杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较.pdf

曹艳云彭玉华何琴飞等.杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较.亚热带农业研究():.():.收稿日期:基金项目:国家林业和草原局林业知识产权转化运用项目“杂交相思授权新品种赤云相思转化运用”()广西地方标准资助项目()第一作者简介:曹艳云()女教授级高级工程师 研究方向:森林培育:.通信作者彭玉华()女正高级工程师 研究方向:森林培育与森林生态:.杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较曹艳云 彭玉华 何琴飞 黄志玲 欧芷阳 吴秉堃 黄瑞基(.广西壮族自治区林业科学研究院广西 南宁.重庆保绿丰生物科技有限公司重庆)摘要:目的比较了杂交相思、巨尾桉及其混交林枯落物层和土壤层的水源涵养能力为调整树种结构提供依据 方法对杂交相思纯林、巨尾桉纯林及其混交林(杂交相思 巨尾桉、杂交相思 巨尾桉)进行枯落物层与土壤层水文功能定量分析并采用坐标综合评定法对水文效应相关因子进行综合评价 结果()杂交相思纯林枯落物蓄积量最大显著大于巨尾桉纯林除巨尾桉纯林外其他 种林分半分解层枯落物蓄积量大于未分解层 杂交相思纯林枯落物持蓄水能力最好显著大于巨尾桉纯林()土层杂交相思纯林土壤容重显著低于其他 种林分 土层 杂交相思 巨尾桉土壤容重显著高于其他林分土壤容重随着土层加深而加大 杂交相思纯林、巨尾桉纯林总孔隙度、毛管孔隙度分别在 、土层最大均显著大于 杂交相思 巨尾桉 土层 杂交相思 巨尾桉的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度最大总孔隙度、毛管孔隙度显著大于 杂交相思 巨尾桉和杂交相思纯林土壤孔隙度随着土层加深呈不同的曲线变化 土层杂交相思纯林持蓄水能力显著大于其他林分 土层杂交相思纯林自然含水率最大且显著大于 杂交相思 巨尾桉、巨尾桉纯林 杂交相思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量最大且显著大于 杂交相思 巨尾桉 土层 杂交相思 巨尾桉的持蓄水能力最大 杂交相思 巨尾桉最小 随着土层加深 杂交相思 巨尾桉和杂交相思纯林的自然含水率为先降低后增加 杂交相思 巨尾桉和巨尾桉纯林的自然含水率为先增加后降低 杂交相思 巨尾桉、杂交相思纯林、巨尾桉纯林的最大持水量、毛管持水量、有效持水量逐渐减小 杂交相思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量呈曲线变化()坐标综合评定法结果表明 种林分的水源涵养能力高低依次为:杂交相思纯林 杂交相思 巨尾桉 杂交相思 巨尾桉巨尾桉纯林 结论杂交相思纯林水源涵养能力整体优于其他 种林分杂交相思与巨尾桉混交林优于巨尾桉纯林 杂交相思可以作为桉树轮作或混交造林的树种关键词:杂交相思 巨尾桉 枯落物层 土壤层 水源涵养中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.(.):.亚热带农业研究 第 卷 第 期 年 月().().()().().().():.:.森林生态系统水源涵养功能是森林与水的相互作用在生态系统服务领域的集中体现主要体现在林冠层、枯落物层和土壤层等对降水进行再分配的过程上 森林水源涵养量占陆地生态系统水源涵养总量的.而枯落物层和土壤层的水源涵养量占森林水源涵养总量的 枯落物层作为森林水源涵养功能的主要层次具有较强的截流和蓄水的性能其截流和持水量是自身干重的 倍在阻延地表径流、抑制土壤蒸发、改善土壤理化性质等方面发挥作用 土壤层作为森林涵养水源的主体能调节 的大气降水其水分贮存和渗透是反映森林水文效应的重要参数 枯落物的产生和分解受森林类型、林分结构、林龄等林分自身结构诸多因子的共同影响并通过调节物质周转和养分归还使土壤理化性质发生变化从而影响土壤的水源涵养能力 因此研究不同林分类型的枯落物和土壤水源涵养能力差异对人工林水源涵养能力提质增效具有重要意义巨尾桉(.)