全 文 ：福建樟湖 35年生楠木人工林水源涵养功能研究
杨柳林
(南平市延平区夏道林业站 ,福建 南平 353000)
摘要:通过对福建樟湖 35 年生的楠木人工林林冠层 、林下植被层 、枯枝落叶层和土壤层水源涵养功能的研究 , 结果表明:楠
木人工林林分总持水量分别为 2 103.24 t·hm-2 ,楠木人工林具有较好的涵蓄水分功能。林分不同层次的持水量大小顺序
为:土壤层>林冠层>枯枝落叶层>林下植被层。土壤层是森林涵蓄降水的主要场所 ,其贮水量占林分总贮水量的 95%以
上。楠木人工林 10℃时的初渗值和稳渗值分别为 6.95 mm·min-1和 3.43 mm·min-1 ,具有良好的渗透性能。
关键词:楠木;人工林;水源涵养
中图分类号:S792.240.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:1002-7351(2005)03-0051-04
Study of Water Conservation Function of 35-Year-Old Phoebe nees Plantation in Zhanghu ,Fujian
YANG Liu-lin
(Xiadao Forest Station of Yanping District , Nanping , Nanping 353000 , China)
Abstract:The result showed Phoebe nees plantation stand to tal w ater conserva tion amount w as relatively 2103 t·hm-2 , the Phoebe
nees plantation possessed relatively good water conservation function.The water conservation amounts of different lay ers of stand
w ere:soil layer>forest crow n layer>litter layer>undervege tation layer.
Key words:Phoebe nees;plantation;water conservation
　　我国南方气候温暖湿润 ,雨量充沛 ,雨热同期 ,土壤肥沃 ,阔叶树种类繁多 ,资源较丰富。但长期以来 ,
南方大面积造林树种单调 ,仅集中于杉木 、马尾松等少数几个针叶树种 ,目前全国杉木人工林面积达 9.1
×106 hm2[ 1] 。这可能和阔叶树价值尚未被人们真正认识和接受有关外 ,与阔叶树栽培技术缺少研究 ,人
们无法掌握其造林技术亦有一定的关系 。目前杉木人工林栽培面积不断扩大 ,连栽代数不断增加 ,杉木林
地生产力的维护以及杉木林的持续速生丰产成了林业面临的主要问题[ 2] 。众多研究表明 ,阔叶树林冠层
较厚 ,枝叶较浓密 ,凋落物量大 ,易分解 ,灰分含量较多 ,养分归还量大[ 3 , 4] 。长期以来 ,由于乱砍滥伐阔叶
林 ,砍阔造针或将迹地改为他用 ,导致丰富阔叶林资源日趋减少 ,特别是一些珍贵树种如楠木 、格氏栲 、樟
树等日趋贫乏 ,有些甚至濒危灭绝。楠木(Phoebe Nees)作为珍贵阔叶树种造林 ,具有涵养水源 、培肥土壤
的作用。由于楠木木材坚实 ,结构细致 ,不易变形和开裂 ,是建筑 、家具 、造船的优良用材。本文对楠木人
工林及其相邻的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林的水源涵养功能进行比较研究 ,旨在为合理经营
楠木人工林提供科学依据 。
1　试验地概况
试验地位于福建省南平市樟湖国有林场后坪工区 ,本区属中亚热带季风气候 ,年均气温 19.3℃,年均
降水量为 1 699 mm ,降雨多集中在 3 ～ 8月份 ,年均蒸发量 1 413 mm ,年均相对湿度为 83%。2002年对楠
木人工林和相邻的杉木人工林设置标准地进行调查。标准地位于坡地的中下部 ,坡度为 30°。楠木林于
1967年营造 ,林分现存密度为 670株·hm-2 ,平均胸径 24.0 cm ,平均树高 17.3 m ,林分蓄积量为 229.22
m3·hm-2 ,郁闭度 0.95 ,林下植被主要是杜茎山 、狗脊 、鳞毛蕨等。
2　研究方法
在楠木人工林沿水平方向设置 3个 20 m×20 m 的临时标准地进行每木测尺。以平均胸径选取标准
　收稿日期:2005-01-23;修回日期:2005-04-20
　作者简介:杨柳林(1965-), 男 ,福建南平人 , 南平市延平区林业局工程师 ,从事森林培育技术研究。
第 32 卷 第 3 期
2 0 0 5 年 9 月
福 建 林 业 科 技
