冀北地區(qū)不同林分枯落物層的持水能力分析

李娟 萬超 米澤明 谷建才 盧金平

摘要采用樣地調(diào)查和室內(nèi)浸泡法，對河北省木蘭圍場國有林場孟灤分場3種不同林分枯落物的持水能力進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：枯落物的蓄積量為針闊混交林>油松林>蒙古櫟林；枯落物的吸水速率在未分解層和半分解層中均表現(xiàn)為針闊混交林>蒙古櫟林>油松林。在未分解層中最大持水量為蒙古櫟林（2931.7）>針闊混交林（2477.6）>油松林（1504.8）；而在半分解層中最大持水量為針闊混交林（2801.2）>蒙古櫟林（2718.3）>油松林（1128.4）。枯落物的有效攔蓄量未分解層和半分解層均表現(xiàn)為油松林>蒙古櫟林>針闊混交林。蒙古櫟林的持水能力優(yōu)于其他2種林分類型。

關(guān)鍵詞枯落物層；蓄積量；吸水速率；最大持水量

中圖分類號：S715.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.005

AnalysisofWaterHoldingCapacityofLitterLayerinDifferentStandsinNorthernHebeiProvince

LiJuan1，WanChao2，MiZeming2，GuJiancai2，LuJinping1

（1.HebeiMulanPaddockState-ownedForestFarm，Chengde068450，China;2.CollegeofForestry，HebeiAgriculturalUniversity，Baoding071000，China）

AbstractWiththemethodofsampleplotinvestigationandindoorimmersion，thewaterholdingcapacityoflitterinthreedifferentstandsofMengluanBranchofHebeiMulanPaddockState-ownedForestFarminwasstudied.Theresultsshowedasfollows：theorderoflittervolumefromlargetosmallwasconiferousandbroad-leavedmixedforest，Pinustabuliformis，Castaneamollisssima;thewaterabsorptionrateoflitterintheundecomposedlayerandsemi-decomposedlayerwasconiferousandbroad-leavedmixedforest>Castaneamollisssima>Pinustabuliformis.ThemaximumwaterholdingcapacityintheundecomposedlayerwasCastaneamollisssima（2931.7）>coniferousandbroad-leavedmixedforest（2477.6）>Pinustabuliformis（1504.8），whileinthesemi-decompositionlayer，themaximumwaterholdingcapacityfromhightolowwasconiferousandbroad-leavedmixedforest（2801.2）>Castaneamollisssima（2718.3）>Pinustabuliformis（1128.4）.Theeffectiveretentionamountoflitterintheundecomposedlayerandthesemi-decomposedlayershowedPinustabulaeformis>Castaneamollisssima>mixedconiferousandbroad-leavedforest.ThewaterholdingcapacityofCastaneamollisssimawasbetterthanthatoftheothertwostandstypes.

Keywordslitterlayer;stockvolume;waterabsorptionrate;maximumwaterholdingcapacity

枯落物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它是森林生態(tài)系統(tǒng)在自然演替中產(chǎn)生的物質(zhì)并歸還到林地表面，主要包括林木及林下植被凋落的樹皮、枯枝、繁殖器官、枯葉、野生動物的殘骸及其代謝產(chǎn)物、枯死的草本和樹根等[1，2]?？萋湮飳咏Y(jié)構(gòu)疏松，能夠吸收地表水，削弱地表徑流，在改善土壤結(jié)構(gòu)和減少土壤侵蝕方面有著十分重要的作用[3-5]。以往國內(nèi)外學(xué)者對枯落物持水能力的研究方面，針對范圍往往較廣，而本文通過對河北省木蘭圍場國有林場孟灤分場的蒙古櫟（Quercusmongolica）林、油松（Pinustabulaeformis）林和針闊混交林3種林分枯落物層持水能力的研究，能夠?yàn)榧奖钡貐^(qū)，特別是冀北山區(qū)森林經(jīng)營提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河北省木蘭圍場國有林場孟灤分場。地理坐標(biāo)為41°52′—42°01′N、116°49′—116°59′E。研究區(qū)海拔為1000～1880m，為大陸性季風(fēng)型山地氣候。年均氣溫為4℃，年均降水量為380～560mm。冬季寒冷干燥，夏季涼爽無酷暑，春季和秋季風(fēng)沙天氣較多，降水和氣溫的最大值同時(shí)出現(xiàn)，春季偏干旱，白天與夜間的溫差較大。

