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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 3 期摇 摇 2013 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
生态系统服务功能模拟与管理
保障自然资本与人类福祉:中国的创新与影响 Gretchen C. Daily,欧阳志云,郑摇 华,等 (669)………………
建立我国生态补偿机制的思路与措施 欧阳志云,郑摇 华,岳摇 平 (686)…………………………………………
区域生态合作机制下的可持续农户生计研究———以“稻改旱冶项目为例
梁义成,刘摇 纲,马东春,等 (693)
………………………………………
………………………………………………………………………………
生态系统服务功能管理研究进展 郑摇 华,李屹峰,欧阳志云,等 (702)…………………………………………
白洋淀流域生态系统服务评估及其调控 白摇 杨,郑摇 华,庄长伟,等 (711)……………………………………
汶川地震灾区生物多样性热点地区分析 徐摇 佩,王玉宽,杨金凤,等 (718)……………………………………
土地利用变化对生态系统服务功能的影响———以密云水库流域为例 李屹峰,罗跃初,刘摇 纲,等 (726)……
森林生态效益税对陕西省产业价格水平的影响 黎摇 洁,刘峥男,韩秀华 (737)…………………………………
海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素 饶恩明,肖摇 燚,欧阳志云,等 (746)……………………
居民对文化林生态系统服务功能的认知与态度 高摇 虹,欧阳志云,郑摇 华,等 (756)…………………………
青海省三江源自然保护区生态移民补偿标准 李屹峰,罗玉珠,郑摇 华,等 (764)………………………………
张家界武陵源风景区自然景观价值评估 成摇 程,肖摇 燚,欧阳志云,等 (771)…………………………………
国家生态保护重要区域植被长势遥感监测评估 侯摇 鹏,王摇 桥,房摇 志,等 (780)……………………………
都江堰市水源涵养功能空间格局 傅摇 斌,徐摇 佩,王玉宽,等 (789)……………………………………………
汶川地震重灾区生态系统碳储存功能空间格局与地震破坏评估 彭摇 怡,王玉宽,傅摇 斌,等 (798)…………
前沿理论与学科综述
“波特假说冶———生态创新与环境管制的关系研究述评 董摇 颖 ,石摇 磊 (809)…………………………………
生态环境保护与福祉 李惠梅,张安录 (825)………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌最新分类系统与物种多样性研究概况 王宇涛,辛国荣,李韶山 (834)……………………………
个体与基础生态
“蒸发悖论冶在秦岭南北地区的探讨 蒋摇 冲,王摇 飞,刘思洁,等 (844)…………………………………………
内蒙古荒漠草原主要草食动物食性及其营养生态位 刘贵河,王国杰,汪诗平,等 (856)………………………
基于面向对象及光谱特征的植被信息提取与分析 崔一娇,朱摇 琳,赵力娟 (867)………………………………
桉树叶片光合色素含量高光谱估算模型 张永贺,陈文惠,郭乔影,等 (876)……………………………………
枫杨幼苗对土壤水分“湿鄄干冶交替变化光合及叶绿素荧光的响应 王振夏,魏摇 虹,吕摇 茜,等 (888)…………
模拟淹水对杞柳生长和光合特性的影响 赵竑绯,赵摇 阳,张摇 驰,等 (898)……………………………………
梨枣花果期耗水规律及其与茎直径变化的相关分析 张琳琳,汪有科,韩立新,等 (907)………………………
基于上部叶片 SPAD值估算小麦氮营养指数 赵摇 犇,姚摇 霞,田永超,等 (916)………………………………
种群、群落和生态系统
我国南亚热带几种人工林生态系统碳氮储量 王卫霞,史作民,罗摇 达,等 (925)………………………………
低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 黎燕琼,龚固堂,郑绍伟,等 ( 934 )………………………
浙江紧水滩水库浮游植物群落结构季节变化特征 张摇 华,胡鸿钧,晁爱敏,等 ( 944 )…………………………
黑龙江凤凰山国家级自然保护区野猪冬季容纳量及最适种群密度 孟根同,张明海,周绍春 ( 957 )…………
云南苍山火烧迹地不同恢复期地表蜘蛛群落多样性 马艳滟,李摇 巧,冯摇 萍,等 ( 964 )………………………
景观、区域和全球生态
基于综合气象干旱指数的石羊河流域近 50 年气象干旱特征分析 张调风,张摇 勃,王有恒,等 ( 975 )………
基于 CLUE鄄S模型的湟水流域土地利用空间分布模拟 冯仕超,高小红,顾摇 娟,等 ( 985 )……………………
研究简报
三大沿海城市群滨海湿地的陆源人类活动影响模式 王毅杰,俞摇 慎 ( 998 )……………………………………
洋河水库富营养化发展趋势及其关键影响因素 王丽平,郑丙辉 (1011)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*350*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄02
封面图说: 卧龙自然保护区核桃坪震后———汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,地震的强
度、烈度都超过了 1976 年的唐山大地震。 在这次地震中,震区的野外大熊猫受到不同程度的影响,卧龙自然保护区
繁育中心的赠台大熊猫团团、圆圆居住的屋舍上方巨石垮塌,房舍全部毁坏,只因两只熊猫在屋外玩耍逃过一劫。
不过,圆圆一度因惊恐逃走,失踪 5 天后才被找回来。 由于繁育基地两面山体滑坡,竹子短缺等原因,繁育基地只能
将大熊猫全部转移下山。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 3 期
2013 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 3
Feb. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家科技支撑计划(2011BAD38B04)
收稿日期:2012鄄07鄄14; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: mucl2006@ yahoo. com. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201207140993
黎燕琼, 龚固堂, 郑绍伟, 陈俊华, 慕长龙, 朱志芳, 吴雪仙, 牛牧. 低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响. 生态学报,2013,33
(3):0934鄄0943.
