鄭晶晶, 蔡錳柯, 林 宇, 魏建康, 陳禮光，3, 榮俊冬，3, 鄭郁善,3

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院, 福建 福州 350002;2.福建省長樂大鶴國有防護(hù)林場, 福建 長樂 350212; 3.福建農(nóng)林大學(xué) 竹類研究所, 福建 福州 350002)

6種不同沿海防護(hù)混交林凋落葉持水性能比較

鄭晶晶1, 蔡錳柯1, 林 宇2, 魏建康1, 陳禮光1，3, 榮俊冬1，3, 鄭郁善1,3

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院, 福建 福州 350002;2.福建省長樂大鶴國有防護(hù)林場, 福建 長樂 350212; 3.福建農(nóng)林大學(xué) 竹類研究所, 福建 福州 350002)

[目的] 了解并比較沿海地區(qū)6片木麻黃與竹子防護(hù)混交林凋落葉持水性能狀況，為沿海防護(hù)林樹種選擇提供理論依據(jù)。[方法] 通過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，樣方搜集和室內(nèi)浸水試驗，測量凋落葉自然含水率、持水率、吸水速率、失水率和失水速率，比較分析混交林凋落葉持水性能。[結(jié)果] 木麻黃與花吊絲竹混交林凋落葉的最大持水率較高，其次為吊絲單竹+木麻黃、勃氏甜龍竹+木麻黃、綠竹+木麻黃、麻竹+木麻黃和大頭典竹+木麻黃；而自然含水率從高到低依次為勃氏甜龍竹+木麻黃>花吊絲竹+木麻黃>綠竹+木麻黃>大頭典竹+木麻黃>吊絲單竹+木麻黃>麻竹+木麻黃；從凋落葉的吸水和自然風(fēng)干過程來看，6種混交凋落葉的持水率、吸水速率、失水率和失水速率在浸泡或自然風(fēng)干的0～2 h有一個迅速變化的趨勢，2 h后凋落葉持水率和吸水速率逐步變緩，16 h后逐漸趨于平穩(wěn)。[結(jié)論] 回歸分析結(jié)果表明，持水率和浸泡時間及失水率和風(fēng)干時間之間的關(guān)系均為對數(shù)函數(shù)關(guān)系，而吸水速率與浸泡時間及失水速率與風(fēng)干時間的關(guān)系均為冪函數(shù)關(guān)系。

沿海防護(hù)混交林; 竹子; 凋落葉; 持水性; 失水性

沿海防護(hù)林作為沿海地區(qū)重要的生態(tài)屏障，在防風(fēng)固沙、保持水土等方面發(fā)揮巨大作用，對于改善生態(tài)環(huán)境、防治干旱及抵御海洋性災(zāi)害具有重要的意義[1]。木麻黃(Casuarinaequisetifolia)作為20世紀(jì)50年代末以來沿海地區(qū)主要的造林樹種，近年來，由于樹種單一，地力下降，病蟲害嚴(yán)重，林分衰老，防護(hù)功能降低，大量適生樹種被引入木麻黃防護(hù)林更新跡地混交造林[2]，以適應(yīng)沿海地區(qū)惡劣環(huán)境，如相思、巨尾桉等，但一些耐干旱的竹種也能夠在沿海沙地生長[3]。濱海沙地多為風(fēng)積沙土與潮積沙土，水肥條件差[4]，竹子繁殖能力強、生長周期短、根系發(fā)達(dá)，地下莖相互盤結(jié)，能較好地防風(fēng)固沙、保水保肥，在適應(yīng)沿海地區(qū)氣候、水土保持方面[5]發(fā)揮著強大的生態(tài)修復(fù)功能。張梅等[6]在濱海沙地引種多個竹種，均表現(xiàn)出良好的生長特性。騰華卿[7]、林紅強[3]等通過在水土流失區(qū)引種竹子，證實了竹類在水土保持方面的重要作用。因此，對沿海沙地竹子與木麻黃防護(hù)混交林展開研究，有利于沿海防護(hù)林的建設(shè)。

