祁連山地區(qū)林下地被物持水量與采樣方法的關(guān)系研究

楊軍軍， 何志斌， 藺鵬飛

（1.咸陽(yáng)師范學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000； 2.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)臨澤內(nèi)陸河流域研究站/內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地處西北半干旱區(qū)祁連山中部北坡的青海云杉林（Picea crassifolia）具有良好的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以苔枯層為主的林下地被物層發(fā)育完整。苔枯層具有疏松多孔介質(zhì)特征［1］，具備強(qiáng)大的表面能和海綿物的力學(xué)特性，使其在寒區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)水分再分配過(guò)程的降水截持、動(dòng)能消減和地表產(chǎn)流調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用［2-4］，近期研究還發(fā)現(xiàn)其對(duì)青海云杉林生態(tài)系統(tǒng)的呼吸同樣起著重要作用［5］。苔枯結(jié)構(gòu)分為上層的苔蘚層和下層的枯落物層，根據(jù)研究，苔枯層對(duì)降水的截持能力受雨型、降雨量和降雨強(qiáng)度等諸多因素影響［6］，不同降雨事件有不同的截留量，特別是降雨量與雨強(qiáng)較小的降雨事件，該截持作用更加突出［7］，因此，寒區(qū)森林地表苔枯層的持水能力與流域產(chǎn)、匯流形成過(guò)程間關(guān)系密切。

陳邦杰等［8-9］、高謙等［10-11］前輩開(kāi)創(chuàng)并奠定了我國(guó)苔蘚研究的基礎(chǔ)，總結(jié)已有關(guān)于苔蘚水文特性的研究，發(fā)現(xiàn)存在以下兩方面問(wèn)題。其一，已有研究主要關(guān)注苔蘚或枯落物層的最大持水量［12-13］，且多獨(dú)立對(duì)兩者進(jìn)行研究，苔蘚和枯落物層的持水特征經(jīng)常被分別量化［14-15］，該做法能否真實(shí)評(píng)價(jià)林下地被層的水文特征有待進(jìn)一步驗(yàn)證，苔枯層作為一整體與剝離開(kāi)獨(dú)立計(jì)算其間的區(qū)別有待進(jìn)一步分析；其二，已有關(guān)于苔蘚的研究中，苔蘚樣本的采集和運(yùn)輸大多以采樣袋（尼龍網(wǎng)袋或密封袋）散裝（簡(jiǎn)稱(chēng)為散狀采樣）運(yùn)輸并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［16-17］，研究結(jié)果間差異顯著可對(duì)比性差［18］，鮮有研究采用基于PVC 的原狀采樣法（簡(jiǎn)稱(chēng)為原狀采樣），散狀與原狀兩種采樣方法對(duì)苔蘚水文特征量化究竟會(huì)產(chǎn)生多大差異目前尚不清楚。為了更為科學(xué)、準(zhǔn)確地獲取林下地被物水文特征參數(shù)［19］，我們亟需對(duì)這些內(nèi)容展開(kāi)深入研究。

針對(duì)以上兩方面問(wèn)題，本研究以青藏高原北麓祁連山青海云杉林地被物為研究對(duì)象，擬探討以下兩個(gè)問(wèn)題。第一，量化并對(duì)比苔枯層、苔蘚層兩種地被物的持水特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)林下地被物生態(tài)水文功能的客觀分析；第二，量化并對(duì)比基于尼龍網(wǎng)袋的散狀苔蘚與基于PVC 管的原狀苔蘚間的水文特征差異，探討不同采樣方法對(duì)苔蘚水文特征參數(shù)量化的影響。祁連山青海云杉林面積占當(dāng)?shù)厮春B(yǎng)林約21.7%，而林下苔蘚覆蓋率高達(dá)99.3%［20］，是流域水文功能實(shí)現(xiàn)的重要組成分，因此對(duì)林下地被物持水特征的研究，為典型寒區(qū)林地水文功能的認(rèn)識(shí)具有一定理論意義，研究結(jié)果能夠?yàn)榍嗪Ｔ粕剂值乇晃锼謧鬏斶^(guò)程和機(jī)理的研究提供重要的參數(shù)和理論支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青藏高原北麓祁連山中段北坡的西水林場(chǎng)自然保護(hù)區(qū)，排露溝流域（100°17′6″～100°18′26″E，38°31′26″～38°33′37″N）海拔在2 700～3 300 m，該區(qū)屬于大陸性高寒半濕潤(rùn)山地森林草原氣候。據(jù)1994—2015 年地面氣象站記錄，2 700 m處年均氣溫為0.5 ℃，最低溫為-27.6 ℃，最高溫25.6 ℃，水熱同期。年均降水量為376 mm，根據(jù)何志斌等［21］對(duì)流域不同海拔降雨量的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隨海拔升高降水量先呈增加趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在3 600 m 處，隨后趨于減小，海拔每升高100 m 降水量增加約4.3%。降水量年內(nèi)分配不均勻，約60%的降水集中在每年7—9 月之間。年均蒸發(fā)量為1 005 mm，干旱指數(shù)為2.7。相對(duì)濕度為60%，流域平均產(chǎn)流系數(shù)為0.22。研究區(qū)植被和土壤類(lèi)型隨海拔和地形變化呈明顯的垂直分帶，2 700～3 200 m陰坡半陰坡以郁閉度為0.6～0.8 的青海云杉林為主，林下地被物以苔蘚為主，山羽蘚（Abietinella abietina）為優(yōu)勢(shì)種，平均蓋度達(dá)85%以上，人為干擾少的區(qū)域，蓋度為100%。觀測(cè)樣地中苔蘚層平均厚度為14.3 cm，平均苔蘚層生物量為1.86 kg·m-2，土壤類(lèi)型以森林灰褐土為主，土壤厚度在40～60 cm之間。