Li Y Q, Gong G T, Zheng S W, Chen J H, Mu C L, Zhu Z F, Wu X X, Niu M. Impact on water and soil conservation of different bandwidths in low-
efficiency cypress forest transformation. Acta Ecologica Sinica,2013,33(3):0934鄄0943.
低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响
黎燕琼, 龚固堂, 郑绍伟, 陈俊华, 慕长龙*, 朱志芳, 吴雪仙, 牛摇 牧
(四川省林业科学研究院,成都摇 610081)
摘要:川中丘陵区是四川乃至长江上游水土流失最为严重的区域之一。 为水分涵养和遏制土壤流失, 20 世纪 60 年代开始,该
区域内营建了大量以桤柏混交为主的人工林。 随着桤木的消退,桤柏混交林林快速发展为柏木纯林;林分树种单一、结构不合
理,天然更新不良、稳定性差,水源涵养、水土保持等生态服务功能降低等问题突显;严重威胁着长江下游生态安全,亟需进行林
分改造。 为了寻求有效的林分改造措施,从 2005 年开始,课题组在川中丘陵区开展了以不同带宽强度的带状采伐和采伐带补
阔的林分改造试验。 以 2005 年改造林分为对象,研究不同改造措施对林分水土保持功能的影响,为下一步大面积林分改造提
供依据。 研究结果表明:(1)林分改造总体降低了林分的林冠截留,截留量大小表现为:对照>10m带宽改造林分>8m带宽改造
林分>6m带宽改造林分>4m带宽改造林分。 (2)林下灌草生物量鲜重和截留量 8m改造林分最大,其次 6m 改造林分>10m 改
造林分>4m改造林分>对照林分。 (3)枯落物量和持水均以对照高于改造林分,但总体数值较小;各改造林分间无显著性差异。
(4)改造林分土壤孔隙度与贮水量均显著性高于对照林分;并以 8m和 10m改造强度林分数值最大。 (5)照林分地表总径流深
极显著性低于各带宽改造强度林分;总产沙量则对照(产沙总量达 1262. 52kg / hm2 )极显著性高于改造林分(499. 25—484. 95
kg / hm2) ,不同改造强度林分间的产沙量没有显著性差异。 从改造林分水土保持综合功能看,8m改造林分最好。
关键词:低效柏木纯林; 林分改造; 水土保持; 功能
Impact on water and soil conservation of different bandwidths in low鄄efficiency
cypress forest transformation
LI Yanqiong, GONG Gutang, ZHENG Shaowei, CHEN Junhua, MU Changlong*, ZHU Zhifang, WU Xuexian,
NIU Mu
Sichuan Academy of Forestry, Chengdu 610081, China
Abstract: The central Sichuan hilly area is one of the heaviest eroded region in the upper reach of Yangtze rive. In order to
mitigate the soil loss and enhance water conservation, large mixed plantations between cypress and alder were established
starting from 1960s. However, alder gradually disappeared with stand succession, and the plantations developed into
cypress monoculture that is characterized by irrational structure, poor natural regeneration, poor stand stability and low
ecological functions. In order to adjust the structure of cypress monoculture and improve its ecological functions,
transformation experiment with different cutting intensity (cutting and replanting in different bandwidths) have been carried
out from 2005. Canopy interception, water鄄holding of ground cover, soil water storage and surface runoff and sediment yield
were studied in the transformation experiment. The results have shown that: ( 1 ) after stand transformation, canopy
interception reduced, the total rainfall interception and interception per rainfall from 2010 to 2011 ranked from higher to
lower as: the contrast(without cutting) > 10 m bandwidth> 8 m bandwidth> 6 m bandwidth >4m bandwidth, and the
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differences among them were significant. (2) Transformed stands promoted the development of the shrubs and grasses;
fresh biomass and water鄄holding capacity of shrubs and grasses were significantly higher than the contrast. The shrub
biomass ranked as 8 m bandwidth> 10 m bandwidth > 6 m bandwidth >4m bandwidth >the contrast(without cutting) . The
grass biomass in 8 m bandwidth is the highest one ((9. 93依0. 56) t / hm2) and the lowest one occurred in 4m bandwidth
((7. 10 依0. 11) t / hm2 ). (3) The biomass and water鄄holding capacity of litter reduced after transformation, the total
biomass and water鄄holding capacity of litter was significantly lower than the contrasts ((1. 28依0. 081) t / hm2 and 0. 36 依
0. 019mm). (4) Soil porosity and water retention in the transformed stands were higher than the contrast; but significant
difference to the contrast only occurred in 8 m and 10 m bandwidths. (5) The total surface runoff depth of the contrast was
very significantly lower than the transformed stands; the total sediment yield of the contrasts (1262. 52kg / hm2 ) was
significantly higher than the transformed stand (499. 25—484 . 95 kg / hm2); but there was no significant difference among
the different transformed bandwidths. By comparison, 8m bandwidth is the most suitable one in cypress transformation.
