祁連山東段山地典型灌叢枯落物及土壤水源涵養(yǎng)功能研究

楊曉霞， 趙錦梅， 張 雪， 樊宇航， 張 斌， 王婧楠， 張碧艷

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其水源涵養(yǎng)功能是評估生態(tài)服務(wù)和功能價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)［1］，具有攔蓄洪水、調(diào)節(jié)徑流、凈化水質(zhì)、促進(jìn)全球水文循環(huán)、維持水量平衡等作用［2-3］。森林通過林冠層的截留、枯落物層吸持水，土壤層的蓄水等作用發(fā)揮水源涵養(yǎng)功能，蓄水保水能力的主體部分體現(xiàn)在枯落物層和土壤層，二者的持水量達(dá)到森林總涵養(yǎng)水量的85%［1,4］，也是監(jiān)測森林生態(tài)系統(tǒng)健康與否的重要環(huán)節(jié)［5-6］。枯落物在土壤表面的覆蓋，能夠使外界環(huán)境對土壤和地面植被的沖擊大大減弱［7］，使其免受雨滴打擊，起到保護(hù)土壤的作用，也能防止土壤水分蒸發(fā)、增加土壤水分入滲、減緩地表徑流等［8-11］。同時(shí)，枯落物是微生物能量和土壤養(yǎng)分的重要來源，通過分解增加土壤的孔隙度及腐殖質(zhì)含量，改良土壤性狀。土壤作為森林水文效應(yīng)的第三作用層，是水分和養(yǎng)分的調(diào)節(jié)器與儲存庫，森林土壤水分調(diào)控著大氣-植物-土壤3個(gè)界面之間物質(zhì)和能量的相互交換，對土壤水分入滲、林地蒸散和流域產(chǎn)流有直接影響［12］，大氣降水通過土壤孔隙的貯藏與調(diào)節(jié)供應(yīng)植物蒸騰、地表蒸發(fā)、水分交換，從而體現(xiàn)水源涵養(yǎng)功能。因此，對于枯落物和土壤水文特征的研究，有助于加深對森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能等機(jī)制和規(guī)律的認(rèn)識。

祁連山位于青藏高原、蒙新高原和黃土高原的交界帶［13］，是西北地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，該地區(qū)地理位置特殊、海拔梯度高，自然環(huán)境獨(dú)特、水系分布廣、植被種類豐富，其強(qiáng)大的水源涵養(yǎng)功能對青藏高原東北部乃至整個(gè)河西綠洲的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)安全均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［14］。為此，專家學(xué)者對祁連山區(qū)的森林水文效應(yīng)進(jìn)行了大量研究，內(nèi)容涉及森林對降水的截留［15］、林冠層生態(tài)水文效應(yīng)［16］、枯落物的水文效應(yīng)［17-18］、土壤水分變化規(guī)律［19-20］、森林對徑流和洪峰調(diào)節(jié)［21］等方面。從研究的目標(biāo)樹種來看，大多均集中在青海云杉等喬木樹種［16,22-23］。高寒地區(qū)獨(dú)特的氣候及地理位置，使得祁連山灌木林分布面積大，占祁連山區(qū)林業(yè)用地面積的67.32%［17］，涵蓄水總量在3×108m3以上［24］，灌木林對于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡的維持及水文的調(diào)節(jié)發(fā)揮著不可取代的作用，因此，很有必要明確該地區(qū)灌木林發(fā)揮的水源涵養(yǎng)效應(yīng)。為此本文選取了祁連山東段金強(qiáng)河河谷山生柳（Salix oritrepha）、硬葉柳（Salix sclerophylla）、繡線菊（Spiraea salicifolia）、頭花杜鵑（Rhododendron capitatum）、千里香杜鵑（Rhododendron thymifolium）、金露梅（Potentilla fruticosa）6種典型灌叢，探討該地區(qū)灌叢枯落物及土壤的水文特性，以期為祁連山高寒地區(qū)灌叢水源涵養(yǎng)功能的恢復(fù)與提升以及該地區(qū)的植被建設(shè)提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于祁連山東段的天祝金強(qiáng)河河谷（102°29′～102°33′E，37°11′～37°13′N），海拔為2955～3500 m。屬大陸性高原季風(fēng)氣候，紫外線輻射強(qiáng)，氣候寒冷潮濕，年平均氣溫為-0.1 ℃，最冷月1月的平均氣溫為-18.3 ℃，最熱月7 月的平均氣溫為12.7 ℃，年積溫為1380 ℃左右，氣溫變化大，水熱同期，無絕對無霜期，僅分冷、熱兩季（6～9 月為熱季，冷季長達(dá)到7 個(gè)月以上）。年日照時(shí)間、年蒸發(fā)量、年降水量分別為2663 h、1592 mm、476 mm，通常7～9月為降雨集中期，10月到次年4月為下雪期，陰坡灌叢下方覆蓋有苔蘚層。土層厚度在40～80 cm左右，pH值在7.0～8.2之間。從河漫灘到階地再到高山，土壤依次為亞高山草甸土、亞高山黑鈣土、亞高山栗鈣土、亞高山灌叢草甸土和高山灌叢草甸土［20］。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2020年10月，在祁連山東段金強(qiáng)河河谷選取海拔相對一致的山生柳、硬葉柳、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅灌叢，每類灌叢各設(shè)置3 個(gè)10 m×10 m的樣方，對樣方內(nèi)灌叢的基本特征進(jìn)行調(diào)查（表1）。