森林凋落物指在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，由地上植物組分產(chǎn)生并歸還到地表面，作為分解者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機質(zhì)的總稱[8],凋落物層作為群落結(jié)構(gòu)中一個重要層次，它對生態(tài)系統(tǒng)的植被、土壤和環(huán)境有著不可替代的影響作用[9-10]。凋落物的凋落和分解是森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)[11]，在截留降水、防止土壤濺蝕、減緩地表徑流、阻止土壤水分蒸發(fā)、增強土壤抗沖性能和水源涵養(yǎng)[12-14]等方面具有不可替代的作用[15-17]。目前，許多學(xué)者對凋落葉持水性能開展的研究多數(shù)集中在不同針、闊葉林凋落物持水性能[18-21],少數(shù)研究了不同經(jīng)營措施以及皆伐改造后的森林凋落物水文效應(yīng)[12-13]，但關(guān)于木麻黃和竹子混交林凋落葉持水性能方面的研究鮮見報道。鑒于此，本文擬通過研究沿海地區(qū)木麻黃和6種竹子混交林凋落葉持水性能的比較，并進(jìn)行回歸方程的擬合，為分析不同竹種與木麻黃混交防護(hù)林在沿海地區(qū)的防風(fēng)固沙、水土保持、水源涵養(yǎng)，以及沿海防護(hù)林樹種選擇方面提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于福建省福州市長樂市大鶴國有防護(hù)林場，地處北緯25°57′59″，東經(jīng)119°40′43″。該林場位于沿海防護(hù)林基干帶，經(jīng)營面積345.9 hm2，有國家級生態(tài)公益林259.7 hm2。明顯的南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，冬暖夏涼，較少霜凍害，光熱資源豐富，年均溫19.2 ℃，積溫6 375.6 ℃，年實際日照時數(shù)1 837.5時，年均降水量1 196～1 772 mm，年降雨約160 d，4—6月為雨季，11—1月為旱季。主要災(zāi)害性天氣為熱帶風(fēng)暴臺風(fēng)，年平均4～6次，樣地平均海拔10 m，地勢平坦，土壤為濱海沙土，肥力低，保水性差。林下天然植被少，在直接受臺風(fēng)襲擊危害的同時也帶來暴雨和潮汐引起的洪澇等災(zāi)害，土壤容易受到風(fēng)蝕和雨水侵蝕，其化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 濱海沙地土壤的化學(xué)性質(zhì)

試驗地前身共有6片木麻黃低效純林，為2009年5月容器苗種植造林，株行距2 m×2 m，合計面積409。于2010年春在沿海沙地木麻黃純林下套種竹林，分別種有花吊絲竹、大頭典竹、綠竹、勃氏甜龍竹、吊絲單竹、麻竹6種適生于沿海沙地的叢生竹種。造成林時選擇生長健壯、無病蟲害的1～2 a生母竹，株行距為3 m×3 m，林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，生長良好。經(jīng)每木檢尺調(diào)查，木麻黃低效林混交引種的6個竹種如表2所示。

2 研究方法

2.1 凋落葉的測量與收集

在6個不同木麻黃低效林套種竹林內(nèi)分別設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，并分別在竹子與木麻黃的冠幅投影下分東西南北4個方向各放置1個1 m×1 m的凋落葉收集筐，收集樣方中的凋落葉，對凋落葉表面雜質(zhì)進(jìn)行清理后分別裝入尼龍網(wǎng)袋內(nèi)并稱其自然鮮重后，帶回實驗室。將凋落葉用烘箱烘干至恒重備用，稱其干重并計算各竹種凋落葉的自然含水率(自然含水率%=(自然鮮重—烘干重)/烘干重×100%)。

