全 文 ：长苞铁杉天然林水源涵养功能研究
钟祥顺1 ,黄　海2
(1.福建省长汀楼子坝国有林场 ,福建 龙岩 366300;2.福建省林业厅 ,福建 福州 350003)
摘要:对闽西邱家山长苞铁杉天然林 、常绿阔叶林和杉木人工林的林冠层 、林下植被层和凋落物层的持水量 、土壤的蓄水能
力和渗透性能进行研究 ,结果表明:长苞铁杉天然林地上部分持水量与常绿阔叶林接近 , 分别为 258.426 t·hm-2和 277.242
t·hm-2;林地土壤的稳渗值亦相近 ,分别为 6.68 mm·min-1和6.91 mm·min-1 ,分别是杉木人工林土壤的 1.8 倍和 1.9 倍。
说明了长苞铁杉天然林具有良好的水源涵养功能。
关键词:长苞铁杉;天然林;水源涵养;持水性;渗透性
中图分类号:S791.17　　　文献标识码:A　　　文章编号:1002-7351(2004)04-0054-04
A Study on the Water Conservation Function of Tsuga longibracteata Nature Forest
ZHONG Xiang-shun1 ,HUANG Hai2
(1.Lou Zi-ba State Forest Farm of Changting , Fujian Province , Changting 366300 , China;
2.Forestry Department of Fujian Province , Fuzhou 350003 , China)
Abstract:The results show ed that the w ater-holding content of above-ground protion of Tsuga longibracteata nature forest was
close with that of T .longibracteata everg reen broad-leaved forest , they were 258.426 T/ ha and 277.242 T/hm2 , the steady per-
meation values of forest-land soil were also close , 6.68 mm/min and 6.91 mm/min , respectively , w hich were 1.8 times and 1.9
times as large as that of Cunninghamia lanceolata plantation soil , respectively.I t show ed that T.longibracteata nature forest
ow ned fine water conservation function.
Key words:Tsuga longibracteata;nature forest;water conservation;function
　　森林具有巨大的水源涵养 、保持水土 、改善生态环境的功能 。近年来 ,社会对森林公益效能的关注越
来越强烈 ,尤其是对环境的改善与维护方面引起了广泛关注 ,并对此做了大量的研究工作和理论探讨。各
种森林生态系统的水文数量特征是揭示森林水文生态规律的基础资料 ,是正确评价森林水文公益效益的
基础 ,也是森林资源保护与经营管理的决策依据 ,尤其在高山地带 ,往往是江河的发源地 ,对于高山地带植
被不同森林类型的水文数量特征的研究具有现实的指导意义。
长苞铁杉(Tsuga longibracteata)天然林在福建主要分布于海拔 700 ～ 1 600 m 之间的山地 ,尤以梅花
山区较为集中 ,长期以来 ,天然林受到人为的严重破坏 ,其种群难以扩展 。现在长苞铁杉已被列入濒危植