表1 樣地基本概況Tab.1 Basic situation of sample plots

2.2 枯落物收集及土壤樣品采集

在每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3 個(gè)50 cm×50 cm 的小樣方收集地表枯落物，稱鮮質(zhì)量后帶回實(shí)驗(yàn)室烘干備用。在收集完的對應(yīng)處挖土壤剖面，用容積為100 cm3環(huán)刀分別采集0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土樣，每層3次重復(fù)。

2.3 枯落物水文特征的測定與計(jì)算

取烘干的枯落物樣品各20 g 裝入大小統(tǒng)一的100 目尼龍袋內(nèi)浸沒于清水中，分別在浸泡0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h 撈起枯落物，靜置至無水滴滴落時(shí)用精度0.01 g 的電子天平稱枯落物濕重，每種枯落物設(shè)定3 個(gè)重復(fù)?？萋湮锍炙阅苤笜?biāo)按以下公式進(jìn)行計(jì)算［17］。式中：G鮮、G干、G浸、G24分別表示枯落物的鮮重、干重、浸泡對應(yīng)時(shí)間重量、浸泡24 h 后重量（g）；Gc、Gh、Ghmax、G攔、G攔max分別表示枯落物蓄積量、持水量、最大持水量、有效攔蓄量、最大攔蓄量（t·hm-2）；Kz、Kh、Khmax、K攔、K攔max分別表示枯落物自然含水率、持水率、最大持水率、有效攔蓄率、最大攔蓄率（%）；枯落物蓄積量計(jì)算公式中因小樣方邊長為50 cm×50 cm，面積即為2500 cm2，由1 g·2500 cm-2換算為0.04 t·hm-2。

2.4 土壤水文特征的測定與計(jì)算

采用環(huán)刀法測量土壤的容重和孔隙度等，土壤持水性能按以下公式進(jìn)行計(jì)算［12］。

式中：Wmax、Wm、Wmin分別為土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量（t·hm-2）；Pz、Pm、Pf分別為土壤的總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度（%）；h為土壤厚度（m）。本研究持水量計(jì)算土壤厚度取10 cm。

2.5 水源涵養(yǎng)功能的量化

2.6 數(shù)據(jù)分析處理

采用Microsoft Excel、SPSS 24.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 2018 繪圖，采用單因素方差分析和最小顯著法檢驗(yàn)組間差異性，通過多元回歸分析進(jìn)行函數(shù)擬合。

3 結(jié)果與分析

3.1 灌叢枯落物水文特征

3.1.1枯落物蓄積量 由圖1可知，6種灌叢枯落物蓄積量范圍為0.23～3.61 t·hm-2，山生柳灌叢枯落物蓄積量最大，為3.61 t·hm-2，顯著高于其他灌叢（P＜0.05）。具體來看，山生柳枯落物蓄積量分別比硬葉柳、繡線菊、金露梅、頭花杜鵑、千里香杜鵑多了1.53 t·hm-2、2.78 t·hm-2、2.87 t·hm-2、3.25 t·hm-2、3.38 t·hm-2，繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅4種灌叢枯落物蓄積量間無顯著差異（P＞0.05）。

