劉蔚漪，喻慶國(guó)，羅宗偉，張昌順

1. 西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 江城縣勐烈鎮(zhèn)林業(yè)服務(wù)中心，云南 江城 676299；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

滇南亞熱帶地區(qū)典型公益林與商品林凋落物儲(chǔ)量及持水特性

劉蔚漪1，喻慶國(guó)1，羅宗偉2，張昌順3*

1. 西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 江城縣勐烈鎮(zhèn)林業(yè)服務(wù)中心，云南 江城 676299；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

為探討滇南亞熱帶地區(qū)公益林凋落物水文生態(tài)效應(yīng)，以普洱市 7種典型林分類(lèi)型的公益林——A0常綠闊葉林、A1思茅松（Pinus kesiya）純林、A2混思茅松林（8:2）、A3混櫟類(lèi)（2:8）、A4黃竹林（Dendrocalamus membranceus）、A5灌木林地、A6宜林地）為研究對(duì)象，以同種類(lèi)型商品林，另加橡膠林（Rubber plantation）和桉樹(shù)林（Eucalyptus robusta）作對(duì)比，通過(guò)野外調(diào)查、室內(nèi)浸水法對(duì)其凋落物儲(chǔ)量、持水特性、對(duì)降雨的攔蓄性能等進(jìn)行定量研究，結(jié)果表明，（1）公益林中，思茅松純林的凋落物儲(chǔ)量最大(21.30±2.10) t?hm-2，常綠闊葉林最小(12.47±1.31) t?hm-2；商品林中，黃竹林凋落物儲(chǔ)量最大(14.30±2.41) t?hm-2，橡膠林最小(2.83±0.12) t?hm-2。（2）各林分凋落物持水量的變化規(guī)律基本一致，持水量隨著時(shí)間的變化而增大，1.5內(nèi)，持水量增幅較大，5.5 h后增幅相對(duì)平穩(wěn)。24 h后，公益林中常綠闊葉林的凋落物持水量最大（0.841 mm），灌木林最?。?.449 mm）；商品林中，橡膠樹(shù)凋落物持水量最大（0.795 mm），思茅松純林最?。?.505 mm）?？偟内厔?shì)為闊葉樹(shù)種的凋落物持水量大于針葉樹(shù)種。凋落物持水量與浸泡時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系（Y=alnt+b）。（3）同種林分的公益林與商品林的凋落物吸水速率，除混櫟類(lèi)幾乎相同，其他類(lèi)型公益林的凋落物吸水速率高于同類(lèi)型商品林，各林分凋落物吸水速率與浸水時(shí)間之間的關(guān)系呈冪函數(shù)關(guān)系（Y=at-b）。（4）公益林中，因思茅松純林凋落物儲(chǔ)量較大，其最大持水量（3.416 mm）也較常綠闊葉林（2.686 mm）大，對(duì)降雨的攔蓄能力也最好（2.033 mm）；商品林中，黃竹林凋落物有效攔蓄量最高（1.394 mm），受干擾程度最大的橡膠林凋落物有效攔蓄量最小（0.434 mm）。綜合分析，滇南亞熱帶地區(qū)公益林凋落物的水文生態(tài)功能優(yōu)于商品林。商品林因人為經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，其林下凋落物層的完整性遭到破壞，凋落物層的水文功能減弱，所以人為干擾是影響凋落物層水文功能的主要因素之一。

公益林、凋落物；持水量；吸水速率；有效攔蓄

生態(tài)公益林是以生態(tài)效益為主要產(chǎn)品的森林。基于其固有的公共屬性，在國(guó)家的正確引領(lǐng)下，云南省是最早實(shí)施中央森林生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制的省份之一（趙書(shū)學(xué)，2013）。普洱市為云南省土地面積最大的一個(gè)州市，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，生物資源豐富。普洱市林業(yè)用地面積達(dá)327.81×104hm2，森林覆蓋率達(dá)68.7%，活立木蓄積量達(dá)2.68×108m3，占云南省的14%，是云南省的重點(diǎn)林區(qū)、西南重要生態(tài)安全屏障（武建雷等，2012）和國(guó)家重要的商品林基地。普洱市于 1966年開(kāi)始對(duì)全市森林進(jìn)行公益林區(qū)劃工作。經(jīng)過(guò)多次區(qū)劃調(diào)整，普洱市公益林規(guī)模、布局得到不斷優(yōu)化和完善。普洱市公益林面積達(dá)92.28×104hm2，占林業(yè)用地面積的 28.15%；主要分布在江河源頭和兩岸、自然保護(hù)區(qū)、邊境線等，對(duì)云南省的生態(tài)建設(shè)，珍稀野生動(dòng)植物保護(hù)起著非常重要的作用（袁亞飛，2014）。經(jīng)過(guò)近 10年的建設(shè)，普洱市公益林的林分質(zhì)量得到顯著提高，林分平均蓄積量（107.7 m3?hm-2）明顯大于商品林（89.4 m3?hm-2），公益林林分結(jié)構(gòu)、林分質(zhì)量得到了提高，其生態(tài)效益必然隨之增加。