物行列。在高山地区 ,天然林一旦被砍伐后进行人工造林 ,效果往往不理想 ,并导致水源涵养功能减弱 ,严
重影响该地区的生态环境 。鉴于此 ,本文对高山森林长苞铁杉天然林 ,及其相邻的常绿阔叶林和人工杉木
林的水源涵养功能进行了比较研究 ,旨在为长苞铁杉天然林的保护与经营管理提供理论依据 。
1　试验地概况
试验地位于连城县邱家山 ,海拔 1 100 m ,浅沟谷 ,母岩为全晶质粗粒结构 、块状构造肉红色花岗岩 ,
年平均气温为 17.9℃, 1月平均气温是 8.7℃, 7月平均气温是 27.3℃,极端低温为-7.3℃,年降水量为
1 698.2 mm ,无霜期达 288 d 。本试验 3种类型的林分状况见表 1 。
2　研究方法
分别在长苞铁杉天然林 、相邻的常绿阔叶林及人工杉木林的山坡中部沿水平方向设置 3个 20 m×
　收稿日期:2004-03-16;修回日期:2004-08-25
　作者简介:钟祥顺(1972-), 男 ,福建长汀人 , 长汀楼子坝国有林场助理工程师 ,主要从事资源培育等工作。
第 31 卷 第 4 期
2 0 0 4年 1 2月
福 建 林 业 科 技
Jour of Fujian Forestry Sci and Tech
Vol.31　No.4
Dec., 2 0 0 4
DOI :10.13428/j.cnki.f jlk.2004.04.016
20 m的临时标准地进行每木测定 ,分别以平均胸径为标准木 ,按 Monsi分层切割法测定各林分的生物量
组成 ,用样方收获法测定林下植被生物量 ,用“浸水法”测定持水率和持水量 ,在标准地选择有代表性地段
设置 3个样点 ,按 0 ～ 20 cm和 20 ～ 40 cm 土层取样 ,用室内环刀法测定土壤水分物理性质 ,用硫酸重铬酸
钾法测定有机质 。
表 1　3种试验地类型的林分状况
林分类型 平均郁闭度 平均胸径/cm 密度/株·hm-2 林分结构
长苞铁杉天然林　　
0.8　　　
38.6　　　
383　　　
　　以长苞铁杉为主 , 重要值 86.7 , 混生有少量其他阔叶林 ,主要有甜槠 、红楠 、木荷 、杜英等 , 植被有细齿柃木 、猴头杜鹃 、刺毛杜鹃等。盖度约 0.6 ,草本有
莎草 ,狗脊等。
常绿阔叶林　　
0.9　　
32.7　　
410　　
　　以甜槠为主 , 重要值 78 ,兼有木荷 、深山含笑 、红楠等 ,植被有细齿柃木 、猴头杜鹃 、黄杞 、毛冬青等 ,盖度达 0.7 ,草本有莎草 、狗脊 、甘尼草等。
1978年杉木人工林 0.7　 17.2　 1200　 林下植被主要有芒萁 、五节芒 、狗脊等。　
3　结果与分析
3.1　地上部分的持水性能
森林地上部分的持水性能主要由林冠层的持水性能 、林下植被层的持水性能和凋落物层的持水性能
三者加以体现 ,不同的森林类型 ,其树种组成不一样 ,群落的结构存在差异 ,对降雨的拦蓄能力不同 ,这种
差别是评价不同森林类型水源涵养功能的一个重要数量特征 ,也是区域内生态环境评价与维护的重要依
据。不同林分类型持水性能见表 2。
表 2　不同林分地上部分持水性能比较 单位:t·hm-2
林分类型 林冠层 林下植被层 凋落物层生物量 持水量 生物量 持水量 生物量 持水量 总持水量
长苞铁杉林 381.876 199.607 18.718 13.595 23.024 45.226 258.426
常绿阔叶林 312.113 212.643 39.225 29.662 16.734 34.937 277.242
杉木人工林 89.681 39.262 4.926 3.036 4.122 6.677 48.975
3.1.1　林冠层的持水能力　降雨到达森林时 ,首先被林冠所截持。林冠层拦蓄雨水能力的大小主要由林
冠层枝叶生物量 ,叶面积指数及其持水率所决定。由表 2可知 ,持水率大小依次为常绿阔叶林 、长苞铁杉