圖1 枯落物蓄積量Fig.1 Litter accumulation

3.1.2枯落物持水性能 枯落物的持水量是森林水源涵養(yǎng)功能和水土保持能力的重要評價(jià)指標(biāo)之一。由圖2 可知，在6 種灌叢中頭花杜鵑枯落物自然含水率顯著最高（151.83%，P＜0.05），繡線菊最?。?3.7%），山生柳、硬葉柳、千里香杜鵑3個(gè)灌叢間及繡線菊和金露梅2個(gè)灌叢間的枯落物自然含水率無顯著差異（P＞0.05）。由圖3 可知，山生柳灌叢枯落物最大持水量顯著最高（10.59 t·hm-2），分別是硬葉柳、金露梅、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑枯落物持水量的1.80、5.40、6.01、13.07、18.58 倍，最大持水量在6 種灌叢枯落物之間均存在顯著差異（P＜0.05）。山生柳和硬葉柳枯落物的最大持水率顯著高于金露梅、千里香杜鵑、頭花杜鵑、繡線菊灌叢（P＜0.05），最大持水率從大到小依次為山生柳（293.28%）、硬葉柳（282.75%）、金露梅（262.60%）、千里香杜鵑（247.30%）、頭花杜鵑（222.50%）、繡線菊（212.65%）。

圖2 枯落物自然含水率Fig.2 Natural moisture content of litter

圖3 枯落物最大持水量和最大持水率Fig.3 Maximum water holding capacity and maximum water holding rate of litter

3.1.3枯落物持水過程比較 6 種灌叢枯落物的持水量隨時(shí)間的延長而增大，吸水速率逐漸減小，當(dāng)浸水時(shí)間超過12 h 后，持水量逐漸趨于穩(wěn)定（圖4）。持水量的動態(tài)變化過程可以分為3 個(gè)階段：迅速吸水階段：在0～2 h 內(nèi)，6 種枯落物大量、迅速吸水，0.5 h 內(nèi)是吸水最快的階段，0.5 h 時(shí)吸水速率達(dá)到最大值，此時(shí)山生柳、硬葉柳、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅分別為：3104.33 g·kg-1·h-1、2988.67 g·kg-1·h-1、2430.33 g·kg-1·h-1、1565.33 g·kg-1·h-1、2389.00 g·kg-1·h-1、2610.00 g·kg-1·h-1。在0.5～2 h 之間，枯落物持續(xù)吸水，但是增加幅度相對緩慢，吸水速率整體呈現(xiàn)迅速減小趨勢。在浸水2 h 時(shí)，山生柳、硬葉柳、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅的持水量分別達(dá)到最大持水量的77.62%、76.25%、77.00%、55.69%、67.36%、69.40%。緩慢吸水階段：在4～12 h內(nèi)，枯落物的持水量雖然在增加，但是增加的速率比較緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0～2 h，在吸水12 h時(shí)，山生柳、硬葉柳、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅的持水量分別達(dá)到最大持水量的98.14%、96.32%、98.04%、94.41%、96.99%、96.86%，基本接近最大值。平穩(wěn)吸水階段：12 h后，枯落物持水量保持少量增加的狀態(tài)，逐漸趨于穩(wěn)定，吸水速率保持減小的趨勢，并逐漸靠近0，枯落物持水基本飽和?？萋湮锏某炙饔弥饕憩F(xiàn)在降雨前期的前2 h以內(nèi)，尤其是前0.5 h內(nèi)。

圖4 枯落物持水量、吸水速率與浸水時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Relationship between water holding capacity,water absorption rate and soaking time of litter

對6 種灌叢枯落物持水量、吸水速率分別與浸泡時(shí)間進(jìn)行回歸分析擬合（表2），均表現(xiàn)出較好的相關(guān)性，持水量（Y）與浸泡時(shí)間（t）的決定系數(shù)（R2）均在0.967 以上，兩者擬合符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系：Y=klnt+b；吸水速率（V）與浸泡時(shí)間（t）的決定系數(shù)（R2）均在0.823以上，兩者擬合符合冪函數(shù)關(guān)系：V=Ktn。

