內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同林地類型枯落物層水文效應(yīng)

朱家晸, 秦富倉, 李 龍,2, 楊振奇, 張若曦

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018; 2.荒漠生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000; 3.水利部 牧區(qū)科學(xué)研究所, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

森林生態(tài)系統(tǒng)是地球各生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的系統(tǒng)之一，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中具有涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、促進(jìn)物質(zhì)能量流動(dòng)和保持水土等作用，素有“綠色水庫”之稱[1]。其中，枯落物作為典型的林地表層覆蓋物及林地物質(zhì)能量循環(huán)流動(dòng)的主要途徑[2]，是森林涵養(yǎng)水源的重要一環(huán)，對(duì)森林水源涵養(yǎng)能力有著重要影響[3-4]，枯落物層的存在，可消減雨滴動(dòng)能、延緩產(chǎn)流時(shí)間、降低坡面流速、起到降低地表水土流失的作用[5]?？萋湮锏乃纳鷳B(tài)功能主要體現(xiàn)在對(duì)降雨的吸收及攔蓄上，這與蓄積量、分解狀況、林地類型、氣候氣象、人為活動(dòng)等多種因子有關(guān)[6]。

針對(duì)林下枯落物層持水性的研究最早可以追溯到19世紀(jì)60年代[7]。之后，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開始對(duì)不同地區(qū)、不同生態(tài)系統(tǒng)、不同植被類型的枯落物水文效應(yīng)展開研究。時(shí)至今日，已形成了較為完備的理論體系。王鵬程[8]以三峽庫區(qū)11種林分為研究對(duì)象，提出反映枯落物生態(tài)水文效應(yīng)主要有枯落物吸持水量、吸水速率以及最大吸濕比等指標(biāo)。在研究枯落物持水的動(dòng)態(tài)過程方面，Robertson等[9]研究得出，枯落物的持水量與其本身蓄積量和厚度成正比。劉宇等[10]在晉西黃土丘陵區(qū)不同林分枯落物的浸水試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，枯落物持水量與浸水時(shí)間存在對(duì)數(shù)曲線關(guān)系，而枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間呈反函數(shù)關(guān)系，在浸泡最初的0.5 h持水量迅速增加，隨后增幅減小，在12 h以后枯落物吸水達(dá)到了最大值，持水量趨于動(dòng)態(tài)平衡。枯落物的水文效應(yīng)亦與林分類型與分解程度密切相關(guān)。龐學(xué)勇等[11]對(duì)林地水文特性影響的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用人工針葉林代替本地小灌木林，人工針葉林枯落物層保水量高于原生灌木林，且枯落物的半分解層持水量要顯著高于未分解層。

內(nèi)蒙古自治區(qū)清水縣公益林區(qū)地處“蒙、陜、晉”三省交界地，是西北黃土丘陵區(qū)的重要生態(tài)屏障，也是內(nèi)蒙古南部重要的水源涵養(yǎng)地之一。目前，針對(duì)黃土丘陵區(qū)枯落物水文效應(yīng)的研究，大部分是從整體林下枯落物層的持水性能開展，而針對(duì)枯落物不同分解程度，開展不同枯落物層水文效應(yīng)的研究較少。在此基礎(chǔ)上，本研究主要以內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)的油松林、落葉松林、山杏林、針闊混交林(山楊+落葉松)、喬灌混交林(山杏+檸條)5種林地類型為研究對(duì)象。選取典型喬、灌樹種，系統(tǒng)對(duì)比研究其枯落物蓄積量、分布特征及其持水能力，以及林下土壤物理性質(zhì)和持水能力。以不同林地類型中的林地枯落物層持水特性作為切入點(diǎn)，研究總結(jié)清水河縣不同林地類型森林涵養(yǎng)水源能力，旨在為今后黃土丘陵區(qū)人工林樹種的選取以及探究適宜的造林發(fā)展模式提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