林和杉木人工林 ,长苞铁杉林冠层持水率大于杉木人工林 ,说明长苞铁杉天然林的乔木层具有较强的持水
能力 ,但比常绿阔叶林要低。林冠层持水量的大小与其生物量是相关的 ,由表 1 可知 ,林冠层生物量大小
依次是长苞铁杉林 、常绿阔叶林和杉木人工林 ,而持水量大小依次是常绿阔叶林 、长苞铁杉林和杉木人工
林 ,分别是 212.643 t·hm-2 、199.607 t·hm-2和 39.262 t·hm-2 。
3.1.2　林下植被的持水能力　林下植被持水性能的强弱 ,也能直接影响着雨水到达地表后的行为 。由表
2可知 ,林下植被持水率大小差异相对较小 ,其大小依次是常绿阔叶林 、长苞铁杉林和杉木人工林 ,这与林
下植物的生活型较为相似有关 ,林下植物多为耐荫类的地上芽和地面芽植物 ,叶片的质地相似性较大 ,故
其持水性能差异不大 。林下植物持水量的大小主要也是由其生物量大小决定。生物量大小依次为常绿阔
叶林 、长苞铁杉林和杉木人工林 ,分别为 39.225 t·hm-2 , 18.718 t·hm-2和 4.926 t·hm-2 ,持水量依次为
13.595 t·hm-2 、29.662 t·hm-2和 3.036 t·hm-2 。杉木人工林的林下植被生物量低 ,主要是由于人为抚
育管理的结果 ,其林分只有林冠层和草本层 ,因而拦蓄降雨数量相对较小。
3.1.3　凋落物层的持水能力　林分凋落物层也是森林涵养水分的重要组成部分 ,对降雨起着调节和拦蓄
作用 。凋落物层的持水性能与凋落物的组成 、数量及分解速度有关。凋落物层对森林水量平衡的作用不
仅表现在截留雨量方面 ,而且在整个生态系统的水文效应中起着重大作用 。由表 2可知 ,凋落物层的持水
·55·第 4 期 钟祥顺 , 等:长苞铁杉天然林水源涵养功能研究
率大小依次是常绿阔叶林 、长苞铁杉林和杉木人工林 ,林地的凋落物量大小依次为长苞铁杉林 、常绿阔叶
林和杉木人工林 ,分别为 23.024 t·hm-2 、16.734 t·hm-2和 4.122 t·hm-2 。一般而言 ,阔叶林凋落物分解
率大于针叶林 ,致使凋落物层现存量往往小于针叶林。长苞铁杉天然林凋落物层持水率大于杉木人工林 ,
这可能与其凋落物中含有一定数量的阔叶林凋落物有关。3种林分凋落层的持水量的大小依次是长苞铁
杉林 、常绿阔叶林和杉木人工林 ,分别为 45.226 t·hm-2 、34.937 t·hm-2和 6.677 t·hm-2 ,杉木人工林的
持水量只是长苞铁杉林的 15%和常绿阔叶林的 19%。这种凋落物层在持水性能上的差异势必影响到林
地土壤的水文效应 ,同时也影响着地表及土壤微生物的活动 ,影响着土壤种子库的动态 ,乃至于影响着林
下植被的演替。
3.2　林地土壤的水文效应
3.2.1　林地土壤的贮水性能　森林土壤涵养水分的能力取决于土壤和森林植物的综合状况 。落到林地
上的部分雨水涵养于土壤孔隙内 ,主要蓄于非毛管孔隙内 ,因此非毛管孔隙的多少与土壤涵养水分的能力
密切相关 ,由表 3可知 ,在 0 ～ 20 cm 和 20 ～ 40 cm土层中 ,非毛管孔隙度的大小依次为常绿阔叶林 、长苞
铁杉天然林和杉木人工林 ,分别为 13.56%与 11.47%、14.87%与 12.06%和 10.53%与 6.22%。长苞铁
杉天然林的非毛管孔隙度与常绿阔叶林接近 ,反映了二者具有良好的土壤结构。杉木人工林在 0 ～ 20 cm
和 20 ～ 40 cm 土层中的非毛管孔隙比长苞铁杉天然林少 20.53%和 21.00%,比常绿阔叶林少 23.02%和
26.61%。土壤的毛管孔隙度 、最大持水量和田间持水量亦表现上述的变化规律。林地 0 ～ 40 cm 土层中
的总蓄水量 ,长苞铁杉天然林与常绿阔叶林亦相当接近 ,分别为 50.06 mm 和 53.88 mm ,分别是杉木人工