Key Words: low鄄efficiency cypress monoculture; stand transformation; water and soil conservation; function
川中丘陵区为典型的农林复合生态系统,农地和林地镶嵌分布,加之丘陵中生代紫红色砂岩和泥岩,质地
松脆,极易遭受侵蚀和风化,以及丘坡较陡,夏半年雨水集中分布等因素的影响,导致该区域水土流失严重,是
四川乃至长江上游水土流失最为严重的区域之一。 为降低水土流失,自 20 世纪 60 年代以来,尤其是长江防
护林建设工程启动后, 我国先后在川中丘陵区营造了大面积的人工桤 ( Alnus cremastogyne ) 柏
(Cupressusfunebris)混交林。 由于桤木为速生树种,在 18—20 龄左右趋于成熟,随着桤木被砍伐、衰老和死亡,
林分中的桤木逐渐消退,桤柏混交林快速向柏木纯林演替[ 1 ],并逐渐突显出林分树种单一,结构不合理;林分
郁闭度过大,林下灌草稀疏,生物多样性下降等特点;尤其这些林分在 25a 后,水土保持功能的显著性降
低[ 2鄄4],严重威胁着长江下游生态安全。 目前,亟需对这类林分进行有效的林分改造,以提高其生态效益。 从
2005 年开始,课题组在盐亭,开展低效柏木林改造试验。
本研究以 2005 年改造林分为对象,研究了低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响。 这将为
该区域下一步大面积低效林的改造提供具体操作技术和理论依据。
1摇 研究地点
研究地点位于四川中部地区盐亭县,属低山丘陵地貌,海拔 350—650m。 该区属亚热带湿润季风气候区,
根据刘家河水文气象站 1986—2010 年的气象数据显示,年平均降水量 674. 3—825. 8 mm,主要集中在 5—9
月,占年降雨量的 80. 1% ;平均气温 17. 3益。 该区广泛出露紫色泥页岩和砂石岩地层, 其中泥页岩占 50%—
60% , 易风化崩解破碎, 成土过程快, 土壤抗蚀力弱[3],土壤类型主要为紫色土。 现存林分主要是 20 世纪
70—80 年代长江防护林建设工程营建的人工柏木纯林。 大多柏木纯林林分密度过大,水土保持、水文效应等
生态效益低下,亟需进行结构调整。
为了构建合理的林分结构,促进林分乔灌草合理配置,提高林分的水土保持等生态服务功能,从 2005 年
开始,课题组在林山乡林园村,选择了林分林龄 35—40a,林分郁闭度逸0. 8,林下灌木盖度臆20% ,草盖
度臆45% ,枯落物盖度臆50% ,天然更新不良的低效柏木林,进行了带状采伐和补阔相结合的林分改造。 以随
机抽样的方式,在需要改造林分中设置不同强度的林分改造带和对照带。 林分改造按照采伐带与保留带呈相
同带宽纵向交替分布方式,分别设置带宽 4、6、8、10m 共 4 个强度和 15—20m 的对照带进行改造;在采伐带
中,以桤木、喜树 ( Camptotheca acuminata )、 香椿 ( Toona sinensis )、 刺槐 ( Robinia pseudoacacia )、 香樟
(Cinnamomum camphora)等阔叶树种进行人工补阔;经营方式采用近自然经营方式;每个改造强度设置 2—3
个重复。 按照上述林分改造方式,进行了 4 个林分改造重复。 布置重复试验的林分,在改造前,除分布位置不
同,其林分郁闭度、乔灌草特征及土壤物理性质、营养成分含量等立地条件等均无显著性差异。
539摇 3 期 摇 摇 摇 黎燕琼摇 等:低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 摇
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2摇 试验方法
2. 1摇 样地设置
摇 选择改造样点中,垫子边、老坟嘴、养老院对山 3 个样点改造林分进行样地设置。 在每个调查样点,分别就
不同带宽的采伐带、保留带和对照林带,按照自上而下的顺序,设置小样方进行调查,以同一改造强度内采伐
带和保留带调查指标结果值取平均值作为该改造强度下林地指标值。 各样带主要调查内容包括:乔木密度
(胸径逸5cm),灌木和草本盖度和高度,灌木和草本鲜重生物量,分种取鲜样测定持水率。 灌木样方 2m伊2 m;
草本样方 1m伊1m,分布在灌木样方的右上角和左下角;枯落物样方 0. 5 m伊0. 5 m,分布在灌木样方的四个角
上,收集枯落物,装入塑料袋带回实验室处理,并计算枯落物持水。 每个调查带灌木样方不得低于 10 个,选取
3 个剖面,采用环刀分 0—15 、15—30、30—45cm 3 个层次取样,测定土壤孔隙度,取 3 个土层平均值为孔隙度
值。 其中枯落物持水按照公式(1)计算:
枯落物持水量(mm)= 枯落物存储量(t / hm2) 伊枯落物持水率(% )伊10-1 (1)
表 1摇 样地概况统计表
Table 1摇 Basic status of sampling plots
类型
Stand type
乔木密度
Density
/ (株 / hm2)
林分组成
Stand structural
灌木盖度 / %
Shrub Coverage
灌木高度 / cm
Shrub Height
草本盖度 / %
Herb Height
草本高度 / cm
Herb Height
玉 4m改造林 4MCI 1972依18 柏木 /桤木 /喜树(7颐2颐1) 29. 40依0. 43 102. 48依4. 10 89. 75依1. 14 25. 78依0. 29
域 6m改造林 6MCI 2015依10 柏木 /桤木 /喜树(6颐2颐2) 28. 50依0. 60 107. 03依2. 23 92. 75依0. 77 34. 49依0. 39
芋 8m改造林 8MCI 2146依8 柏木 /桤木 /喜树(6颐2颐2) 27. 00依0. 56 113. 49依3. 09 89. 40依1. 06 40. 23依0. 45
郁 10m改造林 10MCI 2038依10 柏木 /桤木 /喜树(7颐2颐1) 25. 05依0. 74 102. 06依2. 89 97. 00依0. 55 31. 95依0. 43
吁对照 CK 3358依15 柏木(10) 17. 15依0. 55 73. 01依1. 93 40. 00依1. 50 15. 47依0. 34
摇 摇 玉: Forest with 4 m cutting intensity ;域:Forest with 6 m cutting intensity;芋: Forest with 8 m cutting intensity;郁:Forest with 10m tcutting intensity
2. 2摇 林冠截留
林冠截留按照:林冠截留量=降水量-穿透雨量-树干茎流量[5]计算。 降雨量:在试验地外 50 m 空地上安
置 CR鄄2 型自计雨量计,测定试验期间大气降雨量。 树干径流测定:根据径级和冠幅大小,分别在不同改造强
度的采伐带、保留带和对照样地内,每个树种选择 5 株标准木,用直径为 1cm 的聚乙烯塑料管剖开后沿树干
螺旋形围绕 2—3 圈,固定在树干并用胶泥填补缝隙;塑料管下部与地面呈 30毅左右角度,接入 10L 塑料桶内
收集树干径流,以均值作为单株的树干径流量,各树种单株径流量乘以林木密度之和,即为林分总树干径流
