沈秋红 何诗杨 许元科 吴夏华 周肄智 吴家森 叶丽敏
摘 要：探討不同间伐年限对杉木林枯落物层和土壤层持水能力的影响，为评估杉木林水源涵养功能对间伐的响应提供科学依据。以浙西南景宁县间伐 1 年、间伐 3 年、间伐 8 年和未间伐的杉木林为对象，采集枯落物与土壤样品，分析测定枯落物含水率、持水能力、土壤容重、非毛孔隙度并计算相关指标。结果表明：杉木林枯落物现存量在不同间伐年限间的差异并不显著（P＞0.05） ；
枯落物持水量、持水速率与浸水时间的关系分别符合对数函数和幂函数；
间伐 8 年的杉木林枯落物层的最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率均显著高于未间伐林分（P＜0.05） ；
间伐 3 年、间伐 8 年的杉木林枯落物最大持水量和有效拦蓄量均显著高于未间伐林分；
间伐 8 年杉木林地 0～10 cm 土层土壤容重显著降低（P＜0.05） ，非毛管孔隙度显著增大，非毛管持水量显著增加了 22.4%（P＜0.05），而对 10～30 cm 土层土壤储水性能相关指标的影响不显著（P＞0.05） 。综上，杉木林枯落物层和土壤层的水源涵养功能随着间伐年限的延长而增强。
关键词：间伐年限；
杉木林；
枯落物；
土壤持水性能
中图分类号：S714.2文献标志码：A文章编号：0253?2301（2024）02?0010?06
DOI：
10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.02.002
Analysis of Dynamic Changes of Litter and Soil Water Conservation Capacity in Chinese Fir
Forest by Thinning
SHEN Qiu-hong1， HE Shi-yang2， XU Yuan-ke1， WU Xia-hua1， ZHOU Yi-zhi1， WU Jia-sen2， YE Li-min3 *
（1. Qingyuan County Natural Resources and Planning Bureau， Lishui， Zhejiang 323800， China; 2. School of Environmental and Resource Sciences， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejiang 311300， China; 3. Ecological
Forestry Development Center of Jingning She Autonomous County， Lishui， Zhejiang 323500， China ）
Abstract：
This study aimed to explore the effects of thinning years on the water holding capacity of litter layer and soil layer in Chinese fir forest， thus to provide a scientific basis for evaluating the response of water conservation function of Chinese fir forest to thinning. In Jingning County， southwest Zhejiang Province， the Chinese fir forest with thinning for 1 year， 3 years， 8 years and unthinning was selected as the research object， and the litter and soil samples were collected. Then， the moisture content， water holding capacity， soil bulk density， non-capillary porosity of litter were analyzed and measured， and the relevant indexes were calculated. The results showed that there was no significant difference in the litter stock on hand of Chinese fir forest among different thinning years （P>0.05） . The relationship between litter water holding capacity， water holding rate and water immersion time was in accordance with logarithmic function and power function， respectively. The maximum water holding capacity， maximum retention rate and effective retention rate of litter layer in Chinese fir forest with thinning for 8 years were significantly higher than those in the unthinned forest （P<0.05） . The maximum water holding capacity and effective retention rate of litter layer in Chinese fir forest with thinning for 3 years and 8 years were significantly higher than those in unthinned forest （P<0.05 ） . After thinning for 8 years， the soil bulk density of 0-10 cm soil layer in Chinese fir forest was significantly decreased （P<0.05） ， the non-capillary porosity was significantly increased， and the non-capillary water holding capacity was significantly increased by 22.4% （P<0.05 ） . However， there was no significant effect on the related indicators of soil water storage performance in 10-30 cm soil layer （P>0.05 ） . In conclusion， the water conservation function of litter layer and soil layer in Chinese fir forest was enhanced with the extension of thinning years.