近年來(lái)很多學(xué)者已從各個(gè)方面對(duì)公益林的生態(tài)效益展開(kāi)了研究（管杰然等，2012；周祥等，2011；曹鶴等，2009；黃進(jìn)等，2010）。在生態(tài)公益林建設(shè)中，增加凋落物層蓄積量，能有效防止土壤侵蝕并起到涵養(yǎng)水源的作用（楊會(huì)等，2008），凋落物的歸還和分解是森林生態(tài)系統(tǒng)地球化學(xué)循環(huán)的一個(gè)重要組成部分（Hansen et al.，2009）。凋落物不僅是碳和養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵因素（Mass et al.，2012；Bengtsson et al.，2012），還影響森林地被層呼吸（Ryan et al.，2005），同時(shí)凋落物的組成不同，導(dǎo)致土壤層的有機(jī)質(zhì)含量不同，從而影響土壤的持水能力（Llek et al.，2015）。因此，關(guān)于凋落物層的水文效益研究一直以來(lái)是人們關(guān)注的重點(diǎn)。目前，關(guān)于云南森林類(lèi)型的枯落物持水特性研究不多，劉芝芹等（2013）對(duì)云南高原不同林分類(lèi)型枯落物儲(chǔ)量及持水特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為華山松（Pinus.armandi）+云南松（P. yunnanensis）+馬桑（Coriaria nepalensis）混交林枯落物持水量最大，涵養(yǎng)水源的能力最強(qiáng)；段紹明（2012）對(duì)云南省景東縣不同林分類(lèi)型生態(tài)公益林的凋落物持水特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為旱冬瓜（Alnus nepalensis）持水性比云南松和桉樹(shù)（Eucalyptus robusta）強(qiáng)；羅新萍（2012）對(duì)云南瀘水5種生態(tài)公益林凋落物物持水特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為云南松-冷杉（Abies fabri）混交林凋落物持水速率最大。3位學(xué)者的研究方法基本一致，但劉芝芹的研究對(duì)象為人工林（商品林），段紹明、羅新萍的研究對(duì)象是公益林，并未對(duì)相同類(lèi)型的人工林（商品林）與公益林凋落物持水特性進(jìn)行比較，本文將首次展開(kāi)這方面的比較研究。云南省生態(tài)公益林在生態(tài)保護(hù)建設(shè)中占有非常重要的作用和地位，公益林的生態(tài)作用是不可忽視的，但商品林作為云南山區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)支柱，其生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值之間的差值也是值得我們?nèi)ヌ接懙?。本文以云南省亞熱帶地區(qū)普洱市公益林為代表，選取7種典型森林類(lèi)型為主要研究對(duì)象，其中也包括云南景東地區(qū)的公益林，以同種類(lèi)型商品林作對(duì)比，并對(duì)特殊森林類(lèi)型黃竹（Dendrocalamus membranceus）林也進(jìn)行了研究，對(duì)這些不同林分的凋落物層蓄積量、持水量、持水率、最大持水量、有效攔蓄量等水文因子展開(kāi)研究，為今后系統(tǒng)開(kāi)展云南省公益林管理、公益林生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制研究提供理論依據(jù)。

1 樣地概況

試驗(yàn)地分散在普洱市各縣，普洱市地處北緯22°02′～24°50′、東經(jīng) 99°09′～102°19′，北回歸線橫穿其中部，全市海拔在317～3370 m之間，中心城區(qū)海拔1302 m，全市年均氣溫15～20.3 ℃，年無(wú)霜期在315 d以上，年降雨量1100～2780 mm，土壤類(lèi)型主要以紅壤和黃壤為主，土層比較深厚，土壤肥沃。常見(jiàn)的植被群落有思茅松（Pinus kesiya）、木荷（Schima superba）、思茅青岡（Cyclobalanopsis xanthotricha）、思茅錐（Castanopsis ferox）、高山錐（Castanopsis delavayi）、短刺錐（Castanopsis echidnocarpa）、銳齒槲櫟（Quercus aliena）等天然林及人工林。各試驗(yàn)地的基本情況如表1所示，A類(lèi)為公益林，B類(lèi)為商品林。