量。 穿透雨量测定:在同一样地,内随机布设 10 个口径为 20cm 塑料容器(去除周围的草本植被,使其低于容
器),收集每次降雨的穿透雨量,以均值作为穿透雨量。
2. 3摇 灌草截留
灌草截留量采用一般的收获法和浸水法测定[6]。 计算公式:
I =移WiR i10 -1 (2)
式中, I为灌草层截留量(mm); Wi 为 i种植物地上部分鲜重生物量(t / hm2);R i 为 i种植物的持水率(% )。
2. 4摇 土壤贮水量
采用中国生态系统研究网络陆地生态系统水环境观测规范[7]中的方法测定土壤孔隙度。 土层厚度统一
以 45cm计算,土壤贮水量分别按照以下公式计算[8]:
Wc = 1000Pc H ; Wn = 1000Pn H ; Wt = Wc + Wn (3)
式中,Wc 、Wn和 Wt分别为土壤毛管持水量(mm) 、非毛管持水量(mm) 和最大持水量(mm);Pc 、Pn 分别为
毛管孔隙度(% ) 、非毛管孔隙度(% ); H为土层深度(m) 。
2. 5摇 径流与产沙
试验样地中,用 PVC 材料,结合改造样地地形地势,自上而下,每个样带布置 3—5个 2 m 伊4 m[4]临时径
639 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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流小区,测定相同降雨条件下,不同林分类型的径流量和产沙量;以同一样带小区测定的总值为该样带测定面
积的径流量和产沙量;以采伐带和保留带测定平均值为改造样地测定值。
2. 6摇 数据处理与分析
采用 Excel2003 进行数据数据统计和图表制作;采用 SPSS13. 0 进方差分析和差异性检验。
3摇 研究结果
3. 1摇 林冠截留
图 1 为 2010 年和 2011 年不同强度改造林分降雨量与林冠截留量关系图。 研究表明:改造林分和未改造
林分的林冠截留量都与降雨量呈极显著的幂函数关系;林冠总截留量和单次最大降雨量的截留量的变化趋势
一致,按照截留量大小排序,林分截留总体表现为:对照林分截留量最大,其单次截留最大达到 8. 9mm;其次
是 10m改造林分>8m改造林分>6m改造林分,4m改造林分截留量最低,单次最大截留量为 5. 6mm。 经截留
量成对 t检验(表 1)结果表明,各林分的林冠截留量都有极显著性差异(P<0. 01)。 在不同强度的改造林分
中,林冠截留量大小表现为采伐带极显著性低于保留带;保留带与采伐带中林冠截留的变化趋势相同。
图 1摇 不同改造强度下林分降雨量与林冠截留关系图
Fig. 1摇 The relationship between rainfall and canopy interception in forests with different cutting intensity
3. 2摇 灌草生物量与持水量
图 2 为不同改造强度林分灌草鲜重生物量与持水量,可以看出,灌草鲜重生物量与持水量都表现为改造
林分显著性高于对照,但在不同强度的林分间有差异。 灌木鲜重生物量与持水量大小排序表现为:8m改造林
739摇 3 期 摇 摇 摇 黎燕琼摇 等:低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 摇
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分>10m改造林分>6m改造林分逸4m改造林分;草本鲜重生物量与持水量表现为 8m 改造林分最高,达到了
(9. 93依0. 56)t / hm2 和(0. 99 依0. 089)mm; 6m 改造林分次之;4m 改造林分最低,为(7. 10 依0. 11) t / hm2 和
(0郾 60依0. 049)mm。
表 2摇 不同带宽改造强度林分林冠截留成对 t检验 P值
Table 2摇 P values of paired t鄄test on canopy interception in forests with different cutting intensity
带宽 / m
Bandwidth
保留带 Remaining band
6 8 10
采伐带 Cutting band
6 8 10
林分 Forest
6 8 10
对照
CK
4 9. 302** 10. 670** 11. 376** 2. 407** 0. 137 1. 345* 3. 709** 5. 233** 5. 971** 10. 487**
6 8. 349** 9. 632** 10. 4362** 9. 249** 11. 196** 10. 780** 11. 102**
8 10. 377** 5. 158** 9. 235** 11. 073**
10 11. 140**
摇 摇 * 表示 P<0. 05,差异显著;**表示 P<0 01,差异极显著
图 2摇 不同改造强度灌草层鲜重生物量与持水量
Fig. 2摇 Fresh biomass and water鄄holding capacity of shrubs and grasses in forests with different cutting intensity
图中同组字母为 LSD比较结果,相同字母表示没有显著性差异,不同字母为有显著性差异;方差分析无差异不再进行 LSD检验
在改造林分中,灌木鲜重生物量与持水量在采伐带和保留带中变化趋势大致相同。 灌木生鲜重物量和持
水量大小表现为:在 4m改造林分中,采伐带高于保留带;其余改造强度表现为保留带高于采伐带。 草本鲜重
生物量均表现为采伐带低于保留带;草本持水量则表现为,在 4m 和 10m 采伐带草本持水量低于其保留带,
6m和 8m的保留带较高于采伐带;草本持水量在保留带和采伐带中,除 6m和 8m带,其余各带宽间也有显著
性差异。
3. 3摇 枯落物量及持水量
从不同改造强度下林分枯落物量与其持水量(图 3)可以看出,以对照林分枯落物含量和持水量((1. 28依
0. 081) t / hm2 和(0. 36依0. 019)mm)显著性高于改造林分,其大小排序为对照最高,6m、8m 改造强度林分次
之,10m改造强度林分最低;这主要是由于改造林分中,采伐带枯落物量和枯落物持水量较低,其范围分布在
(0郾 59依0. 154)—(0. 65依0. 133) t / hm2 和(0. 16依0. 034)—(0. 22依0. 031)mm。 林分枯落物量和枯落物持水量
表现为改造林分与对照有显著性差异,改造林分间没有差异。 在不同改造强度中,不同带宽采伐带间和不同
带宽保留带间的枯落物量及枯落物持水量没有显著性差异(经方差分析,差异不显著(F839 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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图 3摇 不同改造强度林分枯落物量与持水量
Fig. 3摇 The biomass and water鄄holding capacity of litter in forests with different cutting intensity
2. 4摇 土壤孔隙度与贮水量