清水河縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市最南端(111°21′—112°07′E, 39°35′—40°11′N)，海拔在960～1 837 m之間?？h境內(nèi)平川95 km2，山地974 km2，丘陵1 499 km2，構(gòu)成了溝壑和平原并存的地貌類型。林木保存面積8.80×104hm2，森林覆蓋率30.8%，主要樹種有油松、落葉松、檸條、沙棘、杏等。清水河縣地處中溫帶，屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同季，雨量集中，主要集中在6—9月。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料顯示2000—2020年期間，歷年平均降水量為413.8 mm，平均降水日數(shù)為75 d，全縣年平均蒸發(fā)量達(dá)2 577.2 mm；年平均氣溫7.1 ℃。主要有栗鈣土、栗褐土、灰褐土、潮土、風(fēng)沙土、沼澤土、鹽土、石質(zhì)土等8個(gè)土類。截至2020年1月，全縣公益林總面積2 376.07 km2，分布于全縣8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和1個(gè)國(guó)有林場(chǎng)。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與樣地基礎(chǔ)信息調(diào)查

試驗(yàn)于2020年7月在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市南端的清水河縣展開取樣調(diào)查。在不同林地中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地，設(shè)定時(shí)保證地形、土壤和林齡等因素基本一致，立地條件也大致相同，以保證選取樣地內(nèi)樣品的準(zhǔn)確性和一致性[2]。樣地調(diào)查均取3個(gè)重復(fù)，其中喬木調(diào)查樣地大小為10 m×10 m，喬灌混交調(diào)查樣地大小為15 m×15 m，共計(jì)15塊樣地。最后在各樣地中調(diào)查測(cè)定海拔、樹高、胸徑(根徑)以及郁閉度等基礎(chǔ)信息，具體如表1所示。

表1 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市南端的清水河縣樣地基本概況

2.2 枯落物收集及蓄積量調(diào)查

在各樣地內(nèi)沿對(duì)角線分別設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，共45個(gè)，在保持枯落物的自然狀態(tài)下，分別采用直尺法[6]和網(wǎng)格收集法[12]對(duì)樣方內(nèi)枯落物的種類、組成以及厚度和蓋度進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定記錄完成后，按枯落物未分解層與半分解層分別收集樣方內(nèi)枯落物，放入塑封袋編號(hào)并稱量鮮重，以自然狀態(tài)質(zhì)量推算單位面積枯落物蓄積量(t/hm2)。

2.3 枯落物持水性能測(cè)定

將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干(85 ℃，24 h)，烘干后稱其干重，并求出枯落物的自然含水率，具體計(jì)算公式如下：

式中：S0為自然含水率(%)；W1為枯落物鮮重(g)；W0為枯落物干重(g)。

采用浸泡法對(duì)枯落物持水性能進(jìn)行測(cè)定。采集的枯落物樣本烘干稱重后，將其裝入孔徑為1 mm的尼龍網(wǎng)袋中，然后放入清水盆中。分別于0.5，1，2，4，6，8，12，16 24 h時(shí)依次將樣本取出稱重，24 h后取出靜置一段時(shí)間，直至不再滴水時(shí)迅速稱量其重量。不同時(shí)間段的枯落物持水量與吸水速率計(jì)算公式如下：

Rn=Wn-W0

(2)

S=(Wn-W0)/n

(3)

式中：n為浸泡時(shí)間(h);Rn為各時(shí)間段枯落物持水量(g/g)；Wn為浸泡后枯落物質(zhì)量(g)；S為吸水速率(g/g/h)。下同。

枯落物在吸持水量達(dá)到穩(wěn)定飽和時(shí)，此時(shí)所持水量通常稱作枯落物的最大持水量，其對(duì)應(yīng)的持水率為最大持水率。一般情況下，枯落物在水中浸泡24 h后的持水量約為其最大持水量[13]。由于研究區(qū)處于山地地形中，林分立地條件均為坡面，所以枯落物不存在長(zhǎng)時(shí)間浸泡的情況，大量研究結(jié)果表明，山地林下枯落物的實(shí)際持水率通常僅為其最大持水率的85%[14-16]。故在計(jì)算枯落物的有效攔蓄量及有效攔蓄率時(shí)，將0.85作為調(diào)整參數(shù)。通過下列計(jì)算公式，可得出枯落物的最大持水量、最大持水率、有效攔蓄量、有效攔蓄率、最大攔蓄量。