2 研究方法與數(shù)據(jù)指標(biāo)

2.1 野外采樣

本研究以基于PVC 管的原狀和基于尼龍網(wǎng)袋的散狀兩種方法對(duì)林下地被物進(jìn)行采集和實(shí)驗(yàn)。其中苔枯樣本由上層的苔蘚層和下層的枯落物層組成，原狀苔蘚和散狀苔蘚僅為苔蘚層，樣本結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。根據(jù)流域苔蘚的空間分布，分別在3 200 m、3 100 m、3 000 m、2 900 m、2 800 m 和2 700 m 共6 個(gè)海拔梯度樣地進(jìn)行取樣。每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3 個(gè)5 m×5 m 的樣方，每個(gè)樣方內(nèi)分別以原狀和散狀兩種方法分別收集3 個(gè)直徑為20 cm的圓柱形苔枯樣本和3 個(gè)散狀苔蘚樣本，研究區(qū)共取得54 個(gè)原狀樣本和54 個(gè)散狀樣本，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中共獲得2 596 個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。樣本收集時(shí)，為了保證苔枯結(jié)構(gòu)不被破壞，取樣時(shí)將直徑為20 cm 的PVC管垂直輕置于苔蘚樣本表面，用快刀沿PVC 管外壁進(jìn)行垂直切割，同時(shí)輕摁PVC 管至切割層底部，重復(fù)以上過(guò)程直到取出完整的苔枯樣本，取樣過(guò)程逐層進(jìn)行，原狀樣本采集時(shí)，取樣深度直到枯落物底部。為了降低對(duì)原狀樣本結(jié)構(gòu)的損壞，單次切割深度不超過(guò)5 cm，PVC 管高度根據(jù)原狀樣本厚度的不同而不同，一般在15～30 cm 之間，原狀樣本取樣見(jiàn)圖2。

圖1 苔枯樣本的兩種取樣方法示意圖Fig.1 Schematic diagram of two sampling methods for moss samples

圖2 原狀樣本采集與PVC底部處理Fig.2 Undisturbed sample collection and the PVC bottom treatment

原狀樣本在完成取樣后，首先對(duì)樣本底部進(jìn)行平整處理。其次，在樣本底部加墊一張與PVC管徑大小一致的圓形濾紙，再用麻繩以井字形在距PVC 管底部1 cm 處進(jìn)行封底處理，以避免樣本底部枯落物層的散落，保證樣本結(jié)構(gòu)完整。完成封底后，通過(guò)PVC 管底部與地面的輕觸使樣本底部與底部縫線間接觸良好，完成取樣過(guò)程（圖2）。

散狀樣本只取苔蘚層，采樣時(shí)將散狀樣本裝入尼龍網(wǎng)袋中稱(chēng)重，記錄樣本鮮重，再對(duì)網(wǎng)袋進(jìn)行封口。為了計(jì)算樣地苔蘚平均厚度，在每個(gè)樣地上按照X型樣線分布，隨機(jī)取15個(gè)樣點(diǎn)測(cè)量苔蘚厚度，取平均值為該海拔樣地的苔蘚厚度。調(diào)查樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 祁連山區(qū)森林苔蘚樣地基本情況Table 1 Basic situation of the moss sampling in the Qilian forests