A0常綠闊葉林（純櫟類(lèi)）主要樹(shù)種有思茅栲Castanopsis ferox、榿木Alnus cremastogyne、思茅青岡 Cyclobalanopsis xanthotricha、枹絲錐Castanopsis calathiformis，林下主要樹(shù)種有南燭Vaccinium bracteatum、十大功勞Mahonia fortunei、懸鉤子Rubus corchorifolius、紫莖澤蘭Eupatorium adenophora；A1思茅松純林林下主要樹(shù)種有虎皮楠Daphniphyllum oldhami、思茅錐 Castanopsis ferox、石松Lycopodium japonicum、羊耳菊Inula cappa、筐條菝葜 Smilax corbularia、黑面神 Breynia fruticosa；A2混思茅松林（8:2）、A3混櫟類(lèi)（2:8）主要樹(shù)種有思茅松、銀木荷Schima argentea、黃檀Dalbergia hupeana，林下主要樹(shù)種有南燭山胡椒Lindera glauca、野牡丹Melastoma candidum、莠竹Microstegium nodosum、破壞草 Eupatorium coelestinum、筐條菝葜；A4黃竹林林下主要樹(shù)種有斑鳩菊Vernonia esculenta、鳳尾蕨Pteris cretica、銀柴Aporosa dioica、山芝麻Helictercs angustifolia。B1思茅松純林林下主要樹(shù)種有南燭 Vaccinium bracteatum、菝葜、野姜菊、長(zhǎng)穗兔耳風(fēng) Ainsliaea henvyi；B2混思茅松林（8:2）林下主要樹(shù)種有餓螞蟥Desmodium multiflorum、香乳；B3混櫟類(lèi)（2:8）林下主要植被為沿階草、野姜、紫莖澤蘭；B4黃竹林林下主要植被為烏飯子Vaccinium bracteatum、沿階草、紫莖澤蘭；B5桉樹(shù)林林下主要樹(shù)種有茶梨、算盤(pán)子 Glochidion puberum、美麗崖豆藤 Millettia speciosa；B6橡膠林林下主要樹(shù)種有弓果黍Cyrtococcum patens、飛機(jī)草Eupatorium odoratum、毛蕨Cyclosorus interruptus。

表1 樣地基本概況Table 1 Background information of sample plots

2 研究方法

于2015年8月上旬—11月末，在普洱市公益林、商品林生態(tài)效益普遍調(diào)查的基礎(chǔ)上，分別選擇具有代表性的7種公益林和6種商品林進(jìn)行凋落物水文效益研究，樣地類(lèi)型分別為：A0常綠闊葉林（純櫟類(lèi)）、A1思茅松純林、A2混思茅松林（思茅松8：其他闊木2）、A3混櫟類(lèi)（思茅松2：其他櫟類(lèi)8）、A4黃竹林、A5灌木林地、A6宜林地、B1思茅松純林、B2混思茅松林（8:2）、B3混櫟類(lèi)（2:8）、B4黃竹林、B5桉樹(shù)林、B6橡膠林。根據(jù)森林資源二類(lèi)調(diào)查規(guī)程，在各林分內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3塊 28.28 m×28.28 m調(diào)查樣地（面積約等于 0.1 hm2）進(jìn)行每木檢尺（起測(cè)徑階為5 cm），分別調(diào)查樹(shù)高、胸徑、郁閉度、林分密度等因子，并對(duì)樣地的坡度、坡位和坡向等基本情況進(jìn)行記錄（表1）。在樣地內(nèi)設(shè)置5個(gè)面積為1 m×1 m的小樣方，用鋼尺測(cè)量并記錄凋落物層總厚度，調(diào)查凋落物鮮重，并采集500 g左右凋落物樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行持水特性試驗(yàn)。

凋落物持水量和吸水速率的測(cè)定：參考張昌順等（2010）實(shí)驗(yàn)方法，采用室內(nèi)浸泡法測(cè)定林下凋落物的持水量和吸水速率。每個(gè)樣方取10.0 g左右樣品，自然風(fēng)干，3次重復(fù)。用尼龍網(wǎng)兜裝好凋落物樣品，將其完全浸入清水中，分別浸泡0.25、0.5、1、1.5、2.5、3.5、5.5、7.5、9.5、11.5、20、24 h后，取出后靜置10 min左右，直至凋落物不滴水為止，迅速用電子天平測(cè)定凋落物連網(wǎng)兜的濕重。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后洗凈尼龍網(wǎng)兜并稱(chēng)其濕重。凋落物濕重與其烘干重和網(wǎng)兜濕重的差值，即為凋落物浸泡不同時(shí)間的持水量，該差值與浸泡時(shí)間的比值為凋落物的吸水速率。

計(jì)算公式如下：

式中，M0、M2、M3和 M24分別為枯落物樣品烘干質(zhì)量（g）、自然狀態(tài)鮮質(zhì)量（g）、用于浸泡實(shí)驗(yàn)枯落物干質(zhì)量（g）、浸水24 h后枯落物質(zhì)量（g）；M1和M分別是枯落物鮮質(zhì)量?jī)?chǔ)量和干質(zhì)量?jī)?chǔ)量（t?hm-2）；R0、Rmax、Ryx分別為枯落物自然持水率、最大持水率和有效攔蓄率（%）；Mt為浸水t小時(shí)后M3的持水量（mm）；H0、Hmax、Hyx、Ht和Vt分別為枯落物層自然持水量（mm）、最大持水量（mm）、有效攔蓄水量（mm）、浸水t小時(shí)后的累積持水量（mm）和累積吸水速率（mm?h-1）（張昌順等，2010；陳偉光等，2014）。