Rm=W24-W0

(4)

Ssv=0.85Sm-S0

(6)

Rsv=SsvM

(7)

Rmsv=(Sm-S0)M

(8)

式中：Rm為最大持水量(g)；W24為浸泡24 h后質(zhì)量(g)；Sm為最大持水率(%)；Ssv為有效攔蓄率(%)；S0為自然含水率(%)；Rsv為有效攔蓄量(t/hm2)；M為枯落物蓄積量(t/hm2)；Rmsv為最大攔蓄量(t/hm2)； 0.85為有效攔蓄系數(shù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2010制作圖表，采用Excel，Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)以及線性回歸分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林地類型枯落物厚度與蓄積量分析

枯落物的厚度及蓄積量可以減弱降雨對(duì)森林地表的沖擊，起到截留、減流的作用，同時(shí)枯落物也可以減少地表土壤的水分蒸發(fā)量，起到保水、保溫的作用[16]。大量研究結(jié)果顯示，森林枯落物蓄積量主要受到氣候條件、群落結(jié)構(gòu)、林分類型、空間區(qū)域、植被年限等因素的影響[3-9]，其中林分類型的影響最為顯著。研究區(qū)內(nèi)各樣地共45個(gè)樣方內(nèi)的枯落物厚度及蓄積量測(cè)量結(jié)果(取平均值)見表2。

表2 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同林地類型枯落物厚度與蓄積量

對(duì)比表中數(shù)據(jù)，經(jīng)過方差分析得出5種林型的枯落物厚度與蓄積量存在顯著差異性(p<0.05)?？萋湮飳涌偤穸茸兓秶?.1～6.7 cm之間，且各林型未分解層的枯落物厚度除喬灌混交林外，其他均大于半分解層，這可能與研究區(qū)整體林下微生物群落活躍度有關(guān)，活躍度不高導(dǎo)致枯落物分解速度相對(duì)緩慢，致使未分解層枯落物厚度普遍較厚。其中，枯落物厚度具體表現(xiàn)為：針闊混交林(6.7 cm)>落葉松林=山杏林(2.1 cm)>油松林(1.8 cm)>喬灌混交林(1.1 cm)。各林型的枯落物總蓄積量變動(dòng)范圍在8.49～25.52 t/hm2之間，總體趨勢(shì)與厚度表現(xiàn)基本一致，具體表現(xiàn)為：針闊混交林(25.52 t/hm2)>油松林(14.58 t/hm2)>落葉松(14.37 t/hm2)>山杏林(13.67 t/hm2)>喬灌混交林(8.49 t/hm2)。同時(shí)對(duì)比枯落物不同層次可以看出，針闊混交林與純林枯落物半分解層蓄積量占比高于未分解層，喬灌混交林則是未分解層占比高于半分解層。

3.2 不同林地類型枯落物層持水能力分析

3.2.1 枯落物層自然含水率分析 枯落物的自然含水率是衡量枯落物層水源涵養(yǎng)能力的重要指標(biāo)，可以間接的體現(xiàn)出林下枯落物的持水蓄水能力。同時(shí)，自然狀態(tài)下的枯落物含水率也是研究當(dāng)?shù)厣炙男?yīng)的重要內(nèi)容。對(duì)各林地類型枯落物層平均自然含水率測(cè)定如圖1所示。

從圖1可以看出，各林地類型枯落物層平均自然含水率具體表現(xiàn)為：針闊混交林(59.06%)>落葉松林(36.35%)>喬灌混交林(32.10%)>油松林(30.78%)>山杏林(28.24%)，其中，針闊混交林的枯落物平均自然含水率(59.06%)明顯高于其他林型?？梢钥闯觯渥匀粻顟B(tài)下枯落物層的持水蓄水能力要優(yōu)于其他林型，主要原因是針闊混交林林下枯落物組成較為復(fù)雜，其半分解層枯落物孔隙較多，對(duì)水的吸附性強(qiáng)，擁有更良好的吸水結(jié)構(gòu)。此外，針葉林枯落物層平均自然含水率表現(xiàn)要優(yōu)于闊葉林，主要原因是針葉林產(chǎn)生的枯落物主要是松針，松針表面含有較高油脂，不利于水分揮發(fā)，保水能力更好。總體來說，混交林枯落物的自然含水率表現(xiàn)要優(yōu)于純林，也從側(cè)面反映出蓄積量與自然含水率呈現(xiàn)一種正相關(guān)關(guān)系。

