物现存量和最大持水量均显著
高于改造模式Ⅱ和ＣＫ；（２）改造模式Ⅰ土壤（０－２０ｃｍ和２０－４０ｃｍ土层）总孔隙度、模式Ⅱ的０－２０ｃｍ
层土壤总孔隙度显著低于ＣＫ，模式Ｉ、Ⅱ土壤最大持水量显著低于ＣＫ；（３）模式Ｉ、Ⅱ的累积径流量和累积
泥沙流失量均显著高于ＣＫ，但模式Ⅰ、Ⅱ间无显著差异；（４）监测期内改造模式Ⅰ、Ⅱ的径流水样总氮、总
磷平均浓度与ＣＫ无显著差异，但总氮、总磷累积流失量均显著高于ＣＫ。所以，改造３年后，林地氮磷流失
量相对于未改造林分显著增加，而不同改造模式的水土和养分保持效能无显著差异。
关键词：林分改造；马占相思；水源涵养；径流；泥沙；氮、磷流失
中图分类号：Ｓ７１５．７　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１４）０３－００７２－０６
Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｓｔａｎｄ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｏｎ　Ｗａｔｅｒ，Ｓｏｉｌ　ａｎｄ
Ｎｕｔｒｉｅｎｔ　Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ａｃａｃｉａ　ｍａｎｇｉｕｍＰｌａｎｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ
ＣＨＵ　Ｓｈｕａｎｇ－ｓｈｕａｎｇ１，ＺＨＡＮＧ　Ｂｉｎｇ１，ＭＯ　Ｌｕｏ－ｊｉａｎ２，ＺＥＮＧ　Ｓｈｕ－ｃａｉ　１，
ＬＩ　Ｎｉａｎ－ｓｈｅｎｇ２，ＨＡＮ　Ｂｏ１，ＷＡＮＧ　Ｘｉａｎｇ－ｑｉａｎ１，ＬＩＵ　Ｓｏｎｇ－ｓｏｎｇ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４２；
２．Ｆｏｒｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｄｏｎｇｇｕａｎ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５２３１０６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｔｅｒ　ｈｏｌｄｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｆｏｒｅｓｔ　ｌｉｔｔｅｒ，ｓｏｉｌ　ｗａｔｅｒ　ｈｏｌｄｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｕｎｏｆｆ　ｙｉｅｌｄ，
ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ａｎｄ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（Ｐ）ｌｏｓｓｅｓ　ｖｉａ　ｒｕｎｏｆｆ　ｗａｔｅｒ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒａｉｎｙ　ｓｅａｓｏｎ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ
Ａｃａｃｉａ　ｍａｎｇｉｕｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ　ｔｒｅａｔｅｄ　３ｙｅａｒｓ　ａｇｏ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　１６ｙｅａｒｓ　ｏｌｄ　ｉｎ
ｔｈｅ　ｙｅａｒ　ｏｆ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（２００８）．Ｔｈｅ　ｆｏｒｅｓｔ　ｓｔａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｅｖｅｎｌｙ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　３０％ｏｆ　Ａ．ｍａｎｇｉｕｍ
