冀西北坡位對油松林枯落物持水性能的影響

梁世興　孟祥嵩　劉海翔　楊新兵　郭建軍

摘要 為了解坡位對枯落物持水特征的影響，采用樣地調(diào)查和室內(nèi)浸泡法對油松林不同坡位枯落物持水特性進行研究。結(jié)果表明：枯落物蓄積量和自然含水率坡下>坡上，枯落物持水量隨時間呈對數(shù)關(guān)系，枯落物吸水速率隨時間增加而減小，呈指數(shù)關(guān)系;枯落物最大持水量、有效攔蓄量和有效攔蓄率均為坡上>坡下。綜合對比得出油松林坡下枯落物持水性能優(yōu)于坡上。

關(guān)鍵詞 冀西北;枯落物;坡位;枯落物水文

中圖分類號：S791.254文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.008

Effect of Slope Position on Water-holding Characteristics of Litter in Pinus tabulaeformis Forest in Northwest Hebei

Liang Shixing Meng Xiangsong Liu Haixiang Yang Xinbing Guo Jianjun

（1.Zhuolu Forest Farm of Zhangjiakou，Zhangjiakou 075600，Hebei;2. College of Forestry，Hebei Agricultural University，Baoding 071000，Hebei;3. Saibei Forest Farm of Zhangjiakou City （State-owned Forest Farm Administration Office of Zhangjiakou City），Zhangjiakou 075000，Hebei）

AbstractSlope position is an important factor affecting the characteristics of water holding capacity of litter. In this paper，the characteristics of water holding capacity of litter in different slope positions of Pinus tabulaeformis were studied by sampling investigation and indoor soaking method. The results showed that the volume and natural water content of litter under slope were higher than those of litter on slope. The water capacity of litter showed a logarithmic relationship with time. The water absorption rate of litter decreased exponentially with the increase of time. The maximum water holding capacity，effective storage capacity and effective storage rate of litter were up-slope>down-slope. The results showed that the water holding capacity of litter under slope was better than that on slope in P.? tabuliformis forest.

Key wordsnorthwest Hebei;litter;slope;litter hydrological

森林枯落物對降水的截持、水分的吸收、地表徑流的減緩、土壤組成的改善等具有重要作用，是評價林分水土保持功能的重要指標[1]。由于樹種組成、立地條件、干擾因素等的差異，形成不一樣的森林枯落物水文特性。董輝等[2]對東莞市5種生態(tài)公益林的最大持水量、有效攔蓄量研究表明，濕地松-九節(jié)林>馬占相思-嶺南山竹子林>浙江潤楠-豺皮樟林>木荷-油茶林>桉樹-鵝掌柴林。杜雪等[3]研究表明，隨采伐強度增加，枯落物未分解層和分解層最大持水量和有效攔蓄量均呈現(xiàn)降-升-降的規(guī)律，而半分解層則表現(xiàn)為升-降-升的趨勢。王安寧等[4]對冀北木蘭圍場沙坡荒地不同坡位黃柳沙障內(nèi)枯落物研究發(fā)現(xiàn)，不同坡位枯落物蓄積量、自然含水率差異不明顯，枯落物持水和吸水隨時間變化趨勢相同。目前大多數(shù)有關(guān)枯落物持水性能的研究仍集中在不同林分之間的差異性研究上，但關(guān)于影響枯落物持水性能的坡位因素研究較少。為探究坡位對水源保護林枯落物持水性能的影響，本文選取張家口市涿鹿林場營造最多的水源保護林樹種油松（Pinus tabuliformis）為對象，研究坡位對枯落物持水性能的影響，以期為當?shù)厮幢Ｗo林的經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