圖1 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同林地類型枯落物層平均自然含水率

3.2.2 枯落物最大持水量與最大持水率分析 大量研究結(jié)果顯示，林下枯落物的吸持水量可以達(dá)到自身干重的2～4倍[17-18]，主要受到樹種組成、生境、蓄積量和分解程度等因素的影響，枯落物的最大持水量與最大持水率可以很大程度上反映枯落物層乃至整個(gè)森林的水源涵養(yǎng)能力。因此，本研究對(duì)研究區(qū)5種類型人工林地的枯落物最大持水量與最大持水率進(jìn)行了測(cè)定與分析，測(cè)定結(jié)果見表3。

如表3所示，各林地類型枯落物層總最大持水量變動(dòng)范圍在10.10～38.82 t/hm2之間，具體表現(xiàn)為：針闊混交林(38.82 t/hm2)>山杏林(19.26 t/hm2)>油松林(17.59 t/hm2)>落葉松林(16.68 t/hm2)>喬灌混交林(10.10 t/hm2)。最大持水量可以反映出枯落物整體對(duì)水分的吸持能力，而最大持水率則更能直觀的反映出單位重量枯落物持水能力，各林地類型枯落物層平均最大持水率的變動(dòng)范圍在152.42%～243.54%之間，其整體趨勢(shì)與最大持水量基本一致，具體表現(xiàn)為：針闊混交林(243.54%)>山杏林(181.54%)>落葉松林(159.10%)>油松林(159.01%)>喬灌混交林(152.42%)。所有林型中，表現(xiàn)最好的是針闊混交林，針葉林表現(xiàn)基本一致。喬灌混交林持水能力低于其他林型的主要原因是其主要組成樹種為山杏和檸條，檸條本身產(chǎn)生的枯落物主要是枯枝，枯枝不易分解自身持水能力較弱，且喬灌混交林地處研究區(qū)北部，風(fēng)沙較大不利于枯落物積累。

表3 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同林地類型枯落物最大持水量和最大持水率

從不同層次來看，未分解層最大持水率變化范圍在163.18%～268.41%之間，半分解層在141.67%～218.68%之間，所有林型均表現(xiàn)為未分解層大于半分解層。針葉林主要因?yàn)槠淇萋湮镏饕撬舍?，含有較高油脂不易分解，所以未分解層的成分結(jié)構(gòu)要比半分解層更為復(fù)雜；而針闊混交林的主要樹種之一的楊樹與山杏的均屬于闊葉林種，枯落物主要成分落葉葉面積較大，容易吸持更多的水分。綜合來看，針闊混交林枯落物層在最大持水量、最大持水率均是所有林型中表現(xiàn)最好的，證明其枯落物層的蓄水保水能力最佳。整體表現(xiàn)最差的是喬灌混交林。純林中，闊葉樹種的枯落物持水能力強(qiáng)于針葉林種。

3.2.3 不同時(shí)間段持水量與浸水時(shí)間的關(guān)系 通常情況下，枯落物吸持水的過程是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的，枯落物通常在浸水24 h后達(dá)到最大持水量，研究枯落物在24 h內(nèi)各時(shí)間段的動(dòng)態(tài)持水量，對(duì)了解枯落物層對(duì)地表降水的吸收過程有著重要意義。對(duì)不同林地類型人工林枯落物不同時(shí)間段的持水量變化測(cè)定結(jié)果見圖2。