采用SPSS 13.0中的單因素方差分析對(duì)不同林分類(lèi)型凋落物相關(guān)性狀進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05），采用Excel 2010進(jìn)行制圖。

3 結(jié)果分析

3.1 凋落物儲(chǔ)量與持水量

由表2可知，不同林分凋落物儲(chǔ)量差異較大，公益林的凋落物儲(chǔ)量總體比同種林分類(lèi)型的商品林凋落物儲(chǔ)量大；除黃竹林外，相同林分類(lèi)型的公益林與商品林之間的凋落物儲(chǔ)量差異顯著（P＜0.05）。公益林中，凋落物儲(chǔ)量排序?yàn)椋核济┧杉兞?21.30±2.10) t?hm-2＞混櫟類(lèi)(20.33±0.99) t?hm-2＞混思茅松(17.22±2.34) t?hm-2＞宜林地(15.39±1.37)t?hm-2＞ 黃 竹 林 (15.10±1.56) t?hm-2＞ 灌 木 林 地(13.53±1.37) t?hm-2＞常綠闊葉林(12.47±1.31) t?hm-2。商品林凋落物儲(chǔ)量排序?yàn)椋狐S竹林(14.30±2.41)t?hm-2＞桉樹(shù)(9.25±1.33) t?hm-2＞混櫟類(lèi)(8.12±0.39)t?hm-2＞ 混 思 茅 松 (8.08±0.72) t?hm-2＞ 純 思 茅 松(7.75±0.88) t?hm-2＞橡膠樹(shù)(2.83±0.12) t?hm-2。公益林中的思茅松純林凋落物儲(chǔ)量最大，灌木林地凋落物儲(chǔ)量最少，黃竹林、灌木林地、宜林地凋落物儲(chǔ)量差異不顯著（P＞0.05）；商品林中黃竹林凋落物儲(chǔ)量最大，橡膠林凋落物儲(chǔ)量最少，不同類(lèi)型林分凋落物儲(chǔ)量差異顯著（P＜0.05）。結(jié)合表1分析，該現(xiàn)象可能與林分的密度、林下植被生物多樣性及樹(shù)葉凋落的季節(jié)有關(guān)。

表2 不同林地凋落物儲(chǔ)量Table 2 The litter amount in the different forest stands

各林分凋落物持水量的變化規(guī)律基本一致，持水量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，1.5內(nèi)，持水量增幅較大，5.5 h時(shí)增加比例相對(duì)平穩(wěn)。由表3可知，常綠闊葉林24 h后的持水量是各林分中最大的，而同種林分的不同公益林與商品林相比，公益林的凋落物持水量大于商品林。公益林中，凋落物24 h后的持水量排序?yàn)椋撼＞G闊葉林（0.841 mm）＞混思茅松（0.808 mm）＞思茅松純林（0.791 mm）＞黃竹林（0.748 mm）＞混櫟類(lèi)（0.583 mm）＞宜林地（0.532 mm）＞灌木林地（0.449 mm）；商品林中，凋落物24 h后的持水量排序?yàn)椋合鹉z樹(shù)（0.795 mm）＞桉樹(shù)（0.769 mm）＞混思茅松（0.660 mm）＞黃竹林（0.584 mm）＞混櫟類(lèi)（0.578 mm）＞思茅松純林（0.505 mm）。

對(duì)各林分凋落物持水量與浸泡時(shí)間關(guān)系進(jìn)行擬合分析，得到凋落物持水量與浸泡時(shí)間的動(dòng)態(tài)關(guān)系為：

式中，Y為凋落物持水量（mm），t為浸泡時(shí)間（h），a為方程系數(shù)，b為方程常數(shù)項(xiàng)，其模型擬合優(yōu)度都達(dá)到了 0.88以上（P＜0.001），與張昌順等（2010）研究結(jié)果一致。

3.2 凋落物吸水速率

如圖1所示，1.5 h前，各林分凋落物吸水速率相對(duì)較高；2 h后，吸水速率下降速度減緩；7.5 h后，持水接近飽和，之后基本趨于動(dòng)態(tài)平緩狀態(tài)。

表3 不同林分類(lèi)型凋落物持水量（mm）與浸泡時(shí)間（h）的關(guān)系Table 3 The relation between water holding capacity of litter (mm) and immersion time (h)

圖1 凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間的關(guān)系Fig. 1 Relationship between holding water rate and immersed time

用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件擬合各類(lèi)型林分凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間的動(dòng)態(tài)關(guān)系為：

式中，Y為凋落物吸水速率，mm?h-1；t為凋落物吸水時(shí)間h；a為方程回歸系數(shù)；b為指數(shù)。如圖1所示，各林分凋落物吸水速率與浸水時(shí)間之間的關(guān)系呈冪函數(shù)方程變化（P＜0.001），這與許多學(xué)者的研究結(jié)果一致（劉芝芹等，2013；陳波等，2012）。

