森林凋落物涵養(yǎng)水源生態(tài)功能研究進(jìn)展

王紹忠

(云南省紅河州建水縣南莊鎮(zhèn)林業(yè)站，云南 建水654303)

森林凋落物涵養(yǎng)水源生態(tài)功能研究進(jìn)展

王紹忠

(云南省紅河州建水縣南莊鎮(zhèn)林業(yè)站，云南 建水654303)

森林凋落物是森林中植物組分產(chǎn)生并歸還地面，作為分解者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機(jī)質(zhì)的總稱，有著重要的生態(tài)系統(tǒng)功能，其中凋落物的涵養(yǎng)水源功能及其重要。不同林型或樹種的凋落物有不同的涵養(yǎng)蓄水能力，且森林凋落物的涵養(yǎng)蓄水能力受不同因素的影響。本文對(duì)不同林型凋落物持水性研究及影響其持水能力的影響因素進(jìn)行了綜述，對(duì)林業(yè)建設(shè)過程中的樹種選擇、林型搭配、林下凋落物處理提供了科學(xué)的依據(jù)。

森林凋落物；持水性；影響因素；研究進(jìn)展

隨著森林資源的不斷減少，自然生態(tài)環(huán)境不斷惡化，林地水分涵養(yǎng)能力逐漸下降，森林生態(tài)系統(tǒng)的多功能性作用越來越受國際社會(huì)的廣泛關(guān)注。在退耕還林的同時(shí)，人們還關(guān)注種植樹種的水源涵養(yǎng)能力。而森林凋落物在保持土壤肥力、涵養(yǎng)水源以及維持森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分均衡等方面發(fā)揮著重要的作用[1]。森林凋落物也可稱為枯落物或有機(jī)碎屑，是指在森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，由地上植物組分產(chǎn)生并歸還到地表面，作為分解者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機(jī)質(zhì)的總稱[2]。凋落物層作為森林生態(tài)系統(tǒng)中獨(dú)特的結(jié)構(gòu)層次，不僅對(duì)森林土壤發(fā)育和改良有重要意義，而且凋落物層的結(jié)構(gòu)疏松、具有良好的透水性和持水能力，在降水過程中起著緩沖器的作用[3-4]。一方面削弱雨滴對(duì)土壤的直接濺擊，另一方面吸收一部分降水，減少了到達(dá)土壤表面的降水量，同時(shí)由于凋落物層的機(jī)械阻攔作用，以大大地減少了地表徑流的產(chǎn)生，起到保持水土和涵養(yǎng)水源的作用[4-6]。通過不同林分類型森林水源涵養(yǎng)能力研究，揭示不同林分類型與涵養(yǎng)水源的關(guān)系，對(duì)合理經(jīng)營(yíng)森林資源、改善水環(huán)境、實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)管理和利用具有重要意義。本文對(duì)不同林型凋落物持水性及其影響因子進(jìn)行了綜述，為造林中樹種選擇、樹種搭配以及林地凋落物處理有科學(xué)的指導(dǎo)意義。