2.2 凋落葉持水性能的測定

取烘干備用的凋落葉裝入20 cm×30 cm的尼龍網(wǎng)袋，進(jìn)行凋落葉持水能力的試驗。具體步驟：在凋落葉浸入盛有清容器的第0.5，1，2，3，4.5，6.5，8.5，10.5，12.5，14.5，16，20和24 h將尼龍網(wǎng)袋取出，靜置5 min直到尼龍網(wǎng)袋不滴水時迅速稱重并記錄。浸水24 h后取出，將尼龍紗網(wǎng)袋于空氣中自然風(fēng)干，分別在第0.5，1，2，3，4.5，6.5，8.5，10.5，12.5，14.5，16，20和24 h時稱其質(zhì)量并記錄。各持水性能指標(biāo)的計算方法如下：

凋落葉持水率=(Mt1-M0)/M0×100%

(1)

凋落葉吸水速率=(Mt1-M0)/(M0×t1)

(2)

式中：M0——凋落葉烘干重；Mt1——浸泡t1時間的凋落葉質(zhì)量；t1——浸泡時間。

凋落葉失水率=(m0-mt2)/m0×100%

(3)

凋落葉失水速率=(m0-mt2)/(m0×t2)

(4)

式中：m0——凋落葉浸泡24h后質(zhì)量；mt2——風(fēng)干t2時間的凋落葉質(zhì)量;t2——風(fēng)干時間。

表2 凋落物持水性研究供試植物種類

3 結(jié)果與分析

3.1 凋落葉的最大持水率和自然含水率

凋落葉的持水率是反映其持水性能的指標(biāo)之一，持水率越大，持水能力越強，反之，則較小。一般來說，可將凋落葉浸水24 h后的持水率視為該凋落葉的最大持水率。從表3可以看出，經(jīng)過24 h的浸泡，6種沿海防護(hù)林凋落葉的最大持水率都相當(dāng)于其干重的3～4倍，其凋落葉最大持水率從大到小依次為花吊絲竹+木麻黃(359.38%)>吊絲單竹+木麻黃(368.48%)>勃氏甜龍竹+木麻黃(357.57%)>綠竹+木麻黃(345.71%)>麻竹+木麻黃(335.48%)>大頭典竹+木麻黃(327.27%)；而從自然含水率來看，從大到小順序依次為：勃氏甜龍竹+木麻黃(70.54%)>花吊絲竹+木麻黃(31.79%)>綠竹+木麻黃(29.34%)>大頭典竹+木麻黃(16.70%)>吊絲單竹+木麻黃(16.12%)>麻竹+木麻黃(15.08%)。方差分析的結(jié)果表明，本文研究的6種沿海防護(hù)混交林凋落葉間的最大持水率差異性并不顯著(p>0.05)，但自然含水率間呈顯著差異(p<0.05)。

表3 6種沿海防護(hù)混交林凋落葉最大持水率和自然含水率 %

注：表中字母用來表示多重比較的結(jié)果,同列字母相同或者有一個相同的字母表示各混交林之間差異不顯著,字母不同表示各混交林之間差異顯著。**表示差異達(dá)0.01極顯著水平； *表示差異達(dá)0.05顯著水平。

3.2 凋落葉持水性能比較

從不同沿海防護(hù)林凋落葉持水率與吸水時間的關(guān)系來看(圖1)，6種混交凋落葉的持水率在浸水0～2 h有一個迅速上升的趨勢，2 h后隨著浸泡時間的延長，凋落葉持水率增加逐步變緩，16 h后逐漸趨于平穩(wěn)。另一方面，從圖2可以看出，在整個浸泡過程中各沿海防護(hù)林凋落葉吸水速率的從大到小的順序基本上呈現(xiàn)吊絲單竹+木麻黃>麻竹+木麻黃>勃氏甜龍竹+木麻黃>綠竹+木麻黃>大頭典竹+木麻黃>花吊絲竹+木麻黃。在吸水0～0.5 h的吸水速率是0.5～1 h的2倍左右，而吸水1～2 h的吸水速率是0.5～1 h的2倍左右。在吸水2～15 h時，吸水速率在逐步下降，在吸水15～24 h間，吸水速率基本趨于穩(wěn)定。

