何鵬，王具元

(甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020)

作為一個(gè)重要主體，陸地系統(tǒng)是整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)的一部分。同時(shí)，在陸地系統(tǒng)中，森林生態(tài)系統(tǒng)又是其中的一項(xiàng)重要構(gòu)成。它的構(gòu)成一共可以分為3個(gè)層次，即林冠、枯落物、土壤等3個(gè)層次。各個(gè)層次有其特定的生態(tài)功能，且各個(gè)功能之間通過一定的紐帶相互聯(lián)系，尤其在水文效應(yīng)過程中他們之間的聯(lián)系更加緊密，枯落物層處于林冠層和土壤層之間，起著橋梁的作用。森林枯落物層含有大量的有機(jī)物，森林枯落層中含有的有機(jī)物，由于土壤下方有多種微生物，這么多微生物一起發(fā)揮作用，可以將土壤中的有機(jī)物分解成各種腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)有多種功能，首先，它可以豐富土壤的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化土壤的性能，充分發(fā)揮土壤中毛管的孔隙度功能，進(jìn)一步增強(qiáng)土壤的鎖水能力。使土壤的抗沖擊性能更強(qiáng)。枯落物的生態(tài)功能與種類和數(shù)量直接相關(guān)，所以，在對森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，選取的一個(gè)重要指標(biāo)就是森林枯落層的水文效應(yīng)。麥積山風(fēng)景區(qū)位于小隴山，也就是秦嶺山脈的西部地區(qū)。關(guān)于秦嶺及小隴山森林群落枯落物的水文效應(yīng)研究比較多[1-4]，但關(guān)于麥積山風(fēng)景區(qū)的研究很少。本文通過對麥積山5種林分枯落物層枯落物特征及持水性變化規(guī)律的研究，為客觀評價(jià)這些林分枯落物層水文生態(tài)功能，對該地區(qū)的森林結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理保護(hù)，以及對麥積山的保護(hù)，都能提供理論層面的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

麥積山風(fēng)景區(qū)位于甘肅省天水市麥積區(qū)，地理位置為105°56′—106°10′，34°07′—34°28′ N。麥積山風(fēng)景區(qū)海拔一般在1 400～1 800 m，最高峰可達(dá)2 200 m以上。年平均降雨量為600～700 mm，氣溫最高為33 ℃，最低為-15 ℃，一般冬季低溫帶在-8 ℃，無霜期為230 d，日照時(shí)數(shù)年均為2 307 h左右，空氣相對濕度為85%左右。巖層構(gòu)造是由紅色砂礫巖層和淺色變質(zhì)巖所構(gòu)成，土壤類型多為棕壤土和黃綿土。麥積山風(fēng)景區(qū)內(nèi)自然資源豐富，風(fēng)景秀麗，形成自己獨(dú)特的山水景觀，觀賞及藥用植物品種繁多，珍禽奇獸較為豐富，有些已為國寶。風(fēng)景區(qū)內(nèi)植物約有111種，分屬于50個(gè)科106個(gè)屬。其中有很多是園林中的珍品，如黃花杠柳、云杉、冷杉、水杉、白皮松、紅豆杉，玉蘭樹和野生紫竹、野生百合、金背杜鵑、甘肅瓊花等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

根據(jù)植被、土壤、土地利用等特性，于2018年8月在麥積山風(fēng)景區(qū)選擇5個(gè)不同林分作為本次研究的對象，包括白皮松、銳齒櫟林、油松+遼東櫟林、油松+銳齒櫟林、油松林。在這5個(gè)不同林分中，選取400 m2的土地作為標(biāo)準(zhǔn)地，對其中的林木進(jìn)行測量，同時(shí)對其中的植物種類、數(shù)量，林分年齡、郁閉度及環(huán)境特征進(jìn)行調(diào)查。各樣地基本特征見表1。

表1 不同林分樣地概況

2.2 枯落物蓄積量調(diào)查

在每種林分選定區(qū)域中均勻的劃分成6個(gè)0.5 m×0.5 m的小塊土地，這6塊土地是沿著對角線切分的。對枯落物蓄積量進(jìn)行調(diào)查時(shí)，先用標(biāo)尺測量小塊土地中枯落葉厚度，然后，把小樣方中，可以收集的枯落物全部收集起來，在對其進(jìn)行挑選分類，稱取樣品的重量，采用取樣方法選擇樣品，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，使用烤箱把樣品烤干，測出這些枯落物中的含水率，以此為依據(jù)換算出調(diào)查樣地單位面積的枯落物蓄積量。

2.3 枯落物持水性測定

將枯落物現(xiàn)存量調(diào)查用小樣方(1 m×1 m)內(nèi)的全部枯落物收集后，放在烤箱中烘干之后測他們的質(zhì)量(W0)，然后將他們放進(jìn)尼龍材質(zhì)的紗網(wǎng)中，在有足量水的桶里浸泡0.5、1、2、4、6、12、24 h，將裝有枯落物的尼龍網(wǎng)撈出后放在支架上，讓多余的水分自然滴下，同時(shí)用土壤篩將塑料桶內(nèi)遺漏的枯枝落葉撈出重新裝入尼龍網(wǎng)中，待尼龍網(wǎng)內(nèi)不再有水珠滴下時(shí)，用天平稱其浸水后的質(zhì)量(W1)。

