全 文 ：集水造林林分水分生产力研究
王克勤 王斌瑞
k西南林学院 昆明 yxsuuwl k北京林业大学 北京 tsss{vl
摘 要 } 集水造林通过增加植树带汇流量改善了林地土壤水分环境 o从而影响到林分物质生产水平 ∀根据
不同集水造林密度对林地土壤水分环境的改善程度与林分物质生产之间的关系k水分生产力l o以/双优0模
式标准 o可以确定出合理的集水造林密度 ∀供试的 x年生和 ts年生刺槐林 o分别以小于 tsss株#«°p u和不
大于 {ws株#«°p u为合理的集水造林密度 o其林木水分生产力分别达到 y1ztww ª#®ªp t和 tu1tyvu ª#®ªp t o符
合/丰产理想株型0模式标准 ~林分水分生产力分别达到 {1wtsv ®ª#«°p u#°°p t和 ut1yywy ®ª#«°p u#°°p t o
实现了/最佳群体结构0模式标准 ∀在发展/节水0型林业 !提高水分利用效率中 o这种以水分与林分物质生产
的关系为理论依据 o确定造林密度 o在理论和实践上是可取的 ∀
关键词 }集水造林 o水分生产力 o林分合理密度 o/双优0模式
收稿日期 }t||{2sx2tu q
国家/八五0科技攻关k{x2st|2su2s{l/黄土高原径流林业合理配套技术措施的研究0的部分内容 ∀
ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΤΗΕ ΩΑΤΕΡ ΠΡ Ο∆ΥΧΤΙςΙΤΨ ΟΦ ΤΗΕ ΣΤΑΝ∆Σ
ΑΦΦΟΡΕΣΤΕ∆ ΒΨ ΩΑΤΕΡ p ΗΑΡ ς ΕΣΤΙΝΓ
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( Σουτηωεστ Φορεστρψ Χολλεγε Κυν µινγyxsuuw) ( Βειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγtsss{v)
Αβστραχτ : „©©²µ¨¶·¤·¬²± ¥¼ º¤·¨µp «¤µ√ ¶¨·¬±ª¬°³µ²√ ¶¨·«¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ ±¨√¬µ²±° ±¨·¬±©²µ¨¶·²º¬±ª·²¬±2
¦µ¨¤¶¨ ²©µ∏±²©©√²¯∏°¨¦²¯¯¨ ¦·¨§¬±·«¨ ³¯¤±·¬±ª¶·µ¬³o¶²·«¤··«¨ ³µ²§∏¦·¬√¬·¼ ²©©²µ¨¶·¶¬¶¬±©¯∏¨ ±¦¨§q„¦2
¦²µ§¬±ª·²·«¨ °²§¨¯²© /·«¨ §²∏¥¯¨¥¨¶·0 ¤±§·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³k·«¨ º¤·¨µ³µ²§∏¦·¬√¬·¼ p ΩΠl ¥¨·º¨¨ ±·«¨
³µ¨¶¨±·¶¬·∏¤·¬²± ²© º¤·¨µ ±¨√¬µ²±° ±¨·¬°³µ²√ §¨¤±§·«¨ ©²µ¨¶·³µ²§∏¦·¬²± ¬± ·«¨ §¬©©¨ µ¨±·°²§¨¯ ²© ¤©2
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( ΩΠτ) ·²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±¬¶³¤µ¤¥²¯¬¦oº«¬¦«¶«²º¶·«¤·¤··«¬¶°²° ±¨·º¤·¨µ¬¶±²·¤ ¬¯°¬·¬±ª©¤¦·²µ²©³µ²2
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第 vy卷 专刊 tu s s s年 t 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤ „∞
∂ ²¯1vy o≥³qt
¤± qou s s s
Κεψ ωορδσ: „©©²µ¨¶·¤·¬²± ¥¼ º¤·¨µ2«¤µ√ ¶¨·¬±ªo • ¤·¨µ³µ²§∏¦·¬√¬·¼k ΩΠl o • ¤·¬²±¤¯ §¨ ±¶¬·¼ ²©¶·¤±§¶o
׫¨ °²§¨¯²© /·«¨ §²∏¥¯¨¥¨¶·0
水资源日趋紧张已是普遍存在的全球性生态问题 ∀世界上 trv的陆地面积 !涉及到 xs多个国家
和地区 o约占世界总耕地面积 wv h的耕地处于干旱半干旱地区k许越先 ot||ul ∀每年由于缺水造成的
粮食生产损失几乎等于其他所有环境因子灾害所造成损失的总和k卢从明等 ot||wl ∀最初 o农业中对
水的利用和管理只局限于灌溉农业 o认为在供给农作物水分方面 o应在生长的各个阶段给予充足的水
