宋賢沖，田紅燈，譚一波，葉建平，王會(huì)利，曹繼釗

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530002；2.廣西漓江源森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，桂林 541316；3.廣西桂林貓兒山自然保護(hù)區(qū)管理局，桂林 541316）

森林凋落物層是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其在調(diào)節(jié)地表徑流和保持水土等水源涵養(yǎng)功能方面起著重要作用[1-3]。不同森林類型凋落物層的儲(chǔ)量、粗糙系數(shù)和分層結(jié)構(gòu)不同，其林分在阻緩徑流、增加徑流入滲時(shí)間和入滲量、抑制土壤水分蒸發(fā)等方面的功能也存在差異[4-5]。近年來(lái)，隨著水資源需求量的增加和漓江“缺水”問(wèn)題日益嚴(yán)重，漓江上游森林的水源涵養(yǎng)功能越來(lái)越受到人們的重視[6]。

貓兒山是漓江重要的發(fā)源地，在調(diào)節(jié)漓江水量和改善水質(zhì)方面都有重要作用[7]。對(duì)貓兒山林區(qū)植被的保護(hù)，有利于提高森林水源涵養(yǎng)功能，促進(jìn)桂林山水旅游的可持續(xù)發(fā)展[7]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)漓江流域森林水源涵養(yǎng)[7]、地表徑流[8]、水資源量[9]等開(kāi)展了大量研究，但對(duì)水青岡（Fagus longipetiolata）天然林不同分解層凋落物的持水情況研究相對(duì)較少，不同分解層凋落物持水狀況對(duì)水青岡天然林水文變化規(guī)律和水源涵養(yǎng)功能的影響有待深入研究。本研究以漓江上游典型的水青岡天然林為研究對(duì)象，進(jìn)行不同層次凋落物持水特性的研究，旨在了解水青岡天然林不同層次凋落物的水文變化規(guī)律和水源涵養(yǎng)功能。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

貓兒山自然保護(hù)區(qū)（110°19′～110°31′E，25°44′～25°58′N）位于廣西壯族自治區(qū)桂林市北部，與興安、龍勝、資源3縣相交[10]，屬于我國(guó)東南部濕潤(rùn)地區(qū)海拔較高、相對(duì)高差較大的山區(qū)，形成了明顯的垂直地帶性植被[11]，其中水青岡天然林是最典型的中亞熱帶森林類型，也是貓兒山重要的水源涵養(yǎng)林。

1.2 研究方法

2018年12月選擇水青岡天然林，建立3個(gè)20 m×20 m 的樣地進(jìn)行調(diào)查研究。在樣地中設(shè)置面積為0.5 m×0.5 m 的樣方5 個(gè)，調(diào)查凋落物的鮮重。參照陳立新等[12]的凋落物分層標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)凋落物的完整程度將其分為未分解層、半分解層和全分解層。在不同分解層樣品中取部分樣品烘干測(cè)定含水率；另取部分樣品自然風(fēng)干，參考張昌順等[13]的試驗(yàn)方法測(cè)定凋落物的持水量和吸水速率。5個(gè)樣方的凋落物按照不同層次混合成1個(gè)樣品，不同分解層取20 g左右的樣品，進(jìn)行3次重復(fù)。用100 目的尼龍網(wǎng)袋裝好不同層次的凋落物樣品，將其完全浸泡在清水中，隔0.25、0.25、0.5、0.5、1.0、1.0、2.0、2.0、2.0、2.0、8.5和4.0 h將調(diào)落物連同網(wǎng)袋一起取出，靜置5 min左右，直至調(diào)落物不滴水為止，迅速稱取調(diào)落物和網(wǎng)袋的濕重。試驗(yàn)結(jié)束后洗凈尼龍網(wǎng)袋并稱其濕重。凋落物浸泡不同時(shí)間的持水量為不同時(shí)間凋落物濕重與其烘干重和網(wǎng)袋濕重的差值，吸水速率為持水量與浸泡時(shí)間的比值。