表2 枯落物持水量、吸水速率與浸水時(shí)間的回歸擬合方程Tab.2 Regression fitting equations of water holding capacity,water absorption rate and soaking time of litter

3.1.4枯落物的攔蓄性能 由圖5 可知，山生柳灌叢枯落物最大攔蓄量最大，為6.88 t·hm-2，顯著高于其余5 種灌叢（P＜0.05），頭花杜鵑最小，為0.26 t·hm-2，繡線菊、金露梅和頭花杜鵑、千里香杜鵑的枯落物最大攔蓄量之間差異顯著（P＜0.05）。不同灌叢枯落物最大攔蓄率范圍為70.67%～211.48%，金露梅灌叢枯落物最大攔蓄率最大，為211.48%，與其余5種灌叢差異顯著（P＜0.05），山生柳和硬葉柳枯落物最大攔蓄率顯著高于繡線菊、千里香杜鵑、頭花杜鵑（P＜0.05）。一般來說，枯落物的最大攔蓄量大于枯落物對降雨的實(shí)際攔蓄情況，因此，采用有效攔蓄量和有效攔蓄率來反映枯落物的實(shí)際攔蓄情況［8］。不同灌叢枯落物有效攔蓄量范圍為0.14～5.29 t·hm-2，山生柳灌叢枯落物的有效攔蓄量最大，為5.29 t·hm-2，顯著高于硬葉柳、金露梅、繡線菊、千里香杜鵑、頭花杜鵑（P＜0.05），分別高出2.37 t·hm-2、4.01 t·hm-2、4.15 t·hm-2、5.03 t·hm-2、5.15 t·hm-2?？萋湮镉行r蓄率范圍為37.29%～172.09%，金露梅枯落物有效攔蓄率顯著大于其余5 種（P＜0.05），分別是山生柳、硬葉柳、繡線菊、千里香杜鵑、頭花杜鵑的1.17、1.22、1.26、1.54、4.61 倍，從大到小依次為金露梅（172.09%）、山生柳（146.46%）、硬葉柳（140.57%）、繡線菊（137.05%）、千里香杜鵑（111.43%）、頭花杜鵑（37.29%），在千里香杜鵑和頭花杜鵑之間枯落物有效攔蓄率差異顯著（P＜0.05）。

圖5 枯落物攔蓄量與攔蓄率Fig.5 Storage capacity and storage rate of litter

3.2 灌叢土壤水文特征

3.2.1土壤容重及孔隙度 土壤容重是衡量森林土壤性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其大小與土壤持水能力息息相關(guān)。由表3可知，在0～60 cm 土層中，千里香杜鵑灌叢土壤的容重（0.69 g·cm-3）顯著低于其余5 種灌叢（P＜0.05），說明千里香杜鵑土壤最疏松，山生柳土壤容重最大（0.95 g·cm-3），山生柳、硬葉柳、繡線菊土壤容重顯著高于金露梅、頭花杜鵑、千里香杜鵑（P＜0.05），說明陽坡土壤較陰坡緊實(shí)。土壤的總孔隙度、毛管孔隙度均為千里香杜鵑最大、繡線菊最小，千里香杜鵑、頭花杜鵑、金露梅土壤的總孔隙度和毛管孔隙度顯著高于山生柳、硬葉柳、繡線菊（P＜0.05）。6種灌叢土壤非毛管孔隙度之間無顯著差異（P＞0.05），從大到小依次為硬葉柳（5.21%）、頭花杜鵑（5.20%）、繡線菊（4.94%）、千里香杜鵑（4.74%）、金露梅（4.34%）、山生柳（4.20%）。從土壤的垂直剖面來看，隨著土層的向下延伸，容重逐漸增大，但山生柳、硬葉柳、繡線菊3 種灌叢20～40 cm土層土壤容重大于40～60 cm，這可能與植株根系分布密度格局有關(guān)，不同土層間、不同灌叢間容重差異顯著（P＜0.05）。總孔隙度變化趨勢與土壤容重相反，也就是隨著土層深度的增加，孔隙度逐漸減小，但陽坡山生柳、硬葉柳、繡線菊40～60 cm 土層總孔隙高于20～40 cm，兩土層間差異均不顯著（P＞0.05），千里香杜鵑10～20 cm 總孔隙度高于0～10 cm，兩土層間差異不顯著（P＞0.05）。