涿鹿縣地處39°40′—40°39′ N，114°55′—115°31′ E，位于張家口市東南部，屬于太行山余脈與燕山山脈交匯處，是官廳水庫主要匯水區(qū)和北京周邊重要生態(tài)區(qū)。海拔500～2 800 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量372.7 mm，夏季短暫炎熱、多雨，秋冬季較長，有較長的霜凍期，年均氣溫9.1 ℃，極端高溫39.2 ℃，極端低溫-23.9 ℃。土壤類型以褐土為主。植被類型以落葉闊葉林、針闊混交林為主。主要造林樹種以油松、華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）為主。

2 研究方法

2.1 標準地設(shè)置

在涿鹿林場寇家溝林區(qū)選擇人工油松純林，樣地規(guī)格50 m×50 m（垂直投影面積），記錄樣地的地理因子和測樹因子（坡度32°，海拔1 420 m，平均胸徑16.2 cm，平均樹高9.4 m，郁閉度0.5）。在樣地內(nèi)坡上和坡下分別隨機選取3個1 m×1 m的樣方（坡上和坡下水平距離約為40 m），用鋼尺測量枯落物分解層和半分解層厚度，并分別搜集裝入塑封袋帶回室內(nèi)稱質(zhì)量。將取回的枯落物樣品自然風(fēng)干后用于測定枯落物持水性能。取部分樣品置于80 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，稱量結(jié)果即為枯落物干質(zhì)量，計算枯落物蓄積量。E19B0AF6-8299-42FC-A669-1A3563D4FA1A

2.2 枯落物持水性能測定

運用室內(nèi)浸泡法測定。將風(fēng)干枯落物取樣稱質(zhì)量，裝入1 mm×1 mm孔隙的尼龍網(wǎng)袋中，做好標記，放入盛有清水的桶中，樣品要完全浸沒，分別測定浸泡0.5、1、2、4、6、8、24 h的質(zhì)量變化，按文獻[5]計算各浸泡時間枯落物持水量、持水率、有效攔蓄量、有效攔蓄率及吸水速率。

用Excel和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同坡位油松枯落物蓄積量和自然含水率差異

枯落物蓄積量受林分結(jié)構(gòu)、枯落物分解速率、氣象、人為活動等因素的影響[6]。由表1可知：不同坡位油松林枯落物的厚度坡下（6.40 cm）>坡上（5.93 cm），蓄積量坡下（5.2 t·hm^-2）>坡上（2.8 t·hm^-2），自然含水率坡下（11.02%）>坡上（8.58%）。坡下枯落物蓄積量和自然含水率均高于坡上枯落物。一般來說，枯落物層越厚，其蓄積量越大，坡下油松林枯落物厚度大于坡上，故其蓄積量也大于坡上。

3.2 不同坡位油松枯落物持水過程

3.2.1 枯落物持水量

枯落物持水量與浸水時間的關(guān)系也能反映出枯落物的持水特性，通常來說，枯落物持水量與浸水時間呈對數(shù)關(guān)系[7]。由圖1可知，油松林坡下坡上枯落物持水量隨浸水時間變化趨勢均呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系，在0～24 h內(nèi)持水量增長速度隨時間增加逐漸變緩，但坡下枯落物持水量整體大于坡上枯落物。

3.2.2 枯落物吸水速率

枯落物的吸水速率能反映枯落物的水土保持、攔截徑流的能力。由圖2可知，不同坡位的枯落物吸水速率和浸水時間的變化趨勢基本一致，即枯落物的吸水速率隨時間增加逐漸降低，前4 h吸水速率下降強烈，隨時間增加下降速度逐漸減緩。且枯落物吸水速率與浸水時間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。坡下枯落物與坡上枯落物吸水速率幾乎沒有差異，但坡下枯落物稍微略高于坡上。

3.3 不同坡位油松枯落物持水能力比較

枯落物的持水能力通常由持水率和持水量體現(xiàn)。由圖3可知，枯落物的最大持水率坡下>坡上，枯落物平均最大持水率坡下>坡上，枯落物最大持水量坡下>坡上，總最大持水量坡下>坡上?？萋湮锍炙芰εc蓄積量呈正相關(guān)關(guān)系，這符合枯落物蓄積量的變化規(guī)律。