林分改造后,改变了林分内微环境的改变,也改变了土壤孔隙度。 从图 4 不同改造强度林分土壤孔隙度
与贮水量状况图可以看出,改造后林分土壤的孔隙度和土壤持水量均显著性高于对照林分。 其中各改造强度
下林分土壤的非毛管孔隙度、总孔隙度与非毛管持水量、最大持水量与照林分均有显著性差异;毛管孔隙度和
毛管持水量则表现 8m和 10m改造强度与对照林分有显著性差异,其余林分间没有显著性差异。 在不同改造
强度下,除了 4m 改造强度下,林分土壤的非毛管孔隙度及非毛管持水量与其余改造强度林分有显著性差异
外,其余各改造强度下的土壤孔隙度与贮水量均没有显著性差异。 改造林分中,其采伐带中土壤孔隙度和贮
水量较高于保留带。
图 4摇 不同改造强度林分的土壤孔隙度与贮水量
Fig. 4摇 The soil porosity and water storage in forests with different cutting intensity
939摇 3 期 摇 摇 摇 黎燕琼摇 等:低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 摇
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2. 5摇 径流深与产沙量
表 3 为 2010 年 5—9月的降雨量和不同改造强度下林分地表径流深和产沙量。 结果表明:林分总径流深
以对照林分最小,且与各改造强度林分的地表径流深有极显著性差异。 从不同改造强度林分径流深分配看,
采伐带中径流深均明显高于保留带;经成对 t检验结果显示(表 4)除了 8m 改造强度林分与 6m 和 10m 改造
林分无显著性差异外,其余各改造强度林分间的径流深有显著性差异。 在改造林分不同带宽的保留带径流
深,4m分别与 8m和 10m有显著性差异,其余带宽没有显著性差异;采伐带中除 6m 和 8m 没有显著性差异,
其余带宽间均有极显著性差异。
林分总产沙量表现为对照(产沙总量达 1262. 52kg / hm2)极显著性高于改造林分(499. 25—484. 95 kg /
hm2) ,不同改造强度林分间的产沙量没有显著性差异。 在改造林分中,保留带的产沙量低于采伐带。 其保留
带产沙量范围为 426. 61—449. 19 kg / hm2,采伐带产沙量则以 4m最高,为 571. 89 kg / hm2;经成对 t 检验结果
显示(表 4),保留带中,4m与其余各带宽有显著性差异,其余没有;采伐带中,各带宽间均有显著性差异。
表 3摇 不同带宽强度改造林分径流深与产沙量
Table 3摇 The runoff depth and sediment yield in forests with different transformation intensity
月份 Month
径流深 Runoff yield / mm
5 6 7 8 9 合计 Total
产沙量 Sediment yield / (kg / hm2)
5 6 7 8 9 合计 Total
降雨量 63. 4 108. 7 166. 9 157. 8 142. 7 639. 5 63. 4 108. 7 166. 9 187. 8 142. 7 639. 5
保留带 4 7. 5 21. 3 40. 1 29. 5 27. 4 125. 8 32. 08 49. 05 78. 35 213. 18 53. 95 426. 61
Retain the belt 6 6. 2 14. 4 37. 5 30. 4 33. 7 122. 2 34. 01 37. 10 91. 50 192. 99 83. 24 438. 84
8 5. 1 12. 7 41. 1 36. 4 21. 4 116. 7 35. 74 45. 82 82. 81 193. 41 69. 39 427. 17
10 6. 3 13. 9 43. 2 31. 4 24. 6 119. 4 40. 12 56. 39 74. 59 205. 91 72. 18 449. 19
采伐带 4 17. 4 31. 5 61 57. 5 42. 2 209. 6 53. 28 67. 49 103. 50 252. 81 94. 81 571. 89
Cutting belt 6 20. 4 27. 9 57. 1 52. 7 40. 2 198. 3 44. 14 58. 25 97. 93 249. 17 84. 32 533. 81
8 18. 5 23. 1 58. 7 56. 4 43. 5 200. 2 48. 20 63. 92 107. 21 250. 48 79. 39 549. 20
10 19. 8 25. 9 53 50. 5 42. 6 191. 8 47. 91 58. 21 98. 30 243. 99 72. 31 520. 71
林分 4 12. 45 26. 4 50. 55 43. 5 34. 8 167. 7 42. 68 58. 27 90. 93 233. 00 74. 38 499. 25
Forest 6 13. 3 21. 15 47. 3 41. 55 37 160. 3 39. 07 47. 68 94. 72 221. 08 83. 78 486. 32
8 11. 8 17. 9 49. 9 46. 4 32. 5 158. 5 41. 97 54. 87 95. 01 221. 94 74. 39 488. 18
10 13. 05 19. 9 48. 1 40. 95 33. 6 155. 6 44. 02 57. 30 86. 44 224. 95 72. 25 484. 95
对照 CK 8. 6 16. 5 43. 8 30. 3 28. 1 127. 3 103. 72 158. 59 237. 14 588. 62 174. 45 1262. 52
表 4摇 不同带宽改造强度林分地表径流和产沙量成对 t检验的 P值
Table 4摇 P values of paired t鄄test on surface runoff and sediment yield in forests with different cutting intensity
类型
Type
带宽 / m
Bandwidth
保留带 Retain the belt
6 8 10
采伐带 Cutting belt
6 8 10
林分 Forest
6 8 10
对照
CK
径流深 4 0. 332 0. 670* 0. 689* 1. 625** 1. 065** 1. 708** 1. 095** 1. 065** 2. 072** 5. 055**
Runoff yield 6 0. 349 0. 234 0. 233 1. 204** 0. 203 1. 345** 4. 453**
8 0. 377 0. 943** 0. 421 0. 417**
10 4. 383**
产沙量 4 3. 103** 2. 785** 2. 848** 3. 802** 2. 231** 2. 848** 1. 793** 1. 234** 1. 588** 1. 259**
Sediment yield 6 0. 277 0. 019 5. 910** 1. 462** 0. 630** 0. 880** 1. 550**