表3 灌叢土壤物理性質(zhì)和水文特征Tab.3 Soil physical properties and hydrological characteristics of shrubland

3.2.2土壤持水能力 土壤的容重、孔隙度影響著土壤的持水能力，土壤疏松、孔隙度大，水分能較長時(shí)間的留在土壤中。由表3可知，以每10 cm土壤厚度來看，千里香杜鵑灌叢土壤的最大持水量、毛管持水量均最大，分別為687.46 t·hm-2、640.11 t·hm-2。千里香杜鵑、頭花杜鵑、金露梅土壤的最大持水量、毛管持水量均顯著高于山生柳、硬葉柳、繡線菊3種灌叢（P＜0.05），土壤的最大持水量依次為千里香杜鵑（687.46 t·hm-2）＞頭花杜鵑（686.08 t·hm-2）＞金露梅（666.62 t·hm-2）＞硬葉柳（623.36 t·hm-2）＞山生柳（622.79 t·hm-2）＞繡線菊（609.44 t·hm-2），毛管持水量依次為千里香杜鵑（640.11 t·hm-2）＞頭花杜鵑（634.08 t·hm-2）＞金露梅（623.26 t·hm-2）＞山生柳（580.77 t·hm-2）＞硬葉柳（571.30 t·hm-2）＞繡線菊（560.07 t·hm-2）。6 種灌叢土壤最小持水量變化趨勢和土壤非毛管孔隙度一致，依次為硬葉柳（52.07 t·hm-2）＞頭花杜鵑（52.00 t·hm-2）＞繡線菊（49.37 t·hm-2）＞千里香杜鵑（47.35 t·hm-2）＞金露梅（43.36 t·hm-2）＞山生柳（42.02 t·hm-2），6種灌叢間均無顯著差異（P＞0.05）。從土壤的垂直剖面來看，土壤的最大持水量、毛管持水量、最小持水量均隨著土層深度的增加而減小，但陽坡山生柳、硬葉柳、繡線菊40～60 cm 土層高于20～40 cm，兩土層之間差異不顯著（P＞0.05），千里香杜鵑的最大持水量、毛管持水量10～20 cm 高于0～10 cm?？傮w來看，陰坡土壤的性狀優(yōu)于陽坡，這可能與陰坡灌叢枯落物下方的苔蘚層和水熱條件有關(guān)。

3.3 不同灌叢水源涵養(yǎng)功能

本文采用坐標(biāo)綜合評定法，把不同的量綱歸一化，得出綜合評價(jià)的結(jié)果。從表4可以看出，山生柳灌叢的枯落物蓄積量、持水量、攔蓄量均為最優(yōu)，土壤蓄水能力最低，硬葉柳、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑的土壤蓄水能力相對較好。由綜合排序結(jié)果可以看出，水源涵養(yǎng)功能最強(qiáng)的是山生柳灌叢（0.0376），比其他灌叢低0.7～3.5 個(gè)數(shù)量級，其次分別是硬葉柳（0.7385）、金露梅（2.3471）、繡線菊（2.5302）、頭花杜鵑（3.2114）、千里香杜鵑（3.4583）。

表4 灌叢水源涵養(yǎng)功能指標(biāo)及排序Tab.4 Indices and rankings of shrub water conservation function

