福建青冈人工林土壤肥力与水源涵养功能

福建青冈人工林土壤肥力与水源涵养功能*

刘爱琴1,吴鹏飞1,刘春华2

(1.福建农林大学林学院,福建福州350003;2.福建农林大学莘口教学林场,福建三明353100)

摘要:对35年生福建青冈人工林和杉木人工林生物量及土壤肥力进行调查,以研究福建青冈人

工林培肥土壤和涵养水源的功能,结果表明:营造福建青冈人工林后林地土壤水稳性团聚体含量

增加,团聚体的稳定性增强,容重降低,总孔隙度增加,林地土壤结构状况、孔隙、水分和养分状况

均得到不同程度的改善,福建青冈人工林比杉木林能更好的培肥土壤;福建青冈叶的最大持水率

明显高于杉木叶,其林分地上部分最大持水量是杉木林的1.17倍,由于福建青冈林土壤结构及

孔隙状况的改善,林地蓄水能力增强,使得该林分表现出比杉木林更好的水源涵养功能.

关键词:福建青冈;杉木;人工林;土壤肥力;水源涵养

中图分类号:S718.51文献标识码:A文章编号:1003-7179(2006)01-0014-04

长期以来,我国南方林区造林主要以杉木、马尾松等针叶树种为主,造林树种单一,使得南方林区人工林针叶化明显,树种结构不合理,引起了林地生境恶化和地力衰退等严重的生态问题.而阔叶树种林分凋落量大,凋落物养分高,易分解,具有较好的培肥土壤功能.因此挖掘本地优良乡土阔叶树种,以解决针叶树种人工林出现的系列生态问题已成为当前林业生产中急需解决的重大课题[1-2].

福建青冈[Cycloba la nopsis c hungii(metc.) Chun]是我国特有的壳斗科珍贵用材树种和福建省三级珍稀濒危保护植物,是重要的工业特用材和农村器具用材,深受南方林区林农喜爱,其木材也是烧制上等出口白炭的原料,正是由于福建青冈有如此广泛的应用价值,导致长期以来对福建青冈的不合理利用,特别是近年来南方各省区利用福建青冈木材烧白炭,致使南方林区福建青冈天然林资源破坏严重,资源已日趋枯竭[3-6].有鉴于此,福建农林大学莘口教学林场在20世纪60年代便开始进行福建青冈人工造林试验,目前试验林分生长良好.为掌握福建青冈人工林改良地力、涵养水源的功能,充分发挥其生态效益,笔者对福建农林大学莘口教学林场营造的35年生福建青冈人工林和杉木人工林进行了生物量调查,以期研究福建青冈人工林培肥土壤和涵养水源的功能.

1试验地概况

试验地设在福建省三明市福建农林大学莘口教学林场,地处北纬26b11c30d,东经117b26c00d,位于武夷山脉中段向东延伸的山系与玳瑁山西北段之间的沙溪河谷坳陷地段,属中亚热带季风性气候,年均气温1911e,年均降水量1749mm,年均蒸发量1585mm,年均相对湿度81%,无霜期300d左右.

福建青冈和杉木人工造林试验地于1967年采伐,同年10月劈草炼山,11月进行穴状整地,穴规格60c m@40c m@40c m,1968年春造林,造林密度为1800株/hm2,造林后前4年每年全面锄草抚育2次,造林后第4和第5年每年劈草抚育1次.35年生福建青冈人工林和杉木人工林的生长状况见表1.

表135年生福建青冈和杉木人工林生长状况

林分类型

胸径

/c m

树高

/m

现存密度

/(株#hm

-2

)

蓄积量

/(m

3

#hm

-2

)福建青冈人工林14.40? 1.9718.00?0.721500?17234.30?14.32杉木人工林23.70? 2.2815.80?0.671095?14390.26?18.

*收稿日期:2005-06-13

基金项目:福建省自然科学基金项目(B0110023)资助.

作者简介:刘爱琴(1966-),女,福建浦城人,副研究员,主要从事森林培育方面的研究.2研究方法

2.1林分生物量调查

在福建青冈和杉木林内,分别设置3个20m @20m的标准地,对标准地林木进行每木检尺及树高测定.在标准地内以平均标准木法选择2株平均木,所选平均木胸径、树高与林分平均值误差不超过5%.采用分层切割法,分干、皮、枝、叶测定标准木鲜重,用挖掘法测定根系生物量,随机抽取30%样品带回室内,烘干测定后换算成干物质重[7].平均木以2m区分段截取圆盘,进行树干解析.

2.2林下植被生物量及凋落物现存量调查

在各标准地上,分别设置5个1m@1m的小样方,采用样方收获法,测定林下植被生物量及凋落物现存量,即在调查样方内所有植被种类及数量基础上,收集样方内所有的灌木、草本及凋落物(L,F,H层),分别称重后,带回室内称烘干重.