圖2 不同林分類(lèi)型凋落物持水特性Fig. 2 Litter water holding rate of different stand types

3.3 不同林分類(lèi)型凋落物持水量和攔蓄量性能

由圖2可知，公益林的凋落物最大持水量及有效攔蓄量都比商品林高，同時(shí)說(shuō)明，人為干擾對(duì)凋落物的涵養(yǎng)水源作用影響也很大。公益林中，因思茅松類(lèi)的林分凋落物儲(chǔ)量較大，其最大持水量也較常綠闊葉林大，最大持水量排序?yàn)椋核济┧杉兞郑?.416 mm）＞混思茅松（3.264 mm）常綠闊葉林（2.686 mm）＞灌木林地（2.586 mm）＞黃竹林（2.392 mm）＞混櫟類(lèi)（2.386 mm）＞宜林地（1.950 mm）；公益林對(duì)降雨的攔蓄能力也優(yōu)于商品林，當(dāng)降水量少于1.34 mm時(shí)，公益林能起到一定的攔蓄作用，而不產(chǎn)生下滲地表徑流，在實(shí)際應(yīng)用中，可以有效攔蓄量來(lái)估算凋落物對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄效果和能力（趙磊等，2013）。各林分能攔蓄的降水深度表現(xiàn)為：思茅松純林（2.033 mm）＞混思茅松（2.026 mm）＞混櫟類(lèi)（1.760 mm）＞灌木林地（1.735 mm）＞常綠闊葉林（1.614 mm）＞宜林地（1.424 mm）＞黃竹林（1.342 mm）。商品林中以黃竹林的凋落物最大持水量和有效攔蓄量最高，其次是桉樹(shù)林，商品林對(duì)降雨的有效攔蓄量排序?yàn)椋狐S竹林（1.394 mm）＞桉樹(shù)林（1.345 mm）＞混思茅松（0.858 mm）＞思茅松純林（0.730 mm）＞混櫟類(lèi)（0.590 mm）＞橡膠林（0.434 mm）。

如圖2所示，闊葉樹(shù)種林分中的常綠闊葉林、桉樹(shù)林、橡膠樹(shù)林，其最大持水率和有效攔蓄率都比思茅松林大，公益林最大持水率排序?yàn)椋撼＞G闊葉林（215.28%）＞灌木林地（191.11%）＞混思茅松（189.58%）＞思茅松純林（160.37%）＞黃竹林（158.47%）＞宜林地（126.71%）混櫟類(lèi)（117.33%）；有效攔蓄率排序?yàn)椋撼＞G闊葉林（129.38%）＞灌木林地（128.19%）＞混思茅松（117.70%）＞思茅松純林（95.44%）＞宜林地（92.56%）＞黃竹林（88.87%）＞混櫟類(lèi)（86.53%）。松樹(shù)針葉凋落物含有較多的油脂，不容易分解，其吸水率和有效吸水量往往沒(méi)有闊葉樹(shù)種的凋落物高（薛立等，2005）。

4 討論

4.1 不同林分凋落物儲(chǔ)量的比較

同種林分類(lèi)型，公益林凋落物儲(chǔ)量比商品林大，兩種類(lèi)型思茅松林分差異尤其明顯。思茅松主要分布于云南中南部和西南部，是我國(guó)南亞熱帶地區(qū)特有的暖熱性針葉樹(shù)種，也是云南主要的速生用材和采脂樹(shù)（陳慶等，2014）。公益林思茅松林內(nèi)人為活動(dòng)較少，對(duì)林分內(nèi)的凋落物層破壞也很??；而由思茅松組成的商品林林分，受人為活動(dòng)影響較為頻繁（松脂割采），對(duì)林下凋落物層的破壞也很大，即儲(chǔ)量就相對(duì)較小。未受到破壞的公益林思茅松林的凋落物儲(chǔ)量大于常綠闊葉林，這也符合前人的研究結(jié)果（段紹明，2012）。常綠闊葉林的凋落物儲(chǔ)量(12.47±1.31) t?hm-2接近中亞熱帶格氏栲（Castanopsis Kawakamii）天然林（11.01 t?hm-2）（楊玉盛等，2003）；就全球森林類(lèi)型來(lái)看，溫帶常綠闊葉林的年凋落物量小于溫帶針葉林的年凋落物量（Zhang et al.，2014），且松針中含有較多的纖維素和脂類(lèi)物質(zhì)，微生物很難將其降解，難以分解。