ｔｒｅｅｓ　ｆｏｌｏｗｅｄ　ｂｙ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｎａｔｉｖｅ　ｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄ　ｔｒｅｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｎｏｐｙ　ｇａｐｓ（ｍｏｄｅ　Ｉ），ａｎｄ　ｅｖｅｎｌｙ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　６０％ｏｆ
Ａ．ｍａｎｇｉｕｍｔｒｅｅｓ　ｆｏｌｏｗｅｄ　ｂｙ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｎａｔｉｖｅ　ｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄ　ｔｒｅｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｐｓ（ｍｏｄｅⅡ）．Ｔｈｅ　ｕｎ－ｔｈｉｎｎｅｄ
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　ｓｅｒｖｅｄ　ａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ（ＣＫ）．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｍｏｄｅ　Ｉ　ｈａｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｆｏｒｅｓｔ　ｌｉｔｔｅｒ　ｂｉｏｍａｓｓ
ａｎｄ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｗａｔｅｒ　ｈｏｌｄｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｔｈａｎ　ｍｏｄｅⅡａｎｄ　ＣＫ．Ｍｏｄｅ　Ｉ　ａｎｄ　ＩＩ　ｈａｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｌｏｗｅｒ　ｓｏｉｌ　ｐｏｒｅ
ｖｏｌｕｍｅ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｈｏｌｄｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｔｈａｎ　ＣＫ．Ｍｏｄｅｓ　Ｉ　ａｎｄ　ＩＩ　ｈａｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｓｕｒｆａｃｅ
ｒｕｎｏｆｆ　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｔｈａｎ　ＣＫ，ｂｕｔ　ｍｏｄｅｓ　Ｉ　ａｎｄⅡｗｅｒｅ　ｎｏｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．
Ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　Ｎ　ｏｒ　ｔｏｔａｌ　Ｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｏｄｅｓ　Ｉ，Ⅱ
ａｎｄ　ＣＫ，ｂｕｔ　ｍｏｄｅｓ　Ｉ　ａｎｄⅡｈａｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｔｏｔａｌ　Ｎ　ａｎｄ　ｔｏｔａｌ　Ｐ　ｌｏｓｓｅｓ　ｔｈａｎ　ＣＫ．Ｗｅ
ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｒｅｅ　ｙｅａｒｓ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｌｏｓｓｅｓ　ｏｆ　Ｎ　ａｎｄ　Ｐ　ｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｄｉｄ　ｎｏｔ　ｅｘｈｉｂｉｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ，ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｎｕｔｒｉｅｎｔ　ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｅｓｔ　ｓｔａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ａｃａｃｉａ　ｍａｎｇｉｕｍ；ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｒｕｎｏｆｆ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ
ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｌｏｓｓ
森林通过林冠截留、凋落物阻延吸收、林地土壤渗透等，对降雨具有较强的调节、转换和再分配功能，在防
止水土流失、涵养水源方面有明显作用［１］。然而，由于森林类型、林分结构等要素的差异，不同森林生态系统涵
DOI:10.13870/j.cnki.stbcxb.2014.03.014
养水源和保持水土等生态服务功能存在较大差异［２］。树种组成、郁闭度、林分结构等通过改变森林林冠层［３］、
凋落物的组成、厚度和分解程度［４］、土壤性状［５］等对大气降水的分配产生影响，进而制约森林的水土和养分保
持能力。虽然森林的水文效应同时受控于上述多种因素，但大多学者认为，高效空间配置和合理稳定的林分结
构是森林充分发挥水土保持功能的关键［６］。
在水土流失日趋严重的背景条件下，作为天然林重要补充的人工林，其生态服务功能也逐渐受到重视，但
人工林普遍存在林分结构单一、林下灌草稀疏、生物多样性低，生态服务功能低等问题。因此，一些学者选择带
状采伐、树墙下更新、均匀采伐、林冠下造林等一系列林分改造措施［７］，优化现有的人工纯林，使之具有合理稳
定的林分结构，提高人工林生态服务功能尤其是水源涵养、水土保持等功能。但以往研究发现，森林植被剧烈
变化（采伐）会对径流量、泥沙和水质等产生强烈影响［８］，且在某些地区，这种影响有一个较长的时滞过程［９］。
那么，在林分改造初期，由疏伐所引起的森林植被变化是否也会对森林的水土和养分的保持效能产生影响，且
这种影响是正面还是负面都是值得深思和研究的问题。
马占相思（Ａｃａｃｉａ　ｍａｎｇｉｕｍ）原产于澳大利亚等地，因具有干形通直、适应性广、固氮改土、速生丰产、用途
广泛等优点，成为我国华南营山造林、荒山绿化的重要树种之一。目前，大面积马占相思人工林已进入成熟期，
生态服务功能开始退化。因此，２００８年初在广东东莞林科园对马占相思人工林开展了以疏伐套种为改造模式
的林分改造试验，并在改造初期（２０１０年）对不同改造模式下的马占相思人工林进行降雨期内林地地表径流及
氮、磷流失状况监测，同时对凋落物及土壤持水性能进行了研究，探讨马占相思林分改造初期水土和养分保持
效能的变化，以期为以后大面积的马占相思人工林的合理改造提供一定的科学依据。
１　材料与方法
１．１　研究地区概况
试验地位于广东省东莞市林科园内。该园地理坐标为东经１１３°４２′２２″－１１３°４８′１２″，北纬２２°５０′００″－２２°
５３′３２″，地处珠江三角洲经济区的中心地带，地貌为丘陵，海拔８０～３００ｍ。属南亚热带季风气候，年平均气温
２３．１℃；最热月（７月）平均气温２８．２℃，极端最高气温３７．８℃；最冷月（１月）平均气温１３．４℃，极端最低气
温３．１℃。年降雨量为１　８１９．９ｍｍ，雨量集中在４－９月份，占全年降雨量的８０％，其中４－６月为前汛期，７－
９月为后汛期，台风降水活跃，无霜期３５０ｄ。土壤为砂页岩发育的赤红壤，其ｐＨ为４．３１，表层（０－２０ｃｍ）有
机质含量２７．３１ｇ／ｋｇ，全氮含量０．８９ｇ／ｋｇ，全磷含量０．１８ｇ／ｋｇ。园内主要以荔枝（Ｌｉｔｃｈｉ　ｃｈｉｎｅｓｉｓ）人工林、马
占相思（Ａｃａｃｉａ　ｍａｎｇｉｕｍ）人工林和尾叶桉（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ　ｕｒｏｐｈｙｌｌａ）人工林以及天然次生林为主。马占相思林
