海南典型人工林枯落物持水特征

陳更艷 王槐岳 宿少鋒 王小燕 林之盼 薛楊

摘要 [目的]明確不同人工林枯落物持水特征。[方法]獲取木麻黃、桉樹、相思和次生林4種樹林下未分解層和半分解層的枯落物，對枯落物持水率和吸水速率等持水性能進(jìn)行測定。[結(jié)果]半分解層持水率大于未分解層，枯落物的持水率與持水時間有良好的相關(guān)性，枯落物未分解和半分解層的吸水速率和吸水時間的關(guān)系均可用冪函數(shù)V=axt擬合，其方程擬合程度均達(dá)極顯著水平（P<0.01）。4個試驗區(qū)平均枯落物未分解層最大持水率從大到小順序為次生林、相思林、木麻黃林、桉樹林；4個試驗區(qū)平均枯落物半分解層最大持水率從大到小順序為木麻黃林、相思林、桉樹林、次生林。[結(jié)論]該研究為進(jìn)一步研究海南省人工林植被對水資源形成過程的調(diào)控提供了科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞 海南??；林分類型；枯落物；持水特征

中圖分類號 S714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0117-05

Abstract [Objective]To clarify the characteristics of water holding of litter in typical artificial forest. [Method]The litter of undecomposed layer and semidecomposed layer of Casuarina equisetifolia， Eucalyptus， Acacia and its secondary forests were obtained， and the water holding capacity and water absorption rate of litter were determined. [Result]The water content of the semidecomposed layer was higher than that of the undivided layer， and the water retention of the litter had a good correlation with the soaking time. The relationship between the water absorption rate and the water absorption time of undecomposed layer and semidecomposed layer were all available power function V=axt fitting， the fitting degree of the equation reached an extremely significant level. The maximum water holding capacity of undegraded litter in the four pilot areas ranked in descending order as follows： secondary forest， Acacia forest， Casuarina forest， Eucalyptus forest. The average water holding capacity of the semidecomposed litter ranked in descending order as follows： Casuarina forest，Acacia forest，Eucalyptus forest， secondary forest.[Conclusion]This study provided a scientific reference for further study on the regulation of artificial forest vegetation on water resources formation in Hainan Province.

Key words Hainan Province；Stand type；Litter；Water holding characteristics

森林枯落物層處于森林植被和土壤層之間，是林地與大氣間水汽交換的重要界面，其在截持降水、阻滯地表徑流、減少林地蒸發(fā)、改善土壤結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)土壤抗沖能力等方面均具有重要的水文效應(yīng)[1]，它是實(shí)現(xiàn)森林保持水土和涵養(yǎng)水源的主要作用層[2-3]。研究表明，我國森林枯落物的最大持水率平均為自身干質(zhì)量的309.54%，林地枯落層的最大持水量平均為4.18 mm[4]。目前森林枯落物研究集中在對土壤理化性質(zhì)的影響、枯落物分解以及枯落物儲蓄量等方面，研究區(qū)域大致為大興安嶺、北京山區(qū)、黃土丘陵區(qū)、云南高原、東江中上游等地區(qū)[5-10]。海南省具有獨(dú)特的氣候和地形條件，適合種植熱帶人工林，然而目前關(guān)于海南木麻黃林、相思林、桉樹林、次生林這4種典型的林分枯落物水分特征研究甚少。筆者對海南省不同區(qū)域人工林的枯落物水文效應(yīng)進(jìn)行定量分析，以期為研究海南省人工林植被對水資源形成過程的調(diào)控提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在海南省的臨高、樂東、萬寧和文昌這4個縣市，各試驗區(qū)的經(jīng)緯度、土壤類型和pH如表1所示。臨高地處海南省西北部，屬熱帶季風(fēng)海洋氣候，年均氣溫23 ℃，年均降雨量1 417.8 mm；樂東地處海南省西南部，屬熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫25.0 ℃，年均降雨量1 181.1 mm；萬寧地處海南省東南部，屬熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫24.0 ℃，年均降雨量2 400.0 mm；文昌地處海南省東北部，屬熱地海洋季風(fēng)氣候，年均氣溫23.9 ℃，年均降雨量1 886.2 mm。各區(qū)域土壤呈酸性，主要林分類型為橡膠林、椰子林、木麻黃林、桉樹林、相思類林、松類林、果樹類林、紅樹林、灌木林、次生林、原生林等。

1.2 材料

在各研究區(qū)選取4種有代表性的典型林分進(jìn)行觀測。林分類型分別為木麻黃林、相思林、桉樹林和次生林。每種林分類型選擇3個20 m× 20 m的樣方，記錄每個樣方的未分解層和半分解層厚度，保持原樣分層采集樣品并迅速稱其鮮重，帶回實(shí)驗室在80 ℃烘干測定干重，并計算原始含水量。

1.3 測定指標(biāo)及方法

采用室內(nèi)浸泡法測定枯落物的持水率和吸水速率，分別稱取每一林分3個樣方的各層枯落物100 g左右（干重）浸入清水中，每隔一定時間取出，靜置5 min左右直至枯落物不滴水為止，迅速稱其濕重?？萋湮锏某炙视檬剑?）表示，枯落物的吸水速率用式（2）表示。

R=（M′-M）/M（1）

V=axt（2）

式中，R為持水率；M′為枯落物濕重；M為枯落物干重；V為吸水速率[g/（g·h）]；t為浸泡時間（h）；a為方程系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Origin 8.0進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 枯落物自然持水率

枯落物自然持水率是其在一定時間內(nèi)截持的水量所占自身干重的百分?jǐn)?shù)，是反映枯落物涵蓄水分能力的重要指標(biāo)[11]。由圖1可知，未分解層枯落物持水