3.4 不同坡位油松枯落物有效攔蓄能力比較

有效攔蓄量和有效攔蓄率可以反映枯落物的實際攔蓄能力。由圖4可知，油松林枯落物有效攔蓄率坡下>坡上，枯落物有效攔蓄量坡下>坡上。坡下枯落物的攔蓄能力高于坡上。

4 結(jié)論與討論

森林枯落物厚度和蓄積量與林分的生產(chǎn)能力和分解能力有關(guān)，一般來說，枯落物厚度越大，蓄積量越大，森林的水源涵養(yǎng)能力越好。本研究顯示，涿鹿林場油松林坡下枯落物厚度大于坡上枯落物，坡下枯落物蓄積量大于坡上，和剪文灝等[8]的研究相似。可能原因是坡下草本植物更多，植被覆蓋度更高，枯落物更易聚集。

枯落物自然含水率代表自然狀態(tài)下枯落物的持水能力，其受氣候、坡位、枯落物蓄積量等的影響。本研究顯示，涿鹿林場油松林坡下枯落物自然含水率大于坡上，符合坡下枯落物自然含水率更大的規(guī)律?？萋湮锏某炙亢臀芰εc枯落物蓄積量、自然含水率和分解速率有關(guān)[9]。本研究表明，涿鹿林場油松林坡下枯落物持水量和吸水速率均大于坡下，且持水量增長速度與吸水速率隨時間增加逐漸減小，這與孫萌等[9]的研究結(jié)果相似。從攔蓄能力看，涿鹿林場油松林坡下枯落物有效攔蓄率和有效攔蓄量均大于坡上，符合前文坡下枯落物蓄積量和吸水能力均大于坡上的結(jié)論。

冀西北油松水源涵養(yǎng)林枯落物的蓄積量、自然含水率、最大持水量、有效攔蓄量、有效攔蓄率均為坡下>坡上。坡下的枯落物持水特性更好，可以更好地發(fā)揮枯落物的水文效應(yīng)。且坡下距離人類活動場所更近，在今后的森林經(jīng)營中要更加注重保護，減少人為活動的破壞，以期可以提供更好的森林水源涵養(yǎng)能力。

參考文獻：

[1] 王禮先，朱金兆. 水土保持學(xué)[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，2005：84

[2] 董輝，嚴朝東，蘇純蘭，等. 東莞5種生態(tài)公益林枯落物及土壤水文效應(yīng)[J].水土保持學(xué)報，2021，35（5）：144-149，160

[3] 杜雪，王海燕，耿琦，等. 云冷杉針闊混交林枯落物持水性能[J].水土保持學(xué)報，2021，35（2）：361-368

[4] 王安寧，藺鑫，穆楓，等. 冀北木蘭圍場沙荒坡地不同坡位黃柳沙障內(nèi)枯落物的持水性能[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，40（1）：98-107

[5] 趙鵬，馬佳明，李艷茹，等. 太行山典型區(qū)域不同林分類型枯落物水文效應(yīng)[J].水土保持學(xué)報，2020，34（5）：176-185

[6] 彭少麟，劉強.森林凋落物動態(tài)及其對全球變暖的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報，2002（9）：1534-1544

[7] 許小明，鄒亞東，孫景梅，等. 黃土高原北洛河流域林地枯落物特征及水分吸持效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報，2021，41（13）：5153-5165

[8] 剪文灝，李淑春，陳波，等. 冀北山區(qū)三種典型森林類型枯落物水文效應(yīng)研究[J].水土保持研究，2011，18（5）： 144-147

[9] 孫萌，張雪梅，牛寶清，等. 河北太行山干旱片麻巖山地坡面枯落物持水特性[J].林業(yè)科技開發(fā)，2014，28（3）：39-43E19B0AF6-8299-42FC-A669-1A3563D4FA1A