圖1 不同林分凋落葉持水率與浸泡時間的關(guān)系

圖2不同林分凋落葉吸水速率與浸泡時間的關(guān)系

從總體上看，凋落葉的吸水過程大致分為3個階段：在浸水初期，各防護(hù)林凋落葉的持水率增長較快，而吸水速率則不斷減小；在浸水2 h后，凋落葉雖然還在吸水，但持水率和吸水速率均處于較為穩(wěn)定階段；隨著浸泡時間的延長，凋落葉持水率和吸水速率基本不再變化。這說明各防護(hù)林凋落葉的吸水作用主要表現(xiàn)在0～2 h內(nèi)，特別是前0.5 h。這對于截獲短時期降雨具有重要意義。這與劉國華等[22]以竹枯落物為例，研究它們水文特征及其截持降雨過程時發(fā)現(xiàn)的規(guī)律一致。此外，由于凋落物的持水率和吸水速率是反映其持水能力的重要指標(biāo)，本文研究的木麻黃和竹子的混交林有利于將林內(nèi)降水迅速蓄積起來，已達(dá)到減少地表徑流的發(fā)生，在涵養(yǎng)水源方面有著重要的意義。

3.3 凋落葉失水性能比較

從不同沿海防護(hù)林凋落葉失水率與失水時間的關(guān)系來看(圖3)，凋落葉的失水率在自然風(fēng)干0～2 h增長較快，但不同竹種間的差異不大；在自然風(fēng)干2～9 h間，6個沿海防護(hù)林凋落葉的失水率緩慢上升，且不同防護(hù)林失水率間的差異逐漸變大；隨著浸泡時間的延長，不同防護(hù)林凋落葉失水率的增加速度逐步變緩，在自然風(fēng)干16 h后逐漸趨于平穩(wěn)，各防護(hù)林凋落葉間失水率的差別變的明顯，其從大到小的順序為花吊絲竹+木麻黃>勃氏甜龍竹+木麻黃>綠竹+木麻黃>吊絲單竹+木麻黃>麻竹+木麻黃>大頭典竹+木麻黃。

圖3 不同林分凋落葉失水率與風(fēng)干時間的關(guān)系

另一方面，從圖4可以看出，在整個失水過程中，6種防護(hù)林凋落葉在自然風(fēng)干0～0.5 h的失水速率較大，其從大到小的順序依次為花吊絲竹+木麻黃>勃氏甜龍竹+木麻黃>綠竹+木麻黃>吊絲單竹+木麻黃>麻竹+木麻黃>大頭典竹+木麻黃。從自然風(fēng)干0.5～9 h間，不同防護(hù)林凋落物的失水速率均緩慢降低；當(dāng)自然風(fēng)干9～24 h間，6種防護(hù)林凋落葉的失水速率逐步趨于穩(wěn)定。

圖4 不同林分凋落葉失水速率與風(fēng)干時間的關(guān)系

3.4 相關(guān)性分析

表4 凋落葉持水率、吸水速率與浸泡時間的相關(guān)性

表5 凋落葉失水率、失水速率與風(fēng)干時間的相關(guān)性

4 結(jié)論與討論

(1) 從各竹種凋落葉的最大持水量和自然含水率來看，6個竹種間的最大持水率沒有顯著的差異，但它們自然含水率間的差異性達(dá)到顯著水平。劉尚華等[17]在研究京西百花山區(qū)6種植物群落凋落物的持水性能時，發(fā)現(xiàn)油松、青楊刺槐等群落的最大持水率在270%～350.5%，自然含水率在44%～174%，這與本文研究的結(jié)果存在差異。這可能是由于本研究的對象為沿海防護(hù)林，但土壤類型主要為濱海沙土，土壤養(yǎng)分貧乏且保水保肥能力較差，又林下植被較少。因此，雖然竹子的凋落葉本身吸水能力較強，但不利于凋落葉持水。