1 不同林型凋落物持水性研究

不同的森林類型，由于林分組成和結(jié)構(gòu)有所差異，它們的涵養(yǎng)水源、保持水土的能力也存在一定的差異[7-9]。森林中的枯枝落葉在維持森林水量平衡方面起著重要作用[10]，而不同的林型中，其凋落物種類、數(shù)量等也不盡相同，導(dǎo)致不同林型凋落物的持水性也各有差異。目前，許多學(xué)者研究了不同林型或樹種凋落物的持水性，為水源涵養(yǎng)林的營(yíng)造以及保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。閆俊華等[11]研究表明，鼎湖山3種演替群落凋落物的最大持水率為針葉林>混交林>闊葉林，但差異不明顯；凋落物含水量以闊葉林最大，混交林次之，針葉林最小，與凋落物最大持水率恰恰相反，說明凋落物的古水量受林地環(huán)境條件的制約。賈秀紅等[12]也認(rèn)為，落葉闊葉林的持水效果最優(yōu)，鄂中低丘區(qū)植被恢復(fù)時(shí)要注意促進(jìn)林分向落葉闊葉林的方向演替。楊會(huì)等[13]認(rèn)為闊葉林凋落物持水能力大于針葉林，其大小順序?yàn)椋郝淙~闊葉林>未成林>毛竹林>經(jīng)濟(jì)林>杉木林>常綠闊葉林>馬尾松林。相似地，孟玉珂等[14]的研究也表明，認(rèn)為落葉闊葉樹種銳齒櫟的涵養(yǎng)水源能力最強(qiáng)，而常綠針葉樹種華山松最弱，不同林分凋落物的持水量大小順序?yàn)殇J齒櫟>闊葉混交>山核桃>日本落葉松>油松>華山松。龔文明[9]的研究認(rèn)為，不同林分類型凋落物最大持水量大小順序?yàn)楣馄迦斯ち?喜樹人工林>馬尾松人工林，而土壤最大持水量表現(xiàn)為喜樹人工林>馬尾松人工林>光皮樺人工林；說明林地持水能力大小與凋落物持水性和土壤有密切關(guān)系。易文明等[15]對(duì)慈利縣水土保持林下凋落物的蓄水功能研究后也發(fā)現(xiàn)，闊葉樹種的持水能力比針葉樹種大，其持水能力排列順序?yàn)闈?rùn)楠次生林>杜仲純林>油桐純林>毛竹杉木混交林>杉木純林>馬尾松純林，說明闊葉樹種的持水能力比針葉樹種大。潘紫重等[16]認(rèn)為水曲柳林>蒙古櫟林>白樺林>落葉松林>樟子松林，同一林型不同郁閉度條件下，凋落物的數(shù)量及持水量隨著郁閉度的增加相應(yīng)增大，但持水率降低。薛立等[17]對(duì)華南典型人工林凋落物的持水特性研究表明，凋落物持水量和凋落物持水率隨著浸泡時(shí)間的增加按照對(duì)數(shù)方程增加，5種林分中尾葉桉林的凋落物吸水速率在各浸泡時(shí)間后居首位，杉木林和馬占相思林中等，濕地松林較小，而馬尾松林最小。林觀土等[18]的研究也表明，馬占相思林的凋落物持水能力較馬尾松大很多，具體的順序是：馬占相思>鴨腳木>杉木>荷木>藜蒴>尾葉桉>馬尾松，說明落葉植物的凋落物持水量較常綠植物的大。陳水蓮等[19]的研究也認(rèn)為馬占相思林凋落物持水性能較好，7種林分凋落物的持水性能大小順序?yàn)轳R占相思>尾葉桉>濕地松>毛竹>黎蒴>馬尾松>杉木。廖軍等[20]在對(duì)竹闊混交林的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著混交比例的增加，在25%～35%時(shí)，林分的總含水量最高，表現(xiàn)出較好的水源涵養(yǎng)功能。但有人認(rèn)為針葉樹的水源涵養(yǎng)能力優(yōu)于闊葉樹，純林優(yōu)于混交林，原因在于闊葉樹較針葉樹分解快，混交林較純林分解快。耿玉清等[21]在的研究中發(fā)現(xiàn)，針葉樹如落葉松、油松和側(cè)柏的枯枝落葉層水源涵養(yǎng)作用優(yōu)于闊葉樹種。高明等[22]研究發(fā)現(xiàn)，落葉松純林蓄水量大于落葉松水曲柳混交林，落葉松純林、紅松純林蓄水量大于水曲柳純林。陳玉生等[23]的研究認(rèn)為，在連峽河小流域不同森林類型中，凋落物的持水性能力大小順序是柏木林>針葉混交林>針闊混交林>馬尾松林>闊葉林>灌木林。有學(xué)者對(duì)不同竹林凋落物的涵養(yǎng)水源功能研究表明，持水量大小順序?yàn)榇戎窳?苦竹+光皮樺木混交林>苦竹林>雜交竹林，綜合凋落物層蓄積量和持水量?jī)蓚€(gè)方面的結(jié)果，混交林應(yīng)當(dāng)是比較適當(dāng)?shù)闹脖换謴?fù)模式[24]。張顯松等[25]對(duì)以貴州省溶巖區(qū)4種人工林凋落物及土壤涵養(yǎng)水源能力研究表明，凋落物及土壤的持水量均呈現(xiàn)榿木林>杜仲林>刺槐林>滇柏林。陳美高[26]的研究表明，林分組成結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致了其持水功能的差異，不同林分的持水量大小排序?yàn)椋杭?xì)柄阿丁楓—杉木混交林>木荷—杉木混交林>建柏—杉木混交林>杉木純林。因此，不同林地下凋落物的持水性不同，對(duì)于凋落物水源涵養(yǎng)功能還有待進(jìn)一步研究。

