木蘭林場不同植被類型枯落物層水文效應(yīng)研究

河北省木蘭圍場國有林場 周長亮 李惠麗

森林枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分 ,是森林水文效應(yīng)的第二活動層[1],在截持降水、防止土壤濺蝕、阻延地表徑流、抑制土壤水分蒸發(fā)、增強(qiáng)土壤抗沖性等方面具有重要意義[2]。 森林枯落物層和土壤層相比更疏松 ，孔隙更大[3]，對降水的截留 ，水分的保持作用更大[4]，還能減少水分的蒸發(fā) ，促進(jìn)土壤對水分的滲透[5]。因此對森林枯落物水文效應(yīng)的研究具有重要的意義[6]。而木蘭林場處于京 、津、冀地區(qū)連接的重要位置，其生態(tài)環(huán)境的好壞 ，水源涵養(yǎng)和水土保持作用的強(qiáng)弱直接關(guān)系到京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境的平衡[7]。因此，對木蘭林場森林水文效應(yīng)進(jìn)一步的研究，能使其充分發(fā)揮水源涵養(yǎng)和水土保持作用 ，對保持京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境的平衡有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

河北省木蘭圍場國有林場屬灤河上游地區(qū)，區(qū)域地理坐標(biāo)為北緯41°35′～42°40′，東經(jīng)116°32′～117 °14′，海拔高度750～1998米[7]。主要植被類型是落葉闊葉林、針闊混交林和草原草甸，主要喬木樹種有華北落葉松(Larixprincipis-rupprechti)、油松 (Pinustabulae) 等 。 灌木主要有荊條（VitexnegundoL.)、沙棘 (HippophaerhamnoidesLinn)、胡枝子 (LespedezabicolorTurce)、繡線菊(SpiraeasalicifoliaL)等[8]。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置

在木蘭林場內(nèi)， 選擇具有代表性的四種植被類型：荊條灌叢 、胡枝子灌叢 、繡線菊灌叢和落葉松林 ，各設(shè)置六塊標(biāo)準(zhǔn)地 ，面積為（20m×20m），并要求坡度及土壤性質(zhì)等一致。

2.2 枯落物水文效應(yīng)測定

（1）枯落物蓄積量的測定

在每種植被類型標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)置3塊0.5m×0.5m的樣方，測量枯落物的總厚度，分別收取枯落物并稱其鮮重，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干稱其干重，然后測其自然含水率及蓄積量。

（2）枯落物的持水過程的測定

運(yùn)用室內(nèi)浸泡法進(jìn)行測定，根據(jù)相關(guān)公式計算出各浸泡時間枯落物持水量、持水率及吸水速率，其中枯落物最大持水量為浸泡24h的持水量，此時的持水率為最大持水率。

（3）枯落物有效攔蓄量的測定

有效攔蓄量可用來估算枯落物對降雨的實(shí)際攔蓄量, 即： W= (0.85Rn—RO)×M

式中 ： W為有效攔蓄量(t/hm2,)；Rm為最大持水率(%)；RO為平均自然含水率(%)；M為枯落物蓄積量(t/hm2)。

3 結(jié)果

3.1 不同植被類型枯落物蓄積量比較

由圖1可知在不同植被類型中枯落物的蓄積量不同，其中排序?yàn)槁淙~松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞ 繡線菊灌叢。由于植被類型不同，生長狀況不同，生長環(huán)境有差異等原因?qū)е虏煌脖活愋涂萋湮锏男罘e量不同。

3.2 不同植被類型枯落物最大持水量比較

枯落物干物質(zhì)的最大持水量和最大持水率是評價枯落物水源涵養(yǎng)的重要指標(biāo)，它反映了枯落物的持水能力。從表1中，可看出四種植被類型枯落物的最大持水量最大的為落葉松林 ，最小的為繡線菊灌叢。這種差異主要是由于植被類型不同、枯落物組成不同、枯落物分解程度不同等原因造成的。

3.3 不同植被類型枯落物持水量與浸水時間關(guān)系

枯落物與浸水時間的關(guān)系也是評價枯落物持水特征的重要指標(biāo)，由圖2可知，四種不同植被類型枯落物的持水量都是隨浸泡時間的推移呈現(xiàn)增長的趨勢，前4h，枯落物的持水量增加的速度較快，之后，基本不再增加，這種狀況是由枯落物的干燥程度決定的。這種結(jié)論其實(shí)和枯落物對降雨的攔蓄過程一致，在降雨前，枯落物干燥，此時對降雨的吸收 ，對水分的保持能力最強(qiáng)，當(dāng)枯落物的濕度達(dá)到一定程度時 ，對降雨 、對水分的保持能力則降低。圖中可看出枯落物持水量大小依次是：落葉松林、荊條灌叢、胡枝子灌叢、繡線菊灌叢。

對四種植被類型枯落物持水量和浸泡時間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得出表2的關(guān)系式，可以看出枯落物的持水量和浸水時間呈對數(shù)關(guān)系，而R2也接近0.9，呈較顯著關(guān)系。

表2枯落物持水量與浸水時間關(guān)系式

3.4 不同植被類型枯落物吸水速率與浸水時間關(guān)系

枯落物吸水速率越快則對降雨中吸收的地表水的效率也就越高，保持水土的能力也越大，由圖3可看出，四種不同植被類型枯落物的吸水速率隨時間的推移都呈現(xiàn)降低的趨勢，在前4h內(nèi)的降低速度較快，這也與枯落物的干燥程度有關(guān)，而且在各個時間段內(nèi)四種枯落物的吸水速率快慢依次是：落葉松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞ 繡線菊灌叢。 對四種不同植被類型枯落物吸水速率與浸水時間的關(guān)系進(jìn)行擬合得到表3的關(guān)系式，從表中可看出枯落物吸水速率與浸水時間呈指數(shù)關(guān)系 ，R2都接近0.9呈較顯著關(guān)系。

圖3吸水速率與浸水時間關(guān)系

表3吸水速率與浸水時間關(guān)系式

3.5 不同植被類型枯落物有效攔蓄量比較

在實(shí)際中，枯落物對降水的吸收能力并不能達(dá)到最大持水量，要想真實(shí)地反映出枯落物對降雨的攔蓄量和攔蓄能力還是要靠有效攔蓄量來表達(dá)。由表4可看出四種不同植被類型枯落物的有效攔蓄量排序?yàn)椋郝淙~松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞繡線菊灌叢。

表4不同植被類型枯落物的有效攔蓄量

4 結(jié)論

木蘭林場內(nèi)四種不同植被類型枯落物層的蓄積量排序?yàn)槁淙~松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞ 繡線菊灌叢，枯落物層最大持水量排序?yàn)槁淙~松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞ 繡線菊灌叢，最大持水率排序?yàn)槁淙~松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞ 繡線菊灌叢；有效攔蓄量為落葉松林 ＞ 荊條灌叢 ＞ 胡枝子灌叢 ＞繡線菊灌叢，由以上幾個結(jié)論可看出，無論是枯落物蓄積量還是枯落物最大持水量和有效攔蓄量，落葉松林都比其他三種灌叢要高，因此就這四種植被類型來說，落葉松林枯落物層的水文效應(yīng)最好，持水能力最強(qiáng)。