2.3土壤肥力测定

分别在福建青冈和杉木人工林标准地内,按S 形布点,按0~20c m,20~40c m土层采集土样,用环刀及饭盒取原状土,取两树之间正下方土壤,每处理3个重复,各处理标准地样品带回室内,分别按不同层次混合,供土壤物理化学分析测定.

水分物理性质用环刀法[8],水稳性团聚体用机械筛分法,有机质用重铬酸钾硫酸法,全N用硒粉硫酸铜硫酸钾催化法,全P用高氯酸消化钼锑抗比色法,水解N用扩散吸收法,速效P用盐酸氟化铵浸提钼锑抗比色法,速效K用火焰光度法[9].

2.4涵养水源功能测定

分别取林冠层、灌木层、草本层及凋落物层样品,带回室内浸水24h,测定其最大持水率,再根据各林分生物量鲜重计算林冠层、灌木层、草本层及凋落物层的最大持水量.

3结果与分析

3.1福建青冈人工林土壤肥力

3.1.1土壤结构福建青冈人工林和杉木人工林的土壤结构存在明显差异.35年生福建青冈人工林0 ~10c m土层水稳性团聚体含量比杉木林增加5169%,福建青冈人工林土壤结构体破坏率比杉木林下降2178%,说明营造福建青冈人工林后土壤水稳性团聚体含量增加,团聚体的稳定性增强,土壤结构状况得到一定改善,这与营造福建青冈后林下植被发育、凋落物及土壤有机胶结物质增加有关,见表2.

表2不同林地土壤水稳性团聚体组成%林分类型

粒级/mm

>55~22~11

~0.5

0.5

~0.25

>0.25

团聚体

结构体

破坏率

福建青冈

人工林

41.52

47.51

10.25

11.34

8.71

10.84

9.45

10.62

4.26

3.51

74.29

83.82

11.37

杉木

人工林

33.21

40.97

12.98

13.95

8.45

9.69

9.79

11.06

5.86

6.21

70.29

81.8814.15

注:分子为湿筛,分母为干筛;土层为0~10c m.

3.1.2土壤孔隙状况福建青冈人工林和杉木人工林的土壤孔隙状况存在差异.35年生福建青冈人工林0~20c m土层容重为1104g/c m3,而杉木人工林为1123g/c m3;福建青冈人工林表层土壤非毛管孔隙和总孔隙分别比杉木林提高43145%和912%,这说明营造福建青冈人工林后林地土壤容重降低,总孔隙度增大,孔隙状况有了明显改善,见表3.

表3不同林地土壤孔隙状况

林分类型

土层

/c m

容重

/(g#c m

-3

)

非毛管

孔隙度/%

毛管

孔隙度/%

总孔隙度

/%

通气度

/%

福建青冈人工林0~20 1.04?0.0711.72?1.2739.22?1.6750.94?4.2137.25?1.98 20~40 1.28?0.098.00?0.8736.77?1.4144.77?3.9430.46?1.75杉木人工林0~20 1.23?0.098.17?0.9838.49?1.9746.65?4.1833.69?2.07 20~40 1.37?0.087.96?0.6536.61?1.5744.57?3.8628.00?1.49 3.1.3土壤水分状况营造福建青冈人工林后林地土壤的水分状况有了明显的改善.35年生福建青冈人工林0~20c m土层自然含水量高于杉木林林地,土壤最大持水量和毛管持水量分别比杉木林提高29113%和20152%,但20~40c m土层的水分状况变化规律不明显,见表4.

表4不同林地土壤水分状况

林分类型土层/c m自然含水量/%容积湿度/%最大持水量/%毛管持水量/%最小持水量/%

福建青冈人工林0~2013.16?1.6913.69?1.9748.98?4.9837.71?2.9713.81?1.98 20~4011.18?1.5814.31?2.0634.98?3.2428.73?2.1321.62?2.34杉木人工林0~2010.54?1.9712.96?1.6737.93?3.8631.29?2.2318.81?2.08 20~4012.09?1.6816.56?1.32.53?3.5426.72?2.6810.?1.67 3.1.4土壤化学性质与杉木林相比,营造福建青冈人工林后林地表层土壤的各项养分指标均有不同程度的提高,其中表层有机质分别比杉木林提高33163%,全N和全P分别增加27115%和4159%,而且林地表层土壤速效养分也有不同程度增加,其中0~20c m土层土壤的水解性N,速效P,速效K分别比杉木林提高7138%,18188%和17153%,以速效P提高最为明显.同样福建青冈人工林林地20~40c m土层土壤的各项养分指标亦有不同程度的提高.福建青冈人工林0~20c m 和20~40c m土层土壤的p H值均高于杉木人工

15

第1期刘爱琴等:福建青冈人工林土壤肥力与水源涵养功能林,见表5.