分 o使农作物在任何时期保持尽可能高的水势和最大的蒸腾量 o以获得最高产量k雷廷武等 ot||ul ∀从
t||y年 °«¬¯¬³提出完整的土壤 ) 植物 ) 大气连续体k≥°„≤l的概念k°«¬¯¬³ot|yyl o到 zs年代以来 o水
分利用效率k • ˜∞l理论的形成k× ¤¨µ¨ ot|{ul o使农业用水研究从单一的灌溉农业扩展到普遍性的农业
生产 o灌溉农业在节约大量用水的同时实现了高产 ~旱作农业则研究如何增加少量供水以达到显著增
产的目的 ∀
林业生产依靠唯一的降水资源 o受到天然降水随机性的限制 o因而 o对水分利用有效性方面的研究
到目前为止还不多见 ∀事实上 o严重地受人为控制的人工林目前所处的现状与水分的利用有关 o我国
广大干旱半干旱地区人工林普遍存在的严重生态问题 ) ) ) /土壤干化0k杨维西 ot||yl o主要是没有协
调好水分与林木物质生产之间的关系所致 ∀集水造林作为营造人工林的一项新技术 o在时间和空间上
把有限的降水资源进行再分配 o使林木生长的土壤水分条件得到很大改善 o促进了林木生长k王斌瑞
等 ot||yl ∀但集水造林在我国仍属于实践阶段 ∀
对于林分密度与林分物质生产之间关系的研究在 |s年代以前开展的较多 o并且已基本形成定论 ∀
自从依田等人kt|yvl提出/自然稀疏 vru法则0 o其通用性在 us多年来引起生态学界的重视 o被认为在
理解生态系统中占主导地位k • ¶¨·²¥¼ ot|{tl o是植物种群生态学中的一个最一般的原理k²±ª ετ αλ. ,
t|{wl ∀由于森林的长周期性和试验的难控制性 o一些试验数据与/ vru法则0有一定的出入 o因而有人
提出异议甚至否定意见k≥³µ∏ª¨¯ot|{w ~ ¬¨§¨ ot|{xl ∀后来经重新评价k ¬¨§¨ ot|{zl并作了一定的改进
k • ¨¯¯¨ µot|{zl又重新确立了其重要地位 o仍然认为/ vru法则0适用于大部分树种密度与材积和生物量
之间的关系 o树冠直径的立方与树木重量或体积成正比 o即 ΧΩv Ω ςk ¬¨§¨ ot|{zl ~大部分的研究认
为 o在立地条件相同的林分中 o在林分未充分郁闭以前 o林分的产量随密度的增加而上升k马钦彦 o
t|{v ~惠刚盈等 ot|{| ~黄家荣 ot||v ~刘君然 ot||wl o但这是对天然林或常规措施营造的人工林研究所
得出的结果 ∀在干旱半干旱地区采用集水造林使限制林木生长的水分因子发生了很大变化 o这种结论
在集水造林系统中不一定适用 ∀本文试图从林分水分生产力角度对合理的集水造林密度进行研究 ∀
t 试验地概况
试验地设在山西省方山县峪口镇土桥沟流域 o属黄河中游黄土丘陵沟壑区 o地处 vzβvyχx{δ‘ottsβ
suχxxδ∞o平均海拔 tuss ° ∀年均降雨量 wty °° oy ∗ |月份的降水占全年的 zs h以上 o干燥度 t1v ∀年
平均气温 z1v ε o极端高温 vx1y ε kt|{s2sx2u|l o极端低温 p ux1v ε kt|{s2st2vsl ∀年无霜期 tws§∀黄
绵土 o³‹ 值 {1s ∗ {1w ∀森林草原灌丛植被区 ∀
u 材料及方法
集水措施营造的 x年生和 ts年生刺槐林 ∀x年生刺槐林有 t osss株#«°p u !t ouxs株#«°p u和 t o
yyz株#«°p u v种密度 o位于立地条件一致的同一坡面 o分别表示为 x≠ p t号 !x≠ p u号和 x≠ p v号 o
各密度林分中每株林木有相同面积ku °ul的植树带 o微型集水区表面为压实拍光处理 o林木生长状况如
表 t所示 ∀ts年生刺槐林有 {ws株#«°p u !t otts株#«°p u !u ouus株#«°p u和 v ovvs株#«°p u w种密
度 o位于立地条件一致的同一坡面 o分别表示为 ts≠ p t号 !ts≠ p u号 !ts≠ p v号和 ts≠ p w号 o每株
林木有 t1x °u的植树带 o微型集水区表面为自然坡面 o林木生长状况如表 t所示 ∀
u 林 业 科 学 vy卷
表 1 不同刺槐林林木生长状况
Ταβ .1 Τηε γροωινγ στατυσ οφ τρεεσιν βλαχκ λοχυστ φορεστσ ωιτη διφφερεντ δενσιτιεσ
林 分
≥·¤±§³¯²·‘²q
平均树高
„√ µ¨¤ª¨ «¨¬ª«·k°l
平均胸径
„√ µ¨¤ª¨ ⁄…‹k¦°l
平均冠幅 ≤µ²º± ° ¤¨± §¬¤° ·¨¨µ
南 p北 ‘p ≥k°l 东 p西 • p ∞k°l
x≠ p t x qyz x qus v quv u qzs