Key words：
Thinning years; Chinese fir forest; Litter; Soil water-holding capacity
水源涵养是森林生态系统的六大生态功能之一，枯落物和土壤在涵养水源中发挥着重要作用，占森林水源涵养能力的 80% 以上[1]。间伐是森林培育的重要措施，间伐后林地枯落物层和土壤层的性质发生改变[2]，从而对森林水源涵养功能产生影响。杉木 Cunninghamia lanceolata 是我国主要的用材树种之一，面积达 1 138.66×104 hm2，占全国乔木林面積的 6.33％[3]。杉木林培育过程中为了促进林分及早郁闭和良好干形的形成，造林初始密度往往较大，因此，间伐在杉木林培育过程中显得尤为重要。适度间伐提高了杉木林水土保持能力[4]，但对枯落物层水源涵养功能的影响尚没有一致的结论。有研究表明轻度间伐显著增加了凋落物量[5]，提高了凋落物持水能力[6]，提升了凋落物最大持水率和有效拦蓄率[7]，显著增加了凋落物层最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量[8]，减少了地表径流[9]；
而其他的研究则表明间伐降低了杉木林枯落物储量[7]，对枯落物储量和持水性能没有显著影响[3]。相关人员研究结果表明，间伐降低了杉木林土壤容重[10]，提高了土壤毛管持水量[11]，显著提高了0～10 cm 土壤的持水性能[3]，增加了土壤蓄水能力[7]。以上研究是基于杉木林间伐后某一时期节点的研究结果，而枯落物和土壤持水性能的变化对间伐后不同年限的响应尚不清楚。因此，本研究以杉木林为对象，比较分析间伐 1、3 和 8 年后枯落物和土壤水源涵养能力的变化，以期为杉木林的生态效益评价和可持续经营提供基础。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于景宁畲族自治县景宁林业总场草鱼塘
分场，位置为119°38′28″～119°41′12″Ｅ、27°54′04″～27°55′48″Ｎ。亚热带湿润季风气候，年均降水量为 2 438.2 mm，主要集中于 3 月至 9 月；
年日照时数平均为 1 515.5 h，相对湿度年均 80% 以上，年均蒸发量 1 171.0 mm，年均气温 12.3℃。森林覆盖率为 96.85％[12]，杉木 Cunninghamia lanceolata是该林区域的主要树种，自 2015 年开始，每年均对不同杉木林进行间伐，年间伐面积 20 hm2左右，间伐强度 25%，以“砍密留稀，保优去劣”为原则进行抚育间伐。
1.2 野外设计与采样
2023 年 7 月，在查阅森林经营档案和野外踏查的基础上，在海拔、坡向、坡度基本一致的林分中，选择2015 年（间伐8 年） 、2020 年（间伐3 年） 、2022 年间伐（间伐 1 年）和未间伐（CK）的杉木林等4 个处理为对象（表1） ，在每个处理中建立3 个20 m×20 m 的样地，调查乔木层的胸径、树高；
同时在样地 4 个角及中心点设置 1 m×1 m 的样方，收集样方中的枯落物并装入密封袋，挖掘土壤剖面取0～10 、10～30 cm 环刀样品和土壤分析样品。
1.3 测定方法
1.3.1
枯落物持水能力测定 将采集的枯落物带回实验室，烘干法测定枯落物储量、计算自然含水率；
采用室内浸泡法，测定枯落物的持水速率、最大持水量、最大持水率、最大拦蓄率、有效拦蓄率、有效拦蓄量[13]。
1.3.2
土壤水源涵源能力测定 采用环刀法测定土壤容重、非毛管孔隙度，并计算土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管土壤持水量、毛管持水量和最大持水量[14]。
