內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣不同林地枯落物持水性能研究

敖特根其木格, 秦富倉, 周佳寧, 楊振奇, 周美超, 牛曉樂

(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 010010)

內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣不同林地枯落物持水性能研究

敖特根其木格, 秦富倉, 周佳寧, 楊振奇, 周美超, 牛曉樂

(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010010)

[目的] 探討多倫縣不同林分類型的枯落物持水性能差異，為該區(qū)森林土壤持水性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)理論。 [方法] 以內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市多倫縣為研究區(qū)，選取代表性的10塊林地，收集林地地表枯落物，測定其現(xiàn)存量、持水性能及攔蓄能力等，旨在分析不同林分類型下枯落物持水性能的差異及其對表層土壤(0—20 cm)含水率的影響。 [結(jié)果] (1) 喬木林的枯落物現(xiàn)存量、持水能力和攔蓄能力均高于灌木林。 (2) 天然林的枯落物現(xiàn)存量、持水能力和攔蓄能力均高于人工林。 (3) 各林地枯落物厚度顯著影響表層土壤的含水率，即枯落層越厚，表層土壤含水率越高。 [結(jié)論] 由于樹種組成、年齡、林分密度及立地條件的影響，不同林分類型的持水能力差異較大，但變化規(guī)律為基本一致，同時，林地對土壤水分的影響高于草地。

林地; 枯落物層; 持水能力; 攔蓄能力

文獻(xiàn)參數(shù)： 敖特根其木格, 秦富倉, 周佳寧, 等.內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣不同林地枯落物持水性能研究[J].水土保持通報(bào)，2017,37(4)：114-118.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.019； Aotegenqimuge, Qin Fucang, Zhou Jianing, et al. Different forest litters water-holding performance in Duolun County of Inner Mongolia Autonomous Region[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(4)：114-118.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.019

枯落物是指覆蓋在土壤表面的枯枝落葉[1-2]、動物糞便及其殘?bào)w等?？葜β淙~層是森林水文功能的第2層，具有避免雨水對地表的直接作用，防止土壤濺蝕、阻延地表徑流、抑制土壤水分蒸發(fā)的作用，使森林更好地發(fā)揮涵養(yǎng)水源和保持水土的功能。有學(xué)者[3-9]在不同區(qū)域?qū)Χ喾N森林類型枯落物的特性做了研究。多數(shù)研究[10-11]表明一般枯枝落葉層積累多，層次厚，枯落物的積累與分解取決于林分組成、密度、林況與環(huán)境條件(溫度、濕度、通氣條件)。多倫縣林地群落結(jié)構(gòu)簡單、樹種單一,加上不合理的利用和認(rèn)為活動導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡劣，風(fēng)蝕沙化、水土流失嚴(yán)重,使草原退化、土地荒漠化加劇。目前多倫縣退耕還林工程的實(shí)施，使可治理的沙化土地得到基本治理,生態(tài)環(huán)境明顯改善?？葜β淙~層的形成為土壤—植被系統(tǒng)物質(zhì)交換建立了介面，促進(jìn)了流沙的成土過程，但是目前，關(guān)于該區(qū)域枯落物方面的研究很少,單單喬木林的枯落物持水性能而沒有喬木林和灌木林的比較。

基于此，本文分析多倫縣10個代表性的林地的林分組成、密度及立地條件不同，導(dǎo)致林下枯落物的持水性能也有所差異，通過對不同樹種起源的喬木林和灌木林下的枯落物層水文效應(yīng)進(jìn)行定量研究，分析不同林分類型的枯落物持水性能差異，為林地蓄水保水功能研究提供參考，為多倫縣生態(tài)恢復(fù)中樹種的配植以及制定合理造林措施等提供理論及數(shù)據(jù)上的基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

多倫縣位于內(nèi)蒙古錫盟南部，地處內(nèi)蒙古波狀高原南緣，渾善達(dá)克沙地邊緣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°51′—116°54′，北緯41°46′—42°36′。海拔高度1 150～1 800 m。該區(qū)域?qū)儆谥袦貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)典型草原帶，半干旱向半濕潤過渡地區(qū)，冬季嚴(yán)寒而漫長，春季干旱多大風(fēng)，夏季不熱多雷陣雨，秋涼霜雪早，年平均降水量400 mm左右，四季降水分配不均，多降水為夏季。多倫縣林地種喬木25種，灌木62種，分屬24科40屬。主要樹種有樟子松(PinussylvestrisL.var.mongholicalitv)、落葉松(Larixgmelinii)、沙地榆(Ulmuspumila)、赤楊(Alnusjaponica)、山楊(Populusdavidiana)、白樺(Betulaplatyphylla)、烏柳(Salixcheilophila)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、山杏(Armeniacasibirica)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、柄扁桃(Prunuspedunculata)、山荊子(Malusbaccata)、秋子梨(Pyrusussuriensis)、毛山楂(Crataegusmaximowiczii)、稠李(Padusracemosa)、玫瑰(Rosarugosa)、歐李(Cerasushumilis)、錦雞兒(Caragana)等等。