x≠ p u y q{w y qxs v qzy u q|w
x≠ p v y qxz z qsx w qsy v qtv
ts≠ p t tu qst ty qtv x qzw v q|{
ts≠ p u ts quv ts q{{ w q{| v qtx
ts≠ p v { qvw { qvw v qxs u qws
ts≠ p w z qt| y qww u quz t qzy
在生长季定时k每 tx§t次l定点k标准木l用 Œp tyss稳态气孔仪测定林木蒸腾速率 oŒp vsss„
叶面积仪测定叶面积 o×ם p xss型蒸发筒测定土壤蒸发量 o标准雨量计观测林内外降雨量 o‘• p xs„
型中子土壤水分仪测定土壤水分 ∀采用每木调查法测定林木生长量 o抽样烘干法获取林木地上部分生
物量 o标准径流场观测径流量 ∀
v 结果分析
311 植树带径流汇集量k汇流量l
集水造林不同于以往常规造林的关键之处在于通过修筑微型集水区人工引起径流 o在植树带汇集
更多的水分 o缓解林木生长对水分的需求与水分不足之间的矛盾 ∀供试的各种林分 o尽管密度不同 o但
同一林龄的林分 o其单株林木具有相同面积的植树带 o因而 o植树带汇流量的大小取决于微型集水区的
面积和表面处理 o集水区面积大 !产流率高 o则植树带汇流量相应也大 ∀
根据 t||y年实测降雨和径流资料 o计算出各林分在生长季的植树带汇流量k表 ul ∀结果表明 o扣
除树冠截留量 o在 x年生刺槐林试验区 o集水区面积越大 o植树带汇流量越大 ∀林分 x≠ p t号 !x≠ p u
号和 x≠ p v号的植树带汇流量分别为 |ss1wy °° !zzv qsx °°和 xyw1{w °° ~同样 ots年生刺槐林 o以
密度最小的植树带汇流量最大 o即林分 ts≠ p t号为 {v{1x| °° o而林分 ts≠ p v号基本接近于降雨量
kwyu1|s °°l o为 xst1|s °° ~当密度大于 v ovvs株#«°p uk林分 ts≠ p w号l时 o由于冠层稠密 o树冠截
留率较大 o植树带汇流量甚至小于降雨量 o只有 vw|1sz °° ∀植树带汇流量的这种大小差异将决定林
地植树带土壤水分状况 o进而影响到林木生长 ∀
表 2 不同刺槐林 1996 年生长季植树带汇流量
Ταβ .2 Τηε ωατερ αµουντ ηαρϖεστεδ φροµ πλαντινγ στριπ δυρινγ τηε γροωινγ σεασονσιν 1996 ιν βλαχκ λοχυστ φορεστσ ωιτη διφφερεντ δενσιτιεσ
k°°l
月份
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x
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㸻q
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合计
ײ·¤¯
降雨量
°µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
tw qys | qzs tuw q|x ttu qys t|s qss tt qsx wyu q|s
x≠ p t tz qty { qus uxu q|w uss qwy wts qv| tt qvt |ss qwy
x≠ p u ty qst { q|| utw q|v tzx q{u vwy qt| tt qtt zzv qsx
x≠ p v tw qsy | qz{ tzy q|t txt qt{ usu qss ts q|t xyw q{w
ts≠ p t tz qu{ | qxw ux| qsy usz qwu vvv qzv tt qxy {v{ qx|
ts≠ p u tx qyv { qyv uvw qvx t{z qyv vst q{| ts qwy zx{ qx|
ts≠ p v tt qww { qy| tv{ qu| ttw q{| uus qyv z q|y xst q|s
ts≠ p w tt qwy | qsu ttx qwx tsw qsu tss qus { q|u vw| qsz
312 林地土壤水分
不论是 x年生还是 ts年生刺槐林试验区 o由于微型集水区面积k林分密度l的不同 o使植树带汇流
v 专刊 t 王克勤等 }集水造林林分水分生产力研究
图 t 两年龄组刺槐林试验区植树带土壤水分生长季变化
ƒ¬ªqt × «¨ ¶¨¤¶²±¤¯ ¦«¤±ª¨ ¦∏µ√¨²©¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ ¬±·«¨ ³¯¤±·¬±ª¶·µ¬³
