王海東，劉小利

(1.西寧市南山公園，西寧 810000；2.青海省農(nóng)林科學(xué)院；3.青海高原林木遺傳育種實驗室，西寧 810016 )

近些年，人們對森林植被的生態(tài)和社會價值，特別是對于森林的水源涵養(yǎng)作用的認(rèn)識不斷發(fā)展和提高，也在積極地營造和保護(hù)森林。大通縣是西寧市主要水源地之一，擔(dān)負(fù)著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生活用水的重任[1]。寶庫林區(qū)是大通縣重要的水源林之一，是重要水源地保護(hù)區(qū)。區(qū)內(nèi)森林植被除青海云杉(Piceacrassifolia)人工純林外，還有大量灌木林和部分白樺(Betulaplatyphylla)疏林地，林分穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)不合理，林地總體水源涵養(yǎng)能力較差[2]。為提高保護(hù)區(qū)林分水源涵養(yǎng)功能，2012年針對水源涵養(yǎng)功能低下的灌木林及白樺疏林地開展低效林分改造示范，2年后對改造效果進(jìn)行調(diào)查分析，以期通過林分結(jié)構(gòu)調(diào)整來提高其水源涵養(yǎng)能力。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在大通縣寶庫林區(qū)，分別選擇低效灌木林、白樺疏林2個不同林分開展低效林改造。

低效灌木林改造實施地點設(shè)在寶庫林場察汗河營林區(qū)察汗河，101林班40小班，小班面積154.14 hm2(2 312.03畝)。海拔2 840～2 930 m，山地地貌。是金露梅(Potentillafruticosa)、銀露梅(Potentillaglabra)、鮮卑木(Sibiraeaangustata)為主的灌木林，灌木總蓋度40%，灌木密度為3 750株·hm-2；草本以禾本科草和萱麻為主，總蓋度45%。因無喬木樹種，喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)不完整，林分截留雨水和持水能力弱，水源涵養(yǎng)功效低下。

白樺疏林地改造實施地點設(shè)在寶庫林場察汗河營林區(qū)寺堂明地勒，102林班36小班，小班面積42.33 hm2(634.89畝)，海拔2 760～2 980 m，山地地貌。喬木樹種為白樺，郁閉度0.17，白樺密度645株·hm-2(含更新幼樹)；灌木蓋度56%；草本蓋度85%；苔蘚層蓋度為9.3%。由于喬木層過于稀疏，枯落物層薄，因此其截留雨水和持水能力低，水源涵養(yǎng)能力低下。

2 研究方法

2.1 低效灌木林改造技術(shù)方案

采取增加針葉樹比重的方式進(jìn)行低效灌木林改造。在施行割灌的基礎(chǔ)上，按照1 659株·hm-2的種植密度補植青海云杉，從而增加針葉樹比重，將低效單一的灌木林逐步改造成喬灌混交、并使喬灌比列基本達(dá)到3∶7的合理林分結(jié)構(gòu)。

2.2 白樺疏林地改造技術(shù)方案

采取增加針葉樹比重的方式進(jìn)行白樺低效疏林地改造，每公頃補種青海云杉1 650株，將其改造為針闊混交、針闊比列基本達(dá)到7∶3的合理林分結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生長狀態(tài)

低效林改造后，林分結(jié)構(gòu)趨于合理，喬灌草復(fù)合層次初步建立，林分的生長狀況有了明顯的提高(表1)。從表1可以看出，低效灌木林改造前其灌木密度為3 750株·hm-2，總蓋度40%，多度為6.2；草本以禾本科草和萱麻為主，總蓋度45%，多度為3.9；無苔蘚層和喬木層。項目實施改造2年后，喬木層建立，郁閉度提高至0.26；灌木因?qū)嵤└脑鞎r進(jìn)行了割灌，總蓋度和多度降低至22%和4.2；草本蓋度和多度提升至72%和5.0；苔蘚層初步建立，蓋度達(dá)到8%。改造后，雖然灌木層的蓋度和多度暫時有所降低，但從整個林分結(jié)構(gòu)看，卻逐步向著較為合理的喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展。

樺樹疏林地改造前，喬木層樹種為白樺，白樺密度645株·hm-2(含更新幼樹)，郁閉度僅為0.17；灌木層以高山柳和鮮卑木為主，總蓋度56.3%，多度為3.4；草本層以禾本科草為主，總蓋度85%，多度為6.7；苔蘚層蓋度為9.3%。實施改造后，喬木層由單一、稀疏的白樺，改造成針闊混交林，郁閉度提高至0.37；灌木層蓋度和多度分別為40.5%和3.0；草本的蓋度和多度分別為46%和4.3；苔蘚層蓋度略有提高，為9.6。初步建立針闊混交、喬灌草健全的復(fù)合林分結(jié)構(gòu)。

表1 水源涵養(yǎng)低效林改造前后基本情況表

注：平均高、胸徑均為樣地內(nèi)隨機30個標(biāo)準(zhǔn)株的平均值。

3.2 林分截留降水效果

改造后林分的郁閉度增加，喬灌層不斷完善，林冠截留作用增強(表2)。 冠層的水文作用主要表現(xiàn)在對降雨的“能”和“量”的調(diào)節(jié)[3]。林冠截留是調(diào)節(jié)降水分配和水分輸入林內(nèi)的重要過程[4]，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要水文功能之一。大氣降水進(jìn)入森林生態(tài)系統(tǒng)后,首先由林冠對降雨進(jìn)行第一次分配,這一過程中不僅消減了降雨動能，同時導(dǎo)致森林群落內(nèi)的水分分配格局發(fā)生變化[5]。不同森林生態(tài)系統(tǒng)的林冠截留率存在較大差異。從表2可以看出：金露梅、銀露梅灌叢經(jīng)過改造，增加針葉樹比重，由于喬木層的建立，林分截留雨量的能力顯著增強，林冠截留量和截留率由改造前的129.17 mm和26.14%分別提高到改造后的194.40 mm和39.34%，林冠截留率比改造前提高了50%。