圖2 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同林地類型枯落物層各時(shí)間段持水量

從圖2可以看出，各林型的未分解層與半分解層在吸水過程中呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，均表現(xiàn)為在0.5—2 h開始迅速大量吸水，6—8 h后吸水量變化幅度開始逐漸變小，慢慢趨近于飽和，大約在24 h達(dá)到最大持水量，這與前人[19-21]研究結(jié)果基本一致。

未分解層與半分解層在吸水量飽和時(shí)間點(diǎn)存在差異，未分解層枯落物大約在浸水8 h后吸水量開始趨于一致，可以看出未分解層枯落物在8 h后吸水量開始逐漸趨向飽和，在24 h左右基本達(dá)到飽和狀態(tài)，半分解層則是大致在浸水6 h后開始趨于穩(wěn)定，較未分解層相對(duì)提前2 h左右。分析原因可能是未分解層的枯落物成分組成更為干燥松散，較半分解層擁有更多的吸水空間，導(dǎo)致達(dá)到其飽和狀態(tài)時(shí)間更長(zhǎng)。

因此，通過上述分析，大致可將枯落物層的持水過程分為3個(gè)階段，分別為初期快速吸水階段(0.5—2 h)，中期吸水減緩階段(2—6 h)，后期穩(wěn)定(飽和)吸水階段(6—24 h)?？梢?，在降水到達(dá)枯落物層2 h的時(shí)間內(nèi)，枯落物層可以最大程度的發(fā)揮出其對(duì)降雨的吸持作用，也證明降雨初期是枯落物層對(duì)森林蓄水保水能力影響最大的時(shí)期。

通過SPSS 22.0對(duì)各林型的枯落物各時(shí)間段持水量與浸水時(shí)間進(jìn)行線性回歸分析，兩數(shù)據(jù)擬合效果較好(R2>0.85)，具有顯著相關(guān)性(p<0.05)。擬合方程為：

R=aln(t)+b

(9)

式中：R為各時(shí)段持水量(g/g)；t為浸水時(shí)間(h)；a為方程回歸系數(shù)；b為方程常數(shù)項(xiàng)。具體擬合結(jié)果如下表所示，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.85，回歸擬合效果理想，具體結(jié)果如表4。

表4 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同林地類型枯落物各時(shí)段持水量與浸水時(shí)間的擬合結(jié)果

3.2.4 不同時(shí)間段枯落物吸水速率的變化過程分析 枯落物吸水速率是反映其持水性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，主要指的是在單位時(shí)間內(nèi)枯落物所吸持的水量。吸水速率越快，說明枯落物在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)降雨的攔蓄能力越強(qiáng)，對(duì)地表徑流的調(diào)控作用更好[16-18]?？萋湮锏奈俾手饕苤脖活愋汀⑿罘e量、干燥程度和立地條件等因素的影響。各林型的枯落物層吸水效率與浸水時(shí)間的關(guān)系具體測(cè)定見圖3。

圖3 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)各林地類型枯落物未分解層各時(shí)段吸水速率與浸水時(shí)間的關(guān)系

從圖3可以看出，隨著浸水時(shí)間增加，各林型枯落物吸水速率與持水量表現(xiàn)出相反趨勢(shì)，未分解層與半分解層吸水速率隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)出一種反“J”字型規(guī)律。均表現(xiàn)為0.5 h內(nèi)枯落物吸水速率最快，隨著時(shí)間的增加，0.5—4 h吸水速率迅速減小，4—12 h吸水速率趨于平緩，12 h后吸水速率基本沒有變化。

可將枯落物層吸水速率隨時(shí)間的變化規(guī)律大致分為4個(gè)階段，在0.5 h內(nèi)為快速吸水階段，此時(shí)間段內(nèi)枯落物在干燥狀態(tài)下水勢(shì)較低，吸水速率最快；0.5—4 h為速率減緩階段，在此時(shí)間段內(nèi)枯落物表層吸水基本飽和，吸水能力大幅減弱；4—12 h為緩慢吸水階段，此時(shí)枯落物細(xì)胞組織水分吸收逐漸趨近飽和；12 h后趨近于平衡狀態(tài)，此時(shí)間段枯落物吸持水量基本達(dá)到飽和狀態(tài)，吸水速率趨近于0。