2 研究方法

2.1 樣地基本情況

選擇10個具有代表性的林分樣地，樣地基本情況詳見表1。

表1 研究區(qū)樣地基本情況

2.2 地表枯落物調(diào)查及收集

每個樣地中隨機(jī)選取規(guī)格為1 m×1 m的兩個樣方，分別記錄樣方內(nèi)枯落物的總厚度、半分解和未分解的厚度，裝袋稱重，并帶回實(shí)驗(yàn)室。

2.3 枯落物持水性能測定

將野外收集的枯落物，在自然晾干的情況下，分別裝入已知重量的細(xì)孔網(wǎng)袋內(nèi)，分別稱量樣品干重(樣品干重+細(xì)孔網(wǎng)袋重)后完全浸入水中，定時測定其重量變化。每次取出后靜置至枯落物不滴水后稱量枯落物的濕重。計(jì)算各時段枯落物的持水量和吸水速率?？萋湮锏挠行С炙恐荒苓_(dá)到最大持水量的85%，因?yàn)樽畲蟪炙手皇菑脑囼?yàn)中得到的數(shù)值，而在實(shí)際當(dāng)中枯落物也不可能長期浸泡在水里，降雨初期凋落物會吸取部分雨水，但隨著降雨的延續(xù)，雨水會下滲到土壤或形成地表徑流流走[12]，如果直接用最大持水率來推算有效攔蓄量的話則偏高，所以公式即為:

W=(0.85Rm-R0)M

式中：W——有效攔蓄量(t/hm2)；Rm——最大持水率(%)；R0——自然含水率(%)；M——枯落物現(xiàn)存量(t/hm2)[13]

2.4 林地表層土壤含水率的測定

在已選取的樣地內(nèi)，取表層(0—20 cm)土壤樣品裝入鋁盒，帶回室內(nèi)，通過烘干法，測定土壤含水率。

3 結(jié)果與分析

3.1 枯落物現(xiàn)存量

枯落物的蓄積量主要取決于枯落物的輸入量、分解速度和累積年限，而林地的樹種組成不同、林分所處的水熱條件不同都對枯落物蓄積量有較大影響[14]。根據(jù)樣地收集的兩個枯落物樣品進(jìn)行浸水試驗(yàn)并取平均值，進(jìn)而求得樣地的枯落物持水性能。表2為不同林分類型和枯落物厚度及現(xiàn)存量。不同林地類型枯落物各層次的厚度、現(xiàn)存量均存在較大的差異。以赤楊的枯落物厚度和現(xiàn)存量最大，為27.5 mm和1 313.70 t/hm2，其次是樟子松；山杏林地最小。喬木林地的枯落物均大于灌木林地，天然林地的枯落物大于人工林地。

表2 不同林下枯落物厚度及現(xiàn)存量

3.2 枯落物持水能力

3.2.1 枯落物持水過程 枯落物吸水量的大小取決于其自身的厚度、性質(zhì)，枯落物的分解程度和組成種類直接影響著森林的持水能力。表3反映了不同林分在各時間段枯落物的持水量。

表3 不同林分枯落物持水量

在枯落物最初浸泡的1 h內(nèi)，枯落物持水量均迅速增加，隨著浸泡時間的延長枯落物的持水量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，且增加速度逐步放緩，枯枝落葉層持水量在浸泡時均達(dá)到飽和狀態(tài)。赤楊林地的枯落物的持水量最大，為2 516.9 g/m2。不同林分類型的枯落物持水量與浸泡時間的回歸關(guān)系詳見表4。由表4可知，在5種林分類型的樣地中，3個喬木林樣地枯落物持水量與浸水時間的關(guān)系式均為對數(shù)關(guān)系，而2個灌木林樣地枯落物持水量與浸水時間的關(guān)系式為指數(shù)關(guān)系。