¬±·«¨ ¬¨³¨µ¬° ±¨·¤¯ ¤µ¨¤²© ¥¯¤¦® ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·¶¤··º²§¬©©¨ µ¨±·¤ª¨¶
¤qx年生刺槐林 ox p ¼ ¤¨µp ²¯§ ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·~ ¥qts年生刺槐林 ots p ¼ ¤¨µp ²¯§ ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·q
量随之出现了较大差异 o这直接影响到植树带土壤水分 ∀图 tk¤o¥l是 t||y年生长季 x年生和 ts年生
刺槐林试验区不同密度林分植树带土壤水分的变化曲线 ∀表明了在同林龄不同林分密度的试验区 o植
树带土壤水分差异较大 ∀林分密度越小 o植树带土壤水分含量越高 o年变化幅度越大 ∀各林分土壤含
水率的高峰值出现在产流集中的雨季k{月份l o最小值出现在少雨的旱季ky月份l ∀x年生试验区中 o
图 u x年生刺槐林林木的水分生产函数曲线
ƒ¬ªqu × «¨ ©∏±¦·¬²± ¦∏µ√¨²© º¤·¨µ³µ²§∏¦·¬²± ©²µ
¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨¨¬± x p ¼ ¤¨µp ²¯§ ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·
ο x≠ p t f ~ ρ x≠ p u f ~ n x≠ p v f q
密度最小的林分kt osss株#«°p ul植树带土壤含水率的高峰值kty1tz h l比高密度林分kt oyyz株#
«°p ul的高峰值相对高 tx h以上 o最小值k|1wt h l也偏高近 tu h o生长季平均偏高约 ts h ∀ts年生试
验区中 o林分植树带土壤含水量也随密度的减小而提高 ∀在旱季提高的幅度较小 o如 z月 uz日 ts≠ p
t号相对比 ts≠ p w号高 tx1ut h ~雨季提高的幅度较大 o{月 uy日 ts≠ p t号相对比 ts≠ p w号高
vv1yx h ∀在水分亏缺的干旱半干旱区 o林木生长
对林地土壤水分状况的变化将会作出十分敏感的
反应 o最终可反映在物质生产方面 ∀
313 林木水分生产函数曲线
水分作为一种环境 o具有双重性 o既对于植物
物质生产有影响 o又是无机质原料用于物质生产 o
于是 o物质生产与水分的关系极为密切 ∀由于在
植物体内所占比率最大的物质 ) ) ) 水分绝大部分
通过蒸腾作用所散失 o蒸腾作用在很大程度上决
定着生理活动的强弱k朗格#’等 ot|{xl ∀因而 o
植物物质生产与水分的关系直接表现为生产量与
蒸腾量之间的密切关系 ∀
图 u表示了 x年生刺槐林试验区 x≠ p t号 !
x≠ p u号和 x≠ p v号 v种林分的林木水分生产
函数曲线 o不同的造林密度 o单株林木年生物增量
与其蒸腾量之间存在相应的函数关系 ∀显然 ov
种林分中 ox≠ p u号和 x≠ p v号的水分生产函数
w 林 业 科 学 vy卷
曲线是直线 o说明林木单株年生物增量随单株蒸腾量的增加直线上升 o水分供应还不能使林木发挥最
大的生产潜力 ∀但曲线上每一点的斜率k年生物产量随蒸腾量的变化量 §ψr§ξl o林分 x≠ p u号比 x≠
p v号要大 o证明林分 x≠ p v号中林木生长对水分的需求度要比林分 x≠ p u号大 o要使林木进一步发
挥生产潜力 o还必须供给更多的水分 ∀林分 x≠ p t号的水分生产函数曲线则是对数曲线 o其初始斜率
与林分 x≠ p u号基本相同 o即在低生物量时 o单株生物量随蒸腾量的加大上升较快 o当年生物增量增大
到一定程度k大约为 ts®ª#¤p t左右l时 o随蒸腾量上升的趋势减缓 o最后基本趋于稳定 o即使进一步促使
林木的蒸腾作用 o生物产量也不会明显增加 o这时水分已不是林木生长的主要限制因子 o水分供应基本
能满足林木生长的需求 ∀可见 o在 v种林分中 o林木生长的水分亏缺度随造林密度的减小而降低 ∀这
与各林分植树带汇流量差异的大小顺序相一致 o也与生长季的土壤水分高低顺序相一致 o说明了水分
状况决定了集水造林中林木的水分生产函数曲线 ∀水分状况的好坏造成了不同密度林分单株林木生
物量的最大值相差悬殊 ox≠ p t号 !x≠ p u号和 x≠ p v号的最大单株年生物产量分别为 tu1yt®ªr株 !