林下灌木主要有银柴（Ａｐｏｒｏｓａ　ｃｈｎｅｎｓｉｓ）、豺皮樟（Ｌｉｔｓｅａ　ｒｏｔｕｎｄｉｆｏｌｉａ）、毛叶冬青（Ｉｌｅｘ　ｐｕｂｉｌｉｍｂａ）、水杨梅
（Ａｄｉｎａ　ｒｕｂｅｌｌａ），草本主要有铁芒箕（Ｄｉｃｒａｎ－ｏｐｔｅｒｉｓ　ｌｉｎｅａｒｉｓ）、乌毛蕨（Ｂｌｅｃｈｎｕｍ　ｏｒｉｅｎｔａｌｅ）、玉叶金花
（Ｍｕｓｓａｅｎｄａ　ｐｕｂｅｓｃｅｎｓ）、露籽草（Ｏｔｔｏｃｈｌｏａ　ｎｏｄｏｓａ）等。
１．２　研究方法
１．２．１　林分改造模式　研究中的马占相思人工林于１９９３年种植，初植密度为４　００５株／ｈｍ２。２００８年初进行
林分改造试验。改造模式包括：均匀疏伐３０％原有马占相思后套种乡土阔叶树种（Ⅰ）；均匀疏伐６０％原有马
占相思后套种阔叶树种（Ⅱ）；以保留原有相思林不进行疏伐，进行常规管理作为对照（ＣＫ）。林分改造中种植
的乡土阔叶树种有阿丁枫（Ａｌｔｉｎｇｉａ　ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）、人面子（Ｄｒａｃｏｎｔｏｍｅｌｏｎ　ｄｕｐｅｒｒｅａｎｕｍ）、枫香（Ｌｉｑｕｉｄａｍｂａ
ｆｏｒｍｏｓａｎａ）、鸭脚木（Ｓｃｈｅｆｆｌｅｒａ　ｏｃｔｏｐｈｙｌｌａ）、海南蒲桃（Ｓｙｚｙｇｉｕｍ　ｃｕｍｉｎｉ）、山乌桕（Ｓａｐｉｕｍ　ｄｉｓｃｏｌｏｒ）、黧蒴
（Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ　ｆｉｓｓａ）、山杜英（Ｅｌａｅｏｃａｒｐｕｓ　ｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓ）和樟树（Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ　ｃａｍｐｈｏｒａ），种植时随机选取上述
树种配植，种植密度为１　６０５株／ｈｍ２。种植当年进行新种树木的追肥和抚育管理，发现有缺株现象及时补植。
２０１０年底样地基本情况见表１。
表１　样地基本情况
林分
类型
林龄／
年
坡向
坡度／
（°）
平均树
高／ｍ
平均
胸径／ｃｍ
郁闭
度／％
地表植被
盖度／％
活地被物生物量／
（ｋｇ·ｈｍ－２）
Ⅰ １６ 东偏南 ２７　 １２．９　 １９．９　 ６７　 ８０　 ２．９９±１．２７
Ⅱ １６ 正西 ３０　 １１．２　 １９．４　 ６９　 ６５　 ３．４１±１．７５
ＣＫ　 １６ 东偏南 ３０　 １０．７　 １４．１　 ８９　 ６０　 １．４１±０．５８
　　注：表中林龄、平均树高、平均胸径均指样地中马占相思。
１．２．２　径流小区设置　在不同处理林分中选择海拔和坡度相近的地块设置径流小区。每个小区水平投影面
３７第３期 　　　 　　储双双等：林分改造对马占相思林水土和养分保持效能的影响
积为１００ｍ２（水平长度２０ｍ，宽度５ｍ），长边顺坡垂直于等高线，短边与等高线平行。小区四周砌水泥砖墙，
下端设２个相连的１ｍ×１ｍ×１ｍ的径流收集池，两池四周均高出地面２０ｃｍ。收集池用防锈铁皮覆盖，防止
雨水进入。每个处理沿同一等高线方向连续设置３个相同径流小区，作为３次重复。
１．２．３　凋落物现存量及持水率测定　改造３年后，即２０１０年底，在每个径流小区对角线设置３个１ｍ×１ｍ
小样方，用钢尺测定凋落物层厚度，收集小样方内全部凋落物（包括半分解层和未分解层），带回实验室称其鲜
重，在８０℃烘箱中烘至恒量后再次称重，并以此推算出单位面积林地凋落物干质量（现存量）。凋落物烘干称
重后将烘干的样品装入尼龙网袋并放在盛有清水的容器中浸泡，水面略高于尼龙网袋上沿，浸泡２４ｈ后取出
滴水３０ｍｉｎ后再称重，计算凋落物最大持水率和最大持水量。凋落物最大持水率＝浸泡２４ｈ后的凋落物湿
重－烘干重）／烘干重×１００％；凋落物最大持水量＝凋落物现存量×凋落物最大持水率／１００。
１．２．４　土壤孔隙度及贮水量测定　２０１０年底在每个径流小区对角线上挖掘３个剖面，用环刀采集０－２０ｃｍ
和２０－４０ｃｍ土样，测定土壤容重和孔隙度。土壤贮水方式分为毛管孔隙吸持贮存和非毛管孔隙的滞留贮存，