8 0. 584 1. 293** 0. 137 1. 149**
10 1. 838**
摇 摇 * P<0. 05,差异显著;**P<0 01,差异极显著
4摇 结论与讨论
林冠截留作为森林生态系统中水源涵养效能的重要环节,一直以来,都被广泛关注并进行了大量研
究[9鄄12]。 根据林分林冠截留总量和单次最大截留量的大小排序显示,这次林分改造降低了林分的林冠截留,
各改造林分林冠截留率为 10. 29%—11. 90% ,均低于对照林分 17. 86% 。 这是因为林分的林冠截留量不仅与
林分内乔木层树种的密度呈相关,还与林分内树种组成相关。 改造林分中树种密度均低于对照林分,且林分
049 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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内补造的阔叶树种相对未改造的柏木树种,树冠冠幅较小,枝叶含量较少,对雨水的截留量较少。 改造林分截
留率降低,这对季节性干旱缺水的川中丘陵区而言,这样的改变有利于林分涵养水源。 因为林冠对降水的截
留或再分配,是森林生态系统涵养水源,调节河川径流的主要生态功能之一,但林冠截留同时也是森林的一种
耗水方式,其截留量越大,被森林林冠消耗的水资源越多,进入林分的水分越少,在干旱缺水地区,对林木生长
及该地区水资源将产生不利的影响。
灌草层作为森林近地表层,是连接大气、降水、根系和深层土壤的优先界面,其数量结构及根系分布对土
壤结构和理化性质以及土壤的蓄水性和抗侵蚀能力等有重要影响[13鄄14],其地上部分对降水的截留作用,在整
个森林生态功能中也具有不可忽视的作用[15]。 林下灌草鲜重生物量与截留量总体均表现为 8m 改造林分
>6m改造林分>10m 改造林分>4m 改造林分>对照林分,但鲜重生物和截留的最大值与最小值分别相差 6. 8
和 7. 8 倍。 这是因为灌草层持水量不仅与其鲜重生物量有关,还与植物个体种类(物种持水率)有关[16]。 林
分改造,降低了整个林分的郁闭度,增强了林下光照和水分,使得林下土壤种子库中种子得以萌发和生长,增
加了林分灌草生物量。 随着林下灌草的生长发育,灌草种类的多样性增加,不仅有持水率较高的悬钩子、黄荆
等灌木种和竹节草、禾本科草等草本种,还有盐肤木、马桑、地瓜藤等一些持水率的灌草种也大量存在。 由于
各物种持水率大小不一致,导致灌草层持水量与鲜重生物量并不呈简单的线性关系。
枯落物层在森林生态系统水文功能中有着重要作用,枯落物持水也是森林蓄水的容量的重要组成部分,
其持水率可以达到自重的 2—5倍[17]。 本次研究表明,在改造林分中枯落物持水率为其干重的 2. 8—3. 4 倍,
与前人研究结论一致。 从枯落物量和持水量看,改造林分均小于对照林分,大小排序与林冠截留和灌草截留
量排序相反,数值上都远远低于川西高山和亚高山的子栎灌丛(8. 45mm)和亚热带森林平均值(3郾 69mm) [18],
与闫东锋[16]等对豫南山区不同群落类型近地表层持水特性研究结论相反。 这是因为在对照林分中,林分郁
闭度大,林下光照低、水、热等条件差,土壤微生物数量少和多样性低[2],枯落物的缓慢,枯落物量逐年增加;
林分改造后,一方面,因林分改造,采伐带中补阔树种多处于幼林龄阶段,林下枯落物产量减少;另外一方面,
林内的光照、水热等条件,促进了微生物的发育,加速了林下枯落物的分解,导致改造后林分枯落物量大量减
少,从而导致了枯落物持水量减少。
林地土壤是森林涵养水源的主体,土壤孔隙则是影响土壤贮水量的重要因素。 本次林分改造后,均表现
为改造林分土壤的孔隙度和贮水量都显著性高于对照林分,各改造强度林分间没有显著性差异。 这是由于林
分改造后,部分柏木采伐,其根系,尤其是大量细根的腐朽,增加了林分土壤孔隙度;另外,随着林分改造,水、
热、光照等条件的改善,土壤动物、微生物等数量增加,活动更频繁,也将增加土壤孔隙度;加之林下灌草的根
系的不断发育、死亡,也增加了土壤孔隙度。 森林土壤贮水量与孔隙度呈正相关,随着土壤孔隙度的增加,林
分土壤贮水量增加。
林分改造后,不仅影响了林冠截留、灌草及枯落物持水量和土壤孔隙度及贮水量,也改变林分中的地表径
流深和产沙量。 通过不同带宽采伐和补阔措施进行的林分改造,增加了林分的地表径流,降低了径流产沙量。
其中地表径流量的增加,这是因为改造林分中采伐带中补阔树种多处于幼林龄阶段,林冠截留显著性减小,进
入林内降水总量明显增加;林下灌草层持水和土壤贮水能力有限,最终表现为林分径流深总量增加。 而改造
林分中径流产沙量的显著性降低,这是由于灌草层和枯落物是对林分水土保持有着直接的决定性作用[19]。
由于林分改造后,林下灌草层的充分发育,地上部分对林冠雨,穿透雨等雨滴进行了截留,避免了雨滴对土壤
的直接侵蚀;灌草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;灌草层发达的
根系改良了土壤结构,提高土壤的抗冲和抗蚀性等因素的综合作用,降低了林分表径流产沙量。
通过林冠截留、灌草鲜重生物量与截留量、枯落物含量与持水、土壤孔隙度与贮水量和径流深与产沙几个
方面综合表现看,利用带状采伐和补阔相结合的林分改造对提高林分的水土保持功能是有效的。 从改造林分
看,林分林下灌草截留和枯落物持水均以 8m强度的改造林分效果最好;径流量和产沙量也表现为 8m和 10m
的采伐强度林分中最低,且两个强度间没有显著性差异;综合各方面指标,可以看出 8m带宽的改造总体表现
149摇 3 期 摇 摇 摇 黎燕琼摇 等:低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 摇
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最好,4m最差。 另外,在项目针对改造林分补阔树种成活率与保存率和林下灌草生物多样性等方面的研究
中,在 8m带宽中,补造阔叶树种的成活率和保存率高于其它几个改造强度;林下灌草多样性种类在 8m 带宽
以后没有增加。
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349摇 3 期 摇 摇 摇 黎燕琼摇 等:低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 3 February,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Ecosystem Service Simulation and Management
Securing Natural Capital and Human Well鄄Being: Innovation and Impact in China
Gretchen C. Daily, Ouyang Zhiyun, Zheng Hua, et al (677)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Establishment of ecological compensation mechanisms in China: perspectives and strategies
OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, YUE Ping (686)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Regional cooperation mechanism and sustainable livelihoods: a case study on paddy land conversion program (PLCP)
LIANG Yicheng,LIU Gang, MA Dongchun, et al (693)
………………
……………………………………………………………………………
Progress and perspectives of ecosystem services management ZHENG Hua,LI Yifeng,OUYANG Zhiyun,et al (702)…………………
Ecosystem services valuation and its regulation in Baiyangdian baisn: Based on InVEST model
BAI Yang, ZHENG Hua, ZHUANG Changwei,et al (711)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Identification of hotspots for biodiversity conservation in the Wenchuan earthquake鄄hit area
XU Pei, WANG Yukuan, YANG Jinfeng, et al (718)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of land use change on ecosystem services: a case study in Miyun reservoir watershed
LI Yifeng,LUO Yuechu,LIU Gang,et al (726)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Impacts of forest eco鄄benefit tax on industry price levels in Shaanxi Province, China LI Jie, LIU Zhengnan,HAN Xiuhua (737)……
Spatial characteristics of soil conservation service and its impact factors in Hainan Island
RAO Enming, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, et al (746)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Perception and attitudes of local people concerning ecosystem services of culturally protected forests
GAO Hong, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (756)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Standard of payments for ecosystem services in Sanjiangyuan Natural Reserve LI Yifeng, LUO Yuzhu, ZHENG Hua, et al (764)…
Natural landscape valuation of Wulingyuan Scenic Area in Zhangjiajie City
CHENG Cheng, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, et al (771)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Satellite鄄based monitoring and appraising vegetation growth in national key regions of ecological protection
HOU Peng, WANG Qiao, FANG Zhi, et al (780)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial Pattern of Water Retetnion in Dujiangyan County FU Bin, XU Pei, WANG Yukuan, et al (789)……………………………
Spatial distribution of carbon storage function and seismic damage in wenchuan earthquake stricken areas
PENG Yi,WANG Yukuan,FU Bin,et al (798)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Frontiers and Comprehensive Review
The Porter Hypothesis: a literature review on the relationship between eco鄄innovation and environmental regulation
DONG Ying, SHI Lei (809)
…………………
…………………………………………………………………………………………………………
Ecological protection and well鄄being LI Huimei,ZHANG Anlu (825)……………………………………………………………………
An overview of the updated classification system and species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi
WANG Yutao, XIN Guorong, LI Shaoshan (834)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Evaporation paradox in the northern and southern regions of the Qinling Mountains
JIANG Chong, WANG Fei, LIU Sijie, et al (844)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
The diet composition and trophic niche of main herbivores in the Inner Mongolia Desert steppe