1.4数据处理与分析
应用SPSS 20.0 软件的单因素方差分析（ANO-VA）进行多重比较和差异显著性分析（P＜0.05） ，并用 EXCEL 软件制图。
2 结果与分析
2.1 不同间伐年限杉木林枯落物储量及持水性能分析
2.1.1 杉木林枯落物储量 由图 1 可知，杉木林枯落物现存量为 4.98～5.57 t·hm?2，随着间伐年限的延长，杉木林枯落物储量略有增加，与未间伐相比，间伐后枯落物储量增加了 6.8%～11.8%，但不同处理间的差异并不显著（P＞0.05） 。
2.1.2 杉木林枯落物持水量与持水速率 由图 2 可知，杉木枯落物持水量均随着浸水时间的延长而增加，浸水初期枯落物持水量迅速增加，浸水 0.5 h后，枯落物持水量已达最大持水量的 75.0% 以上，而后趋于缓慢上升，浸水 4 h 后持水量基本保持稳定，达最大持水量的 95.6% 以上。在持水过程中，枯落物持水量大小表现为间伐 8 年＞间伐 5 年＞间伐 3 年＞未间伐，与未间伐相比，间伐 8 年的持水量显著增加了 17.3%～27.1%（P＜ 0.05） 。
由图 3 可知，与持水量的变化规律相反，枯落物持水速率在浸水初期急剧下降，2 h 后持水速率基本稳定，枯落物持水速率大小表现为间伐 8年＞间伐 5 年＞间伐 3 年＞未间伐，与未间伐相比，间伐 8 年的持水速率显著增加了 29.7%～56.0%（P＜ 0.05） 。
杉木林枯落物持水量、持水速率与浸水时间的关系分别符合对数函数y=a Ln（t）+b 和幂函数y=a t?b，y 与t 之间的相关性达显著水平（P＜ 0.05） ，其R2值分别达到0.953 8～0.982 5、0.967 1～0.969 6（表2） 。
2.1.3 杉木林枯落物持水能力 由表 3 可知，随着间伐年限的延长，枯落物含水率先下降而后升高，与未间伐相比，枯落物自然含水率增加了?12.7%～8.5%。杉木林枯落物层的最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄量均随着间伐年限增加而增大，与未间伐相比，分别增加了 9.0%～24.6%、12.4%～27.0%、13.1%～27.6%，其中间伐 8 年的显著高于未间伐 （P＜0.05）。随着间伐年限的延长，杉木林枯落物层最大持水量和有效拦蓄量也增加，与未间伐相比，分别增加了 16.6%～39.4%、20.8%～42.6%，间伐 3 年和间伐 8 年的處理均显著高于未间伐处理（P＜0.05） 。
2.2 不同间伐年限杉木林土壤储水性能分析
2.2.1 杉木林土壤容重及孔隙度 由表 4 可知，杉木林土壤容重随着土层深度的增加而增大，随着间伐年限的延长而降低，其中在 0～10 cm 土层间伐8 年土壤容重较未间伐显著下降了17.4%（P＜0.05） 。杉木林土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度均随着土层深度的增加而逐渐降低，随着间伐年限的增长而逐渐增大，但仅在 0～10 cm 土层的非毛管孔隙度有显著性差异，即间伐 8 年的非毛管孔隙度显著高于未间伐处理（P＜0.05） ，提高了22.4%。
2.2.2 杉木林土壤储水性能 由表 4 可知，杉木林土壤持水量随着间伐年限的延长而增大，但对土壤毛管持水量、最大持水量的影响不显著。非毛管持水量反映了土壤水源涵养能力的有效性，0～10 cm土层土壤非毛管持水量为 175.91～215.34 t·hm?2，与未间伐相比，间伐 8 年的土壤非毛管持水量显著增加了 22.4%（P＜0.05） 。