Jour of Fujian Forestry Sci and Tech
Vol.32　No.3
Sep., 2 0 0 5
DOI :10.13428/j.cnki.f jlk.2005.03.013
木 ,按 Monsi分层切割法测定枝 、叶生物量组成[ 5] 。在每个临时标准地按梅花形设置 5个 2 m×2 m 小样
方 ,采用样方收获法测定林下植被生物量 ,设置 5个 1 m×1 m 样方调查枯枝落叶层现存量;用“浸水称重
法”测定持水率(本文所指持水率均为湿重持水率)[ 6] 。在标准地中按“ S”形设置 5 个取样点 ,挖土壤剖
面 ,按 0 ～ 20 cm 和 20 ～ 40 cm 土层取样 ,用常规方法测定土壤理化性质[ 7] 。
3　结果与分析
3.1　楠木人工林地上部分的持水能力
森林生态系统通过地上部分的林冠层 、林下植被层 、枯枝落叶层等对天然降水进行拦蓄和重新分配 。
不同的森林类型 ,其树种组成不一样 ,树种的生物学差异导致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[ 8] 。
3.1.1　林冠层的持水能力　降雨到达森林时 ,首先为庞大的林冠层所截持 。林冠层持水能力的大小除了
受降水特征影响外 ,还取决于林分特性[ 9～ 12] 。主要由林冠层枝叶生物量 、叶面积指数 、枝叶分枝角度 、枝
叶表面粗糙度及其持水率所决定。由表 1可见 ,楠木人工林林冠层生物量为 42.62 t·hm-2 ,林冠层持水
量为 32.62 t·hm-2 ,大于南平建瓯市的杉木人工林林冠层持水量(3.11 t·hm-2)[ 7] ,为福建三明楠木人工
林乔木层持水量的 1.3倍[ 9] 。这主要是由于研究的楠木人工林树龄为 35 a ,林冠层生物量较大 ,为福建三
明楠木人工林乔木层生物量(31.31 t·hm-2)的 1.3 倍[ 9] , 而持水率相近 , 两者分别为 76.54%和
74.13%[ 9] 。楠木枝叶 、树皮较为光滑 ,持水性能较差 ,而杉木针叶多 ,枝叶树干较粗糙 ,对降水的阻滞吸
持效率更大 ,因而持水率更高 ,这种树种之间的生物学差异也导致了阔叶树和针叶树之间持水率的差异 。
表 1　楠木人工林地上部分持水性能
林冠层 林下植被层 枯枝落叶层
生物量
/ t·hm-2 持水率/ %
持水量
/ t·hm-2
生物量
/ t·hm-2 持水率/ %
持水量
/ t·hm-2
现存量
/ t·hm-2 持水率/ %
持水量
/ t·hm-2
地上部分总持水量/ t·hm-2
42.62 76.54 32.62 1.07 148.25 1.59 9.48 173.25 16.42 50.63
3.1.2　林下植被层的持水性能　不同林分结构影响了林下植被的种类及数量 ,使得不同林分林下植被层
的持水能力存在明显的差异 ,林下植被层的生物量和持水率共同决定林下植被层持水量的大小 。由表 1
可见 ,楠木人工林林下植被持水量为 1.59 t·hm-2 ,这主要是由于楠木人工林林分郁闭度达 0.95 ,限制了
林下植被的生长 ,使其林下植被的生物量为 1.07 t·hm-2 ,低于杉木人工林林下植被生物量(2.74 ～ 8.63 t
·hm-2)[ 10] ,林下植被持水率楠木人工林为 148.25%(表 1),高于 1代杉木林下植被持水率(68.8%)[ 10] ,
这主要是由于楠木人工林林下植被主要是杜茎山 、狗脊 、鳞毛蕨等具有较大的持水率 。人工林林下植被在
自然演替过程中受到人为因素和自然因素的综合影响 ,但它的消长主要取决于林内光照条件和立地条
件[ 11] ,导致杉木林在不同代数及不同生长发育阶段的林下植被生物量和物种组成存在较大的差异。楠木
人工林由于郁闭度大 ,林下植被数量和种类相对较少 ,因而其持水量较小。
3.1.3　枯枝落叶层的持水能力　林地枯枝落叶层是森林涵养水源中的重要环节 ,既能截持降水又能使土
壤免受雨滴直接打击地面 ,又能阻滞径流和地表冲刷 ,还能通过腐殖质的形成 ,改良土壤结构 ,提高土壤渗
透性 。枯枝落叶层的持水性能与枯落物的组成 、数量及分解速度有关[ 9] 。表 1可见 ,楠木人工林枯枝落叶
层持水量达 16.42 t·hm-2 ,这主要是因为林地的枯枝落叶层现存量楠木人工林达 9.48 t·hm-2 ,同时 ,楠
木人工林枯枝落叶层持水率也达 173.25%(表 1)。楠木人工林枯枝落叶层现存量低于格氏栲天然林
(24.39 t·hm-2)[ 9] 、高于杉木人工林(5.78 t·hm-2)[ 10] ,因此枯枝落叶层持水量也介于格氏栲天然林
(18.78 t·hm-2)和杉木人工林(9.35 t·hm-2)之间。
3.2　林分土壤层的持水性能
林地土壤是森林涵养水源的主要场所 ,在森林水分循环中起着重要的作用。森林土壤除了受成土环
