群團狀擇伐對華北落葉松林草本生物量及枯落物持水的影響

王錫武，崔立志

（河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450）

群團狀擇伐對華北落葉松林草本生物量及枯落物持水的影響

王錫武，崔立志

（河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450）

為了揭示群團狀擇伐孔大小對冀北山地華北落葉松人工林持水性能及草本生物量的影響，對華北落葉松林草本生物量和枯落物持水性能進行了研究。結果表明:同一群團狀擇伐孔內的草本層生物量要高于群團狀擇伐孔外的生物量，面積為0.049hm2的擇伐孔內外草本層生物量最大；而擇伐孔面積為0.025hm2的枯落物生物量、最大持水量和有效攔蓄量最大。

華北落葉松；群團狀擇伐；枯落物；持水性能；草本生物量

林地的枯落物層是由林木及林下植被凋落下來的莖、葉、枝條、花、果實、樹皮和枯死的植物殘體所形成的一層地面覆蓋層。在森林生態系統中，枯落物層是森林水文效應的第二個層次，它對林地土壤的水熱狀況和林地水文生態特性有重要的影響。研究表明：在林冠層、枯落物層和根系土壤層的垂直結構中，森林的枯落物層是實現森林涵養水源作用的主要作用層，而枯落物層的持水性能是反映枯落物層水文作用的一個重要指標。

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）林是冀北山地重要的人工林類型，但由于受不合理造林技術以及人為干擾和牲畜踐踏的影響，較多林分開始出現生長衰退、水源涵養功能降低的現象。為改善華北落葉松林分狀況，增加林分的水源涵養能力，對冀北山地20世紀70年代初營造的華北落葉松人工林實施群團狀擇伐，探討林下草本生物量和枯落物持水特性的變化規律，分析經營改造措施的效果。

1 研究區概況

研究地區位于河北省木蘭圍場國有林場管理局（41°35′～42°37′N，116°48′～118°20′E）。海拔1011～1230m。該地區具有水熱同季，冬長夏短、四季分明、晝夜溫差大的特征；無霜期67～128d；年平均氣溫-1.4～4.7℃；年均降水量380～560mm，主要集中在7～9月，占全年降水量的78%；年均蒸發量1462.9～1556.8mm，年均相對濕度63%；土壤為棕壤。觀測的落葉松人工林為1972年營造，平均密度為750株/hm2；林分為純林，平均高10.5m，平均胸徑13.5cm，平均郁閉度0.35。林下灌木零星分布，主要有柔毛繡線菊（Spiraea pubescens）、美麗胡枝子（Lespedeza formosa）等。研究區周邊是一個小村莊，人為干擾（修枝）強度較大，牲畜踐踏較為嚴重。

2 研究方法

2.1 群團狀擇伐

根據華北落葉松人工林低效的人為干擾和牲畜踐踏等主導因素，2007年確定了以下改造技術措施：封禁后實施群團狀擇伐改造措施。群團狀擇伐改造措施在林內開孔徑約9、13、15m的林窗，每個孔徑3個林窗，共9個林窗。

2.2 草本生物量取樣及測定

在3種不同的群團狀擇伐孔內及其群團狀擇伐孔外，分別設立5個1m×1m的草本樣方，取草本地上部分，帶回實驗室進行草本生物量測定。

2.3 枯落物取樣及持水性能測定

分別于2007年和2010年取樣測定，枯落物持水性能測定公式如下。

（1）枯落物最大持水量測定。枯落物最大持水量公式：Wcm=W1-W2，枯落物最大持水率公式：Rm=（W1-W2）/W2×100%，式中 Wcm—枯落物最大持水量；W1—浸水24h后的枯落物重量；W2—枯落物干重；Rm—枯落物最大持水率（%）。

（2）枯落物自然含水量測定。枯落物自然含水量計算公式為：WC=（W3-W2），枯落物自然含水率計算公式：R0=（W3-W2）/W2×100%，式中 WC—枯落物自然含水量；W3—枯落物樣品鮮重（g）；W2—枯落物干重；R0—自然含水率（%）。

（3）枯落物有效攔蓄量測定。枯落物有效攔蓄量計算公式W=（0.85Rm-R0）×M，式中W—有效持水量（t/hm2）；R0—自然含水率（%）；Rm—最大持水率（%）；M—枯落物干重（t/hm2）。

