廖文海，曾春興，孫歐文，姜 軼，吳家森，蔣仲龍

浙江省江山市不同森林類型枯落物持水性能

廖文海1，曾春興1，孫歐文2，姜 軼1，吳家森2，蔣仲龍3

（1. 浙江省江山市林業(yè)局，浙江 江山 324100；2. 浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300；3. 浙江省公益林和國有林場(chǎng)管理總站，浙江 杭州 310020）

2017年10月，選取浙江省江山市典型地段的闊葉林、毛竹林、杉木林、馬尾松林、針闊混交林、灌木林設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)樣地，研究不同森林類型枯落物持水性能。結(jié)果表明，6種不同森林類型枯落物儲(chǔ)量為7.86 ~ 25.64 t·hm-2，由大到小依次為針闊混交林＞闊葉林＞馬尾松林＞杉木林＞毛竹林＞灌木林，且枯落物厚度和儲(chǔ)量大小排序一致；最大持水量變化在11.19 ~ 33.42 t·hm-2，有效攔蓄率范圍為87.37% ~ 126.41%，有效攔蓄量由大到小依次為針闊混交林＞闊葉林＞杉木林＞馬尾松林＞毛竹林＞灌木林，含闊葉樹種的森林枯落物的持水能力優(yōu)于針葉林；枯落物持水量與浸泡時(shí)間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，吸水速率與浸泡時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系。

江山市；森林類型；枯落物；持水性能

森林生態(tài)系統(tǒng)是人類生存的重要資源，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體。它在調(diào)節(jié)水循環(huán)中起著重要的作用，具有消減洪峰、涵養(yǎng)水源等作用[1]。水源涵養(yǎng)是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)功能之一，其功能反映在林冠層、土壤層、枯落物層，以及降水的再分配等方面[2]。枯落物層主要由枯枝落葉組成，其功能有防止水土流失、防止土壤水分的蒸發(fā)、保持水分等[3-4]。大量的研究表明，枯落物持水量可達(dá)干重的2 ~ 4倍，其持水能力受到枯落物的組成、類型、森林的年齡、降雨等影響[5]。目前，許多學(xué)者就枯落物持水量在不同地區(qū)和不同森林類型做了較多的研究，而對(duì)浙江省江山市主要森林植被枯落物持水性能還未見報(bào)道。因此本研究選取江山市6種主要森林為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了枯落物的儲(chǔ)量、持水特點(diǎn)等，為江山市以及浙江省森林水土保持提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江山市位于浙江省西南部，是浙、閩、贛三省交界處，118°22′37′′~ 118°48′48′′E，28°15′26′′ ~ 28°53′27′′N，以山地丘陵為主，亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.0℃，無霜期249 d，年降水量1 6502 200 mm，年日照時(shí)數(shù)2 063.3 h。江山市總面積202 001 hm2，森林面積137 700 hm2，森林覆蓋率68.17%。其中闊葉林39 674 hm2，毛竹林15 352 hm2，杉木林21 777 hm2，馬尾松林21 679 hm2，針闊混交林15 460 hm2，灌木林11 493 hm2。杉木為人工栽培，其余植被均為天然林，每2 a砍伐1次毛竹，其它林分沒有人為干擾。

1.2 野外調(diào)查與采樣

2017年10月，根據(jù)流域地形、植被、土壤和林地分布等選取典型地段，以長(zhǎng)勢(shì)良好的闊葉林、毛竹林、杉木林、馬尾松林、針闊混交林、灌木林6種不同森林類型作為研究對(duì)象。為減少樣本區(qū)域的差異，采用相鄰樣地比較法進(jìn)行采樣分析[6]，在代表性的地段設(shè)置30 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地共26個(gè)，其中灌木林樣地1個(gè)，其他5種森林類型樣地各5個(gè)，基本情況如表1所示。

表1 樣地基本情況

注：木荷，麻櫟，漆，濕地松，樟，油茶。

測(cè)量、記錄每個(gè)樣地中的樹木胸徑、樹齡、樹高、郁閉度等指標(biāo)，林齡根據(jù)森林資源調(diào)查資料；坡度、坡向用羅盤儀進(jìn)行測(cè)量、平均胸徑和樹高采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法；郁閉度采用“一步一抬頭法”測(cè)定冠幅投影面積占總面積的比例。同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)地4個(gè)角及中心位置布設(shè)5個(gè)1 m×1 m的枯落物采集樣方，用鋼卷尺測(cè)量枯落物的厚度，同時(shí)收集樣方內(nèi)所有未分解層枯落物，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1.3 室內(nèi)分析