4 討論

4.1 枯落物的蓄積量

枯落物蓄積量的大小受枯落物樹種、林齡、郁閉度、當(dāng)?shù)丨h(huán)境、人為活動、林分密度、坡向等多種因素的影響［8,26］。本研究中6 種灌叢枯落物蓄積量的范圍為0.23～3.61 t·hm-2。蓄積量值低于趙錦梅等［27］2014 年在祁連山的研究，可能是因?yàn)榻陙?，該地區(qū)冬季放牧等人為活動的影響，使得灌叢葉片、枝條、枯落物減少，進(jìn)而影響了枯落物的蓄積。6 種灌叢枯落物蓄積量陽坡灌叢高于陰坡，與牛勇等［26］的研究一致，這是因?yàn)殛柶鹿庹諒?qiáng)、枯落物及土壤的濕度相對于陰坡小，有利于枯落物的積累，研究區(qū)山生柳、硬葉柳的郁閉度相對較大，其冠幅、高度均大于其余灌叢，林冠層遮蓋了大部分的光照，導(dǎo)致灌叢本身下層的枝條和草本植物缺乏充足的光照死亡，使其分解速度減緩［28］，因此山生柳灌叢的蓄積量最大、硬葉柳其次。繡線菊、金露梅等的冠幅較小，產(chǎn)生的枯枝落葉較少，蓄積量小于山生柳與硬葉柳，頭花杜鵑和千里香杜鵑為常綠小灌木，所以枯落物蓄積量值遠(yuǎn)低于山生柳、硬葉柳、繡線菊、金露梅4種落葉灌叢枯落物。

4.2 枯落物持水與攔蓄性能

枯落物的持水量與蓄積量、分解程度、枯落物組成［29］等有關(guān)，6 種灌叢枯落物最大持水量從大到小依次為山生柳、硬葉柳、金露梅、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑，最大持水量與蓄積量呈正相關(guān)關(guān)系，與已有研究結(jié)果相似［1］，但是金露梅和繡線菊的蓄積量和最大持水量恰好相反，分析認(rèn)為，枯落物的主要成分為葉片和少量枝條，金露梅的葉片輕，但是葉柄和花梗有絹毛或長柔毛，增加了和水分的接觸面積，有助于葉片吸水［30］，導(dǎo)致了金露梅的蓄積量小于繡線菊，最大持水量大于繡線菊。本研究中發(fā)現(xiàn)，枯落物的持水量與浸水時(shí)間符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系，吸水速率與浸水時(shí)間符合冪函數(shù)關(guān)系。這與眾多學(xué)者［17,31-32］的研究結(jié)論一致。

根據(jù)枯落物攔蓄性能的計(jì)算可知，枯落物的攔蓄量與植物自身吸水能力、自然含水率、最大持水率、蓄積量等息息相關(guān)。本研究中，6種灌叢的最大攔蓄量和有效攔蓄量均為山生柳＞硬葉柳＞金露梅＞繡線菊＞千里香杜鵑＞頭花杜鵑，與最大持水量的變化趨勢一致，說明枯落物的攔蓄量與最大持水量之間存在正相關(guān)。最大攔蓄率和有效攔蓄率從大到小依次為金露梅、山生柳、硬葉柳、繡線菊、千里香杜鵑、頭花杜鵑。有效攔蓄量和有效攔蓄率的變化趨勢略有差異，因?yàn)榻鹇睹返淖畲蟪炙瘦^大，自然含水率較小，致使其最大攔蓄率和有效攔蓄率最大。而攔蓄量還與蓄積量相關(guān)。金露梅的蓄積量較小，所以金露梅的最大攔蓄量和有效攔蓄量低于山生柳和硬葉柳，而攔蓄率高于山生柳和硬葉柳。