3 結果與分析

3.1 不同擇伐孔內外草本層生物量的比較

從圖1可以看出，同一擇伐孔內的草本層生物量要高于擇伐孔外的生物量，面積為0.049hm2的擇伐孔內和孔外的草本層生物量最大。可能原因是：（1）面積為0.049hm2的擇伐孔，其擇伐孔大小及其各種條件適合草本層的生長，因此其草本層的生物量較大。（2）擇伐孔內的草本層生物量高于擇伐孔外的生物量，是因為擇伐后種間及種內競爭減小，更適合植物的生長，因此其草本生物量較大。

3.2 同一擇伐孔不同年份的草本層生物量的比較

從圖2可以看出，封禁3a后，不同群團狀擇伐孔草本生物量變化明顯。2010年擇伐孔面積為0.049hm2的草本層生物量最大，究其原因：（1）2007年該林地頻繁的人為干擾和牲畜踐踏，導致林下草本稀疏，因此草本層生物量呈現無明顯差異的現象。（2）擇伐后，擇伐孔內的光照強度要高于擇伐前，因此擇伐孔內草本層的生物量要高于擇伐孔外的生物量。（3）封禁3a后，由于擇伐孔面積為0.049hm2時其內的各種條件更適合草本的生長，且其競爭壓力要小于面積0.053hm2和0.025hm2的，所以該處草本的生物量較大。

3.3 同一擇伐孔不同年份的枯落物生物量的比較

從圖3可以看出，經過3a封禁后，不同群團狀擇伐孔枯落物生物量有很大的變化，且面積為0.025hm2的擇伐孔，其枯落物生物量最大，究其原因：（1）封禁3a后，喬木、灌木、草本生長的較好，因此2010年枯落物生物量較2007年大。（2）擇伐孔徑越小，降落的枯落物越集中，導致其枯落物生物量最大。

3.4 不同擇伐孔枯落物最大持水量、自然含水量、有效攔蓄量的比較

從圖4可以看出，隨著群團狀擇伐孔面積的增大，枯落物最大持水量、自然含水量和有效攔蓄量減小。孔徑為0.025hm2的枯落物生物量最大，致使最大持水量、自然含水量和有效攔蓄量也就最大。

4 結論

同一群團狀擇伐孔內的草本層生物量要高于群團狀擇伐孔外的生物量，面積為0.049hm2的群團狀擇伐孔內和擇伐孔外的草本層生物量最大。封禁3a后，群團狀擇伐孔面積為0.049hm2的草本層生物量最大，而擇伐孔面積為0.025hm2的枯落物生物量、最大持水量和有效攔蓄量最大。

［1］巍強，張秋良，代海燕，等.大青山不同林地類型土壤特性及其水源涵養功能［J］.水土保持學報，2008，22（2）：111-115.

［2］冷疏影，馮仁國，等.中國土壤侵蝕與水土保持學科主要研究進展［J］.水土保持學報，2004，18（1）：1-6.

［3］林波，劉慶.川西亞高山人工針葉林枯枝落葉及苔蘚層的持水性能［J］.應用與環境生物學報，2002，8（3）：234-238.

［4］韓同吉，裴勝民，張光燦.北方石質山區典型林分枯落物層涵蓄水分特征［J］.山東農業大學學報：自然科學版，2005，36（2）：275-278.

［5］林慧龍，王軍，徐震，等.草地農業生態系統中的碳循環研究動態［J］.草業科學，2005，22（4）：59-62.

［6］李紅云，楊吉華，鮑玉海，等.山東省石灰巖山區灌木林枯落物持水性能研究［J］.水土保持學報，2005，19（1）：44-46.

［7］黃進，張金池，淘寶先.江寧小流域主要森林類型水源涵養功能研究［J］.水土保持學報，2009，23（1）：182-186.

［8］徐小牛，鄧文鑫，張赟齊，等.安徽老山亞熱帶常綠闊葉林不同林齡階段土壤特性及其水源涵養功能的變化［J］.水土保持學報，2009，29（1）：177-181.

［9］金銘，張學龍，劉賢德，等.祁連山林草復合流域灌木林土壤水文效應研究［J］. 水土保持學報，2009，23（1）：169-193.

［10］徐娟，余新曉，席彩云.北京十三陵不同林分枯落物和土層水文效應研究［J］.水土保持學報，2009，23（3）：189-193.

S715

A

1002-3356（2012）05-0003-02

2012-07-24

林業公益性行業科研專項（200804027-07）。