ts1y|®ªr株和 y1u{®ªr株 ∀
幼树生长对水分响应的敏感性较强 o随着树龄的增长 o敏感度会降低 ∀但人工林在没有形成自然
演替的阶段 o林分稳定性较差 o林木对决定性因子的反映仍十分敏感 ∀本研究供试的林分 o都表现出林
木生长与水分的密切关系 ∀x年生刺槐林如此 ots年生刺槐林也表现出这一特征 ∀w种密度的 ts年生
刺槐林林木的水分生产函数曲线k图 vl o表明了林分密度对它们的影响 ∀密度大的林分 o单株年生物产
量随单株蒸腾量直线上升 o即对水分需求的迫切性较强 ∀如果能增加水分供应量 o改善林地的土壤水
分环境条件 o以促进林木的蒸腾作用 o林木单株生物产量将迅速增加 ∀但当密度小于 t otts株#«°p u
时 o单株蒸腾量上升到 t osss®ªr株以上 o单株生物产量不再随之直线上升 o林木已发挥了较大的生产潜
力 o这时 o如果再供应更充足的水分 o加速林木的蒸腾作用 o林木的生产能力已基本接近极限 o水分生产
力将会降低 ∀
图 v ts年生刺槐林林木的水分生产函数曲线
ƒ¬ªqv × «¨ ©∏±¦·¬²± ¦∏µ√¨²© º¤·¨µ³µ²§∏¦·¬²± ©²µ¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨¨¬± ts p ¼¨ ¤µp ²¯§ ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·
≅ ts≠ p t f ~ ρ ts≠ p u f ~ n ts≠ p v f ~ ο ts≠ p w f q
314 林木的水分生产力
林木水分生产力表示了林木制造干物质的耗水效率 o即林木消耗单位水量所生产干物质的多少 ∀
如果用 ΩΠτ表示林木的水分生产力 , Τρ表示林木蒸腾量 , Ε表示蒸发量 o则有 }
ΩΠτ = Ψβτ/ ( Τρ + Ε) (t)
其中 o Ψβτ表示单株生物产量 ∀林地土壤水分主要以林木蒸腾和土壤蒸发的形式所散失 ∀由于土壤蒸
x 专刊 t 王克勤等 }集水造林林分水分生产力研究
发所受影响的因素多 !变幅大 o与林木的正常生理代谢关系不大 o并可以通过各种措施进行一定程度的
抑制 o在林木耗水量中不予考虑 o式ktl可简化为 }
ΩΠτ = Ψβτ/ Τρ (u)
¤q ¥q
图 w 单株林木水分生产力随蒸腾量的变化曲线
ƒ¬ªqw × «¨ ¦«¤±ª¨ ¦∏µ√¨²© º¤·¨µ³µ²§∏¦·¬√¬·¼ √¤µ¬¨§ º¬·«·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ©²µ¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨¨¤··º²¤ª¨¶
¤qx年生刺槐林 ox p ¼ ¤¨µp ²¯§ ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·~ ¥qts年生刺槐林 ots p ¼ ¤¨µp ²¯§ ²¯¦∏¶·©²µ¨¶·q
图 w分别为 x年生刺槐林试验区和 ts年生试验区中各林分的林木水分生产力随单株蒸腾量的变
化曲线 ∀表明林木的水分生产力随林分密度的降低而提高 o在林木所能达到的蒸腾量范围内 o高密度
林分的林木水分生产力稳定不变 o而在低密度k  t otts株#«°p ul林分中 oΩΠτ在蒸腾量较低时处于较
高水平 o当蒸腾量达到 tsss °°r株以上时 o则随蒸腾量的增大而下降 ∀这说明 o在一定密度范围内 o由
于随着林分密度的降低 o林地水分环境条件得到改善 o增多了供给林木生理代谢所需要的水分 oΩΠτ随
之提高 ∀但当密度降低到一定程度后 o尽管林地水分条件更为良好 o但林木的生产能力已接近于最大
潜力 o如果再提供更多的水分 o主要用于加速了林木的蒸腾作用 o必然会降低水分生产力 ∀
表 3 不同密度刺槐林平均林木水分生产力
Ταβ .3 Αϖεραγε ωατερ προδυχτιϖιτψ οφ ινδιϖιδυαλτρεειν βλοχκ λοχυστ φορεστσ ωιτη διφφερεντ δενσιτιεσ
林 分
≥·¤±§
³¯²·‘²q
密 度
⁄¨ ±¶¬·¼
k·µ¨ ¶¨#«°p ul
单株干物质产量 ⁄µ¼ ¥¬²°¤¶¶²©¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨ k¨ªr·µ¨ l¨
