鐘 瑜，侯遠瑞，黃小榮，申文輝，陸國導(dǎo)

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2.國家林業(yè)局 中南速生材繁育重點實驗室，廣西 南寧 530002；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002)

翅莢木(ZeniainsignisChun)屬蘇木科翅莢木屬落葉大喬木，又名任豆、砍頭樹，樹高達20～30 m，胸徑可達100 cm[1]，天然分布于廣西、廣東、湖南、貴州、云南等省區(qū)，在越南北部也有分布。翅莢木樹干圓滿通直，出材率高，木材結(jié)構(gòu)細密，抗壓和抗彎力強，經(jīng)水浸泡后不翹不裂，不易受蟲蛀，容易干燥，便于加工，是優(yōu)良的家具用材和膠合板用材；木材纖維長、韌性好、出漿率高，也是優(yōu)良造紙用材[2]；樹葉粗蛋白質(zhì)含量達24.6%，為良好的家畜飼料。翅莢木速生，年平均胸徑生長量達1.42 cm，年平均樹高生長量達1.32 m，且根系發(fā)達，穿透力強，能通過巖石縫隙向深處生長，在廣西巖溶地區(qū)可作為石漠化治理和退耕還林的主要造林樹種，在四川、湖北、湖南、江西、浙江等地引種栽培也表現(xiàn)出良好的速生性。

目前對翅莢木的研究主要集中在苗木培育[3]、栽培技術(shù)[4]、生理特性[5]、材性及利用[2]等方面，對其人工林水源涵養(yǎng)功能方面的研究尚未見報道。本研究通過對廣西喀斯特山地17年生的翅莢木人工林水源涵養(yǎng)功能進行測定分析，來初步評估翅莢木人工林的水源涵養(yǎng)能力，為科學(xué)評價翅莢木生態(tài)效益提供參考。

1 林地概況

調(diào)查測定的翅莢木人工林位于廣西壯族自治區(qū)平果市，地理位置為東經(jīng)107°21′～107°51′、北緯23°12′～23°51′。該市氣候?qū)俣嘤甑膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，春秋干旱，冬季干冷。年平均氣溫19.0～21.5 ℃，極端最低溫-1.3 ℃，極端最高溫40.9 ℃，1月份平均氣溫最低，為12.4 ℃，7月份平均氣溫最高，為28.2 ℃，≥10 ℃的年活動積溫為6 500～7 400 ℃，年無霜期300～350 d，年平均降水量1 200～1 500 mm，相對濕度80%以上。翅莢木人工林的地形為喀斯特山地，海拔400～550 m，坡度20°～30°，土壤為石灰?guī)r發(fā)育而成的棕色或黑色石灰土，土被零星分布，巖石裸露率達53%。自然植被有黃荊(Vitexnegundo)、紅背山麻桿(Alchorneatrewioides)、小果野桐(Mallotusmicrocarpus)、穿破石(Macluracochinchinensis)、粗葉懸鉤子(Rubusalceifolius)、腎蕨(Nephrolepiscordifolia)、藎草(Arthraxonhispidus)、飛機草(Chromolaenaodorata)等。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

在林分中選擇有代表性的地段，設(shè)置3塊20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地(即3個重復(fù))，對標(biāo)準(zhǔn)地林木進行每木檢尺。以平均標(biāo)準(zhǔn)木法在每個標(biāo)準(zhǔn)地選擇1株平均木，伐倒或用勾刀取林冠層的枝葉稱量，每株標(biāo)準(zhǔn)木取3份樣品帶回室內(nèi)測定。在每個標(biāo)準(zhǔn)地的上部、中部和下部各設(shè)置1個水平投影為100 cm×100 cm的小樣方，采用切割法收獲林下的灌木和草本稱量。調(diào)查小樣方內(nèi)枯落物總厚度、未分解層(L層)厚度和半分解層(F層)厚度，分層收集枯枝落葉，分層稱量，并分別取300～500 g樣品帶回室內(nèi)測定其最大持水率和最大持水量。在每個標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置土壤剖面3個，按0～20、20～40 cm厚度分層采集樣品，每層取1個環(huán)刀樣品，共取回標(biāo)準(zhǔn)地環(huán)刀樣品18個。按《森林土壤水分-物理性質(zhì)的測定》(LY/T 1215—1999)測定土壤物理性質(zhì)及持水量。

2.2 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 21.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，分別進行方差分析、多重比較、變異系數(shù)估算等。

3 結(jié)果與分析

3.1 林冠層及林下植被層持水性能

林冠層對降雨進行第一次截留。林冠層持水特性與樹種組成、郁閉度、生物量及降雨量、降雨強度、降雨時間等相關(guān)。從表1測定結(jié)果看，17年生翅莢木人工林平均樹高14.34 m，平均胸徑17.14 cm，林冠層枝葉鮮質(zhì)量達30.08 t/hm2，最大持水率達23.77%，最大持水量達7.23 t/hm2。灌木層和草本層是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也具有一定的水源涵養(yǎng)功能。由表2可知，灌木層最大持水率達30.81%，最大持水量達2.75 t/hm2；草本層最大持水率達46.75%，最大持水量達2.42 t/hm2。