二者持水量之和为土壤饱和贮水量。为便于比较，各样地统一以４０ｃｍ土层厚度计算贮水量［１０］。
Ｗｃ＝１０００×Ｐｃ×Ｈ；　　　　Ｗｎ＝１０００×Ｐｎ×Ｈ；　　　　Ｗｔ＝Ｗｃ＋Ｗｎ
式中：Ｗｃ、Ｗｎ 和Ｗｔ分别为土壤水分吸持贮水量（ｍｍ）、滞留贮水量（ｍｍ）和饱和贮水量（ｍｍ）；Ｐｃ、Ｐｎ 分别为
毛管孔隙度（％）和非毛管孔隙度（％）；Ｈ 为土层深度（ｍ）。
１．２．５　径流水样采集与分析　径流水样采集时间为２０１０年４月－２０１１年４月。每次有效径流事件中待径
流停止后，用钢尺测定径流池中径流深度，由此计算径流体积。搅匀池中径流水，采集径流样品，用于泥沙及养
分含量测定。采用烘干称重法测定径流泥沙含量，然后根据径流量计算泥沙量。径流水样总氮浓度采用过硫
酸钾氧化－紫外分光光度法测定，总磷浓度采用过硫酸钾氧化－钼锑抗分光光度法测定［１１］。
监测期内不同处理林地累积径流量、泥沙（氮、磷）累积流失量计算公式分别为：
Ｒ＝∑
ｎ
ｉ＝１
ｖ１ｉ＋ｖ２ｉ＋ｖ３ｉ
３００ ×１０００
；　　　　Ｍ＝∑
ｎ
ｉ＝１
ｖ１ｉ×ｍ１ｉ＋ｖ２ｉ×ｍ２ｉ＋Ｖ３ｉ×ｍ３ｉ
３００ ×１０００
式中：Ｒ为累积径流量（ｍ３／ｈｍ２）；Ｍ 为泥沙（或氮、磷）累积流失量（ｋｇ／ｈｍ２ 或ｇ／ｈｍ２）；ｎ为径流监测次数；ｖ１ｉ，
ｖ２ｉ，ｖ３ｉ分别为第ｉ次径流中某处理林地３个径流小区的径流量（ｍ３）；ｍ１ｉ，ｍ２ｉ，ｍ３ｉ分别为第ｉ次径流中３个径流
小区的径流泥沙（或氮、磷）浓度（ｇ／Ｌ或ｍｇ／Ｌ）。
１．２．６　数据处理　采用Ｅｘｃｅｌ　２００３和ＳＰＳＳ　１６．０软件对数据进行统计分析。采用单因素方差分析（ｏｎｅ－ｗａｙ
ＡＮＯＶＡ）和最小显著差异法（ＬＳＤ）比较不同处理数据间的差异。
２　结果与分析
２．１　林分改造对凋落物现存量和最大持水量的影响
表２　不同林分类型凋落物现存量和最大持水量
林分
类型
厚度／
ｃｍ
鲜重／
（ｔ·ｈｍ－２）
干重／
（ｔ·ｈｍ－２）
最大持水
率／％
最大持水量／
（ｔ·ｈｍ－２）
Ⅰ ３．６±０．０ａ ５．９７±０．４６ａ ４．９８±０．７０ａ ２５６．７７±２１．３９ａ１２．８５±２．４１ａ
Ⅱ ２．６±０．２ｂ ３．４０±０．３５ｂ ２．８８±０．１７ｂ ２６６．９８±１５．３６ａ ７．７４±０．９２ｂ
ＣＫ　２．１±０．１ｂ ３．１３±０．５５ｂ ２．８４±０．４６ｂ ２５２．７０±１５．０５ａ ７．１７±０．６９ｂ
　　注：同列数据后不同字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）。
　　３种不同林分类型凋落物厚度、
现存量和最大持水量等见表２。从表
２可以看出，３种林分类型在凋落物
厚度、现存量方面均呈现出改造模式
Ⅰ＞改造模式Ⅱ＞ＣＫ的规律。统计
显示：改造模式Ⅰ显著高于改造模式
Ⅱ和ＣＫ，而改造模式Ⅱ与ＣＫ虽存
在差异，却未达到统计学显著水平。不同模式的林分改造对凋落物最大持水率无显著影响，３种林分类型凋落
物最大持水率相差无几，分别为２５２．７０％，２５６．７７％和２６６．９８％。改造模式Ⅰ、Ⅱ凋落物最大持水量分别为
１２．８５，７．７４ｔ／ｈｍ２，两者差异显著，ＣＫ凋落物最大持水量为７．１７ｔ／ｈｍ２，显著低于改造模式Ⅰ，但与改造模式
Ⅱ间无显著差异。
２．２　林分改造对土壤孔隙度及贮水量的影响
由表３可以看出，马占相思林分改造初期，不同土层的土壤容重相对于ＣＫ而言均有所增加，其中改造模
式Ⅰ高于改造模式Ⅱ。改造模式Ⅰ不同土层毛管孔隙度均小于ＣＫ，而改造模式Ⅱ的０－２０ｃｍ土层毛管孔隙
度小于ＣＫ，２０－４０ｃｍ高于ＣＫ。ＣＫ不同土层总孔隙度、非毛管孔隙度及所对应的贮水量均具有最大值，而
改造模式Ⅰ、Ⅱ间无明显规律。不同林分类型土壤总贮水量大小排序为ＣＫ（２１９．８９ｍｍ）＞Ⅱ（２１２．４５ｍｍ）＞
Ⅰ（２０１．５６ｍｍ），２种改造模式间无显著性差异，但均显著低于ＣＫ。说明林分改造初期，对于林分土壤的持水
４７ 水土保持学报　　　 　　 第２８卷
性能还没有显著提高。另外，此次研究发现，在同一林地上，上层土壤容重均明显小于下层，而毛管孔隙度、非
毛管孔隙度和总孔隙度、吸持贮水量、滞留贮水量和饱和持水量均高于下层。