表4 不同林分枯落物持水量與浸水時間的關(guān)系式

注：y為枯落物持水量(g/m-2);x為吸水時間(h)。

3.2.2 枯落物吸水速率 吸水速率是枯落物在某時間段內(nèi)吸收水分的速度，隨浸泡時間增加，逐步達(dá)到飽和狀態(tài)，吸水速率降低。如圖1所示，10個樣地枯落物的吸水速率趨勢基本一致，雖然不同林分枯落物在浸入水中1h時吸水速率相差較大，但隨著時間的延長都呈緩慢減小的趨勢，從1～6 h急速下降，6 h后吸水速度開始明顯減緩，這主要是因?yàn)殡S著浸泡時間增長，枯落物持水量接近其最大持水量，這表明枯落物吸水量逐漸趨于飽和。

圖1 林下枯落物吸水速率與浸水時間的關(guān)系

3.2.3 枯落物最大持水量及持水率 最大持水量是指將枯落物吸水達(dá)到飽和時的吸水量。最大持水率是指枯落物充分吸水后的重量與干重的百分比。枯落物最大持水率是反映單位質(zhì)量最大吸水量情況[15]。不同林分枯落物最大持水量及持水率都有所不同，具體詳見表5。由表5可知，10個林地的赤楊的持水量最大，為2 214.30 t/hm2，相當(dāng)于221.4 mm水深，其次是樟子松，最小為山杏，林分差異較大，這是由于每個林地的樹葉及枯落物的組成不同，喬木林的枯落物在單位質(zhì)量吸水量幾乎大于灌木林。

3.2.4 枯落物有效攔蓄量 枯落物的有效攔蓄量是用來估算枯落物對降雨的實(shí)際攔蓄量，它與枯落物數(shù)量、水分狀況、降雨情況有關(guān)。如表6所示，各林分類型有效攔蓄量值均較高，赤楊林的有效攔蓄量最大，為2 926 t/hm2，有效攔蓄深度為292.6 mm，它的有效攔蓄能力最強(qiáng)，這是因?yàn)槌鄺詈穸燃艾F(xiàn)存量最大。天然山杏林和人工山杏林的最小，由于2個都是灌木林地，平均高度為0.8和0.4 m，均為高度不大的幼齡林，枯落物較少，導(dǎo)致攔蓄量最小。

表6 不同林分枯落物的攔蓄能力

3.3 枯落物對土壤水分的影響

森林土壤由于受到森林枯落物、樹根及地上植被的影響，而具有不同的物理性質(zhì)。由前述分析可見，喬木林地的枯枝落葉層厚度較大，導(dǎo)致枯落物具有較強(qiáng)的持水能力和有效攔蓄能力，其對表層土壤(0—20 cm)含水率也有一定的影響。由圖2可見，不同林分類型的枯落物厚度對表層土壤的含水率有顯著影響，枯落物厚度大，表層土壤的含水率也大，10個樣地中，赤楊林樣地的土壤含水率為最高，這是因?yàn)榇藰拥乜葜β淙~層厚度最大。4個灌木林樣地的枯落物厚度都較小。與對照區(qū)(草地)對比后發(fā)現(xiàn)，各林地類型中表層土壤的含水率均明顯大于對照區(qū)，進(jìn)一步說明枯落物對表層土壤含水量有明顯的影響。因?yàn)榱址纸Y(jié)構(gòu)、枯落物組成結(jié)構(gòu)不同，人工林的林分結(jié)構(gòu)單一，樹種為簡單，導(dǎo)致林下枯枝落葉層的組成成分低，厚度小。

圖2 枯落物的厚度與0-20 cm土層的土壤含水率

4 結(jié) 論

(1) 不同林地類型枯落物各層的現(xiàn)存量均存在較大的差異，其范圍在5.75～1 313.70 t/hm2。喬木林樣地的枯落物厚度及現(xiàn)存量均比灌木林的大，同時天然林大于人工林。

(2) 5種森林群落枯落物的最大持水量有所不同，其大小順序與枯落物總儲量排序一致，表明枯落物最大持水量與其蓄積量密切相關(guān)?？萋湮镒畲蟪炙俊⒆畲蟪炙始坝行r蓄量最大的是赤楊林，分別為221.4 mm，3.52%，292.6 mm。

(3) 枯落物厚度對表層土壤是有顯著的影響，赤楊樣地的土壤含水率為最高。4個灌木林樣地的土壤含水率為很低，而6個喬木林樣地的很高。不同林分類型的天然林下的表層土壤的含水率高于人工林。

[1] Kelliher F M, Lloyd J, Arneth A, et al. Evaporation from acentral siberian pine forest[J]. Journal of Hydrology, 1998,205(3/4):279-296.