营造福建青冈林后林地养分状况的改善与其林分凋落物数量增加及凋落物分解速率加快有关.调查表明:福建青冈和杉木人工林林分凋落物的现存量分别为2187t/hm2和0182t/hm2,福建青冈林是杉木林的1128倍;而且福建青冈林凋落物的分解速率也快于杉木林,一般林地凋落物分解速率可用林地半分解层(F)及腐殖质层(H)与枯枝落叶层(L)的比值表示,(F+H)/L比值越大,表明凋落物分解越快[10].根据调查,福建青冈人工林林地凋落物的(F+H)/L比值分别为0142,明显高于杉木林的0119,可见福建青冈人工林的凋落物分解比杉木林快.福建青冈人工林凋落物数量及其分解速率均高于杉木人工林,表明福建青冈林分的养分循环速度明显快于杉木林,更有利于林地土壤肥力的维持.

表5不同人工林的土壤养分状况

林分类型土层

/c m

有机质

/(g#kg-2)

全N

/(g#kg-2)

全P

/(g#kg-2)

水解性N

/(m g#kg-2)

速效P

/(m g#kg-2)

速效K

/(mg#kg-2)

p H值C/N

福建青冈人工林0~2029.8?0.71.372?0.111.14?0.08116.5?11.25.29?0.98114?15.67 4.92?0.0312.60 20~4018.6?0.40.915?0.090.95?0.0680.72?8.92.87?0.5385?8.96 5.16?0.0211.79杉木人工林0~2022.3?0.51.079?0.081.09?0.07108.49?12.34.45?0.7997?13.32 4.73?0.211.99 20~4018.1?0.40.8?0.060.87?0.0576.35?7.62.61?0.6178?8.26 4.97?0.0311.69

综上所述,与杉木人工林相比,营造福建青冈人工林后,林地土壤结构、水分状况和孔隙状况得到明显改善,林地养分在地表得到富集,使得福建青冈林表现出比杉木林更好的培肥土壤功能.

3.2福建青冈人工林涵养水源功能

3.2.1地上部分最大持水率不同树种各器官的最大持水率存在差异,其中以福建青冈叶的最大持水率最高,明显大于杉木叶,但福建青冈枝和皮的最大持水率低于杉木枝和皮,这与杉木披针型光滑的叶和粗糙的枝皮有关.福建青冈和杉木不同器官的最大持水率均表现为:叶>枝>皮,见表6.

由于不同林分林下植被的差异,不同林分灌木层、草本层的最大持水率也明显不同,不论是福建青冈人工林还是杉木人工林,其林分地上部分的最大持水率均以凋落物层为最大,这与凋落物层含水量较低、枯枝落叶疏松多孔及蓄水能力强有关.但福建青冈林凋落物层和灌木层的最大持水率明显高于杉木林,其草本层的最大持水率低于杉木林.两林分不同层次的最大持水率大小排序为:凋落物层>灌木层>草本层>乔木层.

表6不同人工林林分地上部分最大持水率%林分类型

乔木层

枝叶皮

灌木层草本层凋落物层

福建青冈人工林121.23?14.171.29?18.69117.14?9.83163.47?19.24151.72?18.39221.49?23.58杉木人工林128.25?13.63142.08?13.87122.52?11.68159.40?17.59154.61?19.67196.68?20.67

3.2.2地上部分持水量不同林分地上部分最大持水量存在较大差异.其中以福建青冈林分为最高,是杉木林的1117倍,这与福建青冈林分生物量高于杉木林有关.可见营造福建青冈人工林比杉木林更有利于林分地上部分持水量的提高,见表7.

从最大持水量分配看,两林分不同层次的最大持水量以林冠层最大,均占林分地上部分最大持水量的70%以上,但不同林分最大持水量的分配规律明显不同,福建青冈人工林的最大持水量大小排序为:乔木层>凋落物层>灌木层>草本层,而杉木人工林则表现为:乔木层>灌木层>草本层>凋落物层,可见乔木层持水量是林分涵养水源和保持水土功能的主体.

可见,福建青冈林分地上部分的持水性能优于杉木林,使得降雨通过其乔木层、灌木层、草本层及凋落物层的多层截留,减弱了雨滴击溅力,延缓了雨滴到达地面的时间,林地地表径流减少,同时由于其土壤结构及孔隙状况的改善,林地水分的容蓄能力增强,从而使得福建青冈人工林表现出比杉木人工林更好的涵养水源功能.