率基本低于半分解層枯落物持水率。不同地點(diǎn)各林分自然持水率具有較大差異，臨高各林分枯落物自然持水率大小順序為相思林、桉樹林、次生林、木麻黃林（圖1A）；而樂東以次生林枯落物自然持水率最大，以相思林的最小（圖1B）；萬寧則以相思林枯落物自然持水率較大，以桉樹林的最小，其中次生林未收集到半分解層枯落物自然持水率數(shù)據(jù)（圖1C）；文昌地區(qū)無半分解層，分解層枯落物自然持水率大小順序為木麻黃林、桉樹林、次生林、相思林（圖1D）。由以上結(jié)果可以看出，不同林分枯落物自然持水率受氣候、環(huán)境、降雨以及分解程度的影響。

2.2 枯落物持水率

持水率表征了枯落物的潛在持水能力[12]。從圖2可以看出，浸泡開始時，枯落物持水率迅速增加，隨吸水時間的延長，持水率趨于穩(wěn)定，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果相一致[13-15]。半分解層（I）枯落物的持水率在各時間段均大于未分解層（Ⅱ）的持水率。而不同林分的持水率大小順序在不同區(qū)域差異較大。在臨高（圖2A-I，2A-Ⅱ）不同林分的持水率大小順序為次生林、木麻黃林、桉樹林、相思林；樂東地區(qū)各林分未分解層枯落物持水率大小順序為次生林、相思林、木麻黃林、桉樹林，而各林分半分解層枯落物持水率大小順序為相思林、木麻黃林、桉樹林、次生林（圖2B）。萬寧地區(qū)未分解層和半分解層均以相思林的持水率最大（圖2C）；文昌地區(qū)各林分未分解層枯落物持水率大小順序為木麻黃林、相思林、次生林、桉樹林（圖2D）。從以上結(jié)果可以看出，同一區(qū)域條件下的林分枯落物持水率由于吸水時間的不同而有所不同；不同林分枯落物的持水率存在較大差異。

2.3 枯落物吸水速率

枯落物未分解和半分解層的吸水速

率和吸水時間的關(guān)系均可用冪函數(shù)V=axt擬合，其方程擬合程度均達(dá)極顯著水平（P<0.01）。吸水時間在1 h以內(nèi)，吸水速率迅速下降，之后緩慢降低。未分解層和半分解層的吸水速率變化趨勢基本表現(xiàn)一致（圖3）?？萋湮镂俾蔞與吸水時間t之間的關(guān)系式見表2。

2.4 枯落物最大持水率

當(dāng)各林分枯落物吸收達(dá)到一定程度后，枯落物質(zhì)量趨于穩(wěn)定，此時枯落物處于水分飽和狀態(tài)。此刻的枯落物質(zhì)量減去初始干重，即為枯落物最大持水率?？萋湮锏淖畲蟪炙室部杀碚饕环N枯落物的吸水能力[16]。從圖4可以看出，木麻黃林和桉樹林的未分解層枯落物最大持水率均低于半分解層，而次生林和相思林的未分解層枯落物最大持水率均高于半分解層。對于不同林分而言，臨高（圖4A）、樂東（圖4B）和萬寧（圖4C）試驗區(qū)均以次生林和相思林的未分解層最大持水率最高，以桉樹林的未分解層最大持水率較低；而文昌（圖4D）試驗區(qū)則以木麻黃未分解層最大持水率最高，以桉樹林的未分解層最大持水率較低。

3 結(jié)論與討論

（1）海南島不同區(qū)域各林分枯落物持水率差異較大。其中，臨高各林分枯落物自然持水率大小順序為相思林、桉樹林、次生林、木麻黃林；樂東各林分枯落物自然持水率大小順序為次生林、桉樹林、木麻黃林、相思林；萬寧以相思林枯落物自然持水率較大，以桉樹林的最??；文昌地區(qū)無半分解層，分解層枯落物自然持水率大小順序為木麻黃林、桉樹林、次生林、相思林。不同地區(qū)各個林分枯落物自然持水率受溫度、濕度、降雨量等環(huán)境因子的影響較大，這與高人等[17]、張洪江等[18]、馬書國等[19]的研究結(jié)果相一致。

（2）枯落物未分解和半分解層的吸水速率和吸水時間的關(guān)系均可用冪函數(shù)V=axt擬合，其方程擬合程度均達(dá)極顯著水平（P<0.01）。

（3）各個樹種的林下枯落物未分解層和半分解層的持水率在1 h之前隨時間增長最快，2～6 h放緩，24～48 h 達(dá)到吸水飽和。其中，木麻黃林和桉樹林的未分解層枯落物最大持水率均低于半分解層，而次生林和相思林的未分解層枯落物最大持水率均高于半分解層。4個試驗區(qū)平均枯落物未分解層最大持水率從大到小順序為次生林、相思林、木麻黃林、桉樹林；4個試驗區(qū)平均枯落物半分解層最大持水率從大到小順序為木麻黃林、相思林、桉樹林、次生林。對于不同林分而言，臨高、樂東試驗區(qū)枯落物未分解層最大持水量從大到小順序為次生林、相思林、木麻黃林、桉樹林；萬寧試驗區(qū)未分解層最大持水率從大到小順序為相思林、次生林、木麻黃林、桉樹林，而文昌試驗區(qū)則是木麻黃林、相思林、次生林、桉樹林；臨高試驗區(qū)枯落物半分解層最大持水率從大到小順序為次生林、木麻黃林、相思林、桉樹林；樂東試驗區(qū)枯落物半分解層最大持水率從大到小順序為木麻黃林、相思林、桉樹林、次生林。