2.2 實(shí)驗(yàn)控制及測(cè)量指標(biāo)

樣本室內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要包括吸水和脫濕兩個(gè)過(guò)程。為了排除在脫濕過(guò)程中苔蘚表面距離PVC 管頂高度的不同而引起的蒸發(fā)差異，實(shí)驗(yàn)前對(duì)樣本頂部多余部分進(jìn)行切割，保證苔蘚層頂部距離PVC 管高度統(tǒng)一為2 cm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先尋找一平整的試驗(yàn)場(chǎng)地，大小約1 m×5 m。再利用磚塊在地面搭建一高度為10 cm，大小為1 m×5 m 的蓄水池，在水池底部鋪墊雙層塑料薄膜進(jìn)行隔水，向水池蓄水使兩種樣本形成等壓的水環(huán)境（圖3）。

圖3 原狀和散狀苔蘚實(shí)驗(yàn)布置Fig.3 Experiment layout of original and scattered moss

吸水實(shí)驗(yàn)中，首先在水池中注入剛好浸沒(méi)散狀苔蘚的水層，將所有樣本放入蓄水池中浸泡，原狀樣本保證苔蘚位于上部，散狀樣本按照常規(guī)方法均勻放入（圖3）。吸水實(shí)驗(yàn)中，浸泡時(shí)間間隔依次為20、40、60、90、120、180 和720 min，每次浸泡結(jié)束時(shí)先將樣本放置在控水桿或控水板上，靜置3～5 min至樣本沒(méi)有明顯滴水現(xiàn)象，再進(jìn)行稱(chēng)重記錄，前后兩次浸泡結(jié)果間樣本的重量差為浸泡時(shí)段樣本的吸水重。吸水實(shí)驗(yàn)結(jié)束后開(kāi)始進(jìn)行脫濕實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)樣本放置在實(shí)驗(yàn)水池上方搭建的兩根控水桿上，或者放置在水池側(cè)面的控水板行進(jìn)行自然蒸發(fā)。蒸發(fā)時(shí)間間隔依次為20、40、60、90、120、180、240、240、240、240、240、240、240 和240 min，在每個(gè)時(shí)段結(jié)束記錄樣本的重量，將前后兩次的記錄之差作為該時(shí)段的樣本蒸發(fā)量，樣本質(zhì)量的變化通過(guò)精度為0.001 kg的電子秤測(cè)量獲得。

實(shí)驗(yàn)樣本吸脫濕實(shí)驗(yàn)完成后，完全晾干苔枯樣本，從苔枯層底部分離出枯落物層，繼續(xù)對(duì)上層的原狀苔蘚進(jìn)行吸脫濕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程同上文。將分離出來(lái)的枯落物層以65 ℃在烘箱烘干24 h，測(cè)量枯落物干物質(zhì)量并記錄。

本文主要針對(duì)寒區(qū)林下地被物（苔蘚和枯落物）持水特征的兩個(gè)指標(biāo)，單位面積最大持水量和最大持水率進(jìn)行分析。單位面積最大持水量Wa（kg·m-2）指，苔枯層或苔蘚樣本的最大蓄水量與樣本面積的比值；最大持水率P（%）指，單位質(zhì)量干樣本所能存儲(chǔ)的最大含水量百分比。