是目前南方发展短周期工业原料林的重要树种具有适应性强、生长迅速、经营周期短且经济效益高等特点但在多代连栽和高强度经营下存在土壤退化、截留水分弱等生态问题 已有学者尝试通过改变经营模式解决这些生态问题 杂交相思(.)不仅具有速生、适应性强、出材率高、经营周期短且经济效益高等特点还具有枯落物多、有固氮能力等优点是作为桉树轮作或混交造林的好树种 目前有关杂交相思、巨尾桉及其混交林在相似条件下营林的研究仍处于探索阶段尚未见相关水源涵养功能差异的报道 为此本研究亚 热 带 农 业 研 究第 卷比较了杂交相思纯林和巨尾桉纯林及其混交林枯落物和土壤的水源涵养能力以期为南方短周期用材林可持续经营提供参考 研究区概况试验地位于广西陆川县()地处亚热带季风气候区海拔约.光热充足年均气温.降水春夏多、秋冬少雨量充沛年均降雨量 相对湿度 左右干湿季节明显全年无霜期高达 偶有霜雪 土壤类型为第四纪红土发育而成的赤红壤土层厚 以上肥力中等 研究方法.试验设计在立地条件、营林措施基本一致的林地选择林龄(均为 年 月造林)与造林密度一致(种植密度 株)、长势相近的杂交相思纯林、巨尾桉纯林及其混交林共 种林分(表)每个林分设置 块 的样地共 个样地 对样地内的乔木树种进行每木检尺实测胸径、树高、郁闭度等林分因子表 参试林分树种组成及生长指标 林分)胸径/杂交相思巨尾桉树高/杂交相思巨尾桉 杂交相思 巨尾桉.杂交相思 巨尾桉.杂交相思纯林.巨尾桉纯林.)“杂交相思 巨尾桉”表示:按照“行杂交相思 行巨尾桉 行杂交相思 行巨尾桉”循环排列混交“杂交相思 巨尾桉”表示:按照“行杂交相思 行巨尾桉 行杂交相思 行巨尾桉”循环排列混交.枯落物的调查及测定.枯落物采集 年 月底在每个样地内按“”形设置 个 收集点分别按未分解、半分解标准收集枯落物装入样品袋并称质量.枯落物持水能力的测定 采用室内浸泡法 在 下烘至恒定质量称其干质量 将烘干后的枯落物取部分称量后装入尼龙网袋并在清水容器中浸泡 捞起后放置至枯落物不滴水时称质量 按白云星等、彭玉华等的方法计算其自然含水率、最大持水率、最大持水量、有效拦蓄率和有效拦蓄量等.土壤的调查及测定.土样采集 采用环刀取样分析法 年 月底分别在纯林样地的行间正中、混交林样地两树种行间正中挖取 个 深土壤剖面在 、土层分左、中、右采集环刀、铝盒土样带回实验室分析.测定方法 参照森林土壤水分物理性质的测定:/测定土壤的持水性状与物理性状.水源涵养综合评价利用坐标综合评定法对多个不同量纲指标进行综合评价以评定不同类型林分的水源涵养能力差异.数据分析运用 进行数据处理及制作图表 利用 .进行单因素方差分析()采用最小显著法()检验其差异显著性第 期曹艳云等:杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较 结果与分析.枯落物蓄积量及其水文效应.蓄积量 由图 可见 种林分枯落物蓄积总量在.之间大小依次为:杂交相思纯林 杂交相思 巨尾桉 杂交相思 巨尾桉巨尾桉纯林 其中杂交相思纯林的枯落物蓄积总量显著高于巨尾桉纯林 由图 还可见 种林分的未分解层和半分解层枯落物蓄积量差异不显著 其中杂交相思纯林和 杂交相思 巨尾桉半分解层枯落物蓄积量大于未分解层巨尾桉纯林未分解层枯落物蓄积量大于半分解层 杂交相思 巨尾桉枯落物半分解层和未分解层蓄积量基本相同不同小写字母表示不同林分之间存在显著差异(杂交相思 巨尾桉杂交相思纯林 杂交相思 巨尾桉 巨尾桉纯林枯落物自然含水率平均值显著高于 杂交相思 巨尾桉、杂交相思纯林 由图 还可见 种林分的未分解层枯落物自然含水率差异不显著巨尾桉纯林半分解层枯落物自然含水率显著高于其他 种林分 不同林分枯落物的持水能力见表 由表 可见 种林分枯落物的最大持水率平均值在.