叶
¨¤©
枝
…µ¤±¦«
果
ƒµ∏¬·
树干
×µ∏±®
总量
ײ·¤¯
蒸腾量
×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±
k®ªr·µ¨ l¨
水分生产力
• ¤·¨µ³µ²§∏¦·¬√¬·¼
kª#®ªp tl
x≠ p t t0sss xszy qv{ txx{ qws xu{ qz{ twty qzx {x{s qvu tuzz q{| y qztww
x≠ p u t0uxs vwzw q|u |v{ qv{ vyt q|y tux{ qu| ysvv qxy |w| qzx y qvxu{
x≠ p v t0yyz u||z qt{ xsv qux vtu qus xvt qs| wvwv qzu y|{ qvv y quusu
ts≠ p t {ws yz{z qsw w{tz q|y xtu{ q|u ttsus qts uzzxw qsv uu{t q{s tu qtyvu
ts≠ p u t0tts u{wy q|| t|vu q|u utxt qwx wwvv qtw ttvyw qxv ty{t q{z y qzxzt
ts≠ p v u0uus uz|t qts x{| qzy t|u{ qu| zts qwz yst| qyv tsy{ qvx x qyvwx
ts≠ p w v0vvs |zu qz{ tus qyt {w qsv u{| qyv twyz qsx wuz qwx v qwvut
不同林分密度造成的林木个体水分生产力之差 o使各林分的平均林木水分生产力出现不同 ∀表 v
是各林分的平均林木水分生产力 ox年生和 ts年生刺槐林中 oΩΠτ随着林分密度的减小而提高 ∀这种
大小顺序与前面所讨论的土壤含水量的变化十分吻合 o进一步证实了水分与林木生长的密切关系 o表
现出土壤水分状况与林木水分生产之间的正相关关系 ∀显然 o在干旱半干旱地区 o为了更有效合理地
利用降水资源 o提高水分生产力 o必须有合理的造林密度 ∀
315 林分的水分生产力( ΩΠφ)
人工采取集水造林措施的目的 o是为了使林木在干旱半干旱区缺水的环境中达到正常的生长水
y 林 业 科 学 vy卷
平 o从而形成良好的群落结构 ∀由于不同造林密度对林地土壤水环境的影响存在着较大差异 o使林木
生长和林木个体水分生产力表现出很大差距 ∀在供试的两林龄的林分中 o以密度较小的林分林木生长
状况最好 o林木水分生产力最高 o林木个体基本具备了/丰产理想株型0 ∀但通过密度控制所引起的林
分生态结构的不同 o哪种密度的林分具有/最佳的群体0结构 ‚还必须考虑林分的水分生产力状况 ∀即
要使林木个体和群体水分生产力实现/双优0模式标准 ∀
如果用 Ψβφ表示单位面积林地生物量k®ª#«°p ul o Ω表示林分供水量k°°l o则林分的水分生产
力可表示为 }
ΩΠφ = Ψβφ/ Ω (v)
表 w是 t||y年不同林分在生长季的林分水分生产力 ∀t||y年生长季降雨 wys1t °° o在 x年生刺
槐林中 o单株林木生物量增量最大的林分为 x≠ p t号k{1x{ ®ªr株l o其林分水分生产力高达 t{1zwut
®ª#«°p u#°°p t o居于首位 ~而密度最大的 x≠ p v号 o两项值分别只有 w qvw®ªr株和 tx1zt|s ®ª#«°p u#
°°p t ∀对于 ts年生刺槐林试验区 ow种密度中仍是以最小的林分水分生产力最高 ot||y年生长季林
分水分生产力可达 xs1yzsv ®ª#«°p u#°°p t o较大的两种密度kt otts和 u ouus株#«°p ul其林分水分
生产力相差不显著 o分别为 uz1wtzu ®ª#«°p u# °°p t和 u|1swxs ®ª#«°p u# °°p t o最大密度的只有
ts1ytz| ®ª#«°p u#°°p t ∀可见 o随着林分密度的增大 o由于林地水环境不断恶化 o林木个体的生长发
育逐渐减缓 o到最大密度kv ovvs株#«°p ul时 o林木生长基本停滞 o甚至干枯死亡 o群体严重分化 o甚至
到了难以恢复的程度 ∀同时 o对两林龄林分水分生产力的比较可以看出 o随着林龄的增长 o林分的合理
密度也发生变化 o刺槐林从 x年生的幼龄林到 ts年生的中龄林 o根据/双优0模式 o林分的合理密度也