林的 1.5倍和 1.6倍 ,反映了长苞铁杉天然林的林地土壤具有与常绿阔叶林相当的蓄水功能 ,对该地带生
态环境的维护具有重大意义。
表 3　不同林分 0 ～ 40 cm 土层的贮水性能
林分类型 土层/ cm 非毛管孔隙度/ % 毛管孔隙度/ % 最大持水量/ % 田间持水量/ % 贮水量/mm 总贮水量/ mm
长苞铁杉天然林 0～ 20 13.56 45.38 62.28 48.38 27.12
20～ 40 11.47 40.65 54.37 42.76 22.94 50.06
常绿阔叶林 0～ 20 14.87 46.02 63.32 49.95 29.74
20～ 40 12.06 42.84 60.25 46.03 24.12 53.86
杉木人工林 0～ 20 10.53 38.29 46.50 38.45 21.06
20～ 40 6.22 28.51 40.35 33.78 12.44 33.50
3.2.2　土壤的渗透性能　森林通过林冠层 、林下植被层 、凋落物层和林地土壤层对雨水的涵蓄后 ,除了部
分供应林木生长发育所需及蒸发外 ,通过林地土壤渗透 ,大部分所涵蓄的水以渗透地下水的潜流形式慢慢
地汇入江河 ,从而起到涵养水源 ,平稳河川流量 ,减低洪水灾害的作用。土壤的渗透性能可以反映出这一
作用的强弱。由表4可知 ,长苞铁杉天然林 0 ～ 20 cm 土层的初渗值(前 45 min)为10.44 mm·min-1 ,接近
于常绿阔叶林的 12.65 mm·min-1 ,是杉木人工林的 1.8 倍。这表明长苞铁杉天然林的土壤结构与质地
及机械组成与常绿阔叶林差异不大 ,而杉木人工林土壤渗透性能较差 ,与其土壤结构较差有关 ,高山地带
杉木人工林长势不好主要原因可能是气候的不适 ,其退化或弱脆的生态环境体现在土壤环境中 ,表现为地
力下降 ,土壤结构变得不良 ,进而影响到林地土壤的水源涵养功能。表 4数据同时表明 ,杉木人工林的容
重较大 ,有机质含量 、非毛管孔隙和毛管孔隙均低于长苞铁杉天然林和常绿阔叶林 ,自然地导致其较低的
水源涵养功能。因此 ,从营造水源涵养林而言 ,尤其是在高山地带不宜营造杉木人工林 ,而对于长苞铁杉
天然林来说 ,不仅可以做为一个濒危种群加以保护 ,同时亦发挥出其良好的水原涵养功能 。
4　小结
分布于高山地带的长苞铁杉天然林现在为数不多了 ,做为濒危树种其保护意义重大。然而做为水源
涵养林 ,亦具有良好的涵养水源功能。与常绿阔叶林相比 ,长苞铁杉天然林在水源涵养功能方面与之差异
·56· 福 建 林 业 科 技 第 31 卷
不大 。长苞铁杉天然林土壤的蓄水能力与渗透性能接近于常绿阔叶林 ,体现了长苞铁杉天然林在该地区
的水源涵养方面发挥着良好的功能 。天然林良好的土壤渗透性能和巨大的蓄水能力以及地上部分良好的
拦蓄降雨的能力 ,使得涵蓄的水以地下水的形式缓慢地汇入江河 ,平稳了河川径流 ,不仅对该地段的良好
生态环境的维持起着积极作用 ,同时减低了洪水灾害的作用 ,对区域范围内生态环境的改善与维护都存在
着重大意义。这些结论对今后长苞铁杉天然林的保护与经营管理无疑具有理论指导意义 。
表 4　林分 0 ～ 20 cm 土层的渗透性能
林分类型 容重/g·cm-3 有机质/ % 非毛管孔隙/ % 毛管孔隙/ %
渗透速度/ mm·min-1
初渗值 稳渗值
长苞铁杉林 0.98 2.673 13.56 45.38 10.44 6.68
常绿阔叶林 0.92 3.012 14.87 46.02 12.65 6.91
杉木人工林 1.15 2.034 10.53 38.29 6.38 3.73
参考文献:
[ 1] 姜志林.森林生态系统蓄水保土的功能[ J].生态学杂志 , 1984 ,(6):58-61.