將野外采集的枯落物測(cè)定濕質(zhì)量，然后于85℃烘箱中烘干至恒重，測(cè)定干質(zhì)量，以此估算單位面積的枯落物儲(chǔ)量。

枯落物持水能力采用室內(nèi)浸泡法測(cè)定[7]，計(jì)算枯落物吸水速率、最大持水量等；枯落物對(duì)降雨攔蓄量用有效攔蓄量來表示。計(jì)算公式為[8]：

=／

0＝（0－d）／0×100%

max＝（24－d）／d×100%

＝（0.85max－0）

式中，為吸水速率(g·g-1·h-1)、為持水率（g·g-1）、浸水時(shí)間（h）；0，max，，分別代表自然含水率（%）、最大持水率（%）、有效攔蓄量和枯落物儲(chǔ)量（t·hm-2）；0，d，24分別代表枯落物自然狀態(tài)下的質(zhì)量、烘干狀態(tài)的質(zhì)量、浸水24 h后的質(zhì)量（g）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2013對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、Duncan法多重比較回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同森林類型枯落物厚度與儲(chǔ)量

由表2可知，江山市6種森林類型的枯落物儲(chǔ)量為7.86 ~ 25.64 t·hm-2，由大到小依次為針闊混交林＞闊葉林＞馬尾松林＞杉木林＞毛竹林＞灌木林，且針闊混交林枯落物儲(chǔ)量比灌木林儲(chǔ)量高226.2%，經(jīng)Duncan檢驗(yàn)，闊葉林、杉木林、馬尾松林和針闊混交林之間差異不顯著，而灌木林和毛竹林枯落物儲(chǔ)量則顯著低于上述4種森林類型（<0.05）；不同類型枯落物厚度在0.20 ~ 2.26 cm，排序和枯落物儲(chǔ)量大小排序一致。闊葉林和針闊混交林枯落物厚度顯著高于其它林分，而灌木林的枯落物厚度則顯著低于其他5種林分。

表2 不同森林類型枯落物厚度與儲(chǔ)量

注：同一列中不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平（<0.05）。

2.2 不同森林類型枯落物持水率和攔蓄能力

本研究以枯落物浸泡24 h后的持水率表示枯落物最大持水率，不同森林類型枯落物最大持水率如表3所示。從表3中可知，枯落物最大持水率在114.45% ~ 177.74%，由大到小排序?yàn)槊窳郑鹃熑~林＞杉木林＞灌木林＞針闊混交林＞馬尾松林，其中毛竹林的最大持水率是馬尾松林1.5倍；不同森林枯落物的有效攔蓄率為87.37% ~ 126.41%，由大到小排序?yàn)槊窳郑竟嗄玖郑旧寄玖郑鹃熑~林＞針闊混交林＞馬尾松林，毛竹林有效攔蓄率顯著高于馬尾松林（<0.05），且兩種森林類型有效攔蓄率相差44.68%。

不同森林枯落物最大持水量11.19 ~ 33.42 t·hm-2，由大到小依次為針闊混交林＞闊葉林＞杉木林＞馬尾松林＞毛竹林＞灌木林，其中灌木林的最大持水量顯著低于其他5種類型（<0.05）。不同森林枯落物有效攔蓄量由大到小依次為針闊混交林＞闊葉林＞杉木林＞馬尾松林＞毛竹林＞灌木林，其中針闊混交林和闊葉林有效攔蓄量相對(duì)最大，且兩者僅相差12.51%，而針闊混交林與最小的灌木林之間的差值高達(dá)220.36%。

