马尾松生长快、用途广、适应性强，是我国南方主要的造林树种^[1]，其面积和蓄积均居我国南方林区首位，在人工林经营中占有重要的地位。马尾松纯林存在树种单纯、病虫害严重、森林火灾风险大等问题^[2-3]，且涵养水源功能明显低于常绿阔叶林和针阔混交林^[4-5]。因此，将马尾松纯林改造为马尾松阔叶树混交林，可提高马尾松林分涵养水源的功能。

细柄阿丁枫是中亚热带乡土阔叶树种，其生长快，耐荫性强，幼树能够在林冠下生长，是林冠下套种的理想树种^[6-7]。本研究分析了马尾松林分不同强度间伐套种细柄阿丁枫的林分涵养水源功能，以期为马尾松纯林改造提供依据。

1 试验地概况

试验地位于福建省尤溪国有林场城关工区，北纬25.8°～26.4°，东经117.8°～118.6°，属中亚热带海洋性季风气候，气候温暖，雨量充沛，土壤为山地红壤，海拔200～600 m，土层60～90 cm，土壤肥力中等。试验林分为1973年造林的马尾松中林。林分生长基本情况见表 1。

2 研究方法 2.1 试验设计

采用完全随机区组设计，分别设4个处理：强度间伐(50%)套种、中度间伐(35%)套种、轻度间伐(20%)套种和保留马尾松不套种(0%)，每个处理设4个重复，套种树种为细柄阿丁枫。标准地面积为20 m×20 m，共设16个标准地。1994年8月在马尾松中林进行间伐，间伐后林分郁闭度为0.3～0.6，保留林分密度450～750株·hm^-2。同年10-11月挖暗穴，穴面规格为40 cm×30 cm×30 cm，穴密度为1 500穴·hm^-2。1995年1月选择细柄阿丁枫1年生苗木造林，造林后1～3年每年5-6月和9-10月各劈草抚育1次，造林后4～5年每年7-8月劈草抚育1次。

2.2 样地调查

分别于间伐套种前(1994年)、间伐套种10年后(2004年)和间伐套种20年后(2014年)对标准地进行调查，测定林冠层、林下植被层、凋落物层和土壤层的涵养水源量。

2.3 测定方法 2.3.1 林冠层持水量测定

调查标准地林木树高、胸径，采用平均标准地法选择标准木，伐倒后分别测量马尾松及细柄阿丁枫叶、枝的质量，并取样带回实验室测定含水率和最大持水率，计算叶、枝生物量和持水量^[6-7]。

W=w×(1-p)×P×N

式中，W为持水量/(t·hm^-2)，w为标准木枝或叶的鲜重/t，p为标准木枝或叶的含水率/%，P为标准木枝或叶的最大持水率/%，N为每公顷株数。

2.3.2 林下植被层和凋落物层持水量测定

各标准地沿对角线分别设4个1 m×1 m的小样方，测量样方内的林下植被层和凋落物层质量，取样带回实验室测定含水率和最大持水率，并计算林下植被层和凋落物层的生物量和持水量^[8]。

W=w×(1-p)×P×10⁵

式中，W为持水量/(t·hm^-2)，w为标准地1 m²林下植被层或凋落物层的鲜重/t，p为林下植被层或凋落物层含水率/%，P为林下植被层或凋落物层最大持水率/%。

2.3.3 土壤层持水量测定

各标准地分别设置5个S型土壤剖面，采集0～20和20～40 cm土层土壤样品，带回实验室测定土壤的孔隙度和最大含水率，并计算土壤0～40 cm土层的持水量^[6-8]。