LIU Guihe, WANG Guojie,WANG Shiping, et al (856)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Abstraction and analysis of vegetation information based on object鄄oriented and spectra features
CUI Yijiao, ZHU Lin,ZHAO Lijuan (867)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hyperspectral estimation models for photosynthetic pigment contents in leaves of Eucalyptus
ZHANG Yonghe,CHEN Wenhui,GUO Qiaoying,et al (876)
…………………………………………
………………………………………………………………………
Response of photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of Pterocarya stenoptera seedlings to submergence and
drought alternation WANG Zhenxia,WEI Hong,L譈 Qian,et al (888)……………………………………………………………
Effect of flooding stress on growth and photosynthesis characteristics of Salix integra
ZHAO Hongfei, ZHAO Yang, ZHANG Chi, et al ( 898 )
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Water consumption of pear jujube trees (Ziziphus jujuba Mill. ) and its correlation with trunk diameter during flowering and fruit
development periods ZHANG Linlin, WANG Youke, HAN Lixin, et al ( 907 )…………………………………………………
Estimation of nitrogen nutrient index on SPAD value of top leaves in wheat
ZHAO Ben, YAO Xia, TIAN Yongchao, et al ( 916 )
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Carbon and nitrogen storage under different plantations in subtropical south China
WANG Weixia, SHI Zuomin, LUO Da, et al ( 925 )
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Impact on water and soil conservation of different bandwidths in low鄄efficiency cypress forest transformation
LI Yanqiong, GONG Gutang, ZHENG Shaowei, et al ( 934 )
…………………………
………………………………………………………………………
Seasonal changes of phytoplankton community structure in Jinshuitan Reservoir, Zhejiang, China
ZHANG Hua, HU Hongjun , CHAO Aimin, et al ( 944 )
……………………………………
…………………………………………………………………………
Winter carrying capacity and the optimum population density of wild boar in fenghuang Mountains National Nature Reserve
of Heilongjiang Province MENG Gentong, ZHANG Minghai,ZHOU Shaochun ( 957 )……………………………………………
Diversity of ground鄄dwelling spider community in different restoring times of post鄄fire forest, Cangshan Mountain, Yunnan Province
MA Yanyan,LI Qiao,FENG Ping,et al ( 964 )………………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Drought characteristics in the shiyang river basin during the recent 50 years based on a composite index
ZHANG Tiaofeng, ZHANG Bo, WANG Youheng, et al ( 975 )
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Land use spatial distribution modeling based on CLUE鄄S model in the Huangshui River Basin
FENG Shichao,GAO Xiaohong,GU Juan,et al ( 985 )
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Research Notes
Patterns of terrestrial anthropogenic impacts on coastal wetlands in three city clusters in China WANG Yijie, YU Shen ( 998 )……
Eutrophication development and its key affected factors in the Yanghe Reservoir WANG Liping, ZHENG Binghui (1011)……………
8101 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 3 期摇 (2013 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 3 (February, 2013)
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