式中：Ww為干樣本的最大蓄水量（kg）；Ap為樣本面積（m2）；Wdm為干樣本自重（kg）。

3 結(jié)果與分析

3.1 最大持水量

隨著海拔增加，苔枯層的最大持水量在2 900～3 100 m 之間呈不顯著增加趨勢(shì)，高海拔（3 200 m）最大持水量有所降低，沿海拔梯度的空間變異規(guī)律不顯著，原狀苔蘚也同樣在不同海拔間沒(méi)有顯著變化（圖4），該結(jié)論與陳甲瑞和王小蘭［3］對(duì)西藏林地苔蘚層持水特征的研究結(jié)論一致，與王瑾等［22］在祁連山大野口的發(fā)現(xiàn)一致。因此，無(wú)論是苔枯層還是原狀苔蘚，最大持水量隨海拔并沒(méi)有顯著變化趨勢(shì)，因此后文的研究中，只關(guān)注流域平均值（以所有海拔的平均值作為流域的平均值），不再對(duì)海拔間差異進(jìn)行探討。結(jié)果分析顯示，苔枯層的最大持水量為（5.42±0.86）kg·m-2，原 狀 苔 蘚 的 最 大 持 水 量 為（2.29±0.32）kg·m-2，苔枯層是原狀苔蘚的2.4 倍。即在林下地被物攔蓄降水、增加土壤水分入滲、減少地表徑流和防止水土流失的過(guò)程中，苔枯結(jié)構(gòu)的攔蓄能力顯著大于苔蘚層，苔枯層是寒區(qū)地被物實(shí)現(xiàn)其水文功能的主要物質(zhì)，苔蘚層的持水能力并不能代表林下地被物的持水能力。該結(jié)果為我們關(guān)于寒區(qū)林下地被物水文特征的量化提出了嚴(yán)格要求，即如果要量化林下地被物的最大持水量，應(yīng)該以苔枯層為研究對(duì)象，反之亦然，如果僅需測(cè)量苔蘚的水文特征，地被物底層的枯落物層則需要提前被清理掉。

圖4 苔枯層與原狀苔蘚的最大持水量Fig.4 Water holding capacity of moss-litter and original moss sampling

3.2 最大持水率

圖5 苔枯層、原狀苔蘚和散狀苔蘚最大持水率對(duì)比Fig.5 Water holding rate of moss-litter，original and scattered moss sampling

最大持水率屬于無(wú)量綱指標(biāo)，相對(duì)于最大持水量，該指標(biāo)在不同研究間具有更好的可對(duì)比性［23］。由圖5統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，苔枯層、原狀苔蘚和散狀苔蘚的平均最大持水率分別為890%±153%、2 071%±309%和610%±82%，最大持水率關(guān)系由大到小依次為原狀苔蘚、苔枯層和散狀苔蘚。其中，原狀苔蘚最大持水率是苔枯層的2.3 倍，是散狀苔蘚的3.4 倍，不同處理間最大持水率差異顯著，基于尼龍網(wǎng)袋的散樣最大持水率最小。

3.3 脫濕特征曲線

苔枯層和苔蘚層的水文功能除表現(xiàn)在攔蓄產(chǎn)匯流、改變地面產(chǎn)流過(guò)程、削減洪峰之外［3］，減緩和降低地表土壤水分蒸發(fā)也是一項(xiàng)重要的生態(tài)水文功能［4］。圖6 為苔枯層和原狀苔蘚在達(dá)到最大持水量后的自然脫濕過(guò)程曲線，苔枯層和原狀苔蘚在經(jīng)過(guò)近5 h 的快速脫濕后，蒸發(fā)比率趨于穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)導(dǎo)數(shù)拐點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)，苔枯層達(dá)到穩(wěn)定蒸發(fā)的時(shí)間為5.6 h，苔蘚層為4.8 h，即在降雨入滲和水分蒸發(fā)的過(guò)程中，相比苔蘚層，苔枯層能夠?yàn)榻涤耆霛B提供更長(zhǎng)的入滲時(shí)間，同時(shí)能一定程度上減緩水分的自然蒸發(fā)過(guò)程，從而更為有效地起到調(diào)節(jié)產(chǎn)匯流過(guò)程和削減洪峰的作用，對(duì)寒區(qū)坡面穩(wěn)定產(chǎn)流過(guò)程的形成影響較大。

圖6 苔枯層與原狀苔蘚的脫濕特征曲線Fig.6 The soil water characteristic curve of drying of the moss-litter and origin moss layers

為了進(jìn)一步量化兩種結(jié)構(gòu)的脫濕過(guò)程，實(shí)驗(yàn)對(duì)脫濕前期4 h 的蒸發(fā)比率進(jìn)行分析，苔枯層和原狀苔蘚的蒸發(fā)比率分別為（0.37±0.17）kg·kg-1·h-1和（0.94±0.42）kg·kg-1·h-1。這一結(jié)果說(shuō)明，同等外部環(huán)境下，苔蘚層蒸發(fā)比率是苔枯層的2.6倍，即苔枯層不但在降水過(guò)程中有利于水分的“存儲(chǔ)”，而且在降雨結(jié)束后的蒸發(fā)過(guò)程中能更有效地減小地面水分耗散，是寒區(qū)地表水分保持和流域穩(wěn)定產(chǎn)流形成的重要保障，有可能成為抵御氣候變化背景下地表蒸散增大［24］的有力措施之一。