表３　不同林分类型土壤孔隙度和贮水量
林分
类型
土层
深度／ｃｍ
容重／
（ｇ·ｃｍ－３）
毛管孔隙
度／％
非毛管
孔隙度／％
总孔隙
度／％
吸持贮水
量／ｍｍ
滞留贮水
量／ｍｍ
饱和贮水
量／ｍｍ
总贮水
量／ｍｍ
Ⅰ
０－２０　 １．２４±０．０１ｂ ４６．６８±０．４４ａｂ　 ８．０６±０．０９ａ ５４．７４±０．３９ｂ ９３．３６±０．８７ａｂ　 １６．１１±０．１９ａ １０９．４８±０．７７ｂ
２０１．５６±２．５３ｂ
２０－４０　 １．４８±０．０２Ｂ ４２．０８±０．２９Ｂ ３．９６±１．１７Ｂ ４６．０４±０．８８Ｂ ８４．１７±０．５８Ｂ ７．９１±２．３５Ｂ ９２．０８±１．７７Ｂ
Ⅱ
０－２０　 １．２２±０．０５ｂ ４８．０１±１．２９ａｂ　 ７．０４±０．７９ａ ５５．０５±１．９０ｂ ９６．０２±２．５８ａｂ　 １４．０９±１．５８ａ １１０．１０±３．８１ｂ
２１２．４５±４．１９ｂ
２０－４０　 １．３３±０．０１Ｃ ４６．０１±０．８４Ａ ５．１６±１．０３ＡＢ　５１．１７±０．４２Ａ ９２．０３±１．６７Ａ １０．３１±２．０６ＡＢ　１０２．３５±０．８４Ａ
ＣＫ
０－２０　 １．１３±０．０１ｃ ４９．４３±２．７８ａ ９．３１±３．０９ａ ５８．７４±０．３９ａ ９８．８６±５．５６ａ １８．６１±６．１８ａ １１７．４７±０．７７ａ
２１９．８９±１．１３ａ
２０－４０　 １．３２±０．０３Ｃ ４３．６３±１．０５ＡＢ　 ７．５８±０．２７Ａ ５１．２１±０．７８Ａ ８７．２６±２．０９ＡＢ　１５．１７±０．５４Ａ １０２．４３±１．５６Ａ
　　注：同列同土层数据后标注不同字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５）。
２．３　林分改造对产流产沙量的影响
不同林分类型产流产沙量见图１。整个监测期共２１０ｄ，先后共监测有效径流事件１３次，主要集中在２０１０
年６－１０月。同一林分在不同径流事件中的径流量均出现波动，且各处理变化趋势基本一致，在６月２８日、７
月３１日和９月１５日出现径流高峰。在相同自然降雨条件下，ＣＫ单次径流量均低于改造后的马占相思林。监
测期内，改造模式Ⅰ、Ⅱ和ＣＫ单次径流事件径流量变幅分别在０．８８～３９．８８ｍ３／ｈｍ２，０．７３～３９．５６ｍ３／ｈｍ２
和０～１９．８８ｍ３／ｈｍ２ 之间，均值分别为１４．１７，１３．４９，６．８８ｍ３／ｈｍ２，三者之间无显著差异。整个监测期内，改
造模式Ⅰ、Ⅱ和ＣＫ累积径流量分别为１８４．１３，１７５．３５，８９．３９ｍ３／ｈｍ２，２种改造模式间无显著差异，但均显著
高于ＣＫ。整个监测期内，不同林分类型单次径流事件泥沙浓度变化幅度较大，且没有明显规律。改造模式
Ⅰ、Ⅱ和ＣＫ径流泥沙浓度变幅分别在０．０５～１．９２ｇ／Ｌ，０．１４～２．４７ｇ／Ｌ和０～１．２８ｇ／Ｌ之间，浓度均值分别
为０．８７，０．８３，０．５９ｇ／Ｌ，差异未达到显著水平。与累积径流量类似，整个监测期内，ＣＫ累积泥沙流失量最小，
为６９．１２ｋｇ／ｈｍ２，改造模式Ⅰ、Ⅱ累积泥沙流失量分别为１６６．３７，１６３．４７ｋｇ／ｈｍ２，两者差异不显著，但均显著
高于ＣＫ。
图１　不同改造模式马占相思林产流产沙量
２．４　林分改造对径流养分流失的影响
不同林分类型的氮、磷素随径流流失特征见图２。不同径流事件中径流水总氮浓度变化明显，但规律性不
强。整个监测期内，改造模式Ⅰ、Ⅱ和ＣＫ单次径流总氮浓度差异未达到显著水平，径流水样中总氮浓度变幅
分别在０．８６～５．０３ｍｇ／Ｌ，０．４１～５．５９ｍｇ／Ｌ和０～４．９８ｍｇ／Ｌ之间，浓度均值分别为２．６０，２．５２，２．８０
５７第３期 　　　 　　储双双等：林分改造对马占相思林水土和养分保持效能的影响
ｍｇ／Ｌ。整个监测期内，ＣＫ总氮累积流失量最小，为２０５．８４ｇ／ｈｍ２，模式Ⅰ、Ⅱ总氮累积流失量分别为３５６．３７，
３２６．４７ｇ／ｈｍ２，两者差异不显著，但均显著高于ＣＫ。监测期内，不同林地类型的单次径流事件中总磷浓度均
出现波动性变化，其中，模式Ⅱ变化幅度较大，而模式Ⅰ与ＣＫ变化较为平缓，但均没有明显规律，三者总磷浓