之间最大持水总量在.之间两者大小都依次为:杂交相思纯林 杂交相思 巨尾桉 杂交相思巨尾桉巨尾桉纯林 杂交相思纯林半分解层枯落物最大持水率、未分解层枯落物最大持水量以及最大持水总量显著大于巨尾桉纯林不同小写字母表示不同林分之间存在显著差异(杂交相思 巨尾桉 杂交相思 巨尾桉巨尾桉纯林 其中杂交相思纯林半分解层枯落物有效拦蓄率显著大于 杂交相思 巨尾桉和巨尾桉纯林杂交相思纯林枯落物有效拦蓄总量显著大于巨尾桉纯林亚 热 带 农 业 研 究第 卷表 杂交相思、巨尾桉及其混交林枯落物的持水能力比较)林分最大持水率/未分解层半分解层平均值最大持水量/()未分解层半分解层总量 杂交相思 巨尾桉.杂交相思 巨尾桉.杂交相思纯林.巨尾桉纯林.值.)同列数值后附不同小写字母者表示差异达.显著水平表 杂交相思、巨尾桉及其混交林枯落物的拦蓄能力比较)林分有效拦蓄率/未分解层半分解层平均值有效拦蓄量/()未分解层半分解层总量 杂交相思 巨尾桉.杂交相思 巨尾桉.杂交相思纯林.巨尾桉纯林.值.)同列数值后附不同小写字母者表示差异达.显著水平.土壤层的水文效应.物理特征 从图 可见 杂交相思 巨尾桉林分土壤容重平均值最大显著高于其他 种林分类型 在 土层杂交相思纯林土壤容重显著低于其他 种林分 土层 杂交相思巨尾桉林分的土壤容重均显著高于其他林分 各林分土壤容重随着土层加深而加大不同林分显著加大出现在不同的土层 杂交相思 巨尾桉林分在 土层、杂交相思纯林在 土层、巨尾桉纯林在 土层显著增大而 杂交相思 巨尾桉土壤容重增幅很小至 土层仅比 土层增加.从图 可见 种林分非毛管孔隙度平均值差异不显著 杂交相思 巨尾桉林分的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度平均值均最大 杂交相思 巨尾桉林分的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度平均值均最小(图、)在 土层杂交相思纯林的总孔隙度、毛管孔隙度最大且与 杂交相思 巨尾桉林分的差异显著 在 土层巨尾桉纯林的总孔隙度、毛管孔隙度最大且显著大于 杂交相思 巨尾桉 杂交相思 巨尾桉的总孔隙度、毛管孔隙度显著小于其他 种林分在 和 土层 杂交相思 巨尾桉林分的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度最大且总孔隙度、毛管孔隙度显著大于 杂交相思 巨尾桉和杂交相思纯林 随着土层加深各林分总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均呈现出“”型曲线变化趋势.持蓄水特征 土壤持水特性直接反映土壤的蓄水保水能力持水特性越好则保蓄水分的能力越强 从图 可见 种林分持水能力差异明显 杂交相思纯林土壤的自然含水率平均值最大(图)显著大于巨尾桉纯林和 杂交相思 巨尾桉林分 杂交相思 巨尾桉林分土壤的最大持水量、毛管持水量、有效持水量总量最大 杂交相思 巨尾桉林分土壤则显著低于其他 种林分 在 土层杂交相思纯林的持水能力均显著高于其他林分 在 土层杂交相思纯林的自然含水率显著高于巨尾桉纯林和 杂交相思 巨尾桉 杂交相思 巨尾桉显著高于 杂交相思 巨尾桉 杂交相第 期曹艳云等:杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量均显著小于其他林分 在 土层 杂交相思 巨尾桉林分的持水能力显著高于杂交相思纯林和 杂交相思 巨尾桉巨尾桉纯林持水能力显著高于 杂交相思 巨尾桉 在 土层 杂交相思 巨尾桉的持水能力均显著小于其他林分杂交相思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量均显著高于其他林分杂交相思纯林和巨尾桉纯林的最大持水量、毛管持水量、有效持水量显著高于 