4 討論

4.1 最大持水量估算

近年來(lái)，隨著全球極端氣象事件的增加［25］，由于極端氣象事件而引發(fā)的次生災(zāi)害也在不斷增加，尤其是寒區(qū)、半干旱等生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害、水土流失和山體滑坡等自然災(zāi)難頻發(fā)［26-27］。因此，開(kāi)展具有生態(tài)保護(hù)效應(yīng)的地被物持水特征的研究，對(duì)于高寒山地災(zāi)害的防治和預(yù)測(cè)具有重要價(jià)值。

最大持水量是林地水文過(guò)程的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)［26，28］，本研究中苔枯層和原狀苔蘚最大持水量差異顯著［27］。其中，苔枯層的最大持水量為（5.42±0.86）kg·m-2，張遠(yuǎn)東等［14］對(duì)地被物量化的研究結(jié)果為2.0～6.0 kg·m-2之間，閾值區(qū)間比本研究結(jié)果稍大，本研究結(jié)果的確定性和一致性更好。這一方面可能來(lái)自于研究區(qū)苔枯樣本的一致性差異，但也有可能來(lái)自采樣方法的差異，張遠(yuǎn)東等［14］用密封袋采集實(shí)驗(yàn)樣本（即本研究中的散狀樣本），相比散樣，基于PVC 管的原狀樣本能更好的體現(xiàn)地被物的結(jié)構(gòu)特征和物理性質(zhì)，而張遠(yuǎn)東等［14］所采用的密封袋，無(wú)論在樣本收集還是運(yùn)輸過(guò)程中，對(duì)樣本層狀結(jié)構(gòu)的破壞都較大且影響不一，最終導(dǎo)致樣本測(cè)量結(jié)果的離散性較大。原狀苔蘚的最大持水量為2.29 kg·m-2，與 張 遠(yuǎn) 東 等［14］在 川 西 亞 高 山 地 區(qū)3 000 m 處采伐的人工林和天然次生林的測(cè)量結(jié)果2.1～2.2 kg·m-2基本一致，該結(jié)果首先說(shuō)明了本研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)也說(shuō)明兩種采樣方法對(duì)于苔蘚最大持水量的影響不顯著，這可能是因?yàn)樘μ\層本身屬于近似各向同質(zhì)的材料，因此實(shí)驗(yàn)的采樣方法和樣本形狀對(duì)該指標(biāo)的影響不顯著。對(duì)比苔枯層和苔蘚層最大持水量可知，苔枯層的最大持水量顯著大于苔蘚層，這可能是因?yàn)樘輰由纤上戮o（上部為蓬松的苔蘚層，而下部為相對(duì)緊實(shí)的枯落物層）的結(jié)構(gòu)所致，在蓄水過(guò)程中，該結(jié)構(gòu)上部水分入滲迅速下部相對(duì)滯水，具有“容器”的效應(yīng)，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的持水能力。

根據(jù)已有研究，苔蘚最大持水量跟林分林齡［13］和苔蘚厚度［23］存在顯著正相關(guān)，因此，本文也將從以下兩方面對(duì)本研究結(jié)果與已有研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。趙錦梅等［17］對(duì)祁連山東段高寒灌叢苔蘚的研究發(fā)現(xiàn)，苔蘚最大持水量為1.7～5.5 kg·m-2之間。張遠(yuǎn)東等［14］發(fā)現(xiàn)川西亞高山森林苔蘚層的最大持水量為1.3～3.4 kg·m-2，且隨林齡增加苔蘚層的最大持水量呈增加趨勢(shì)，70 a 人工云杉林苔蘚最大持水量為5.5 kg·m-2［15］。本研究中平均林齡為85 a的天然次生云杉林苔蘚最大持水量為（2.29±0.32）kg·m-2，與前人結(jié)果相比略小，這一差異顯然并非來(lái)自林齡。另一方面，對(duì)比苔蘚厚度發(fā)現(xiàn)，祁連山平均厚度為3.7 cm 的高山灌叢苔蘚，平均最大持水量為13.8～19.0 kg·m-2［16］，研究結(jié)果遠(yuǎn)高于本研究中平均厚度為14.31 cm 苔蘚的最大持水量，由此可見(jiàn)，苔蘚厚度也不是造成本研究最大持水量區(qū)別于其他研究的原因。排除以上兩種因素，不同研究間采樣方法的不同最有可能是關(guān)鍵因素，即采樣方法能夠很大程度上影響苔蘚的最大持水量，因此在高寒山地苔蘚最大持水量估算時(shí)，苔蘚樣本的采樣方法應(yīng)被慎重選擇，以更為科學(xué)、準(zhǔn)確地進(jìn)行參數(shù)估算。