通過SPSS 22.0對(duì)各林型的枯落物各時(shí)間段吸水速率與浸水時(shí)間進(jìn)行線性回歸分析，兩數(shù)據(jù)擬合效果較好(R2>0.85)，具有顯著相關(guān)性(p<0.05)。擬合方程為：

V=xtn

(10)

式中：V為各時(shí)段吸水速率(g/g/h)；t為浸水時(shí)間(h)；x為方程回歸系數(shù)；n為方程指數(shù)項(xiàng)。具體擬合結(jié)果如下表所示，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.87，回歸擬合效果理想，具體結(jié)果如表5。

表5 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)各林型枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間的擬合方程

3.3 不同林地類型枯落物攔蓄能力分析

枯落物的攔蓄量是表示其蓄水能力的另一個(gè)重要參數(shù)。一般而言，枯落物的最大持水量只能反映枯落物對(duì)水分的吸持能力，而攔蓄量能夠反映枯落物對(duì)次降雨的攔蓄能力，也更能反映出森林的蓄水保土的能力[5-7]。各類型人工林地枯落物攔蓄量如表6。

如表6所示，枯落物最大總攔蓄量的變動(dòng)范圍在10.55～46.19 t/hm2之間，具有明顯差異，總體趨勢(shì)與最大持水量一致。具體表現(xiàn)為：針闊混交林(46.19 t/hm2)>山杏林(20.80 t/hm2)>油松林(18.49 t/hm2)>落葉松林(17.50 t/hm2)>喬灌混交林(10.55 t/hm2)。由于研究區(qū)所有林型均位于坡面上，降水不會(huì)在坡面上長(zhǎng)時(shí)間滯留，枯落物的實(shí)際持水率只有最大持水率的85%左右。所以，最大攔蓄量不能代表枯落物層對(duì)一次降雨的實(shí)際攔蓄能力，其僅代表理論上枯落物層的最大攔蓄能力。因此用有效攔蓄量與攔蓄率來估量枯落物層對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄能力更為準(zhǔn)確。

表6 內(nèi)蒙古清水河縣公益林區(qū)不同類型人工林地枯落物攔蓄能力

從枯落物層次方面來看，未分解層有效攔蓄量變動(dòng)范圍為2.61～16.52 t/hm2，半分解層為5.97～20.45 t/hm2。有效攔蓄率與攔蓄量呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，未分解層有效攔蓄率變動(dòng)范圍為106.62%～178.29%，半分解層為84.02%～117.62%，其中，所有林型半分解層的有效攔蓄率均小于未分解層。從整體來看，總有效攔蓄量變動(dòng)范圍為8.58～36.97 t/hm2，總體趨勢(shì)與最大攔蓄量一致，具體表現(xiàn)為：針闊混交林(36.97 t/hm2)>山杏林(17.08 t/hm2)>油松林(15.03 t/hm2)>落葉松林(14.08 t/hm2)>喬灌混交林(8.58 t/hm2)。平均有效攔蓄率變動(dòng)范圍在97.46%～147.96%之間，具體表現(xiàn)為：針闊混交林(147.96%)>山杏林(120.06%)>油松林(104.38%)>落葉松林(98.88%)>喬灌混交林(97.46%)。所有林型中，針闊混交林的枯落物總有效攔蓄量最大，達(dá)到36.97 t/hm2，相當(dāng)于其枯落物層每次可攔蓄降雨3.7 mm左右，且在枯落物蓄積量、最大持水量和最大持水率方面，針闊混交林(落葉松+楊樹)均是表現(xiàn)最好的林型，可見有效攔蓄量與以上指標(biāo)密切相關(guān)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

(1) 枯落物厚度與蓄積量表現(xiàn)最好的是以落葉松與楊樹為主要樹種的針闊混交林?？梢钥闯鲈诘厣仙锪康睦鄯e方面，針闊混交林的表現(xiàn)要優(yōu)于純林。此結(jié)論與前人關(guān)于混交林與純林生物量對(duì)比研究的結(jié)果一致[12,19-21]。分析原因可能是針闊混交林為復(fù)層林冠，林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以形成較純林更加穩(wěn)定的生境和小氣候，種間關(guān)系較為緩和，且林分密度大，林下風(fēng)速較低，這些因素均利于枯落物積累。