从 t osss株#«°p u左右下降到 {ws株#«°p u左右 ∀
表 4 不同刺槐林生长季林分水分生产力
Ταβ .4 Ωατερ προδυχτιϖιτψ οφ βλαχκ λοχυστ φορεστσ ωιτη διφφερεντ δενσιτιεσ δυρινγ γροωινγ σεασον ιν 1996
林 分
≥·¤±§
³¯²·‘²q
密 度
⁄¨ ±¶¬·¼
k·µ¨ ¶¨#«°p ul
单株生物总量
„√ µ¨¤ª¨ ¥¬²°¤¶¶²©¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨¨
kªr·µ¨ l¨
生物总量
ײ·¤¯ ¥¬²°¤¶¶
k®ª#«°p ul
林分水分生产力
• ¤·¨µ³µ²§∏¦·¬√¬·¼ ²©¶·¤±§
k®ª#«°p u#°°p tl
x≠ p t t0sss {x{s qvv {yuv quv t{ qzwut
x≠ p u t0uxs ysvv qxz zxtt qz| ty qvuyw
x≠ p v t0yyz wvwv qzv zuvu qvt tx qzt|s
ts≠ p t {ws uzzxw qsv uvvtv qv| xs qyzsv
ts≠ p u t0tts ttvyw qxv tuytw qyv uz qwtzu
ts≠ p v u0uus yst| qyv tvvyv qx{ u| qswxs
ts≠ p w v0vvs twyz qsx w{{x qu| ts qytz|
表 5 生育期不同刺槐林林分水分生产力
Ταβ .5 Τηε Ωατερ προδυχτιϖιτψ οφ βλαχκ λοχυστ στανδσ ωιτη διφφερεντ δενσιτιεσιν ρεπροδυχε περιοδ
林 分
≥·¤±§
³¯²·‘²q
单株干物质产量 ⁄µ¼ ¥¬²°¤¶¶²©¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨ k¨ªr·µ¨ l¨
叶
¨¤©
枝
…µ¤±¦«
果
ƒµ∏¬·
树干
×µ∏±®
总量
ײ·¤¯
生物总量
ײ·¤¯ ¥¬²°¤¶¶
k·#«°p ul
林分水分生产力
• ¤·¨µ³µ²§∏¦·¬√¬·¼ ²©¶·¤±§
k®ª#«°p u#°°p tl
x≠ p t x qs{ x q|z s qxv x q{w tz qwu tz qxt { qwtsv
x≠ p u v qwz w qs| s qvy x qx| tv qxu ty q{v { qs{vy
x≠ p v v qss v qxv s qvt v qz| ts qyu tz qy{ { qw|wt
ts≠ p t y qz| vs qss x qtv yx qw{ tsz qv| |s qut ut qyywy
ts≠ p u u q{x tu qx{ u qtx uz qwz wx qsx xs qss tu qss{|
ts≠ p v u qz| y qwv t q|v z q|{ t| qtv wu qw{ ts qusts
ts≠ p w s q|z v qxu s qs{ | qu{ tv q{y wy qtw tt qs{s|
从林分整个生育期水分生产力水平来看k表 xl o在 x年生刺槐林试验区 ov种密度的林分水分生产
力几乎相当 o在 {1ss ∗ {1xs ®ª#«°p u#°°p t之间 o但从单株林木水分生产力可以看出 o最小密度的林
分ktsss株#«°p ul最高ky1ztwwª#®ªp tl ~ts年生刺槐林中 o仍以最小密度的林分k{ws株#«°p ul为理
z 专刊 t 王克勤等 }集水造林林分水分生产力研究
想的群落结构 o其水分生产力达到 ut1yywy®ª#«°p u#°°p t o林木水分生产力也达到 tu1tyvuª#®ªp t ∀
根据/双优0模式 ox年生和 ts年生刺槐林都以最小密度的林分个体和群落水分生产力最高 ∀从造林来
讲 o集水造林的密度不应大于 t osss株#«°p u o但小于这一密度 o从林木水分生产力曲线可知 o将降低林
木水分生产力 o也难以形成稳定的林分 ∀
w 结语与讨论
集水造林是通过造林密度的合理调节对降雨的再分配改善林木生长的土壤水分环境 o使林分发挥