表7不同人工林地上部分最大持水量

林分类型

乔木层

持水量

/(t#hm-2)

比例

/%

灌木层

持水量

/(t#hm-2)

比例

/%

草本层

持水量

/(t#hm-2)

比例

/%

凋落物层

持水量

/(t#hm-2)

比例

/%

合计

/(t#hm-2)

福建青冈人工林49.66?4.6888.772.05?0.27 3.660.74?0.071.333.49?0.97 6.2455.94?5.杉木人工林36.94?4.2776.807.44?0.4215.47 2.93?0.856.090.79?0.09 1.48.10?4.29 16西南林学院学报第26卷

4 小 结

35年生福建青冈人工林表层土壤水稳性团聚体含量比杉木人工林增加5169%,土壤结构体破坏率比杉木林下降2178%,非毛管孔隙和总孔隙分别比杉木林提高43145%和912%;说明营造福建青冈人工林后林地土壤水稳性团聚体含量增加,团聚体稳定性增强,容重降低,总孔隙度增加,林地土壤结构状况、孔隙和水分状况得到不同程度的改善,福建青冈表层土壤有机质、全N ,全P 分别比杉木林增加33163%,27115%和4159%,福建青冈林地土壤肥力状况明显优于杉木林,可见福建青冈人工具有比杉木人工林更好的培肥土壤功能.

福建青冈叶的最大持水率高于杉木叶,枝和皮的最大持水率低于杉木,福建青冈林分地上部分的最大持水量是杉木纯林的1117倍,同时由于福建青冈林土壤结构及孔隙状况的改善,林地的蓄水能力增强,使得福建青冈林表现出比杉木林更好的涵养水源功能.

[参 考 文 献]

[1] 盛炜彤.我国人工林地力衰退及防治对策[M]//中国

林学会森林生态分会.人工林地力衰退研究.北京:中国科学技术出版社,1992:15-19.

[2] 马祥庆.杉木人工林连栽生产力下降研究进展[J].

福建林学院学报,2001,21(4):380-384.

[3] 陈世品.福建青冈林不同恢复阶段植物生活型特性的

研究[J].江西农业大学学报,2003,25(2):222-225.[4] 黄清麟,郑群瑞,阮学瑞.福建青冈萌芽林林分结构及生

产力的研究[J].福建林学院学报,1995,15(2):107-111.

[5] 5福建森林6编辑委员会.福建森林[M].北京:中国

林业出版社,1993.

[6] 林 鹏.福建植被[M].福州:福建科技出版社,1990.[7] [美]H .里思,R.H.惠特克.生物圈的第一性生产力[M].

王业蘧,周重光,肖前柱,等译.北京:科学出版社,1985.[8] 张万儒.森林土壤定位研究方法[M].北京:中国林业

出版社,1986.

[9] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上

海:上海科学技术出版社,1978.[10] 盛炜彤,薛秀康.福建柏、杉木及其混交林生长与生

态效应研究[J],林业科学,1992,28(5):397-404.

On Soil Fertility andW ater Conservi ng Capacity

of Cyclobalano psis c hungii P lantati on

LI U A i-qin 1

,WU Peng-f e i 1

,LI U Chun-hua

2

(1.Forestry Co ll ege ,Fu ji an Agri cu lt u re and Forestry U nivers it y ,Fuzhou Fu ji an 350003,Ch i na ;2.X i nkuo Forest Far m ,Fuji an Agri cu lture and Forestry U n i vers it y ,Sanm ing Fu ji an 353100,Ch i na)

Abstr act :The soil f ertility and t h e water conserving capacity of the 35-year-old Cycloba lanopsis chungii and Cunningham ia la nceola ta planta ti o ns were studied by i n vestigati n g i n to the b io mass and soil f ertility of these planta ti o ns .The resu lts sho wed t h at the Cycloba lanopsis c hung ii p lantati o n had better f u nction to i m pr ove water conservi n g capacity and soil f ertility co mpared w ith t h e Cunni n ghamia lance ola ta plantation .The stead i n ess of

soil aggregate and porosity were pro moted ,the bu l k density was decreased ,and the water and nutrient conditi o ns i n the Cycloba l a nopsis c hungii plantation were better than those of in Cunningham ia lance ola t a plantation .The water holding rate of Cycloba lanopsis chungii leaveswas 1.17ti m es that of Cunningha m ia lance ola t a leaves .Con 2clusively speak i n g ,the f u nction of i m provi n g the water conservi n g capacity and soil f ertility of Cycloba lano psis chungii p lantati o n was better than t h at of Cunningham i a lance ola ta p lantati o n.

K ey words :Cycloba lanopsis c hungii ;Cunningha m ia lanceola ta ;p l a ntation ;soil fertility ;water conserving ca 2pacity

17

第1期 刘爱琴等:福建青冈人工林土壤肥力与水源涵养功能