2 凋落物持水性能影響因子研究進(jìn)展

許多對(duì)不同林型凋落物涵養(yǎng)水源能力的研究表明，不同的林型凋落物涵養(yǎng)水源能力有所差異，其與很多因素有關(guān)，主要包括凋落物的組成、特性、質(zhì)地和分解程度等[27-28]。

2.1 凋落物的組成對(duì)森林涵養(yǎng)水源功能的影響研究

不同林分的凋落物組成由很大差異，純林凋落物組成比較單一，混交林凋落物比較復(fù)雜。針葉樹種凋落物含有較多的油脂，其吸水率往往沒有闊葉樹種的凋落物大[29]。川西亞高山地區(qū)針葉林凋落物由苔蘚、軟闊葉、硬闊葉、喬木枝干、針葉等等組成，其不同的凋落物組成分間的吸水差別很大[30]。

2.2 凋落物儲(chǔ)量對(duì)森林涵養(yǎng)水源功能的影響研究

枯落物層持水效果除了與枯落物本身特性，如最大攔蓄率、有效攔蓄率、單位質(zhì)量持水量等密切相關(guān)外，還與枯落物蓄積量有直接關(guān)系[31]。森林凋落物的持水量與凋落物的現(xiàn)存量密切相關(guān)[17]。由于我國森林凋落物的現(xiàn)存量由北向南遞減，故森林凋落物的持水量呈現(xiàn)由北向南減少的趨勢(shì)[32]。有些學(xué)者研究認(rèn)為，凋落物浸泡一晝夜后的持水率為最大持水率[33-35]。同一林型不同郁閉度條件下，凋落物的數(shù)量及持水量隨著郁閉莊的增加相應(yīng)增大，但持水率降低[16]。羅新萍[36]的研究表明，不同林型凋落物儲(chǔ)量及其蓄水能力大小順序?yàn)椋郝淙~闊葉林>落葉闊葉-常綠針葉混交林>常綠針葉林，凋落物儲(chǔ)量大的旱冬瓜純林的涵養(yǎng)水源功能最佳。雷瑞德[37]認(rèn)為，寒溫帶和西部亞高山針葉林和落葉闊葉林凋落物的持水能力大于熱帶亞熱帶森林，原因在于在水分條件適宜的情況下，溫度越高，越有利于凋落物的分解，凋落物的積累量越少持水性能越弱。

2.3 凋落物分解度對(duì)森林涵養(yǎng)水源能力的影響研究

張勝三等[38]對(duì)馬尾松人工林近自然經(jīng)營(yíng)過程中不同階段森凋落物數(shù)量及其持水量等水文特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：不同階段半分解層和未的凋落物持水量依次為恒續(xù)林階段>競(jìng)爭(zhēng)選擇階段>質(zhì)量形成階段>建群階段。闊葉林的持水量及持水率以半分解層為最大，而針葉林以半分解層持水功能為最強(qiáng)[16]。羅新萍[36]對(duì)云南瀘水縣生態(tài)公益林不同林型凋落物研究表明，半分解層中凋落物儲(chǔ)量最大的是櫟類-旱冬瓜混交林，然后分別是旱冬瓜天然次生林、櫟類-云南松混交林、冷杉天然次生林、云南松-冷杉混交林，基本呈現(xiàn)落葉闊葉林>落葉闊葉-常綠針葉混交林>常綠針葉林，認(rèn)為凋落物分解度對(duì)其持水性有較大影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，生態(tài)公益林的凋落物量會(huì)隨著樹齡的增加而增加，通過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[39]。而常雅軍等[40]對(duì)4種主要針葉林林地凋落物進(jìn)行研究后認(rèn)為各種持水特性與森林類型和凋落物的分解程度無關(guān)。