白樺疏林地經(jīng)過改造，增加針葉樹比重，形成針闊混交林，其林冠截留量和截留率分別由改造前的105.34 mm和21.32%提高到217.57 mm和44.03%，林冠截留率比改造前提高了106.51%。

表2 改造前后林分對降雨的分配

注:表中的降雨量為項目實施區(qū)雨季6-9月的降雨量。

3.3 林分持水能力

改造后林下地被物層恢復(fù)較快，持水能力有所提高。森林地被物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，由于其結(jié)構(gòu)疏松，透水性與吸水能力強，能吸滯通過植被而降落在地面之水，從而減緩降雨對地面的直接沖擊[6]。而地被物的持水能力是反映地被物截留降水能力的主要部分[7-10]。試驗數(shù)據(jù)表明(表3)：灌木林及白樺疏林地經(jīng)改造后，地被物層生物量有所增加，從而提高了地被物層的持水能力。其中，灌木林改造前地被物層有效持水率為131.24%，改造后為153.13%，比改造前提高了21.89百分點；疏林地改造前地被物層有效持水率為114.65%，改造后為137.42%，比改造前提高了22.77百分點；低效林分通過改造后，由于喬木層和灌木層結(jié)構(gòu)不斷趨于合理，地被物層生物量均有不同程度的增加，從而使其持水性能增強。

表3 改造前后不同林分地被物層持水特性

3.4 林分徑流

低效林分經(jīng)過改造后，林分立體垂直結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，地表徑流明顯減少。由于喬灌草、地被及枯落物層垂直結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，可有效截持降水，從而減弱降水強度和對地表的沖刷，減少地表徑流。從圖1可以看出：在降雨集中的6-9月，云杉中幼林撫育結(jié)構(gòu)調(diào)整后地表徑流由調(diào)整前的5.066 t·hm-2降低為3.935 t·hm-2，較調(diào)整前降低了22.32%；低效灌木林改造后地表徑流由改造前的4.499 t·hm-2降低為3.667 t·hm-2，較改造前降低了18.49%；白樺疏林地改造后地表徑流由改造前的7.791 t·hm-2降低為6.047 t·hm-2，較改造前降低了22.38%。改造后的林分截持降水作用增強，減少了地表徑流。

3.5 林下土壤持水性能

低效林分經(jīng)過改造后，林地表層的枯落物增加，林地的土壤水分物理性質(zhì)改變。土壤容重降低，孔隙度增大，持水性能增強(表4)。

林地的土壤水分物理性質(zhì)是林地土壤的基本特征，森林類型的不同，林地表層的枯落物構(gòu)成及地下根系的生長發(fā)育狀況、枯落物的分解程度等均存在差異[11]，因而所造成的林地土壤物理性質(zhì)也存在差異，土壤性質(zhì)，特別是土壤的容重和孔隙狀況(毛管孔隙和非毛管孔隙)直接影響土壤的持水性能，是決定森林土壤水源涵養(yǎng)功能的重要因素。

圖1 低效林分改造前后徑流量變化

表4可以看出：不同的林分結(jié)構(gòu)，改造后土壤的物理性質(zhì)均有一定程度的改善，持水性能也有不同程度的提高。低效灌木林改造后土壤容重、非毛管孔隙度和有效持水量分別為1.01 g·cm-3、8.78%和452.20 t·hm-2，較改造前土壤容重降低了0.21 g·cm-3，非毛管孔隙度和有效持水量分別增加了2.42百分點和131 t·hm-2；白樺疏林地改造后土壤容重、非毛管孔隙度和有效持水量分別為0.85 g·cm-3、12.07%和703.10 t·hm-2，較改造前土壤容重降低了0.01 g·cm-3，非毛管孔隙度和有效持水量分別增加了0.38百分點和36.8 t·hm-2。土壤容重降低，孔隙度增大，說明土壤更為疏松，透氣，持水能力增強，因而改造后的土壤涵養(yǎng)水分能力提高。

表4 改造前后不同林分土壤物理、水分特性

4 結(jié)論與討論

低效灌木林通過增加針葉樹比重的方式，改造成喬灌混交林，由于喬木層的建立，使林分郁閉度提高，草本蓋度和多度均有不同程度的提升，苔蘚層初步建立。整個林分結(jié)構(gòu)逐步向著較為合理的喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展。

白樺疏林地通過增加針葉樹比重的方式，將喬木層單一、稀疏的白樺林改造成針闊混交林。由于喬木層郁閉度的提高，林下灌木層與草本層蓋度和多度有所減少，但苔蘚層蓋度增加。改造后的林分喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)健全，林分生長良好。

森林的水文生態(tài)效應(yīng)主要通過林冠層、枯枝落葉層、土壤層3個層次的水文效應(yīng)來體現(xiàn)[12]。低效灌木林和白樺疏林地通過增加針葉樹比重的方式改善林分結(jié)構(gòu)，其林冠截留作用增強，地表徑流降低，枯枝落葉層持水性能增強；土壤物理性質(zhì)改善，容重降低，孔隙度增大，持水性能增強。改造后的林分水源涵養(yǎng)功能得了更好發(fā)揮。

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