計(jì)算公式參照文獻(xiàn)[13-15]，如下：

式中，M0、M2和M3分別為凋落物樣品的烘干重、自然狀態(tài)鮮重和用于浸泡試驗(yàn)凋落物干重（g）；M1和M分別代表鮮凋落物儲(chǔ)量和干凋落物儲(chǔ)量（t∕hm2）；R0和R1分別為凋落物含水率和浸水t小時(shí)后的持水率（%）；Mt為浸水t小時(shí)后凋落物的濕重（g）；H0和Ht分別為凋落物層的自然持水量和浸水t小時(shí)后的累積持水量（mm）；Vt表示累積吸水速率（mm∕h）。

在Excel 2010表格中對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理和分析，采用SPSS 17.0 對(duì)不同分解層的凋落物進(jìn)行持水量、持水率及吸水速率的方程擬合，采用Excel 2010進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同分解層凋落物的儲(chǔ)量與持水量

不同分解層的凋落物儲(chǔ)量不同（表1）。全分解層的鮮凋落物和干凋落物儲(chǔ)量均為最高，分別為5.25 和2.28 t∕hm2；其含水率最低（129.13%）。未分解層鮮凋落物儲(chǔ)量為4.23 t∕hm2，但其含水率最高（314.00%），導(dǎo)致其干凋落物儲(chǔ)量低于全分解層和半分解層。

表1 不同分解層凋落物的儲(chǔ)量Tab.1 Litter accumulation in different decomposed layers

浸泡0.5～3.5 h 內(nèi)，各分解層的凋落物持水量迅速增長(zhǎng)；浸泡3.5 h 后各分解層的凋落物持水量增長(zhǎng)變緩，浸泡到9.5 h后持水量基本達(dá)到飽和（圖1）。在整個(gè)浸泡試驗(yàn)過(guò)程中，不同分解層的凋落物持水量均表現(xiàn)為全分解層＞半分解層＞未分解層。

圖1 凋落物持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系Fig.1 Relationship between water holding capacity of litter and soaking time

凋落物持水量（Ht）和浸泡時(shí)間（t）的關(guān)系按照對(duì)數(shù)方程變化（表2）。用對(duì)數(shù)方程得出的凋落物持水量理論值與實(shí)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)（R）均大于0.89，二者極顯著相關(guān)（P＜0.001）。

表2 凋落物持水量與浸泡時(shí)間的方程Tab.2 Equation of water holding capacity of litter and soaking time

2.2 不同分解層凋落物的持水率

凋落物的持水率的值與凋落物的持水能力呈正相關(guān)。在整個(gè)浸泡試驗(yàn)過(guò)程中，不同分解層的凋落物持水率均表現(xiàn)為半分解層＞未分解層＞全分解層（圖2）。不同分解層的凋落物持水率在浸泡的前3.5 h 迅速增長(zhǎng)，此后增長(zhǎng)變緩。半分解層和未分解層在浸泡20 h 時(shí)，持水率幾乎達(dá)到飽和；全分解層在浸泡11.5 h 時(shí)幾乎達(dá)到飽和。半分解層、未分解層和全分解層的凋落物最大持水率分別為131%、128%和91%，半分解層和未分解層凋落物的持水能力較為接近，且強(qiáng)于全分解層。

通過(guò)對(duì)數(shù)方程來(lái)模擬凋落物持水率（Rt）與浸泡時(shí)間（t）的關(guān)系，結(jié)果表明，不同分解層凋落物持水率理論值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)（R）均大于0.89，二者極顯著相關(guān)（P＜0.001）（表3）。

圖2 凋落物持水率與浸泡時(shí)間的關(guān)系Fig.2 Relationship between water holdup of litter and soaking time

表3 凋落物含水率與浸泡時(shí)間的方程Tab.3 Equation of water holdup of litter and soakingtime

2.3 不同層次凋落物的吸水速率

全分解層凋落物的吸水速率在整個(gè)浸泡過(guò)程中均最高，半分解層次之，未分解層最低。在前1.5 h，不同分解層凋落物的吸水速率相對(duì)較高；2 h后，吸水速率開(kāi)始緩慢下降；11.5 h后，持水接近飽和，吸水速率也趨于平緩（圖3）。