表1 翅莢木林冠層持水性能

表2 翅莢木林下灌木和草本持水性能

比較植被各層次的最大持水率，結(jié)果是草本層>灌木層>林冠層。而由于各層次生物量的差異，其最大持水量大小排順正好相反，為林冠層>灌木層>草本層，林冠層最大持水量是灌木層的2.6倍，是草本層的近3倍，說明植被對降雨的截留作用林冠層占主導(dǎo)地位，而灌木層和草本層的二次截留也大大減弱了降雨對地表的沖刷。

3.2 枯落物持水性能

枯落物也是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。從表3可知，17年生翅莢木枯落物層總厚度達3.6 cm，枯落物的總蓄積量達4.09 t/hm2，其中未分解層蓄積量占總量的53.55%、半分解層蓄積量占總量的46.45%，枯落物未分解層蓄積量大于半分解層的蓄積量，這一結(jié)果與李紅云等[6]對山東石灰?guī)r山區(qū)灌木林枯落物的研究結(jié)果及張峰等[7]對北京西山主要造林樹種林下枯落物的研究結(jié)果相似?？萋湮镄罘e量大小與林木生長量大小、林分郁閉度高低及樹冠疏密程度等有一定的關(guān)系。表3顯示，枯落物浸泡24 h后未分解層最大持水率為190.68%，半分解層為199.71%，即枯落物最大持水量可達到其自身質(zhì)量的近2倍，且半分解層的最大持水量大于未分解層，這與張峰等[7]的研究結(jié)果相似?？萋湮飳訂挝幻娣e最大持水量達8.01 t/hm2，大于灌木層與草本層之和，也大于林冠層。林分枯落物的分解速度通?？捎肍層與L層蓄積量的比值表示，翅莢木的F層與L層蓄積量比值為0.73，而根據(jù)吳鵬飛[8]的研究結(jié)果，樂昌含笑和杉木的F層與L層蓄積量比值分別為0.45和0.21，表明翅莢木枯落物分解回歸林地的速度較快。由此可見，枯落物覆蓋地表不但使土壤免遭雨滴直接濺蝕,而且能滯緩地表徑流從而減輕雨水對土壤的沖刷，同時枯落物腐爛分解后還可增加土壤養(yǎng)分和改善土壤理化性質(zhì)，在涵養(yǎng)水源、固持土壤和改良土壤中發(fā)揮重要作用。

表3 翅莢木枯落物持水性能

3.3 土壤層持水性能

土壤的孔隙度可反映出土壤的透氣性和蓄水性能。從表4可見，喀斯特山地翅莢木林地0～20 cm土層總孔隙度為51.39%，20～40 cm土層總孔隙度為52.67%，與孫艷等[9]對山地紅壤馬尾松近熟林的研究結(jié)果相似(0～20、20～40 cm土層分別為51.39%、46.94%)。翅莢木林地0～20 cm土層與20～40 cm土層的非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度差異不顯著，但0～20 cm土層的非毛管孔隙度比20～40 cm土層稍大一些，毛管孔隙度和總孔隙度則比20～40 cm土層稍小一些。0～20 cm土層與20～40 cm土層的土壤容重差異顯著，0～20 cm土層土壤容重大于20～40 cm土層，這一測定結(jié)果與滕秋梅等[10]得出的山地紅壤光皮樺林地土壤容重隨土層加深而增大的研究結(jié)果不同。0～20 cm土層與20～40 cm土層的最大持水率及最大持水量差異也不顯著，但0～20 cm土層的最大持水率及最大持水量均比20～40 cm土層稍小一些。翅莢木林地單位面積土壤0～40 cm土層的最大持水量達2 081.1 t/hm2，以林地的巖石裸露率53%推算，則實際最大持水量為978.12 t/hm2。

表4 翅莢木林地土壤物理性質(zhì)及蓄水性能

4 結(jié) 論

喀斯特山地17年生翅莢木人工林的林冠層最大持水量為7.23 t/hm2，林下灌木層最大持水量為2.75 t/hm2，草本層最大持水量為2.42 t/hm2，枯落物層最大持水量為8.01 t/hm2，林分地上部分的最大持水量達20.41 t/hm2，與陳德葉[11]的研究結(jié)果福建柏(20.57 t/hm2)、楠木(16.45 t/hm2)、木莢紅豆(25.78 t/hm2)等樹種地上部分的最大持水量相當(dāng)。翅莢木人工林地上部分各層次持水量大小表現(xiàn)為枯落物層>林冠層>灌木層>草本層，表明翅莢木枯枝落葉層在林分涵養(yǎng)水源中發(fā)揮著重要作用，并且其分解回歸林地的速度快，利于增加土壤養(yǎng)分和改良土壤理化性質(zhì)。翅莢木人工林土壤最大持水量為978.12 t/hm2，林分總的持水量達998.53 t/hm2，在喀斯特石漠化地區(qū)形成了一個巨大的“綠色水庫”，改善了該區(qū)域干旱缺水的狀況。