杂交相思 巨尾桉 以上说明随着土层加深杂交相思 巨尾桉、杂交相思纯林、巨尾桉纯林的最大持水量、毛管持水量、有效持水量呈现出逐渐减小的变化趋势 杂交相思 巨尾桉和杂交相思纯林的自然含水率呈先降低后升高的变化趋势 杂交相思 巨尾桉和巨尾桉纯林的自然含水率呈先升高后降低的变化趋势 杂交相思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量呈先降低后升高再降低的“”型曲线的变化趋势.土壤容重.总孔隙度.毛管孔隙度.非毛管孔隙度 不同小写字母表示同一土层不同林分类型间存在显著差异(.)不同大写字母表示同一林分类型不同土层间存在显著差异(.)图 杂交相思、巨尾桉及其混交林的土壤容重与土壤孔隙度 亚 热 带 农 业 研 究第 卷.自然含水率.最大持水量.毛管持水量.有效持水量 不同小写字母表示同一土层不同林分类型间存在显著差异(.)不同大写字母表示同一林分类型不同土层间存在显著差异(杂交相思 巨尾桉 杂交相思 巨尾桉巨尾桉纯林 杂交相思纯林的枯落物和土壤水源涵养能力较好巨尾桉纯林的枯落物和土壤水源涵养能力相对较差 讨论与结论.不同林分枯落物的蓄积量与持水特性差异枯落物在森林生态水文功能中具有独特作用能避免降水和地上径流与土壤直接接触减少土壤侵蚀平均削减.的大气降水总动能 本研究表明不同林分的枯落物蓄积量表现有差异以杂交第 期曹艳云等:杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较相思纯林枯落物最大、巨尾桉纯林最小 这与林祖荣得出的混交林枯落物蓄积量大于纯林的结论不一致但与巨尾桉纯林枯落物蓄积量最小的结论相一致 这可能与树种特性有关 桉树树干通直自然整枝力强、冠层稀疏、分枝小、叶数量少导致其枯落物蓄积量较小 杂交相思纯林、杂交相思 巨尾桉、杂交相思 巨尾桉的枯落物蓄积量均呈现半分解层大于未分解层这与张益等的研究结果相似因为枯落物半分解层包含了枯落物的多年累积量而巨尾桉纯林与之相反这与巨尾桉叶片表面含有一层蜡质不易分解有关 枯落物持蓄水特性受到树种特性、分解程度等因素的影响 本研究表明枯落物自然含水率在不同林分间存在显著差异巨尾桉纯林最大、杂交相思 巨尾桉最小这可能由于桉树叶片厚革质且表面含有一层蜡质水分不易挥发所致 本研究中不同林分枯落物持蓄水特性与枯落物蓄积量大小排序相似均以杂交相思纯林最大、巨尾桉纯林最小这与枯落物蓄积量及其分解状况有关 杂交相思纯林枯落物蓄积量显著大于巨尾桉纯林其半分解层也显著大于巨尾桉纯林 一般蓄积量越高枯落物持蓄水能力越强半分解层处于部分分解状态在相同质量的情况下表面积更大则更易吸持水分表 杂交相思、巨尾桉及其混交林各指标到标准点的距离及水源涵养能力综合评价 林分枯落物自然含水率最大持水率最大持水量有效拦蓄量土壤层自然含水率最大持水率最大持水量毛管持水量有效持水量综合评价排名 杂交相思 巨尾桉.杂交相思 巨尾桉.杂交相思纯林.巨尾桉纯林.不同林分土壤物理特性与持蓄水特性差异土壤容重是土壤质地、结构、孔隙等物理性状的综合反映受林分土壤发育状况的影响反映土壤通透性和根系延展阻力的大小关系到森林土壤持水能力 本研究表明 种林分土壤容重均随着土层加深而增大这与程唱等、张益等的研究结果一致这是因为表层是动植物活动最频繁的地方枯落物分解、动物粪便产生的营养物质可改善表层土壤的孔隙结构 有研究表明枯落物分解使得土壤表层形成土壤团粒结构导致土壤孔隙度增大孔隙度随着土层加深而减小 本研究并未呈现上述规律 杂交相思 巨尾桉和巨尾桉纯林的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和杂交相思纯林的总孔隙度、毛管孔隙度以及 杂交相思 巨尾桉的非毛管孔隙度虽然土壤深层比表层()小但它们的减小变化趋势不是线性关系而是呈现各种的“”型曲线关系 这可能与树种根深特性有关杂交相思根系大部分集中在表层()桉树根系的主要部分可以深至.