擬合凋落物吸水速率（Vt）與浸泡時(shí)間（t）的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)吸水速率與浸泡時(shí)間的動(dòng)態(tài)關(guān)系為：Vt=at-b。式中，Vt為凋落物吸水速率（mm∕h）；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)。不同分解層凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間的理論值和實(shí)測(cè)值有很好的擬合結(jié)果，相關(guān)系數(shù)（R）均大于0.89，為極顯著相關(guān)水平（P＜0.001）（表4）。

圖3 凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間的關(guān)系Fig.3 Relationship between water absorption rate and soaking time

表4 凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間的方程Tab.4 Equation of water absorption rate of litter and soaking time

3 結(jié)論與討論

3.1 不同分解層凋落物儲(chǔ)量的比較

凋落物的儲(chǔ)量主要受植物生長(zhǎng)量、凋落物輸入量、郁閉度和累積年限的影響，不同分解層凋落物的儲(chǔ)量則與凋落物分解速度、累積年限和采樣時(shí)間密切相關(guān)[2]。劉尚華等[2]研究了京西百花山區(qū)植物凋落物的持水特性，發(fā)現(xiàn)半分解層的凋落物蓄積量高于未分解層。宋飛等[16]對(duì)桂西北5種退耕還林林分枯落物的持水特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)除任豆林外，其余林分半分解層蓄積量均大于未分解層。鄭江坤等[3]研究發(fā)現(xiàn)川中丘陵區(qū)典型林分枯落物不同分解層蓄積量均表現(xiàn)為半分解層＞已分解層＞未分解層。本研究中，水青岡天然林凋落物不同分解層鮮蓄積量表現(xiàn)為全分解層＞未分解層＞半分解層，干蓄積量表現(xiàn)為全分解層＞半分解層＞未分解層，與上述研究結(jié)果不同。本研究中，水青岡天然林全分解層蓄積量最高，這可能是因?yàn)殚熑~林凋落物容易分解[3]，且采樣時(shí)間為冬季，已分解凋落物大量積累。未分解層和半分解層中鮮蓄積量和干蓄積量排序的不同，與其自然含水率相關(guān)。

3.2 不同分解層凋落物持水特性分析

不同分解層凋落物的持水量、持水率和吸水速率，主要由凋落物組成結(jié)構(gòu)、分解程度和干燥程度等決定[3]。本研究中不同分解層的凋落物持水量表現(xiàn)為全分解層＞半分解層＞未分解層，與潘紫重等[4]對(duì)闊葉樹(shù)種不同分解層凋落物持水量的研究結(jié)果不同。潘明亮等[17]認(rèn)為蓄積量對(duì)持水量也有重要影響，本研究中凋落物全分解層蓄積量最高，其持水量也最高。

持水率表征單位重量凋落物的持水量。鄭江坤等[3]的研究結(jié)果表明未分解層持水率高于半分解層和已分解層，半分解層和已分解層的持水率相當(dāng)。國(guó)內(nèi)較多研究結(jié)果表明[2,18]，半分解層的持水率高于未分解層；本研究中不同分解層的持水率表現(xiàn)為半分解層＞未分解層＞全分解層，與前人研究基本一致。

不同分解層凋落物的吸水速率變化趨勢(shì)基本一致，前期吸水速率相對(duì)較高，隨后緩慢下降，這說(shuō)明不同分解層的凋落物在降雨初期，能迅速吸水，對(duì)降雨有很好的截留和阻滯作用。王曉榮等[19]研究了丹江口湖北庫(kù)區(qū)不同林分類型枯落物的特性，發(fā)現(xiàn)闊葉林的吸水速率為已分解層＞半分解層＞未分解層，并認(rèn)為吸水性能與枯落物分解程度呈正比。本研究中全分解層凋落物的吸水速率在整個(gè)浸泡過(guò)程中均最高，半分解層次之，未分解層最低，與王曉榮等[19]的研究結(jié)果一致。

本研究對(duì)不同分解層的凋落物進(jìn)行持水量、持水率及吸水速率與浸泡時(shí)間相關(guān)性的方程擬合，結(jié)果表明不同分解層的凋落物持水量、持水率與浸泡時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系；凋落物吸水速率與浸泡時(shí)間呈冪指數(shù)關(guān)系。上述方程的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平，可以用于描述凋落物持水量、持水率及吸水速率隨著浸泡時(shí)間的變化。