2.4 其他因素對(duì)凋落物持水能力影響研究

除凋落物組成、分解程度等因素外，還有其他因素也對(duì)林分凋落物的持水能力有一定的影響。凋落物的持水能力與地形因素有關(guān)，坡位、坡面、坡形、海拔高度等都會(huì)影響到凋落物的持水能力。陽坡蒸發(fā)量大，凋落物的含水量小于陰坡，故其持水能力強(qiáng)于陰坡。在坡地上，會(huì)產(chǎn)生沿坡向下的重力分力，促使水分沿坡向下運(yùn)動(dòng)，從而降低了凋落物的持水能力[29]。梁遠(yuǎn)楠[41]的研究認(rèn)為坡向?qū)α址值蚵湮锍炙考俺炙视刹煌潭鹊挠绊?，西江中上游人工次生林不同坡向林分凋落物最大持水率的大小順序?yàn)椋簴|南坡>東北坡>北坡>西南坡>西北坡>東坡>西坡)>南坡；而不同坡向林地的最大持水量的大小順序?yàn)椋簴|南坡>東北坡>西北坡>東坡>北坡>西南坡>西坡>南坡?；菔鐦s等[42]認(rèn)為，不同林齡、坡向也對(duì)林分凋落物的持水性由不同程度的影響，近熟林陰坡的林下凋落物持水率最大，幼齡林陽坡的林下凋落物持水率最小。不同演替階段的森林凋落物有所差異，在鼎湖山自然保護(hù)區(qū)，凋落物持水量大小順序?yàn)閮?nèi)處于演替前期的馬尾松針葉林>處于演替中期的馬尾松針闊混交林>和處于演替頂極階段的季風(fēng)常綠闊葉林[43]。森林年齡也對(duì)其凋落物的持水性能有一定影響，湖北省京山縣太子山林場(chǎng)內(nèi)，柏木近熟林的最大持水量和有效攔蓄量均為最大，其次為柏木中齡林、馬尾松近熟林和麻櫟近熟林，說明柏木中齡林和近熟林凋落物對(duì)降水的攔蓄能力最強(qiáng)[44]。天然林隨森林的正向演替其蓄水功能先增加后減少[45]。

3 凋落物涵養(yǎng)水源生態(tài)功能研究的意義

凋落物層的持水能力主要受凋落物本身持水性能和凋落物蓄積量的綜合影響，凋落物的持水性能，因植被物種組成、蓄積量和最大持水率的不同而有所差異。因此，在退耕還林、恢復(fù)植被、改善生態(tài)環(huán)境過程中，在保護(hù)好現(xiàn)有植被類型的同時(shí)，需要采取有效措施進(jìn)行林分改造[46]。建議根據(jù)植被演替規(guī)律，因地選擇適宜的凋落物蓄積量大、持水性能好的鄉(xiāng)土闊葉樹種進(jìn)行人工種植或林分改造，以增強(qiáng)土壤攔蓄能力，起到防止土壤侵蝕和涵養(yǎng)水源的作用。

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AdvancesinWaterConservationEcologicalFunctionofForestLitter

WANG Shaozhong

(Forestry Station of Nanzhuang Town in Jianshui County，Jianshui 654303，Yunnan，China)

Forest litter is the generic terms of all organic matter from plant components and returned to the ground in the forest, as material and energy sources of disintegrator, so as to maintain the ecosystem function.Water conservation function of foret litter is very important. There were different water storage capacities of litters from different forest or the trees, and the water storage capacities were influenced by different factors. This paper summarized water binding capacities of litters from different forest and influence factors to water holding capacities of litters, it provided a scientific basis for tree species selection, tree species collocation and forest litter processing in forestry construction.

forest litter；water holding capacity；influence factor；research advance

2014 — 05 — 19

王紹忠(1976 — )，男，云南建水人，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查工作。

S 714.7

A

1003 — 6075(2014)03 — 0043 — 04