表3 不同森林類型枯落物持水率和攔蓄能力

2.3 不同森林類型枯落物持水量與吸水速率的變化

隨著浸泡時(shí)間的增加，各種森林類型枯落物持水量也隨之增加（圖1）。由圖1可知，所有森林類型枯落物在浸泡2 h內(nèi)持水量上升明顯，此后隨著時(shí)間的增加，持水量緩慢增加，浸泡6 h以后持水量基本飽和；但6種森林類型枯落物持水動(dòng)態(tài)過程中的持水量略有不同，毛竹林、杉木林和闊葉林的持水量在相同時(shí)間內(nèi)均明顯高于其余森林類型，且浸泡2 h之前，杉木林的持水量大于闊葉林，浸泡2 h之后，闊葉林的持水量大于杉木林。用枯落物持水量與浸泡時(shí)間進(jìn)行回歸擬合，發(fā)現(xiàn)兩者呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2≥0.738（表4）。

圖1 不同森林類型枯落物持水量變化

Figure 1 Variation of water holding capacity changed under different forest types

圖2 不同森林類型枯落物吸水速率變化

Figure 2 Variation of water absorption rate of litter under different forest types

由圖2可知，不同森林類型的吸水速率與浸水時(shí)間變化規(guī)律相似，即前期1 h內(nèi)吸水速率達(dá)到最大，之后1~ 4 h內(nèi)枯落物的吸水速率急劇下降，4 h后下降變緩；由圖2還可以看出，6種森林類型的枯落物在浸入水中初始階段的吸水速率相差較大，浸泡前1 h內(nèi)毛竹林、杉木林和闊葉林的吸水速率明顯大于其余3種森林類型，但隨著時(shí)間的增加，吸水速率相差逐漸減小。如表4所示，0.25 ~ 24.00 h不同森林類型枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間進(jìn)行回歸擬合，兩者存在明顯冪函數(shù)關(guān)系：=b；其中為枯落物吸水速率（g·kg-1·h-1）；為浸水時(shí)間（h）；為方程系數(shù)；為指數(shù)。

表4 不同森林類型枯落物持水量、吸水速率與浸泡時(shí)間回歸方程

3 結(jié)論與討論

枯落物是指植物地面部分產(chǎn)生并返回地表有機(jī)物質(zhì)的總稱，對(duì)水土保持、土壤侵蝕防治、地表徑流調(diào)節(jié)等方面具有重要意義，不同森林類型枯落物儲(chǔ)量和蓄水性能存在很大差異[9]。枯落物累積量與森林類型相關(guān)，森林樹木的組成和生長(zhǎng)狀況直接關(guān)系到枯落物層的積累[10]。本研究中，6種不同森林類型的枯落物儲(chǔ)量表現(xiàn)為針闊混交林最大，灌木林最??；儲(chǔ)量大小排序和其厚度排序一致，表明枯落物的儲(chǔ)量與枯落物的厚度呈正相關(guān)，即枯落物厚度越大，枯落物儲(chǔ)量也隨之變大，這與欒莉莉等[11]研究結(jié)果相似；含闊葉樹的森林類型枯落物儲(chǔ)量高于針葉林和灌木林，這與楊振奇等[12]在砒砂巖區(qū)所得的結(jié)果不同，主要原因是不同樹種其枯落物本身物質(zhì)組成有所不同，同時(shí)還受地理?xiàng)l件影響，江山市地處亞熱帶北部濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，降雨充沛，較適宜常綠闊葉樹種生長(zhǎng)。

枯落物具有很強(qiáng)的滲透性和吸水能力，在涵養(yǎng)水源中發(fā)揮著極其重要的作用，因此枯落物的持水量被認(rèn)為是評(píng)價(jià)植被水源保護(hù)功能的重要指標(biāo)之一[13]。本研究中，不同森林類型枯落物最大持水量排序與最大持水率排序并不完全相同，主要是因?yàn)樽畲蟪炙窟€受枯落物儲(chǔ)量大小的影響，且本研究中枯落物儲(chǔ)量大的森林類型，其最大持水量也相對(duì)較大，這與白英辰等[3]研究結(jié)果一致。