竹林能夠有效保證林下生物多樣性、凋落物量以及土壤有機(jī)物含量（Christanty et al.，1996），以黃竹林為主的林分類(lèi)型中，商品林黃竹林凋落物儲(chǔ)量(14.30±2.41) t?hm-2與公益林黃竹林凋落物儲(chǔ)量(15.10±1.56) t?hm-2相差不大，這是因?yàn)樯唐妨贮S竹林雖然受人為干擾大于公益林，但由于人們追求經(jīng)濟(jì)利益，林內(nèi)存在人為施肥耕作的現(xiàn)象，使得商品黃竹林的林分密度高達(dá)1525 plant?hm-2，而作為公益林的黃竹林，未經(jīng)過(guò)人為干預(yù)，其林分密度僅為913 plant?hm-2，且商品黃竹林的平均胸徑、平均樹(shù)高、郁閉度等指標(biāo)上都高于公益林黃竹林。所以，受到林分密度、林分質(zhì)量的影響，商品黃竹林凋落物層的儲(chǔ)量仍能保持一定的數(shù)量。

廣西地區(qū)桉樹(shù)人工林連續(xù)年齡林地凋落物儲(chǔ)量在 0.35～10.98 t?hm-2之間，隨著年齡的增大呈遞增趨勢(shì)（黃承標(biāo)等，2011）。本研究測(cè)得凋落物儲(chǔ)量為 5年生桉樹(shù)林，凋落物儲(chǔ)量為(9.25±1.33)t?hm-2，與黃承標(biāo)（2011）所得數(shù)據(jù)（8.92～10.23 t·hm-2）相比，儲(chǔ)量差異不大，相對(duì)較小，可能與兩地經(jīng)營(yíng)水平有關(guān)系。廣西地區(qū)桉樹(shù)林經(jīng)營(yíng)方式為集約經(jīng)營(yíng)，每年定期施肥，而云南地區(qū)的桉樹(shù)林多為粗放經(jīng)營(yíng)，其林分質(zhì)量沒(méi)有廣西地區(qū)的優(yōu)良。

本研究中橡膠林（中齡）凋落物儲(chǔ)量為(2.83±0.12 ) t?hm-2，小于盧洪健等（2011）測(cè)得的西雙版納地區(qū)橡膠凋落物儲(chǔ)量（8.896 t?hm-2），并小于40年生老齡（過(guò)熟）林（6.181 t?hm-2），接近周衛(wèi)衛(wèi)等（2009）研究得出海南瓊中 15年生橡膠林凋落物儲(chǔ)量（3.25 t?hm-2），可能與取樣時(shí)間的差異有關(guān)。盧洪健取樣時(shí)間為3月，經(jīng)歷第1個(gè)凋落高峰期，凋落物獲得較大輸入量，且在當(dāng)年所受人為管理活動(dòng)還較少；周衛(wèi)衛(wèi)取樣時(shí)間為7月，凋落物基本處于分解和半分解狀態(tài)；本研究取樣時(shí)間為10月，當(dāng)年凋落物處于分解后期，故凋落物儲(chǔ)量較少。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，生態(tài)公益林的凋落物量會(huì)隨著樹(shù)齡的增加而增加，通過(guò)凋落物分解形成的大量土壤腐殖質(zhì)，顯著改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤非毛管孔隙度，提高了土壤的持水能力（梁永強(qiáng)等，2007）。

4.2 不同林分持水特性分析

研究發(fā)現(xiàn)，未分解和半分解凋落物的持水量及吸水速率可用于模擬森林凋落物對(duì)雨水的吸持過(guò)程，以了解不同林分類(lèi)型凋落物的持水動(dòng)態(tài)（顧宇書(shū)等，2013）。目前為止，幾乎所有的研究都證明未分解和半分解枯落層的持水動(dòng)態(tài)均有相同的變化趨勢(shì)（莫菲等，2009），所以本研究未進(jìn)行分層處理，并且，在自然界中，凋落物的持水特性也不可能分層起作用。所以，本研究凋落物持水特性為整個(gè)凋落物層的持水特性，而不是某一個(gè)分解層的。各試驗(yàn)樣地的取樣重量大致相等，為500 g左右，用于持水實(shí)驗(yàn)的重量為10 g左右，各林分持水量不同，與凋落物的組成直接相關(guān)；此外，凋落物的蓄積量也是影響持水量的主要因素（潘明亮等，2011）。公益林中，純思茅松林分的凋落物儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常綠闊葉林，但常綠闊葉林的持水量大于純思茅松林，凋落物越厚，蓄積量越大，其持水性能應(yīng)該是越好的，凋落物持水量可以達(dá)到自身干重的2～3倍（劉世榮等，2003）。人為干擾是影響凋落物持水量大小的一個(gè)關(guān)鍵因子，同種林分類(lèi)型的公益林與商品林相比，由于商品林受人為干擾較大，其凋落物持水量相對(duì)較小，而商品林混櫟類(lèi)，雖然為商品林，但由于人為活動(dòng)相對(duì)較少，其凋落物持水量和公益林混櫟類(lèi)相差不大。值得一提的是，橡膠樹(shù)林凋落物持水量在商品林中是最大的，而儲(chǔ)量卻是最小的（與取樣時(shí)間有關(guān)），說(shuō)明闊葉樹(shù)種的凋落物持水性能優(yōu)于針葉樹(shù)種。