枯落物的持水率=(W1-W0)/W0×100%

2.4 枯落物有效攔蓄量測定

計(jì)算枯落物可攔蓄的實(shí)際降水量的時(shí)候，需要用到有效攔蓄量這一概念，其計(jì)算公式為:

W=(0.85Rm-R0)M

式中：W為有效攔蓄量，Rm為最大含水率，M為現(xiàn)有枯落物量，R0為平均自然含水率(%)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分枯落物蓄積量分析

表2 不同林分類型枯落物蓄積量

3.2 不同林分枯落物水文效應(yīng)

在對表3進(jìn)行分析得知，枯落物最大持水率和最大持水量受不同林分類型植被的影響是顯而易見的，對持水能力影響最大的一個(gè)最主要因素就是枯落物的厚度，所以油松純林枯落物持水量相對其他林分要高。由表3可知，5種林分枯落物持水率均值位于223.29%～275.77%，其中銳齒櫟林枯落物持水率最高，油松林和白皮松林持水率相對較小。不同樹種和相同樹種持水能力變化情況有所不同，這是由于不同林分枯落物持水性能諸多因素的制約，如種類、厚度、林齡、分解狀況、含水率、前期降水情況等。

表3 不同林分枯落物最大持水率和最大持水量

3.2.2 不同林分枯落物攔蓄能力 從表4可知，未分解層枯落物有效攔蓄率依次為銳齒櫟林(344.55%)>油松+銳齒櫟林(309.44%)>油松+遼東櫟林(291.65%)>油松林(280.86%)>白皮松林(263.86%)；半分解層枯落物有效攔蓄率大小排序?yàn)殇J齒櫟林(323.31% ) >油松+遼東櫟林 (274.34%)>油松+銳齒櫟林(259.37% )>油松林(248.42% )>白皮松林 (216.73% )。

表4 不同林分枯落物攔蓄能力

3.2.3 不同林枯落物持水過程 圖1和圖2是關(guān)于分解層和半分解層枯落物的蓄水能力同浸泡時(shí)間二者之間的關(guān)系圖譜。通過分析圖譜可以得知，未分解層枯落物的蓄水能力和將他們浸泡在水中的時(shí)間是正比例關(guān)系，體現(xiàn)為先快后慢的形勢。總體變化情況是在最初浸泡時(shí)間內(nèi)(2 h)，枯落物中持水量斜率比較大，說明水量增加的快。然而，隨著浸泡時(shí)間的不斷延長，這個(gè)斜率逐漸變小，當(dāng)浸泡時(shí)間超過2 h后，持水量增長速度下降速度較快。在對這些不同種類的枯落物持續(xù)浸泡，總時(shí)間超過6 h時(shí)，其持水量大部分達(dá)到峰值，之后，隨著浸泡時(shí)間的延長，含水量不會(huì)再發(fā)生太大的變化?？梢姡敕纸鈱拥某炙芰^未分解層持水能力強(qiáng)，這是因?yàn)榘敕纸鈱用芸紫抖群扛叩脑颉?/p>

圖2 半分解層枯落物持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系

3.2.4 不同林分枯落物吸水速率 從圖3和圖4，我們可以判斷得知，枯落物半分解層和未分解層(統(tǒng)稱為未分解層)的吸水率在前1 h數(shù)值比較高，之后下降速度比較快，浸泡時(shí)間在4 h以后，吸水速率下降速度逐漸放緩，這是因?yàn)榭萋湮锝?jīng)過烘干處理后大量水分喪失，枯落物的總度空隙比之前大幅度增加。而且，由于枯落物枝葉表面和死細(xì)胞之間的水勢逆差較大。另據(jù)文獻(xiàn)表明，在剛一浸泡的時(shí)候，枯落葉的持水量會(huì)大幅度增加[5]。從整個(gè)發(fā)展走向來看，在最初浸泡的2 h內(nèi)，不同種類枯落物吸水率大小差異很大，而隨著時(shí)間不短延長，這幾種枯落物吸水速率逐漸變化趨勢比較一致，在浸泡時(shí)間6 h之后，它們的曲線幾乎完全重合，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是，隨著時(shí)間不斷增加，枯落物孔隙中充滿的大量水分，孔隙的吸水達(dá)到飽和，持水量接近最大值，導(dǎo)致吸水速率逐漸下降。

圖3 未分解層枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間的關(guān)系

4 結(jié)論

4.2 就半分解和未分解層的枯落物而言，不同的群落林地中最大攔蓄率和有效攔蓄率不同，其中，白皮松林?jǐn)r蓄能力最弱，銳齒櫟林?jǐn)r蓄能力最強(qiáng)。就他們儲蓄的總量而言，油松林分?jǐn)r蓄量最大，白皮松林分最小。

4.3 大部分未分解層枯落物和半分解層枯落物浸泡6 h后，蓄水量都達(dá)到最大值，隨著浸泡時(shí)間繼續(xù)延長，不同林分不同層次枯落物持水量幾乎沒有發(fā)生多大變化；浸泡時(shí)間12 h后，蓄水量達(dá)最大。

4.4 枯落物分解層吸水速率在1 h以內(nèi)比較高，在最初浸泡的2 h之內(nèi)，不同林地中枯落物吸水性差異是比較顯著，在連續(xù)浸泡6 h之后，這些林地枯落物吸水速率的發(fā)展曲線接近重合。