4.2 最大持水率估算

散狀苔蘚最大持水率為610%±82%，比王金葉［12］在該區(qū)域的研究結(jié)果300%～500%略大，在劉章文等［16］對(duì)祁連山南坡高寒灌叢苔蘚的研究結(jié)果386%～782%之內(nèi)，比張遠(yuǎn)東等［14］在青藏高原東緣褶皺帶對(duì)樺木林苔蘚的研究結(jié)果945%小約35%，對(duì)比不同研究結(jié)果可知本研究結(jié)果基本可靠，但基于散狀采樣方法的不同研究結(jié)果間差異顯著，不便于水文過(guò)程模擬中的參數(shù)量化。本研究中散狀苔蘚的采樣方法和已有研究沒(méi)有明顯區(qū)別，最大持水率由苔蘚質(zhì)量計(jì)算獲得，排除了樣本間苔蘚厚度可能引起的差異，因此研究結(jié)果間的差異可能主要來(lái)自苔蘚種類(lèi)和實(shí)驗(yàn)中的人為干預(yù)。

與散狀苔蘚最大持水率形成鮮明對(duì)比的是，本研究中原狀苔蘚的最大持水率2 071%±309%，是散狀樣本的3.4倍，遠(yuǎn)大于散狀苔蘚的結(jié)果，該結(jié)果與劉潤(rùn)等［29］對(duì)美灰蘚的研究結(jié)果1 627.8%±4.7%較為接近，考慮到劉潤(rùn)等的研究樣本是模擬室外苔蘚的原狀特征，結(jié)果值可能偏小，因此本研究的結(jié)果具有良好的科學(xué)性和可信度。研究結(jié)果提醒我們，在苔蘚最大持水率的估算中，今后的研究需要慎重考慮苔蘚的采樣方法，以排除采樣方法對(duì)苔蘚最大持水率估算帶來(lái)嚴(yán)重偏差。

4.3 脫濕特征曲線分析

苔枯層和原狀苔蘚的脫濕過(guò)程均呈典型的冪函數(shù)曲線，即隨著蒸發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，地被物在前期5 h 內(nèi)快速脫水，隨后很快趨于穩(wěn)定（圖6），該過(guò)程說(shuō)明苔枯層和苔蘚層并不利于水分的長(zhǎng)期保存。地被物層在降水垂向的時(shí)間再分配時(shí)長(zhǎng)為4.8～5.6 h，這一時(shí)長(zhǎng)是林地水分循環(huán)過(guò)程估算和模擬的關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合脫濕過(guò)程的冪函數(shù)關(guān)系和水分蒸發(fā)比率，可以對(duì)高寒山地地被物的水分再分配過(guò)程形成更為精確的模擬和預(yù)測(cè)。

5 結(jié)論

本文以青海云杉林下地被物為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比基于PVC 管的原狀采樣方法與基于尼龍網(wǎng)袋的散狀采樣方法下地被物的持水量差異，為高寒山地林下地被物水文特征參數(shù)量化和實(shí)驗(yàn)方法選擇提供參考和借鑒。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，不同采樣方法間持水量差異顯著，相比苔蘚層，苔枯層具有更強(qiáng)的持水功能，是寒區(qū)林下地被物水文功能實(shí)現(xiàn)的主要載體。苔枯層最大持水率為890%±153%，原狀苔蘚為2 071%±309%，苔蘚持水率表現(xiàn)尤為顯著，散狀采樣相對(duì)于原狀采樣，苔蘚最大持水率被低估約70.5%，對(duì)于最大持水率的估算，必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和研究對(duì)象，選擇最合適的采樣方法，保證測(cè)量結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性。地被物脫濕特征曲線函數(shù)、蒸發(fā)時(shí)長(zhǎng)以及蒸發(fā)速率為降水過(guò)程中的地被物水分蒸發(fā)過(guò)程的模擬和預(yù)測(cè)提供了重要借鑒和科學(xué)依據(jù)。

致謝：本文試驗(yàn)的進(jìn)行和數(shù)據(jù)的收集得到了中國(guó)科學(xué)院臨澤國(guó)家實(shí)驗(yàn)站工作人員馬芳、中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院朱喜等老師們的幫助，在此深表感謝。