3 讨论与结论
3.1 间伐年限对杉木林枯落物持水性能的影响
在树种组成、林分年龄、地理环境等条件相似的情况下，森林枯落现存量多少主要受林分密度的影响，在一定范围内，杉木林枯落物现存量随着林分密度的增大而增加 [15]。而在本研究中杉木林枯落物现存量在不同间伐年限的林分中没有显著性差异，这与杉木林枯落物现存量随着间伐的实施显著增加[5]或降低[7]研究结果均不同。间伐 1 年后林分郁闭度从 90% 下降到 65%，林内光质和光强均发生了较大的变化，枯落物分解速度加快，同时间伐作业实施过程中的杉木枝、叶弃于林中，人为增加了枯落物量，另一方面间伐后林下灌木层和草本层的生物量显著增加[16]，凋落物也随之增多，因此杉木林枯落物现存量随着间伐年限延长略有增加，但在不同间伐年限间的差异并不显著。
不同间伐年限杉木林枯落物持水量、持水速率与浸水时间的关系分别符合对数函数和幂函数，这与浙江省天台县[17]、江山市[18]的研究结果相似。森林枯落物的组成是影响其持水潜在能力的主要因素[19]。本研究结果表明间伐 8 年的杉木林枯落物层的最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率均显著高于未间伐林分（P＜0.05） ，这与简永旗等[7]研究结果相似，杉木间伐后林下灌木、草本植物种类显著增加[16]，枯落物组成发生了改变，即凋落物中的阔叶成分比例增加，持水率相应增大。间伐3 年、8 年后的杉木林枯落物最大持水量和有效拦蓄量均显著高于未间伐林分，这与陈加琛等[8]研究结果一致.
3.2 间伐年限对杉木林土壤储水能力的影响
土壤孔隙影响着土壤渗透性，孔隙度越高越有利于雨水下渗，从而降低地表径流[20]。本研究结果表明，间伐 8 年后杉木林地 0～10 cm 土层土壤容重显著降低，非毛管孔隙度显著增大，非毛管持水量显著增加 22.4%（P＜0.05） ，而对 10～30 cm土层土壤储水相关指标的影响不显著， 这与高荣等[3]研究中的间伐提高了杉木林 0～10 cm 土层土壤持水性能的结果一致，而与简永旗等[7]研究中的间伐提高了杉木林各土层土壤非毛管孔隙度和总孔隙度的结果不同。间伐对林地土壤持水性能的影响可分为三方面，首先是间伐作业过程中人为的踩踏、干材的运输等压实了林地土壤，造成土壤容重增大，降低了土壤持水性能；
其次是间伐后的林木根系死亡，土壤非毛管孔隙度增大，增加了非毛管持水量；
另外间伐后林下草本层植物发达，通过根系的周转提高了土壤非毛管孔隙，提高了土壤水源涵养功能。本研究结果表明，间伐对杉木林地土壤持水性能的影响主要发生在表层（即 0～10 cm 土层） ，且间伐时间 8 年后对土壤非毛管持水性能才会有显著提高。
参考文献：
[ 1 ]孙欧文，蔡建国，吴家森，等. 浙江省典型森林类型枯落物及林下土壤水文特性［J］. 水土保持研究，2019，26（1） ：118?123.
[ 2 ]邱艳红. 森林培育过程中森林抚育间伐措施分析［J］. 农业开发与装备，2020（1） ：78，80.
[ 3 ] 高荣，成向荣. 间伐对杉木人工林林下植物多样性及其水源涵养能力研究［J］. 绿色科技，2022，24（8） ：7?11，62.
[ 4 ] 郭昊澜，赵子豪，连晓倩，等. 间伐对杉木人工林水土保持功能影响的研究进展［J］. 亚热带农业研究，2021，17（4）：252?257.
[ 5 ] 范福金. 不同间伐保留密度对杉木人工林凋落量和含水率的影响［J］. 河南农业，2023（29） ：40?42.
[ 6 ] 肖文娅，刁娇娇，费菲，等. 不同强度间伐对杉木人工林凋落物分解速率的影响［J］. 生态环境学报，2016，25（8） ：1291?1299.
