马尾松多树种混交林水文效应和土壤性质研究

摘要：采用马尾松、木荷、台湾相思按2∶7∶1和4∶5∶1两种比例混交及马尾松、火力楠、杉木按1∶5∶4和5∶4∶1两种比例造林，19年生时研究其水文特征和土壤肥力状况。结果表明：马尾松、木荷、相思混交林持水能力高于马尾松、火力楠、杉木混交林，其中按2∶7∶1配比的马尾松、木荷、相思混交林其持水量最大，比按1∶5∶4配比的马尾松、火力楠、杉木混交林大19.43%，比按5∶4∶1配比的马尾松、火力楠、杉木混交林大24.43%；马尾松、木荷、相思混交林土壤肥力状况优于马尾松、火力楠、杉木混交林；马尾松、木荷、相思混交林具有更强的持水固土能力。

关键词：马尾松；多树种；持水性；土壤肥力

中图分类号：S725.2

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）05002603

1引言

森林具有大的保持水土和涵养水源功能，在维护社会生态安全中发挥了巨大作用。由于树种组成上的差异，各种林分类型的林冠层、下木活地被物层和凋落物层结构不同，从而导致森林群落水文效应和土壤理化性质的差别[1]。理论和实践表明，混交林在保持水土、维持和改善土壤肥力、减少病虫害、阻隔火灾蔓延等方面均优于纯林。因此，随着人类对生存环境的愈加关注，林业生产中造林环节逐渐提倡改纯林为混交林，以增强人工林的固土功能，提高森林的防御灾害能力及其对土地的可持续利用[2]。马尾松是我国南方林区主要的造林树种，在福建省人工林中所占比例较大。笔者在闽南山区对19年生的马尾松、木荷、台湾相思混交林和马尾松、火力楠、杉木混交林的持水性及林地肥力状况进行研究，旨在探寻合适的马尾松多树种混交类型，为福建沿海丘陵山地马尾松人工林可持续经营提供理论依据。

2试验区概况

安溪白濑国有林场属亚热带季风气候，雨量充沛，气候温暖。年平均气温16～20 ℃，最高达40 ℃，年降雨量1500～1800 mm，年均相对湿度76%。每年3～8月有台风影响，最大风速达40 m/s以上。地貌属于闽东南丘陵地形，山脉为戴云山脉往东南延伸的分支，海拔300～950 m，西部、西北部较高，坡度20～40°。土壤以花岗岩风化形成沙壤、粗骨性红壤为主，呈微酸性，pH值5～6，土层40～60 cm，土壤瘠薄，立地条件差，Ⅲ、Ⅳ类地面积占98.5%。植被主要有芒萁、五节芒、拔契、桃金娘、苦竹、冬青及禾本科的其它杂草。

3研究方法

2013年春，在佛仔格工区1～6班马尾松采伐迹地上开展马尾松、木荷、台湾相思混交林和马尾松、火力楠、杉木混交林造林试验，马尾松、木荷、台湾相思混交比例设2∶7∶1和4∶5∶1两种，马尾松、火力楠、杉木混交比例1∶5∶4和5∶4∶1两种。试验随机区组设计，3次试验重复，试验小区沿山坡上、中、下排列，每个试验小区面积为25.8 m×25.8 m。造林株行距2 m×2 m，造林后前3年每年抚育除草一次，以后在自然状态下生长。

地上部分持水性能测定：林冠层按随机原理抽取带叶的标准枝条，采用浸水法称量求算；林下植被层和枯枝落叶层采用样方收获法和浸水法称量求算。

土壤理化性质测定：每样地按“S”形路线多点（5～6点）分别采集0～20 cm、20～40 cm层的土样供做养分化学分析，并用“环刀法”采集0～20 cm和20～40 cm的原状土做水分物理性状测定。 土壤水分物理性质按常规方法测定，土壤化学分析按国际分析方法测定[3]。

4结果与分析

4.1马尾松混交林水文特征

4.1.1马尾松混交林地上部分持水能力

随着降雨的到来，森林地上部分的林冠层、林下植被层和枯枝落叶层依次对雨水进行拦截和吸储，致使落入地面的雨量减少并且减缓了雨水对地面的冲击和径流的产生。通过马尾松不同混交类型林分的林冠层、林下植被层和枯枝落叶层持水量测定看出（表1），马尾松、木荷、相思混交林（2∶7∶1和4∶5∶1）其林冠层和枯枝落叶层的持水量及总持水量高于马尾松、火力楠、杉木混交林（1∶5∶4和5∶4∶1），而林下植被层的持水量相反。这是因为马尾松、木荷、相思混交林中阔叶树比例大于马尾松、火力楠、杉木混交林，而处于林冠层的阔叶树冠幅较大且枝叶浓密，对雨水的截留量较大。由于马尾松、木荷、相思林冠层枝叶交错，林下透光度较小，林下植物特别是阳生植被较少，以阴生植物为主，总植被量较小，因此马尾松、木荷、相思混交林下植被层持水量低于马尾松、火力楠、杉木混交林。阔叶树含量大的混交林其枯枝落叶层枯落物多且厚，对降落的雨水吸收量也较大。

