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提高森林生产力,充分发挥森林多种效益,维护生态平衡,实现森林资源的可持续经营,是当代和未来林业发展的基本趋势。我国竹子资源丰富,由于竹子用途广泛等显著的优越性,在我国的生态环境建设,尤其是实施退耕还林工程的过程中,成为人工林的重要树种之一。丛生竹林是我国森林资源的重要组成部分,在维护区域生态安全及特色经济建设中发挥着十分重要的作用。迄今为止,有关丛生竹林生态效益的研究较少。近年来,在退耕还林工程建设中,许多地区均选择丛生竹种作为主要的造林树种,规模化营造防护竹林。为深入了解丛生竹林生态系统服务功能特征,本项研究以贵州省赤水市赤水河流域梁山慈退耕还竹林地为研究对象,通过对竹林与坡耕地的地表径流、秆径流、穿透降水、林冠截留、凋落物层、土壤层蓄水性、小气候等方面的比较研究,探索丛生竹林生态效益特点,揭示丛生竹林的水土保持与水源涵养功能,为规模化营造丛生竹防护林,实现退耕还林的主体目标,提供理论指导及实践借鉴。利用坡面米级小区观测、土壤理化性质测定、林下植被调查、凋落物层调查等方法进行研究,结果显示:
1.退耕还竹林冠截留降水效果明显。在郁闭度为0.82的梁山慈退耕还竹林中,当林外降水量达0.5mm时,林分开始产生茎流,茎流量为0.16mm,远比其它树种所需最小降水量要低。竹秆茎流率达到2.43%,林冠截留率在0.08%~49.28%之间变化。竹林具有较大的秆茎流量和茎流率,减小了雨滴对土壤直接击溅的动能。竹秆的枝叶占地上部分生物量的25.4%35.2%。枝叶最大自然持水率为17.25%~43.25%,吸水后是原枝叶鲜重的1.28~1.43倍。梁山慈的枝叶能够有效截持、吸附降水,减少降水随地表径流直接流失。
2.退耕还竹林地凋落物层持水能力较强。竹林凋落物未分解层的蓄积量0.6~6.0t·hm-2,半分解层的蓄积量为6.0~10.0t·hm-2;凋落物的分解率为57.14%~90.91%,分解强度很高;未分解层的饱和持水率为233%~1933%,半分解层的饱和持水率为125%~233%,未分解层在截留和吸收降水方面发挥重要作用。凋落物层的最大持水量为24t·hm-2~33t·hm-2,相当于水深2.4~3.3mm。凋落物的降水截留作用显著。
3.退耕还竹林地地表径流显著减少。随着产流量的变化,退耕还竹林产沙量发生变化的幅度相对坡耕地较小。竹林产流量与产沙量均低于坡耕地。竹林径流小区一次降水的地表径流量少于坡耕地20.97%~62.70%,次降水泥沙侵蚀量退耕还竹地少于坡耕地59.68%~91.86%。径流土壤侵蚀率林地比坡耕地减少49.02%~93.31%,降水土壤侵蚀率比坡耕地减少60.98%~89.47%。因此结论是竹林能够有效减少水土流失、涵养水源和净化水质。
4.退耕还竹的植被恢复效果较好。梁山慈平均高度为10.38m;分株平均胸径为5.07cm;平均冠层厚8.07m;丛密度为472丛/hm2~1077丛/hm2。经过3年的孕笋成竹和生长,林地上的分株数量不断增加,竹林已郁闭成林,地上和地下空间得到有效的利用,竹林生态效益得以充分发挥。而林下的灌草不丰,主要以少量的草本,如碎米莎草、云南裂稃草、小叶海金沙、乱子草构成林下植被。因此,在植被的降水截留中竹林发挥着主导作用。
5.退耕还竹林地土壤物理性质得到改善。退耕还竹地的各层土壤含水量大于坡耕地,越往土壤深层,退耕还竹地土壤含水量大于坡耕地的比率就越高。容重小于坡耕地。退耕还竹地的初渗率是坡耕地的3.5倍,稳渗率是坡耕地的7.59倍,退耕还竹后土壤的入渗性能得到改良。退耕还竹地的渗透系数为0.382,远大于坡耕地的0.084。退耕还竹后的土壤将降水转变为地下水的能力提高,土壤在减少地表径流、涵养水源方面的作用增强。
6.退耕还竹林地的土壤养分含量有所提高。有机质含量高于坡耕地34.89%;全N含量高于坡耕地10.81%;速效N含量高于坡耕地12.12%;全P含量高于坡耕地43.75%;速效P含量是坡耕地的176倍;速效K含量是坡耕地的3.7倍。退耕还竹后减小了水土流失量同时竹林积累养分的能力更强,从而增加了养分的积累量。
7.退耕还竹林地小气候特色突出。退耕还竹地最高温较之坡耕地降低8℃;平均最高温比坡耕地低4.6℃;平均最低温比坡耕地低2.9℃。退耕还竹地最高气温日的到来总是迟于坡耕地。退耕还竹地气温日变幅低于坡耕地7.7℃。因此结论是竹林具有明显的降温作用,并能使气温的变化更为和缓。退耕还竹地最小湿度比坡耕地高6.6%;退耕还竹地湿度变幅较之坡耕地减小4.9%。退耕还竹地湿度最大值总是早来于坡耕地,最小值总是迟来于坡耕地,表明竹林“捕获”和滞留空气水分的能力。土壤温度变幅小于坡耕地。林地不同土层的土温月最小值低于坡耕地0.6℃~1.2℃,月最大值低于坡耕地3.65℃~8.35℃。竹林对表层和浅层土壤温度有比较显著的影响。