(2) 凋落葉的吸水和失水過程來看大致可以分為3個階段：從浸水的0～2 h為凋落葉吸水的高峰期，此時凋落葉的持水率和吸水速率均處于較高的階段；從浸水的2～16 h時，凋落葉的持水率和吸水速率均處于緩慢吸水的過程；到浸水至24 h時，凋落葉已基本不再吸水。從凋落葉自然風(fēng)干過程來看，自然風(fēng)干的0～0.5 h為凋落葉快速失水階段，0.5～9 h為緩慢失水階段，9～24 h凋落葉的失水率和失水速率均處于穩(wěn)定階段。

(3) 從不同林分凋落葉持水率與浸泡時間和失水率和自然風(fēng)干時間的擬合結(jié)果來看，能夠很好的用V=k×tn(k為系數(shù))的冪函數(shù)關(guān)系。

(4) 本文對不同竹種與木麻黃混交的沿海防護(hù)林凋落葉的持水性能進(jìn)行研究時，采用室內(nèi)浸提法進(jìn)行。但在自然降雨過程中，凋落物的吸水過程受干擾因素較多，與室內(nèi)浸提法存在差異。且本次研究僅對新鮮未分解的竹葉進(jìn)行持水性能研究，對分解程度不同的凋落葉未進(jìn)行分類，這與自然條件下林內(nèi)凋落葉的組成也有一定差異[18]，因此，關(guān)于沿海防護(hù)林凋落物對降雨的吸收能力的評價還需要進(jìn)一步探討，以便選擇出較好的水源涵養(yǎng)樹種。

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Comparative Study on Water-holding Capacity of Litters in Six Different Mixed Forests for Coastal Protection

ZHENG Jingjing1, CAI Mengke1, LIN Yu2, WEI Jiankang1,CHEN Liguang1,3, RONG Jundong1,3, ZHENG Yushan1,3

(1.CollegeofForestry,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China;2.ChangleDaheState-ownedProtectionForestFarmofFujianProvince,Changle,Fujian350212,China;3.ResearchInstituteofBamboo,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China)

[Objective] Comparing the water-holding capacity of litters in six different bamboo forests mixed withCasuarinaequisetifoliais of great importance to tree species selection in coastal protection forest. [Methods] By setting the standard plots, samples collection and laboratory immersion experiment, original water-holding rate, water-absorbing characteristic and the water-losing characteristic of litters in 6 mixed forest were measured to compare the water-holding capacity of litters in six different coastal protection mixed forests. [Results] The forest with maximum water-holding rate wasDendrocalamusminorvar. amoenus, followed by theDendrocalamopsisvario-striata,Dendrocalamusbrandisii，Bambusaoldhami,Dendrocalamuslatiflorus，Bambusabeecheyanavar.pubescens. while the forest with higher original water content isD.brandisii, followed byD.minorvar.amoenus,B.oldhami,B.beecheyanavar.pubescens,D.vario-striata，D.latiflorus. In absorbing and natural drying process, water-holding rate, water-absorbing speed,water-losing rate and water-losing speed of all kinds of litters in mix forest increased rapidly in the first two hours. From then on, the rates slowed down with prolonged immersion time, and gradually became stabilized after 16 hours. [Conclusion] Water-holding rate and water-losing rate of litters increased following a log function with the time immersed in water, and the water-absorbing speed rate and water-losing speed followed a power function

mixed forests for coast protection; bamboo; litters; water-holding characteristic; water-losing characteristic

2014-09-25

2015-01-17

福建省農(nóng)業(yè)科技重大專項“特色林木種質(zhì)材料選育與高效培育關(guān)鍵技術(shù)研究”(2013NZ0001); 福建省農(nóng)業(yè)科技重大項目(2010 N5002); 中央財政林業(yè)科技推廣項目([2013]7號)

鄭晶晶(1990—),女(漢族),福建省寧德市人,在讀碩士研究生,研究方向為沿海防護(hù)林研究。 E-mail:oopszjj@163.com。

鄭郁善(1960—),男(漢族),福建閩清市人,本科，博士生導(dǎo)師,教授,主要從事森林培育與水土保持研究。 E-mail:zys1960@163.com。

A

1000-288X(2015)05-0111-06

S727.23