4.1.2马尾松混交林土壤层持水能力

森林土壤是持水的主体，土壤吸收水分的多少是反映森林保持水土能力的重要的指标。不同的森林土壤由于土壤质地、结构和肥力状况的差异，在持水功能上有较大的区别。从表2可知，马尾松、木荷、相思混交林和马尾松、火力楠、杉木混交林土壤持水能力不同，马尾松、木荷、相思混交林土壤层持水量大于马尾松、火力楠、杉木混交林，而相同混交树种比例不同的混交林中，又以阔叶树比例大的混交类型其土层持水量多。这与森林结构有较大的关系，因为阔叶树多的林分，林冠层枝叶多且枯枝落叶层厚，地上部分就对降雨起到很好的拦截和吸收作用，有效较少雨水对地面的冲刷，而且枯枝落叶层较厚的林分其土壤也比较疏松，对水分吸储有利。

4.1.3马尾松混交林林分持水能力

森林持水量由森林地上部分持水量和土壤持水量两部分构成。从表3看出，马尾松、木荷、相思混交林持水量大于马尾松、火力楠、杉木混交林，而相同树种不同比例的林分中，以阔叶树比例大的林分持水量为大。按2∶7∶1配比的马尾松、木荷、相思混交林其持水量最大，比按1∶5∶4配比的马尾松、火力楠、杉木混交林大19.43%，比按5∶4∶1配比的马尾松、火力楠、杉木混交林大24.43%。按4∶5∶1配比的马尾松、木荷、相思混交林其持水量在四种林分类型中居于第二。因此，为减少水土流失，提高人工林的涵养水源能力，在混交林的营造中可适当加大阔叶树的比例。

4.2马尾松混交林土壤肥力特征

土壤为植物生长供应和协调营养条件及环境条件的能力称为土壤肥力，土壤肥力是土壤物理、化学和生物等性质的综合反映。不同的混交模式对林地的肥力有各种不同的影响，导致土壤结构、土壤水分性能和土壤养分状况等差异。通过马尾松多树种混交林土壤肥力测定（表4），混交林中0～20 cm土层的肥力状况优于20～40 cm。马尾松、木荷、相思混交林土壤中有机质、全N、全P、水解N、速效P、速效K等指标均大于马尾松、火力楠、杉木混交林。马尾松混交林土壤肥力产生差异的原因主要在于树种组成和结构上的不同，马尾松、木荷、相思混交林主林层枝叶繁多，凋落量大，一方面对强降雨的削弱作用大，使土层少受到雨水的冲击，这样地表径流就减少，土层表面的厚度和营养成分有保证。其次由于枯落物多营养物质回归土壤的量比较大，土壤肥力得到改善，而且较厚的枯落层对土壤良好的结构起到了保持作用。因此，马尾松、木荷、相思混交林土壤比马尾松、火力楠、杉木肥沃。

5结论与讨论

研究结果表明，马尾松、木荷、相思按2∶7∶1和4∶5∶1配比的混交林地上部分持水量、土壤含水量和总持水量大于马尾松、火力楠、杉木按1∶5∶4和5∶4∶1配比的混交林，土壤肥力状况也表现出相同的规律。

福建是多雨的省份，特别是山区雨水较多，容易引发水土流失、滑坡和泥石流等自然灾害，森林在防御自然灾害中发挥重要作用，而不同的森林类型对自然灾害的抵御能力不同，单一树种所构成的森林由于其结构简单，固土持水的功能较小，而多树种组成的森林有多层次结构，对雨水特别是强降雨有较大的吸储作用，减少雨水形成地表径流和灾害产生的可能。马尾松是福建山区主栽树种，采用马尾松与多种阔叶树混交造林以形成稳定的多层次的林分结构，有利于提高林分的持水性能和改善土壤的肥力作用。

参考文献：

[1]郑郁善.杉木毛竹混交林水文效应研究[J].福建林学院学报，1995，5（4）：325～330.

[2]孙时轩.造林学[M].北京：中国林业出版社，1993.

[3]张万儒.森林土壤定位研究法[M].北京：中国林业出版社，1986.