其正常的生产潜力 o因而 o集水造林模式的合理与否可用水分生产力这一理论指标定量化地加以分析 ∀
不同的集水造林模式其水分生产力出现高低的根本原因在于对林分水环境改善程度的大小 ∀以
集水区产流 !植树带汇流为主要特征的集水造林对水环境的改善首先表现在植树带汇流量的大小 ∀植
树带汇流量决定于微型集水区的面积大小 o即决定于集水造林的密度 ∀随着林分密度的增大 o植树带
汇流量大幅度减少 o进而影响到植树带土壤水分状况出现相应的变化规律 ∀x年生刺槐林试验区 o低密
度林分kt osss株#«°p ul o的植树带土壤水分比高密度林分kt oyyz株#«°p ul相对偏高 tx h ~ts年生刺
槐林试验区 o低密度林分的植树带土壤水分普遍偏高于高密度林分 o在旱季 o林分 ts≠ p t号相对比林
分 ts≠ p w号偏高 tx1tu h o在雨季可偏高 vs h以上 ∀
植树带土壤水分状况的不同 o将影响林木的物质生产 o使不同密度林分的林木水分生产表现出各
自的规律 ∀林分密度从高到低 o林木水分生产函数曲线由直线转为对数曲线 o并且年生物量增量随蒸
腾量的变化量k曲线的变化斜率 §ψr§ξl由小逐渐增大 o即随着林地水分状况的改善 o林木蒸腾作用的
增强 o林木能进一步发挥其生产潜力 ∀但林分密度减小到一定程度 o曲线斜率k§ψr§ξl将由增加转而
逐渐降低趋势 o林木的水分生产力将开始下降 o继续改善水分状况不利于水分利用效率的提高 o说明集
水造林从林木个体生产的角度看有其合理密度 ∀在合理密度的范围内 o林木个体水分生产力将达到较
高水平 ∀x年生最小密度的刺槐林kt osss株#«°p ul和 ts年生中最小密度的刺槐林k{ws株#«°p ul o
林木水分生产力分别达到 y1ztwwª#®ªp t和 tu1tyvuª#®ªp t o居同龄所有林分之首 o达到了/丰产理想株
型0模式标准 ∀
个体最优的林分在群体水平上是否合理 o可用林分水分生产力这一指标加以衡量 o上述的两个林
分其林分水分生产力在同龄组中也属最优 o分别达到 {1wt®ª#«°p u#°°p t和 ut1yy®ª#«°p u#°°p t o
即达到了/最佳群体结构0模式标准 ∀
采用/双优0模式 o将林分的供水状况和林木的耗水过程与林分的物质生产紧密相结合 o从水分利
用的角度确定集水造林的合理密度 o不仅考虑到提高林木个体的生长水平 o而且还考虑到林分群体结
构的稳定性 o既提高了林分的经济价值 o也使林分能正常发挥其生态防护功能 ∀对于干旱半干旱区造
林工作 o水分为主要的限制因子是一个现实性问题 o从水分利用效率来考虑和确定合理的造林模式 o无
疑具有十分重要的理论和实践意义 ∀
参 考 文 献
黄家荣 1 贵州马尾松人工林经营密度模型初探 1 北京林业大学学报 ot||v otxkwl }vu ∗ vz
惠刚盈 o罗云伍 1 江西大岗山丘陵区杉木人工林生产力的研究 1 林业科学 ot|{| ouxkyl }x{w ∗ xy|
≈德 朗格#’等 o樊梦康等译 1 水分与植物生活 ) ) ) 问题与研究现状 1 第一版 1 北京 }科学出版社 ot|{x }vts ∗ vww
雷廷武 o曾德超 1 桃树叶水势的调控及其对生长量的影响 1 见k¬±l许越先 1 农业用水有效性研究 1 第一版 1 北京 }科学出版社 ot||u }{t
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刘君然 1 林分密度理论及应用 1 第一版 o北京 }中国林业出版社 ot||w o| ∗ uz
卢从明 o张其德 o匡廷云 1 水分胁迫对光合影响的研究进展 1 植物学通讯 ot||w ottk增刊l }| ∗ tw
马钦彦 1 华北油松人工林单株林木的生物量 1 北京林业大学学报 ot|{v oxkwl }t ∗ ty
王斌瑞 o王百田 1 黄土高原径流林业 1 第一版 1 北京 }中国林业出版社 ot||y }tsv ∗ tuu
许越先 1 农业用水有效性研究 1 第一版 1 北京 }科学出版社 ot||u }t ∗ x
杨维西 1 试论我国北方地区人工林植被的土壤干化问题 1 林业科学 ot||y ovuktl }z{ ∗ {x
{ 林 业 科 学 vy卷
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| 专刊 t 王克勤等 }集水造林林分水分生产力研究