度差异不显著。改造模式Ⅰ、Ⅱ和ＣＫ径流水样中总磷浓度分别在０．０６～０．２９ｍｇ／Ｌ，０．０７～０．５９ｍｇ／Ｌ和０
～０．４２ｍｇ／Ｌ之间，浓度均值分别为０．１７，０．２１，０．２０ｍｇ／Ｌ。整个监测期内，改造模式Ⅰ、Ⅱ总磷累积流失量
分别为２７．３２，２１．６７ｇ／ｈｍ２，存在显著性差异，且均显著高于ＣＫ（１５．２２ｇ／ｈｍ２）。
图２　不同处理林地径流氮磷浓度和累积流失量
３　结论与讨论
３．１　林分改造对凋落物和土壤持水性能的影响
森林凋落物因具有疏松的结构和良好的持水特性，能有效对水分进行截留，在涵养水源方面有重要作用。
凋落物的涵养水源功能主要决定于凋落物现存量和持水率，而凋落物的现存量取决于森林的凋落物生产力和
分解速率。本研究中，呈现出间伐套种模式（Ⅰ、Ⅱ）凋落物现存量高于原纯林（ＣＫ）的规律，这与林德喜等
人［１２］的纯林补阔后凋落物量一般大于纯林凋落物量的结论一致。同一气候区内凋落物现存量不仅受温度、光
照、水分等外界条件影响，林分本身的生物学特性也是重要影响因素［１３］，改造模式Ⅰ、Ⅱ套种部分乡土落叶阔
叶树，秋冬两季，落叶较多，凋落物现存量增加。持水率（通常用最大持水率表示）也是影响凋落物水源涵养能
力的重要因素。以往研究表明，一般凋落物持水率可以达到自重的２～５倍［１４］，而热带亚热带森林由于水热条
件适宜，枯枝落叶分解快，林下凋落物层持水能力较弱，最大持水率常在４００％以下［９］。本研究中，两改造模式
和ＣＫ凋落物持水率在２５２％～２６６％之间，且没有显著差异。本研究中改造模式Ⅰ、Ⅱ凋落物最大持水量均
高于ＣＫ，可见林分改造３年后已在一定程度上提高了林地凋落物的水源涵养能力。因此，从凋落物量和最大
持水量角度看，华南地区采用阔叶乡土树种改造现有的马占相思人工纯林具有一定的改善效果。
林地土壤是森林涵养水源的主体，其透水和蓄水能力是反映森林涵养水源功能的重要指标［１５］。前人研
究［６］表明，林分改造后，会改善林内水、热、光照等条件，土壤动物、微生物等数量增加，活动更频繁，进而会增加
土壤孔隙度，但在林分改造初期，这些效果并不显著。本次研究也发现，不同改造模式间土壤孔隙性和蓄水能
力差别并不明显，可能因为改造时间尚短，不同改造模式对土壤的影响还没有体现出来，此外由于疏伐套种带
来的干扰并未完全恢复。因此，林分改造效果及不同改造模式的差异，需要进行更长时间的监测。
３．２　林分改造对产流产沙的影响
以往研究表明，森林植被变化（采伐）会对径流量产生一定影响，但这种影响幅度会因地形、林分类型而
异［９］。本次研究发现，在相同降雨条件下，改造模式Ⅰ、Ⅱ累积径流量都显著高于ＣＫ。其原因可能是ＣＫ保留
６７ 水土保持学报　　　 　　 第２８卷
了原有马占相思，而改造模式Ⅰ、Ⅱ进行了不同程度的疏伐，林下补种树木又处于幼林阶段，林冠截留量相对
ＣＫ会明显减小，进入林内降水总量明显增加；由于林下凋落物持水能力有限，仅在７．１７～１２．８５ｍｍ间（表
２）；而林分改造对土壤的贮水能力也没有显著提高。因此，最终表现为疏伐套种模式（Ⅰ、Ⅱ）累积径流量高于
ＣＫ。Ｂｒｅｎ等曾在研究中发现，森林在采伐初期，径流量会增加，而这种增量会随着森林的恢复而逐渐减少，但
减少幅度与更换树种的水分利用特征有关［１６］。本研究中的林分径流量是否会出现上述规律还有待继续监测。
径流是泥沙输移的载体，径流量的大小、流速决定着径流对泥沙的载运能力。一般而言，泥沙的流失量与
径流量呈显著正相关关系［１７－１８］。本研究中，各处理的累积泥沙流失量与累积径流量具有相似的差异性，即改造
模式Ⅰ、Ⅱ间无显著差异，但二者均显著高于ＣＫ。森林群落结构特征决定了森林植被在控制土壤侵蚀、减少
水流泥沙含量方面具有较强的功能。森林减沙效应随森林覆被率增加而增强的情况非常明显，即使在森林覆
被率不太大的情况下，减沙效果也是显著的［８］。本次研究中，疏伐和补种对林地和林冠层造成一定干扰，而在
短时期内，套种的阔叶树还未充分发挥作用，因此，在林分改造初期，ＣＫ具有优于其他２种处理的林冠层（森
林覆被率），不仅在减少林内降雨和地表径流方面有优势，同时能够降低降雨的动能，减少雨滴对地表的侵蚀及