公益林與商品林各林分凋落物吸水速率變化趨勢(shì)基本一致，1.5 h前，各林分凋落物吸水速率相對(duì)較高，2 h后，吸水速率下降速度減緩，7.5 h后，持水接近飽和，之后基本趨于動(dòng)態(tài)平緩狀態(tài)。由此說(shuō)明，枯枝落葉的枝葉表面或死細(xì)胞間水勢(shì)差很大（樊登星等，2008），在降雨初期，枯枝落葉迅速吸水，起到了很好的截持和阻滯作用，同種林分的公益林與商品林，除混櫟類(lèi)林分幾乎相同，其他類(lèi)型公益林的凋落物吸水速率高于商品林。兩種類(lèi)型的混櫟類(lèi)林分凋落物的初始吸水速率和最后的吸水速率都相對(duì)一致（這與兩種類(lèi)型林分的林分結(jié)構(gòu)和林地干擾度相對(duì)一致有關(guān)），其他類(lèi)型的林分中，常綠闊葉林的凋落物吸水速率是最大的，說(shuō)明公益林常綠闊葉林凋落物的持水能力最強(qiáng)，水源涵養(yǎng)功能最好（陳水蓮等，2010；閆俊華等，2001）。

4.3 不同林分凋落物對(duì)降雨的攔蓄性能的分析

凋落物對(duì)降雨的攔蓄能力一般用最大持水量和有效攔蓄量表示，最大持水量反映的是扣除凋落物層本身含水量占據(jù)的持水容量以外的凋落物層持水能力大小，代表最大可能的降雨截留量（時(shí)忠杰等，2009），反映的是一個(gè)潛在的持水能力（肖石紅等，2016），森林凋落物的最大持水量與凋落物的組成和儲(chǔ)量有關(guān)。本研究常綠闊葉林凋落物最大持水量（2.656 mm）大于廣東地區(qū)3種不同闊葉林的凋落物最大持水量（1.34～1.77 mm）（彭耀強(qiáng)等，2006），廣東地區(qū)的3種闊葉林的凋落物持水量表現(xiàn)為黧蒴（Castanopsis fissa）林地＞荷木（Schima spp.）林地＞火力楠（Michelia macclurei）林，其中黧蒴林為櫟類(lèi)林地，而本研究中的常綠闊葉林以櫟類(lèi)為主，且林分成熟，郁閉度較高，這可能是其最大持水量較高的原因。本研究桉樹(shù)凋落物含水率為25.07%，大于黃承標(biāo)等（2011）研究結(jié)果（12.3%～ 13.6%），凋落物最大持水率（228.27%）接近黃承標(biāo)等（2011）研究結(jié)果中幼齡桉樹(shù)林的凋落物最大持水率（295.3%～414.9%），小于尾葉桉林凋落物最大持水率351%，但高于松樹(shù)林。

最大持水量反映的是扣除枯落物本身含水量以外的最大可能降雨截留量，有效攔蓄量表示的是對(duì)實(shí)際降雨的攔截狀況（盧振啟等，2014）。本研究桉樹(shù)林平均林齡為 5年，其有效攔蓄量為 1.34 mm，接近黃承標(biāo)等（2011）研究 5年桉樹(shù)林凋落物有效攔蓄量（1.96 mm）。然而，因橡膠樹(shù)的凋落物蓄積量太少，其對(duì)降雨的有效攔蓄量小于思茅松林。灌木林地凋落物對(duì)降水的有效攔蓄量（1.735 mm）小于祁連山 5種灌叢林的有效攔蓄量（3.79～9.17 mm）（張學(xué)龍等，2015），可能與林下主要植被紫莖澤蘭（Eupatorium adenophora）有關(guān)。商品林中，受干擾程度相對(duì)較小的黃竹林的凋落物最大持水量和有效攔蓄量最高。趙雨虹等（2015）研究得出，江西地區(qū)毛竹林在儲(chǔ)量和持水能力方面均顯著優(yōu)于常綠闊葉林，這可能與竹林凋落物歸還量較大有關(guān)。黃竹林是云南特有的、天然分布面積最大的中大型叢生竹，目前，景洪至思茅段的瀾滄江河谷兩岸是我國(guó)天然黃竹林發(fā)育最典型的區(qū)域之一；天然黃竹林對(duì)維系瀾滄江河谷的脆弱生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用（楊正斌等，2013）。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)普洱市典型的公益林及商品林的凋落物儲(chǔ)量、持水性能、攔蓄性能的定量研究發(fā)現(xiàn)，公益林凋落物層的水文生態(tài)功能優(yōu)于同種類(lèi)型的商品林。凋落物的組成、質(zhì)地，林分的密度，林下生物多樣性等會(huì)影響凋落物的水文功能，對(duì)于同一種類(lèi)型的林分，人為干擾是影響凋落物層水文功能的主要因素之一。公益林因人為干擾較少，其凋落物層的完整性得到了很好的保持，凋落物的持水性能更強(qiáng)，且養(yǎng)分歸還率更高，土壤層的水源涵養(yǎng)功能也更強(qiáng)。