[ 7 ] 简永旗，吴家森，盛卫星，等. 间伐和林分类型对森林凋落物储量和土壤持水性能的影响［J］. 浙江农林大学学报，2021，38（2） ：320?328.
[ 8 ]陈家琛，蒋政，伍雄辉，等. 间伐对福建山区杉木人工林凋落物水文特征的影响［J/OL］. 生态学杂志，2023：https：//kns.cnki.net/kcms2/detail/21.1148.Q.20230612.1337.004.html.
[ 9 ] 柳思勉，田大伦，项文化，等. 间伐强度对人工杉木林地表径流的影响［J］. 生态学报，2015，35（17） ：5769?5775.
[10] 周全，王瑞辉，钟呈，等. 抚育间伐对不同龄林杉木人工林土壤理化性质和固土保水的影响研究［J］. 林业资源管理，2018（4） ：47?54.
[11] 岳超，杨俊杰，喻剑波，等. 抚育间伐对杉木近熟林生长和土壤物理性质的影响［J］. 湖南林业科技，2021，48（4） ：18?24.
[12] 叶丽敏，许元科，余丽慧，等. 景宁畲族自治县公益林生态监测定位站建设［J］. 福建林业科技，2022，49（4） ：107?112.
[13] 叶晶，吴家森，張金池，等. 不同经营年限山核桃林地枯落物和土壤的水文效应［J］. 水土保持通报，2014，34（3） ：87?91.
[14] 蒋仲龙，叶柳欣，刘军，等. 封育年限对毛竹林凋落物和土壤持水效能的影响［J］. 浙江农林大学学报，2020，37（5）：860?866.
[15] 赵磊，王兵，蔡体久，等. 江西大岗山不同密度杉木林枯落物持水与土壤贮水能力研究［J］. 水土保持学报，2013，27（1）：203?208，246.
[16] 陈涵，郭弘婷，陈睿，等. 杉木人工林林下植物多样性及其环境对不同间伐强度的短期响应［J］. 生态学报，2023，43（24） ：10274?10284.
[17] 邹奕巧，孙欧文，刘海英，等. 浙江省天台县不同森林类型枯落物及土壤水文特性［J］. 水土保持通报，2020，40（3）：170?174.
[18] 廖文海，曾春兴，孙欧文，等. 浙江省江山市不同森林类型枯落物持水性能［J］. 浙江林业科技，2019，39（6） ：63?68.
[19] 孙浩，刘晓勇，何齐发，等. 修河上游流域 4 种森林类型的水源涵养功能评价［J］. 水土保持研究，2017，24（4） ：337?341，348.
[20] 魏文俊，尤文忠，赵刚，等. 退化柞蚕林封育对枯落物和表层土壤持水效能的影响［J］. 生态学报，2016，36（3） ：721?728.
（责任编辑：林玲娜）
猜你喜欢 枯落物 京西水源保护林枯落物持水特性研究防护林科技(2022年3期)2022-06-06朝阳地区不同植被类型枯落物持水特性研究防护林科技(2022年2期)2022-04-25升温处理对辽西沙地油松枯落物分解效应的影响防护林科技(2021年4期)2021-09-12不同密度胡桃楸次生林枯落物和土壤持水特性的研究森林工程(2021年3期)2021-07-20互花米草枯落物对克氏原螯虾的微生境选择及生长的影响江苏农业科学(2021年9期)2021-07-01不同林分密度原始红松林枯落物和土壤的持水特性森林工程(2020年5期)2020-09-17枯落物层对六盘山华北落叶松人工林土壤性质的影响绿色科技(2019年20期)2019-11-26滇中磨盘山几种典型林分枯落物及土壤的持水特性江苏农业科学(2019年15期)2019-10-18海南典型人工林枯落物持水特征安徽农业科学(2018年17期)2018-05-14造林密度对樟子松人工林枯落物和土壤持水能力的影响农业与技术(2018年6期)2018-04-26