境因素的影响外 ,还受到森林地被物根系 、土壤生物等的影响 ,具有特殊的理水功能 。其对降水的调节能
·52· 福 建 林 业 科 技 第 32 卷
力主要表现在渗透能力和静态调蓄能力 2方面。落到林地上的雨水能沿着土壤孔隙下渗 ,贮存于土壤孔
隙中或转化为地下径流。因而森林土壤涵养水分能力取决于土壤的孔隙状况 。由表 2可见 ,楠木人工林
40 cm 土层最大贮水量为 2 052.61 t·hm-2 ,为闽江中上游地区杉木林地的 1.23倍 ,这主要是由于楠木人
工林土壤孔隙比杉木人工林大 ,表层土壤(0 ～ 20 cm)毛管孔隙和非毛管孔隙分别为杉木人工林的 1.23和
1.14倍[ 7] ,20 ～ 40 cm 土壤层亦有此趋势 ,因此其最大持水量高于杉木人工林。
表 2　楠木人工林 40 cm 土壤层贮水性能
土层厚度/ cm 容重/ g·m-3 毛管孔隙/ % 非毛管孔隙/ % 最大持水量/ % 田间持水量/ %
40 cm 土层最大
贮水量/ t·hm-2
0～ 20 1.09 42.90 10.38 48.61 31.28 2052.61
20～ 40 1.15 38.27 10.50 43.17 26.66
3.3　林分土壤的渗透性能
土壤的渗透能力是土壤的重要水分物理性质之一 ,它与土壤质地 、结构 、孔隙度 、有机质 、土壤湿度 、温
度等有关 。森林通过地上植被和林地土壤层对雨水的涵蓄后 ,除了林地蒸发散外 ,大部分降水通过林地土
壤渗透 ,以壤中流或地下水潜流形式汇入江河 。森林土壤的渗透性能反映出这一作用的强弱 。楠木人工
林 0 ～ 40 cm土层土壤渗透性能见表 3。
由表 3可知 ,楠木人工林 0 ～ 40 cm 土层的初渗值(前 45 min)为 6.95 mm·min-1 ,是陆尧森报道的杉
木人工林的 1.21倍 ,楠木人工林 K10值为 3.43 mm·min-1 ,为杉木人工林的 1.12倍。这表明楠木人工林
的土壤结构与质地略好于杉木人工林 ,但却远小于格氏栲天然林[ 9] ,说明人工林经营导致土壤渗透性能
较差 ,而楠木和杉木根系分泌的油脂类物质和叶片淋下的物质也不同程度地改变了土壤的性质[ 13] 。
表 3　楠木人工林 0 ～ 20 cm 土层土壤渗透性能
容重/ g·cm-3 有机质/ g·kg -1 非毛管孔隙/ % 通气度/ % 排水能力/ mm 渗透速度/ mm·min
-1
初渗值 稳渗值
1.09 31.81 10.38 20.28 37.78 6.95 3.43
3.4　林分水源涵养功能的综合评价
林分总持水量由地上部分持水量和土壤层持水量组成[ 12] 。林分总持水量越大 ,表明林分涵蓄水分能
力越强[ 10] 。从表 4可以看出:楠木人工林 40 cm厚土层贮水量为 2 052.61 t·hm-2 ,林分土壤层持水量均
占林分总持水量的 95%以上 ,土壤在森林涵养水源中起主要作用。林分不同层次的持水量大小顺序为:
土壤层>林冠层>枯枝落叶层 >林下植被层。楠木人工林林分总持水量是南平建瓯市杉木人工林的
1.22倍 。但林分总持水量小于格氏栲天然林[ 9] 。
表 4　楠木人工林林分总持水量
林分密度/株·hm-2
地上部分 土壤层(40 cm 厚)
持水量/ t·hm-2 占林分总持水比率/ % 贮水量/ t·hm-2 占林分总持水比率/ %
林分总持水量/ t·hm-2
670 50.63 2.41 2052.61 97.59 2103.24
4　小结
楠木人工林林分总持水量为 2 103.24 t·hm-2 ,楠木人工林林分涵养水源高于福建建瓯市的杉木人工
林而小于福建三明格氏栲天然林。土壤层是森林涵蓄降水的主要场所 ,其贮水量占林分总贮水量的 95%
以上 。枯枝落叶层的持水量在地上部分的持水作用中占重要地位 。楠木人工林 10℃时的初渗值和稳渗
值分别为 6.95 mm·min-1和 3.43 mm·min-1 ,但远小于天然林渗透速度。楠木人工林的渗透性能优于同
一地区杉木人工林。目前福建省森林树种严重针叶化 ,针叶林占 68.7%,阔叶林占 31.3%。在营造的人
工林中 ,针叶林占 96.7%,随着福建省阔叶林面积不断减少 ,增加阔叶树种特别是珍贵树种如楠木等的种
·53·第 3 期 杨柳林:福建樟湖 35 年生楠木人工林水源涵养功能研究
植面积对提高林业效益有着重要的意义 。同时阔叶树凋落量比针叶树大 ,有着良好的枯枝落叶层 ,不但有
着良好的吸持水分的能力 ,而且对维护和改良土壤结构 ,保护和提高土壤渗透能力有极其重要的作用。人
工林经营中要注意森林保护 ,增加地表覆盖 ,改善土壤结构 ,增强土壤渗透性。
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