W=10×H×Q_v×d

式中，W为土壤层持水量/(t·hm^-2)，H为土层厚度/mm，Q_v为土壤容积最大持水率/%，d为水的比重。

3 结果与分析 3.1 马尾松套种细柄阿丁枫对林冠层持水量的影响

林冠层由乔木树种的枝叶组成，是雨水进入森林的第一场所，可截留降水，使林地免受雨水的直接冲击^[9-10]。林冠层持水量取决于单位面积上树木枝叶的数量及分布。马尾松纯林间伐套种细柄阿丁枫后，林分结构发生变化，林冠层由单层变为复层，其枝叶生物量也发生变化，导致持水量发生改变(表 2)。由表 2可知,1994年间伐强度为50%、35%、20%、0%的马尾松林冠层持水量分别为18.74、20.63、19.53、20.41 t·hm^-2，4种林分相差不大；2004年4种林分林冠层持水量分别为37.38、35.12、34.98、24.88 t·hm^-2，分别比1994年增加了18.64、14.49、15.45、4.47 t·hm^-2，前3种间伐套种形成的混交林林冠层持水量大于马尾松纯林，这是由于间伐套种形成的混交林有二层林冠,林冠层总生物量较大；2014年4种林分林冠层持水量分别为55.58、54.95、53.46、32.45 t·hm^-2，分别比1994年增加了36.84、34.32、33.93、12.04 t·hm^-2，比2004年增加了18.20、19.83、18.48、7.57 t·hm^-2，前3种混交林增长幅度明显大于马尾松纯林，表明马尾松纯林间伐后套种细柄阿丁枫形成的异龄复层混交林林冠层持水量有较大的提高。

3.2 马尾松套种细柄阿丁枫对林下植被层持水量的影响

林下植被层是雨水进入森林的第二场所，是森林截留雨水的第二作用层。林下植被层持水量取决于其生物量。马尾松套种细柄阿丁枫后林下植被层持水量变化见表 3。由表 3可知，1994年间伐强度为50%、35%、20%、0%的马尾松纯林下植被层持水量分别为23.68、23.17、23.61、23.77 t·hm^-2，2004年分别为10.01、10.32、10.87、22.66 t·hm^-2，2014年分别为5.60、6.03、6.71、23.30 t·hm^-2。3种间伐套种形成的混交林林下植被层持水量随套种年限的增长而降低，而马尾松纯林变化幅度较小，表明马尾松纯林间伐后套种细柄阿丁枫可降低林下植被层持水量。这是由于马尾松林分透光度较强，林下植被丰富，阳性物种较多，生物量大；而混交林有双层林冠，透光度较弱，使得原来茂密的阳性植物逐渐枯死，林下植被由较耐荫的草本和蕨类代替，生物量大大减少，导致林下植被层持水量降低。

3.3 马尾松套种细柄阿丁枫对凋落物层持水量的影响

凋落物层是雨水进入森林的第三场所，可拦蓄雨水，调节和过滤迳流，在水土保持中起到重要作用。枯枝落叶层由植物的枝、叶、花、果、树皮等凋落物组成，一般分为3层，上层是未分解的凋落物，中层是半分解物质，下层是完全分解且含有矿物质的混合物。凋落物层持水能力与凋落物的数量及组成有关。马尾松套种细柄阿丁枫后凋落物层持水量变化见表 3。由表 3可知，1994年间伐强度为50%、35%、20%、0%的马尾松凋落物层持水量分别为9.67、9.63、9.62、9.49 t·hm^-2，4种林分相差不大；2004年4种林分凋落物层持水量分别为14.41、14.08、13.79、9.55 t·hm^-2，分别比1994年增加了4.74、4.45、4.17、0.02 t·hm^-2；2014年4种林分凋落物层持水量分别为16.17、15.63、14.94、9.27 t·hm^-2。3种间伐套种形成的混交林凋落物层持水量随套种年限的增长而增加，而马尾松纯林则相对稳定，表明马尾松纯林间伐后套种细柄阿丁枫形成的异龄复层混交林凋落物层持水量持续提高，这主要由于混交林林分凋落物较纯林多。

