北京山地不同海拔側(cè)柏人工林枯落物水文效應(yīng)研究

李艷麗

（河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050051）

森林枯落物層作為森林涵養(yǎng)水源的第二層次，發(fā)揮著重要的涵養(yǎng)水源、防止土壤侵蝕以及截持降水的能力，從而影響土壤和植物的需水性能以及土壤養(yǎng)分循環(huán)［1－3］。側(cè)柏樹(shù)干通直、材質(zhì)堅(jiān)硬、耐腐力強(qiáng)，是華北、東北及黃河流域亞高山地區(qū)重要的森林更新和造林樹(shù)種，具有涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、保持水土、凈化空氣等生態(tài)功能，在我國(guó)北方地區(qū)具有極為重要的生態(tài)區(qū)位。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)不同海拔側(cè)柏林枯落物水文效應(yīng)的研究較少。因此，本文對(duì)北京山地不同海拔的側(cè)柏人工林枯落物層水文效應(yīng)進(jìn)行定量研究，為側(cè)柏林水文效應(yīng)研究提供一定的理論支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北京市延慶縣東南水關(guān)長(zhǎng)城腳下，屬燕山山脈，為火成巖、花崗巖山地，116°02′E，40°20′N，海拔475～1 100m，年平均氣溫為9.3℃，年均降水量477.6mm，主要集中在7—8月。該地區(qū)屬于暖溫帶闊葉林區(qū)，地帶性植被當(dāng)以櫟林為代表的落葉闊葉林，以及側(cè)柏林為代表的針葉林?，F(xiàn)有植被多為天然次生雜木林及中、干生灌叢。土壤為褐色土。喬木樹(shù)種主要有側(cè)柏（Platycladusorientalis）、油松（Pinustabuliformis）、核桃楸（Juglans mandshurica）、山楊（Populusdavidiana）和蒙古櫟（Quercusmongolica）等。

2 研究方法

2012年6月中旬在試驗(yàn)基地選取4塊不同海拔（525.68m、588.64m、675.37m、758.55m）的側(cè)柏人工林進(jìn)行采樣分析，樣地面積為40m×40m，對(duì)其進(jìn)行每木檢尺，各樣地基本特征見(jiàn)表1。

表1 不同海拔樣地基本特征

樣地內(nèi)設(shè)1.0m×1.0m樣方3個(gè)，進(jìn)行枯落物調(diào)查。土壤按0～10cm、10～20cm、20～40cm機(jī)械分層取樣?？萋湮锍炙亢臀俾实臏y(cè)定采用室內(nèi)浸泡法［4，5］，分別測(cè)定在浸泡1、2、4、6、12和24h的質(zhì)量變化，研究其吸水過(guò)程和吸水速度。枯落物有效攔蓄量采用有效攔蓄量來(lái)估算枯落物對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄量［6，7］，即：

W＝（0.85Rm－R0）M

式中：W—有效攔蓄量（t·hm－2）；Rm—最大持水率（%）；R0—平均自然含水率（%）；M—枯落物累積量（t·hm－2）。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔枯落物蓄積量

由表2可知，不同海拔枯落物總蓄積量變動(dòng)范圍在11.35～25.06t·hm－2，總蓄積量大小依次是：樣地Ⅳ＞樣地Ⅱ＞樣地Ⅲ＞樣地Ⅰ，即側(cè)柏人工林枯落物總蓄積量隨海拔升高而增大。從4個(gè)海拔梯度枯落物未分解層、半分解層蓄積量看出：半分解層的蓄積量均大于未分解層蓄積量；未分解層排序?yàn)闃拥丌颍緲拥丌簦緲拥丌螅緲拥丌?；半分解層排序?yàn)闃拥丌瘢緲拥丌螅緲拥丌簦緲拥丌颍瑯拥丌裾伎傂罘e量的比例最大，為62.05%，樣地Ⅱ占總蓄積量的比例最小，為58.38%。即在未分解層隨海拔的升高枯落物蓄積量增大，而在半分解層則相反。

表2 不同海拔枯落物厚度和儲(chǔ)量

3.2 不同海拔枯落物水文效應(yīng)