(2) 純林中，闊葉樹種的枯落物持水能力強(qiáng)于針葉林種，這與孫歐文等[22]研究結(jié)果一致?；旖涣种?，針闊混交林的枯落物持水能力要高于喬灌混交林。這與李璐杉[23]研究結(jié)果一致，其中，針闊混交林枯落物層在最大持水量、最大持水率與有效攔蓄量方面均是所有林型中表現(xiàn)最好的，證明其枯落物層的蓄水保水能力最佳，建議在適地適樹，因地制宜的原則上，適當(dāng)增加以楊樹和落葉松為主要樹種的針闊混交林比例。但是，針闊混交林的主要組成樹種為楊樹與落葉松，均屬于高大喬木，且對(duì)土壤的養(yǎng)分與水分要求較高，經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其并不適宜在風(fēng)沙危害較大的研究區(qū)北部地區(qū)大面積種植。北部地區(qū)可以更多考慮以山杏與檸條為主要組成樹種的喬灌混交林，該組合地下根系發(fā)達(dá)，在發(fā)揮水源涵養(yǎng)能力的同時(shí)不易風(fēng)折、風(fēng)倒，防風(fēng)固沙效果更好。

(3) 在試驗(yàn)結(jié)果方面，有一處與前人研究結(jié)果不一致。本研究發(fā)現(xiàn)北部區(qū)枯落物層持水能力最佳的林型為山杏林，并非是林分結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，生境更為優(yōu)越的喬灌混交林。本研究在實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，山杏林的林下草本植被較為豐富，其具體對(duì)枯落物層持水的影響還有待進(jìn)一步考證，所以在日后研究對(duì)象選取方面可將林下草本層考慮進(jìn)去。

4.2 結(jié) 論

(1) 5種林型的枯落物層總厚度變化范圍為1.1～6.7 cm，總蓄積量變動(dòng)范圍為8.49～25.52 t/hm2，總體趨勢(shì)與厚度表現(xiàn)基本一致。具體表現(xiàn)為：針闊混交林>油松林>落葉松林>山杏林>喬灌混交林。其中，表現(xiàn)最好的是以落葉松與楊樹為主要樹種的針闊混交林，該組合地上生物量最高，可以最大程度利用環(huán)境與地力，提高林分生產(chǎn)率。

(2) 5種林型總最大持水量變動(dòng)范圍為10.10～38.82 t/hm2，具體表現(xiàn)為：針闊混交林>山杏林>油松林>落葉松林>喬灌混交林，枯落物層持水量表現(xiàn)最好的是針闊混交林。

(3) 5種林型總有效攔蓄量變動(dòng)范圍為8.58～36.97 t/hm2，總體趨勢(shì)與最大攔蓄量一致，具體表現(xiàn)為：針闊混交林>山杏林>油松林>落葉松林>喬灌混交林；

(4) 5種林型枯落物層的動(dòng)態(tài)持水過程大致可分為3個(gè)階段，分別為快速吸水階段(0.5—2 h)，吸水減緩階段(2—6 h)，穩(wěn)定(飽和)吸水階段(6—24 h)。對(duì)各林型的枯落物各時(shí)間段吸水量、吸水速率與浸水時(shí)間進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果表明，枯落物吸水量與浸水時(shí)間呈現(xiàn)對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，枯落物吸水速率與浸水時(shí)間呈現(xiàn)冪函數(shù)關(guān)系，它們的R2均大于0.87，擬合效果較好。

綜合來看，純林中，闊葉樹種的枯落物持水能力強(qiáng)于針葉林種；混交林中針闊混交林的枯落物持水能力要喬灌混交林。其中，針闊混交林枯落物層在最大持水量、最大持水率與有效攔蓄量方面均是所有林型中表現(xiàn)最好的。