泥沙的搬移。凋落物层对林内雨滴的截留还延长了地面径流的汇流时间，减缓了地表径流的流速［１９］。此外，
良好的土壤结构能够提高土壤的抗冲和抗蚀性［２０］。以上某因素的主导作用或各因素的综合作用，导致ＣＫ泥
沙流失量低于改造模式Ⅰ、Ⅱ。
３．３　林分改造对径流养分流失的影响
林地径流养分流失是林地表层土壤养分与降雨、径流相互作用的结果，是导致林地土壤养分严重流失的主
要因素［２１］。因此，在一定程度上，林地地表径流养分流失状况可以作为植被配置模式筛选的重要指标之一。
本次研究通过对氮、磷流失特征的连续监测发现，林分改造对径流养分流失浓度无显著影响，可能与林地土壤
本身养分均较贫乏有关，尤其是磷素在华南赤红壤中严重缺乏。此外，在大雨和暴雨条件下，产流产沙是一个
快速而短暂的过程［２２］，径流水与凋落物及土壤接触时间短，因此由单次径流事件引起的养分流失，其浓度差异
没有径流量差异明显。本次研究还发现，在同一模式下，径流水中磷浓度远低于氮浓度，这可能因为磷素易通
过吸附、化学沉淀和生物固定等作用被土壤固定，形成比较稳定的物质，在土壤中不易被释放［１７］。
相关研究表明，森林植被剧烈变化（如采伐）会干扰流域养分循环过程［８］。林分改造后随着径流量和泥沙
量的改变，会对径流养分流失产生不同程度的影响。Ｌｉｋｅｎｓ等人在开展大面积森林采伐对流域养分释放的影
响研究中发现，皆伐后流域溪流的养分净流失量比未受干扰流域增加数倍至数十倍［２３］。疏伐方式及森林植被
类型不同，对径流水中溶解养分的影响也不同，如前苏联在几公顷大小的试验流域对几百年生的冷杉山毛榉天
然混交林进行皆伐和群状择伐，发现皆伐流域溪流在最小流量时的氮浓度为未伐区的２．７倍，而群状择伐流域
溪流中养分含量未有明显变化［２４］。本次研究也发现，林分改造初期，疏伐套种模式（Ⅰ、Ⅱ）马占相思林氮、磷
流失量显著高于未疏伐（ＣＫ）林分。
从目前的凋落物现存量与持水量、土壤孔隙性与蓄水量、实际产流产沙量和径流养分流失量几个方面综合
看，ＣＫ水源涵养及控制径流养分流失能力强于改造模式Ⅰ、Ⅱ，即在短期内，林分改造对马占相思林的水源涵
养和养分保持能力产生负效应。究其原因，可能由于林分改造初期，由于改造所带来的干扰仍然存在，套种的
乡土阔叶树尚处于幼龄阶段，对水源涵养及径流养分流失的作用可能还没有充分体现出来，因此，短期的监测
值并不能完全说明问题，还需进行更长时间的监测才能科学评价林分改造对林地水源涵养和养分保持的效果。
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７７第３期 　　　 　　储双双等：林分改造对马占相思林水土和养分保持效能的影响
４　结 论
（１）在一定密度范围内，４种不同密度林分枯落物总储量随林分密度增加而增大，最大持水量随林分密度
增加表现为先增大后减小，密度为１　２５２株／ｈｍ２ 的有效拦蓄能力最强，有效拦蓄能力随林分密度增加而增大。
（２）枯落物持水量与浸泡时间呈明显对数关系，枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系，未分解层
枯落物１０ｈ以后才达到饱和，半分解层６～８ｈ已经基本饱和，枯落物在浸水的１ｈ内吸水速率最大，４～８ｈ时
下降速度明显减缓。
（３）０－４０ｃｍ土层土壤容重随林分密度增加表现为先减小后增大，总孔隙度均随林分密度增加表现为先
增大而后减小，同一密度林地土壤容重随土壤厚度的加深而逐渐增大，说明表层土壤比较疏松。土壤入渗速率
与入渗时间呈明显幂函数关系，土壤层有效持水能力随林分密度增加基本呈现增加趋势，以１　４００株／ｈｍ２ 的
最强。
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Ｈｕｂｂａｒｄ　Ｂｒｏｏｋ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ－ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｍｏｎｏｇｒａｐｈｓ，１９７０，４０（１）：２３－４７．
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