[ 2] 中野秀章.森林水文学[ M] .北京:中国林业出版社 , 1983.
[ 3] Monsi.M.植物群落的数学模型[ M] .北京:北京科学出版社 , 1974.
[ 4] 张万儒.森林土壤定位研究方法[ M] .北京:中国林业出版社 , 1986.
[ 5] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[ M].上海:上海科技出版社 , 1978.
[ 6] 马雷华.四川米亚罗地区高山冷杉林水文作用的研究[ J] .林业科学 , 1987 , 23(3):253-265.
[ 7] 阎顺国.桥山林区油松林水源涵养功能的探讨[ J] .水土保持学报 , 1989 , 3(2):57-64.
[ 8] 杨玉盛 , 邹双全 ,刘爱琴 , 等.格氏栲天然林水源涵养功能研究[ J].自然资源学报 , 1992 , 7(3):217-223.
[ 9] 王建让.秦岭火地塘林区不同林分的枯枝落叶层的测定及其在水源涵养中的意义[ J] .西北林学院学报 , 1991 , 6(1):35
-42.
[ 10]温远光 ,刘世荣.我国主要森林生态系统类型降水截留规律的数量分析[ J] .林业科学 , 1995 , 31(4):289-298.
[ 11]林业部科技司.森林生态系统定位研究方法[ M].北京:中国科学技术出版社 , 1994.
(上接第 43 页)
参考文献:
[ 1] 赵修复.武夷山自然保护区科学考察报告集[ C] .福州:福建科学技术出版社 , 1993.
[ 2] 秦仁昌 , 裘佩熹.中国蕨类植物新种(1)[ A] .植物学集刊(第二集)[ C].北京:科学技术出版社 , 1987.1-36.
[ 3] 林来官.福建植物志(第一卷)[ M] .福州:福建科学技术出版社 , 1982.
[ 4] 邢公侠.中国植物志(第四卷第一分册)[ M] .北京:科学出版社 , 1999.
[ 5] 孔宪需.中国植物志(第五卷第二分册)[ M] .北京:科学出版社 , 2001.
[ 6] 何建源.武夷山自然保护区植被[ A].武夷山研究.自然资源卷[ C].厦门:厦门大学出版社 , 1994.
[ 7] 林英.江西植物志(第一卷)[ M] .南昌:江西科学技术出版社 , 1993.
[ 8] 张朝芳.浙江植物志(第一卷)[ M] .杭州:浙江科学技术出版社 , 1989.
[ 9] 秦仁昌.中国蕨类植物的系统排列和历史来源[ J] .植物分类学报 , 1978 , 16(3):1-19.
[ 10]丁炳扬.浙江省古田山自然保护区蕨类植物区系的研究[ J].浙江大学学报(农业与生命科学版), 2001 , 27(4):370-374.
[ 11]陈仁钧.九华山蕨类植物调查[ J] .安徽师范大学学报(自然科学版), 1985 , (2):36-40.
[ 12]吴国芳.江西省三清山的植被类型及其分布[ J].华东师范大学学报(自然科学版), 1988 , (2):88.
[ 13]严兴初.鄂西木林子自然保护区蕨类植物区系研究[ J].华中师大学报(自然科学版), 1995 , 29(2):225-230.
·57·第 4 期 钟祥顺 , 等:长苞铁杉天然林水源涵养功能研究