3.2.1 不同海拔枯落物最大持水量 由表3可知：枯落物最大持水量總和最大的是樣地Ⅳ，為53.55t·hm－2，最小的是樣地Ⅰ，為13.39t·hm－2，排序?yàn)闃拥丌簦緲拥丌螅緲拥丌颍緲拥丌??？萋湮镒畲蟪炙实淖儎?dòng)范圍為123.32%～217.85%，順序?yàn)闃拥丌簦緲拥丌螅緲拥丌颍緲拥丌瘢@與樣地Ⅳ枯落物儲(chǔ)量最大有關(guān)系。

表3 不同海拔枯落物最大持水量與最大持水率

3.2.2 不同海拔枯落物有效攔蓄量 4個(gè)海拔梯度不同層次枯落物有效攔蓄率均表現(xiàn)為隨海拔升高而增大，排序均為樣地Ⅳ＞樣地Ⅲ＞樣地Ⅱ＞樣地Ⅰ，說(shuō)明在北京山地海拔處于700多m時(shí)，有效攔蓄率最大。從有效攔蓄量看，未分解層排序是樣地Ⅲ＞樣地Ⅱ＞樣地Ⅳ＞樣地Ⅰ；半分解層是樣地Ⅲ＞樣地Ⅳ＞樣地Ⅱ＞樣地Ⅰ。綜合來(lái)看，樣地Ⅳ有效攔蓄能力最強(qiáng)，為39.63t·hm－2，相當(dāng)于攔蓄3.96mm的降雨，樣地Ⅰ有效攔蓄能力最弱，為11.39t·hm－2，只相當(dāng)于攔蓄1.14mm的降雨。

表4 不同海拔枯落物有效攔蓄量

3.2.3 不同海拔枯落物持水過(guò)程 由圖1可知，不同層次枯落物在最初浸泡的半個(gè)小時(shí)內(nèi)，枯落物持水量迅速增加，而后隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，且增加速度逐步放緩。半分解層在6 h就基本達(dá)到飽和，而未分解層到10h才基本到飽和。此外，半分解層和未分解層持水過(guò)程均為樣地Ⅳ＞樣地Ⅲ＞樣地Ⅱ＞樣地Ⅰ。

對(duì)1～24h之間4塊樣地不同海拔枯落物不同分解層持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，得出該時(shí)間段內(nèi)持水量與浸泡時(shí)間之間存在如下關(guān)系（表5）：

Q＝alnt＋b，R＞0.89。

式中：Q—枯落物持水量（g·kg－1）；t—浸泡時(shí)間（h）；a—方程系數(shù)；b—方程常數(shù)項(xiàng)。

圖1 不同層次枯落物持水過(guò)程

表5 不同海拔枯落物層持水量、持水率與浸泡時(shí)間關(guān)系式

3.2.4 不同海拔枯落物吸水速率 由圖2可知，4塊樣地不同海拔梯度的枯落物不論是未分解層還是半分解層，在前半小時(shí)內(nèi)吸水速率最大，之后急劇下降，4h左右時(shí)下降速度明顯減緩，24h吸水基本停止。從不同海拔來(lái)看，是樣地Ⅳ吸水速率最大，也即海拔為755.55m的側(cè)柏林吸水速率最大。對(duì)4塊樣地不同海拔不同層次枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間進(jìn)行擬合，得出該時(shí)間段內(nèi)吸水速率與浸泡時(shí)間之間存在如下擬合模型（表5）：

V＝ktn，R＞0.99。

式中：V—枯落物吸水速度（g·kg－1·h－1）；t—浸泡時(shí)間（h）；k—方程系數(shù)；n—指數(shù)。

圖2 不同分解層枯落物吸水速率

4 結(jié)論

4種不同海拔林分枯落物總儲(chǔ)量變化范圍在11.35～25.06t·hm－2之間，最大持水量的變化范圍為13.39～53.55t·hm－2，海拔為758.55m的側(cè)柏林有效攔蓄能力最強(qiáng)，為39.63t·hm－2，有效攔蓄能力在11.39～39.63t·hm－2之間；枯落物持水量與浸泡時(shí)間呈明顯對(duì)數(shù)關(guān)系，枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間呈明顯冪函數(shù)關(guān)系；未分解層枯落物10 h基本達(dá)到飽和，半分解層6h已經(jīng)飽和；枯落物在浸水的1h內(nèi)吸水速率最大，4h左右時(shí)下降速度明顯減緩。

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