根系在土壤中穿插、挤压、释放分泌物以及腐朽物有利于土壤颗粒的胶结和毛管孔隙的形成 本研究中杂交相思纯林的总孔隙度和毛管孔隙度在表层(土层)均大于其他 种林分佐证了这一点 混交比例大的 杂交相思 巨尾桉林分的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度平均值最大也验证了树种根深对土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度的影响这是因为巨尾桉与杂交相思混交其根系在各层分布较均匀土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度在不同土层波动较小林分土壤自然含水率受树种、降水、林分郁闭度、光照、枯落物蓄积量等影响 杂交相思纯林林分郁闭度大、枯落物蓄积量大对林地水分的保护作用强因此杂交相思纯林的自然含水率最高 巨尾桉纯林因树冠稀疏导致郁闭度小、枯落物蓄积量小林地水分易蒸发因此种植巨尾桉的林分自然含水率低于杂交相思纯林 土壤容重和孔隙度是决定土壤水源涵养效应的重要因素容重和孔隙度不同反映了土壤层持水能力的差异 杂交相思纯林、巨尾桉纯林、杂交相思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有亚 热 带 农 业 研 究第 卷效持水量随着土层加深呈现逐渐减小趋势赵阳等、张强等也得出相似的变化规律 杂交相思巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量随着土层加深呈曲线变化趋势杂交相思纯林的最大持水量、毛管持水量、有效持水量在表层(土层)均大于其他 种林分 杂交相思 巨尾桉的最大持水量、毛管持水量、有效持水量均值最大这些变化部分与土壤容重变化相反部分与孔隙度变化相似综上分析不同类型的林分水热再分配存在差异枯落物组成及分解程度、土壤质地及结构各不相同导致其持蓄水能力也存在差异 本研究利用坐标法对 种林分水源涵养性能进行综合评价表明杂交相思纯林综合水源涵养性能最好其次是 杂交相思 巨尾桉 杂交相思纯林林分的水源涵养能力大于巨尾桉纯林、杂交相思与巨尾桉混交林的林分杂交相思与巨尾桉混交林林分水源涵养能力大于巨尾桉纯林表明杂交相思可作为桉树轮作或混交造林的树种参考文献 .:.():.():.():.:.:.王辉源宋进喜吴琼.气候变化背景下秦岭水源涵养功能时空变异特征.水土保持学报():.:.孙于卜欧晓彬陈轲林等.黄土高原子午岭油松林枯落物的水源涵养功能评价.水土保持通报():.聂泽旭齐实马曦瑶等.华蓥市山区典型林分水源涵养功能评价.水土保持学报():.刘效东张卫强冯英杰等.森林生态系统水源涵养功能研究进展与展望.生态学杂志():.温林生彭云邓文平等.庐山杉木林与黄山松林的土壤层水源涵养能力和土壤侵蚀敏感性探究.水土保持学报():.赵阳王飞齐瑞等.白龙江、洮河林区 种典型森林枯落物与土壤层水源涵养效应.水土保持研究():.于忠亮付世萃王梓默等.吉林省辽河流域不同植被类型土壤水源涵养能力分析.中国水土保持():.杨静张耀艺谭思懿等.亚热带不同树种土壤水源涵养功能.生态学报():.彭玉华谭长强何琴飞等.台湾桤木与不同树种混交初期土壤理化性质的对比分析.中南林业科技大学学报():.张甜李龙龙.中条山不同森林类型土壤和枯落物的水文性能分析.森林工程():.:?.():.程唱贺康宁俞国峰等.干旱半干旱区不同林型人工林水源涵养能力比较研究.生态学报():.(/):.第 期曹艳云等:杂交相思、巨尾桉及其混交林水源涵养能力比较 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