[2] 劉春江,楊玉盛,馬祥慶.歐亞大陸地上森林凋落物的研究[J].林業(yè)研究,2003,14(1):27-34.

[3] 周永文,黃文輝,陳紅躍,等.不同人工林分枯落物的土壤持水能力研究[J].生態(tài)環(huán)境,2003,12(4):449-451.

[4] 張洪江,程金花,余新曉,等.貢嘎山冷杉純林枯落物含量及其持水特性[J].林業(yè)科學(xué),2003,39(5):147-157.

[5] 王佑民.中國林地枯落物持水保土作用研究概況[J].水土保持學(xué)報(bào),2000,14(4):110-115.

[6] 申衛(wèi)軍，彭少麟，周國逸，等.馬占相思(Acaciamangium)與濕地松(Pinuselliotii)人工林枯枝落葉層的水文生態(tài)功能[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001,21(5):846-850.

[7] 盧洪健,李金濤,劉文杰.西雙版納橡膠林枯落物的持水性能與截留特征[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,35(4):67-73.

[8] 周祥,趙一鶴,張洪江,等.云南高原典型林分林下枯落物持水特征研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2011,20(2):248-252.

[9] 李良,翟洪波,姚凱,等.不同林齡華北落葉松人工林枯落物儲量及持水特性研究[J].中國水土保持,2010(3):32-46.

[10] 張雷燕,劉常富,王彥輝,等.寧夏六盤山南側(cè)森林枯落物及土壤的水文生態(tài)功能研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2007,20(1):15-20.

[11] 宋吉紅.重慶縉云山森林水文生態(tài)功能研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2008.

[12] 王卓，劉尚華.鄂爾多斯退耕還林6種典型配置模式凋落物持水特性研究[J].內(nèi)蒙古林業(yè)科技，2015，41(3):3-4.

[13] 雷瑞德.秦嶺火地塘林區(qū)華山松林水源涵養(yǎng)功能的研究[J]．西北林學(xué)院學(xué)報(bào),1984(1):19-34．

[14] 高人,周廣柱.遼寧東部山區(qū)幾種主要森林植被類型枯枝落葉層持水性能研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,33(2):115-118.

[15] 王士永，余新曉，賈國棟，等.北京山區(qū)主要人工林枯落物水文效應(yīng)[J].中國水土保持科學(xué)，2011，9(5)：42-47.

Different Forest Litters Water-holding Performance in Duolun County of Inner Mongolia Autonomous Region

Aotegenqimuge, QIN Fucang, ZHOU Jianing, YANG Zhenqi， ZHOU Meichao， NIU Xiaole

(College of Desert Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot, Inner Mongolia 010010, China)

[Objective] To investigate the difference of water holding capacity of litters in different stand types in Duolun County, and to provide basic data and relevant theory for forest soil water holding capacity in this area. [Methods] Duolun County in Xilinhaote City of Inner Mongolia was taken as the study area, in which 10 representative sites of woodland were selected. Weight of forest litter, water holding capacity and storage capacity were measured to analyze the differences of water holding capacity of litter among different forest types, the effect on moisture content as well. [Results] (1) Forest litter amount, water holding capacity and storage capacity were all higher than that of shrub. (2) The natural forest litter amount, water holding capacity and storage capacity were higher than the corresponding values of artificial forest.(3) The litter thickness significantly affected the water content of the surface soil, i.e., the thicker the litter layer, the higher the surface soil moisture content was. [Conclusion] Because of the influences of tree species composition, age, stand density and site conditions, the water holding capacity of different stand types varied greatly, but the change was basically the same. The influence of forest land on soil moisture was higher than that of grassland.

woodland；litterlayer；waterholdingcapacity；storagecapacity

A

： 1000-288X(2017)04-0114-05

： S715

：

內(nèi)蒙古應(yīng)用研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“半干旱區(qū)坡地資源高效利用技術(shù)集成”(20110709); 內(nèi)蒙古高等學(xué)校科研項(xiàng)目(NJZZ11048； NJZY13070)

敖特根其木格(1990—),女(蒙古族),內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克旗人,碩士研究生,研究方向?yàn)槌青l(xiāng)規(guī)劃與管理。E-mail:1989331017@qq.com。

秦富倉(1966—),男(漢族),內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市人，博士，教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地資源管理、水土保持與荒漠化防治、林地等方面的教學(xué)與科研工作。E-mail:qinfc@126.com。