云南多為山區(qū)，干濕季節(jié)明顯，夏季容易發(fā)生泥石流、山體滑坡等事故，冬季又容易受到干旱的影響，且公益林多分布在江河源頭和兩岸，因此，加強(qiáng)公益林事業(yè)對(duì)于防止水土流失、涵養(yǎng)水源具有重要的意義。

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Litter Storage and Water-Holding Capacity Characteristics of Typical Public Welfare and Commercial Forests in the Subtropical Region of South Yunnan Province

LIU Weiyi1, YU Qingguo1, LUO Zongwei2, ZHANG Changshun3*
1. Forestry Collage, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China;
2. The Jiangcheng County Meng Lie Town Forestry Service Center, Jiangcheng 676214, China;
3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

This study aimed to determine the litter hydrological characteristics of ecological public welfare forests in the subtropical region of Pu’er City, Yunnan Province, China. Factors, such as total volume of litter layer, water-holding characteristics, and reducing surface runoff, of seven typical stands of ecological public welfare forests(A0-evergreen broad-leaved forests (pure Oak),A1-pure stands of Pinus kesiya, A2-mixed forest of Pinus kesiya (8:2), A3-mixed forest of Oak (2:8) A4-Dendrocalamus membranceus forests, A5-shrub land, A6-suitable forest land) were studied and were compared with those of the same type of commercial forests through field investigation and soaking experiment. Results showed that (1) in public welfare forests, the Pinus kesiya pure forest displayed the maximum total volume of litter layer[(21.30±2.10) t?hm-2], whereas the evergreen broad-leaved forest showed the minimum[(12.47±1.31) t?hm-2]. In commercial forests, Dendrocalamus membranaceus had the maximum total volume of litter layer[(14.30±2.41) t?hm-2], whereas the minimum volume [(2.83±0.12) t?hm-2] was observed in Hevea brasiliensis.(2) The variation of water-holding capacity of litter in the different forest stands was generally consistent. The water-holding capacity of the litter layer was increasing rapidly within1.5 h, whereas the increase rate became stable after 5.5 h. After 24 h, the water-holding capacity of the evergreen broad-leaved forest showed the highest (0.841 mm) in each stand of public welfare forest.The lowest water-holding capacity (0.449 mm) was observed in shrub forests. H. brasiliensis showed the highest water-holding capacity (0.795 mm) amongsix commercial forests, whereas the P. kesiya pure forest expressed the lowest. The overall trend was that the water-holding capacity of the broad-leaved tree species was greater than that of the coniferous tree species. The relationship between litter water-holding capacity and soaking time was logarithmic, Y=alnt+b. (3) The litter water-holding rate of public welfare forests was higher than that of commercial forests, except for the mixed oak forest. A logarithmic relationship was observed between water-holding capacity and soak time (Y=at-b). (4) The rainfall interception capacity of P. kesiya pure forest was the best (2.033 mm)because of its maximum total volume litter layer among the other forest stands. The maximum water-holding capacity (3.416 mm) of the P. kesiya pure forest was also higher than that of the evergreen broad-leaved forest (2.686 mm). When rainfall was less than 1.34 mm, all types of public welfare forests could play a certain role in storing without infiltration and surface runoff. In commercial forests, the highest (1.394 mm) modified interception was observed in D. membranaceus, whereas H. brasiliensis showed the lowest caused by severe disturbance. In summary, the ecohydrological function of the forest floor in public welfare forests was better than that of commercial forests. The hydrological function of the litter layer is influenced by the composition, texture, density, and the diversity of the forest. Man-made activities cause degradation of the integrity of forest litter layer, resulting in a decreased hydrological function of the litter layer. For the same type of stand, human disturbance is one of the main factors that affect the hydrological function of litter layers.

public welfare forest; litter; water capacity; water absorption rate; modified interception

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.10.011

S718.5; X171.4

A

1674-5906（2017）10-1719-09

劉蔚漪, 喻慶國(guó), 羅宗偉, 張昌順. 2017. 滇南亞熱帶地區(qū)典型公益林與商品林凋落物儲(chǔ)量及持水特性[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(10): 1719-1727.

LIU Weiyi, YU Qingguo, LUO Zongwei, ZHANG Changshun. 2017. Litter storage and water-holding capacity characteristics of typical public welfare and commercial forests in the subtropical region of South Yunnan Province [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(10): 1719-1727.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31660173）；西南林業(yè)大學(xué)云南省省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科（林學(xué)）（2012BAD23B04）；云南省林學(xué)一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（51600625）；云南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（515006009）；普洱市林業(yè)局委托項(xiàng)目（215660）

劉蔚漪（1982年生），女，講師，博士，主要從事森林生態(tài)與培育研究。

*通信作者：張昌順（1977年生），男，博士，主要從事森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能研究。E-mail: zhangcs@igsnrr.ac.cn

2017-08-08