3.4 马尾松套种细柄阿丁枫对土壤层持水量的影响

土壤层是雨水进入森林的最终场所，也是贮藏水分的主要场所。土壤持水量取决于土壤总孔隙度，而非毛管孔隙是水分进入土壤层的主要通道。马尾松套种细柄阿丁枫后土壤层持水量变化见表 4。由表 4可知，1994年间伐强度为50%、35%、20%、0%的马尾松土壤层持水量分别为1 578.8、1 576.2、1 587.4、1 603.6 t·hm^-2，4种林分相差不大；2004年4种林分土壤层持水量分别为1 713.0、1 695.2、1 697.0、1 607.6 t·hm^-2，分别比1994年增加了134.2、119.0、109.6、4.0 t·hm^-2；2014年4种林分土壤层持水量分别为1 816.6、1 795.8、1 795.4、1 626.8 t·hm^-2，分别比1994年增加了237.8、219.6、208.0、23.2 t·hm^-2，比2004年增加了103.6、100.6、98.4、19.2 t·hm^-2。3种间伐套种形成的混交林土壤层持水量随套种年限的增长而增加，而马尾松纯林土壤层持水量变化不大，表明马尾松纯林间伐套种细柄阿丁枫形成的异龄复层混交林可较大地提高土壤层持水量，这是由于间伐套种后林分结构发生改变，枯枝落叶物增多，使林地的土壤结构得以改善，土壤孔隙度增大，持水能力增强。

3.5 马尾松套种细柄阿丁枫对林分总持水量的影响

林分总持水量由地上部分持水量和土壤层持水量组成，且以土壤层持水量为主^[11-14]。林分总持水量越高表明林分涵养水源能力越强。马尾松套种细柄阿丁枫后林分总持水量变化见表 5。由表 5可知，1994年间伐强度为50%、35%、20%、0%的马尾松林分总持水量分别为1 630.83、1 629.63、1 640.16、1 657.27 t·hm^-2，4种林分相差不大；2004年4种林分的总持水量分别为1 774.80、1 754.72、1 756.64、1 664.69 t·hm^-2，间伐强度为50%、35%、20%的混交林分别是马尾松纯林的106.54%、105.41%、105.52%；2014年4种林分总持水量分别为1 892.95、1 872.41、1 870.51、1 691.82 t·hm^-2，间伐强度为50%、35%、20%的混交林分别是马尾松纯林的111.89%、110.67%、110.56%。表明马尾松纯林间伐后套种细柄阿丁枫形成的异龄复层混交林林分总持水量增加，混交林的涵养水源功能比纯林强。

马尾松套种细柄阿丁枫总持水量的方差分析结果见表 6。由表 6可知，不同间伐强度的林分总持水量未达显著差异，不同套种年限的林分总持水量差异极显著。多重比较表明，LSD_0.05=120.98,LSD_0.01=176.01,间伐强度为50%的林分总持水量2014年比1994年大262.12 t·hm^-2，差异达极显著水平，2004年比1994年大143.71 t·hm^-2，差异达显著水平；间伐强度为35%的林分总持水量2014年比1994年大242.78 t·hm^-2，差异达极显著水平，2004年比1994年大125.09 t·hm^-2，差异达显著水平；间伐强度为20%的林分总持水量2014年比1994年大230.35 t·hm^-2，差异达极显著水平；马尾松纯林的林分总持水量2014、2004年分别比1994年大34.55、7.42 t·hm^-2，均无显著差异。2014年3种间伐强度混交林的林分总持水量分别比马尾松纯林大201.13、180.59、178.69 t·hm^-2，差异均达极显著水平，表明马尾松纯林间伐套种细柄阿丁枫可增加林分总持水量。

4 结论

本研究表明，马尾松纯林间伐套种细柄阿丁枫形成异龄复层混交林后，林下植被层持水量持续减少，林冠层、凋落物层、土壤层持水量和林分总持水量均持续增加，且增加幅度随间伐强度的增大而提高。3种混交林之间增加幅度相差较小，3种混交林与马尾松纯林间增加幅度相差较大，表明马尾松纯林间伐套种细柄阿丁枫后形成的异龄复层混交林可提高林分涵养水源功能。

马尾松是我国南方的主要造林树种，马尾松纯林在生态公益林中占有较大比重，改造和培育马尾松林分是今后生态公益林经营的主要方向。应选择能够在马尾松林冠下生长良好而且生态功能较高的阔叶树种进行林冠下套种，把马尾松纯林改造为针阔混交林，从而提高林分的生产力和生态功能。