4.3 土壤的水文特征

土壤持水能力是評價(jià)森林水源涵養(yǎng)功能的重要指標(biāo)［29］，受到土壤孔隙度、土壤容重、土壤粒徑、土壤結(jié)構(gòu)和實(shí)際表面積等綜合因素的影響［1］，容重和孔隙度是反映土壤物理性質(zhì)的重要參數(shù)。本研究中，各灌叢土壤的容重與最大持水量呈負(fù)相關(guān)，容重的高低決定了土壤總孔隙度的多少，進(jìn)而影響了土壤的持水量，容重越小，土壤越疏松，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，總孔隙度占比越高，土壤持水能力越高，越有利于攔蓄降水，容重越大則反之。千里香杜鵑灌叢土壤的容重最小，總孔隙度最高，因此千里香杜鵑灌叢的土壤性狀最好。從整體來看，陰坡頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅3 種灌叢下土壤的性狀優(yōu)于陽坡土壤，持水量也高于陽坡。一方面這可能是因?yàn)楣鄥灿捎谄渖飳W(xué)特性的差異，對土壤理化性質(zhì)的影響不一致，進(jìn)而影響了土壤的蓄水功能［1］；另一方面陰坡灌叢枯落物下方具有一定量的苔蘚，陰坡的低溫、弱光照，較小的灌叢郁閉度，使得苔蘚具有較高的光合速率，致使生長良好［33-34］，具有很強(qiáng)的吸水保水能力，增加了土壤的持水性能。從各灌叢土壤的垂直剖面看，陽坡山生柳、硬葉柳、繡線菊3 種灌叢20～40 cm土層的容重大于40～60 cm土層，這與趙錦梅等［27］在2014 年對于陽坡柳灌叢的研究結(jié)論一致，土壤總孔隙度、持水量變化和容重恰好相反，從大到小依次為0～10 cm、10～20 cm、40～60 cm、20～40 cm，這可能是因?yàn)殛柶鹿鄥补诜叨容^大，根系發(fā)達(dá)且延伸至深層，土壤動物活動頻繁，孔隙度高，所以40～60 cm 土層較20～40 cm 土層疏松［35］。千里香杜鵑灌叢土壤10～20 cm總孔隙度、持水量均高于0～10 cm，這可能是因?yàn)?0～20 cm 是千里香杜鵑活根比值最高、同時(shí)也是粗根比例較高的土層［36］，土壤空隙較大，因此能夠儲存較多的水分。

4.4 水源涵養(yǎng)功能綜合評價(jià)

從水源涵養(yǎng)功能綜合分析來看，山生柳灌叢的水源涵養(yǎng)功能明顯高于其余5 種灌叢，隨之依次為硬葉柳、金露梅、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑。山生柳具有較高水源涵養(yǎng)功能源自于其較大的林冠層具有減弱雨滴降落速度及較強(qiáng)降雨截留能力、地表枯落物的大量蓄積具有減緩林分穿透雨沖刷地表及減少土壤表面水分蒸發(fā)作用，而有研究發(fā)現(xiàn)［37］繡線菊灌叢的截留量最高，隨之依次為硬葉柳、山生柳、頭花杜鵑、金露梅，千里香。由此可以看出，枯落物的蓄積在水源涵養(yǎng)功能中起著至關(guān)重要的作用。

5 結(jié)論

通過對祁連山東段山地典型灌叢枯落物及土壤水文特征的研究，得出以下主要結(jié)論：

（1）山生柳灌叢的蓄積量、最大持水量、最大持水率、有效攔蓄量均優(yōu)于硬葉柳、繡線菊、頭花杜鵑、千里香杜鵑、金露梅5種灌叢。千里香杜鵑灌叢土壤的容重最小，總孔隙度、最大持水量最大，土壤性狀相對最優(yōu)。

（2）采用坐標(biāo)綜合評定法對不同灌叢的水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了綜合評價(jià)，得到水源涵養(yǎng)功能最好的灌叢是山生柳（0.0376），其次為硬葉柳（0.7385）、金露梅（2.3471）、繡線菊（2.5302）、頭花杜鵑（3.2114）、千里香杜鵑（3.4583）。

（3）綜上，在今后祁連山森林經(jīng)營活動中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對灌叢枯落物的保護(hù)與監(jiān)管力度，調(diào)整放牧的頻次與頻率，同時(shí)應(yīng)在考慮當(dāng)?shù)氐乩砦恢?、水熱條件、放牧情況下，充分利用不同灌叢枯落物和土壤水文功能的差異，適當(dāng)?shù)脑黾由缴鴺浞N，以提升該地區(qū)灌叢的持水能力，更大限度的發(fā)揮灌叢涵養(yǎng)水源的功能，為青藏高原東北部乃至整個(gè)河西綠洲的水分循環(huán)及生態(tài)安全發(fā)揮作用。但是，由于水源涵養(yǎng)功能受到林冠層、枯落物層、土壤層等眾多因素的影響，文中僅對枯落物層和土壤層進(jìn)行了研究，后續(xù)需要對林冠層、苔蘚層、土壤的滲透性、抗蝕抗沖刷、枯落物分解等綜合進(jìn)行研究評價(jià)，以便能更好的解釋灌叢水源涵養(yǎng)功能的機(jī)制。