4種闊葉混交林的持水特性研究

蘇木榮, 鄒曉君，陸惠華，冼桿標，黎富榮，吳華俊

(1.佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護中心,廣東 佛山 528518；2.華南農業(yè)大學 林學與風景園林學院, 廣東 廣州 510642)

1 引言

森林的枯枝落葉凋落到林地形成結構疏松的凋落物層，可以減緩林內降水對地表的沖擊作用，具有一定的吸水能力，并能減少地表徑流，促進降水下滲，因而具有水源涵養(yǎng)的作用。隨著全球水資源的緊缺，凋落物層的水源涵養(yǎng)功能受到越來越多的關注。國內學者對我國的森林凋落物涵養(yǎng)水源的功能進行過較多的研究[1～6], 對南亞熱帶的森林凋落物涵養(yǎng)水源能力也進行過一定的研究[7～12]。

亞熱帶常綠闊葉林是中國南方的地帶性植被。由于歷史原因而被杉木大量取代。為了提高森林的景觀效益，佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護中心用西南木荷和楓香等景觀樹種對原有杉木林進行了改造。筆者對佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護中心改造后的4種闊葉林的凋落物涵養(yǎng)水源特性進行調查，了解其持水特性，以期為廣東省常綠闊葉人工林的管理提供參考。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省佛山市高明區(qū)云勇生態(tài)林養(yǎng)護中心(112°40′E，22°54′N)，屬亞熱帶季風氣候，年均溫度為22 ℃，年均降雨量約2000 mm。丘陵地型，土壤為酸性赤紅壤(pH值小于5)，由花崗巖發(fā)育而來，肥沃而深厚。

2.2 試驗樣地

在林場的4種人工闊葉混交林內建立面積為20 m×20 m樣地，3個重復。林分的概況見表1。各林分樹種的生長見表2。

2.3 研究方法

2017年12月在各樣地中設置5個面積為1 m×1 m的樣方，測定凋落物鮮重后取樣帶回實驗室。林分1、2、3和4的凋落物干重分別為1591±588 kg/hm2、1281±433 kg/hm2、1742±536 kg/hm2和1216±265 kg/hm2。

在實驗室將凋落物樣品裝入網袋后浸水0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h和16 h后，撈起并靜置到凋落物不滴水時稱重，做3個重復。凋落物持水率、凋落物持水量和凋落物吸水速率分別計算如下[7,8]：

凋落物持水量(kg/hm2)=[凋落物濕重(kg/hm2)—凋落物烘干重(kg/hm2)];

凋落物持水率(%)=(凋落物持水量/凋落物干重)×100 ;

凋落物吸水速率(g/kg·h)= 凋落物持水量(g/kg)/吸水時間(h);

數(shù)據圖表和方程用由Microsoft Excel 2003和SPSS 22.0軟件系統(tǒng)完成。

表1 試驗林概況

表2 樹木生長基本情況(平均值±標準差)

3 結果與分析

3.1 凋落物的儲量與持水量

4種林分的凋落物持水量隨著浸泡時間的增加而迅速增長，浸泡16 h后，林分的凋落物持水量均呈現(xiàn)林分1(3.03 t/hm2)>林分3(2.88 t/hm2)>林分2和林分4(2.24 t/hm2)(圖1)。

圖1 凋落物持水量

凋落物持水量WH隨著浸泡時間的增加呈現(xiàn)對數(shù)增加，二者的決定系數(shù)(R2)大于0.98, 呈現(xiàn)顯著相關(P<0.001)(表3)。

表3 凋落物持水量WH與浸泡時間t的方程

3.2 凋落物持水率

在各浸泡時間段，4種林分的凋落物持水率均為林分1>林分4>林分3>林分3(圖2)。浸泡時間在前4 h之間時，各林分的凋落物持水率迅速增長，此后增長放緩， 逐漸達到飽和, 此時林分1、2、3和4的凋落物持水率分別為191%、175%、154%和186%。

凋落物持水率WR隨著浸泡時間t的增加呈現(xiàn)對數(shù)增長，二者顯著相關 (P<0.001)(表4)。

圖2 凋落物持水率

林 分 Stands方程 EquationR2p林分1WR=29.543ln t+110.710.998<0.001林分2WR=25.793ln t+105.200.994<0.001林分3WR=19.721ln t+101.820.976<0.001林分4WR=29.161ln t+105.600.994<0.001

3.3 凋落物吸水速率

4種林分的凋落物的吸水速率變化趨勢相同，可以分為急劇下降(浸泡6 h內)和緩慢下降(浸泡6～16 h)2個階段(圖3)。林分1和3的凋落物吸水速率在浸泡0.5 h較大(120和116 g/kg·h)，林分2中等(1726 g/kg·h)，林分4最小(1620 g/kg·h)。在浸泡16 h，林分1和4的凋落物吸水速率較大(120和116 g/kg·h)，林分2和3較小(110和107 g/kg·h)。

圖3 凋落物吸水速率

凋落物吸水速率WA隨著浸泡時間t呈現(xiàn)指數(shù)下降，二者顯著相關 (P<0.001)(表5)：

WA=a·t-b

(1)

式(1)中a和b為系數(shù)。

4 結語

各林分呈現(xiàn)早期迅速增長和后期緩慢增長兩個階段，其中林分1和3的凋落物持水量大于林分2和4。4種林分的凋落物浸泡時間達4 h時，持水率增長變得緩慢，16 h時達到飽和，可以反映凋落物最大持水率。4種林分在浸泡時間4 h內凋落物吸水速率較大，此后變緩。

表5 凋落物吸水速率WA與浸泡時間t的方程

隨著浸泡時間的延長，凋落物持水量及凋落物持水率均按照自然對數(shù)方程變化，凋落物吸水速率按照方程指數(shù)方程變化，且均達到顯著相關水平，證明者2種方程可以用來模擬林分凋落物水源涵養(yǎng)能力的實際變化。