最大持水量（率）可以反映凋落物層的含水性能強(qiáng)弱[14]。本研究結(jié)果顯示，不同森林類型枯落物的最大持水率和有效攔蓄率均表現(xiàn)為毛竹林最大，這與高志勤等[15]研究結(jié)果有所不同，可能是由于毛竹葉片質(zhì)量最輕，所以在浸泡試驗(yàn)中其枯落物樣品單位質(zhì)量?jī)?nèi)體積相對(duì)最大，故其吸水量較大，致使最大持水率和有效攔蓄率也相對(duì)較大，且趙陽等[16]和鐘梁等[17]研究結(jié)果也與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，而由于浸泡實(shí)驗(yàn)只能反映理想狀態(tài)的持水量，與自然降雨過程仍有差異，所以往往采用有效攔蓄量來評(píng)估枯枝落葉層的實(shí)際蓄水能力[14]；不同森林類型枯落物有效攔蓄量在7.86 ~ 25.18 t·hm-2，表現(xiàn)為針闊混交林最大，灌木林最小，針闊混交林有效攔蓄量比灌木林高出223.65%。本研究中，不同類型枯落物的有效攔蓄量、最大攔蓄量與最大持水量的強(qiáng)弱排序大致相同，總體來看闊葉林的持水能力要優(yōu)于針葉林，這是由于闊葉林的枯落物葉面積大且質(zhì)地較軟，較易儲(chǔ)存水分，故其持水力高于針葉樹種，這一特征與林海禮等[18]的研究結(jié)果相似，毛玉明等[19]研究結(jié)果也表明，混交林涵養(yǎng)水源功能高于毛竹林和杉木林?？萋湮镂俾逝c涵蓄水能力密切相關(guān)，吸水速率越快，對(duì)降水涵蓄速度越快，地表徑流情況也會(huì)降低[19]。本研究表明，每種森林類型的枯落物持水量和浸泡時(shí)間都呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，吸水速率與浸泡時(shí)間成冪函數(shù)關(guān)系，這與薛建輝等[20]研究結(jié)果相似。

江山市不同森林中，枯落物儲(chǔ)量和有效攔蓄量均以針闊混交林為最大，而灌木林為最小，總體表現(xiàn)為含闊葉樹的森林枯落物持水性能優(yōu)于針葉林、毛竹林?？萋湮锍炙颗c浸泡時(shí)間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，而吸水速率與浸泡時(shí)間成冪函數(shù)關(guān)系。

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Water Holding Capacity of Litter under Different Forest Types in Jiangshan City

LIAO Wen-hai1，ZENG Chun-xing1，SUN Ou-wen2，JIANG-Yi1，WU Jia-sen2，JIANG Zhong-long3

（1. Jiangshan Forestry Bureau of Zhejiang, Jiangshan 324100, China; 2. School of Environment& Resource,Zhejiang A& F University, Hangzhou 311300, China; 3. Zhejiang Ecological Forest and State Forest Farm Administration, Hangzhou 310020, China）

Standard sample plots were established in October of 2017 in broad-leaved forest,forest,forest,forest, mixed broadleaf and conifer forest, shrub in Jiangshan city, Zhejiang province, to study their litter water holding capacity. The results demonstrated that litter reserves ranged 7.86-25.64 t/ha, ordered by mixed broadleaf and conifer forest＞broad-leaved forest＞pine forest＞Chinese fir forest＞bamboo forest＞shrub, and the litter thickness had positive relation with reserves. The largest capacity of water holding changed from 11.19 to 33.42 t /ha, and the effective water retention rate from 87.37% to 126.41%. The order of effective water retention was followed by mixed broadleaf and conifer forest (25.18 t/ha)＞broad-leaved forest(22.38 t/ha)＞Chinese fir forest(21.87 t/ha)＞pine forest(19.01 t/ha)＞bamboo forest(15.01 t/ha)＞shrub(7.86 t/ha). The experiments resulted that broad-leaved forest had better water holding capacity than coniferous forest, water holding capacity of litter had logarithmic function with soaking time, and water absorption rate had power function relation with soaking time.

Jiangshan city; forest type; litter; water holding capacity

S715

A

1001-3776（2019）06-0063-06

10.3969/j.issn.1001-3776.2019.06.010

2019-05-08；

2019-10-12

國家科技支撐計(jì)劃團(tuán)隊(duì)任務(wù)“低效公益林更新改造和健康維持技術(shù)研究與示范”（2012BAD22B0503）；浙江省江山市公益林建設(shè)成效評(píng)估（ZC2017ZFCG-024）

廖文海，工程師，從事林業(yè)技術(shù)推廣工作；E-mail:5653813@qq.com。

蔣仲龍，高級(jí)工程師，從事林業(yè)生態(tài)工程研究E-mail:3328634671@qq.com。