土壤多為壤土、褐土、風(fēng)沙土等。主要喬木樹種為華北落葉松（Larixprincipis-rupprechtii）、油松、柞樹（Quercusmongolica）、五角楓（Acermono）等。林區(qū)內(nèi)有高等維管植物600多種，林下植物有并頭黃芩（Scutellariascordifolia）、斑葉堇菜（Violavariegata）、唐松草（Thalictrumaquilegiifolium）等。

1.2研究方法

1.2.1樣地設(shè)置

在前期踏查的基礎(chǔ)上，于2021年７月中旬至下旬在河北省木蘭圍場國有林場孟灤分場設(shè)置試驗(yàn)樣地。在3種不同林分中，每個林分設(shè)置3個樣地，樣地規(guī)格為30m×20m。在樣地中進(jìn)行基本情況調(diào)查，對各樣地內(nèi)的林木進(jìn)行胸徑、樹高、冠幅等的測定。各樣地基本信息見表1。

1.2.2樣品采集與測定

在3種不同林分類型下的每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)呈“S”形設(shè)置3個1m×1m的小樣方作為枯落物樣方，測量樣方內(nèi)未分解層和半分解層厚度，采用分層全部收獲法，將未分解層和半分解層分別放入密封袋中，做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室，放到70～80℃的烘箱烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算枯落物的蓄積量。利用固定時(shí)間浸泡法每隔0.25、0.5、1、2、4、6、8、12、24h將浸泡的枯落物取出并靜置到不滴水穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測量其質(zhì)量，并記錄枯落物持水動態(tài)。具體指標(biāo)根據(jù)以下公式計(jì)算[6]：

（1）枯落物最大持水率：

Rm=（m0－m1）/m0×100%（1）

（2）枯落物自然含水率：

R0=（m1－m0）/m0×100%（2）

（3）枯落物最大攔蓄量：

Wm=（Rm－R0）×M（3）

（4）枯落物有效攔蓄量：

W=（0.85Rm－R0）×M（4）

式中：m0代表枯落物烘干后的質(zhì)量（g）；m1代表枯落物自然狀態(tài)下的質(zhì)量（g）；M為枯落物蓄積量（t.hm-2）。

1.2.3數(shù)據(jù)處理與分析

用MicrosoftExcel2017軟件和SPSS26軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。采用單因素方差分析和最小顯著法檢驗(yàn)組間差異性。

2結(jié)果與分析

2.1不同林分枯落物蓄積量

枯落物蓄積量的大小是多種因子共同作用的結(jié)果，其中包括林分自身的因子：樹種組成、林齡等；環(huán)境因子：林分的生長季節(jié)、地區(qū)的氣候狀況、人為活動的影響等；枯落物本身的因子：枯落物的輸入量及其本身的因素等[7]。通過表2可以看出，3種不同林分的枯落物總蓄積量為：蒙古櫟林（9.72t.hm-2）>針闊混交林（8.59t.hm-2）>油松林（6.17t.hm-2）。

在所研究的3種林分的枯落物中，未分解層和半分解層在總蓄積量中所占的比例并不完全一致，但3種林分的枯落物中，半分解層所占比例都高于未分解層所占比例。在未分解層中，針闊混交林所占比例最高，為34.86%。油松林所占比例最低，為22.85%。在半分解層中的比例排序則與未分解層中則恰恰相反，針闊混交林所占比例最低（65.14%），油松林所占比例最高（77.15%），這可能是因?yàn)殚熑~樹種的樹葉比較容易分解，而針葉不易被分解所導(dǎo)致的。

2.2枯落物的吸水速率

由圖1可以得出，枯落物的吸水速率與枯落物本身的性質(zhì)、枯落物不同分層和枯落物浸水時(shí)間有關(guān)。不同林分枯落物的吸水速率在未分解層和半分解層中均表現(xiàn)為針闊混交林>蒙古櫟林>油松林。針闊混交林的吸水速率最高，在未分解層中15min的吸水速率為6855.6，在半分解層中15min的吸水速率為7876.4。在起始階段，也就是浸水時(shí)間為15min到4h之間時(shí)，蒙古櫟林和針闊混交林的吸水速率較為接近，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油松林的吸水速率。而在浸水時(shí)間達(dá)到4h后，3種林分枯落物的吸水速率逐步靠近，數(shù)值相對接近。在3種不同林分中，除油松林外，半分解層的吸水速率均高于未分解層的吸水速率。3種林分枯落物的吸水速率，無論是在未分解層還是在半分解層中，隨著浸水時(shí)間的增加，均呈現(xiàn)下降的趨勢。3種林分均在15min時(shí)吸水速率最高，在最初的15min到30min之間，吸水速率下降的最快。隨著時(shí)間的推移，下降幅度逐漸降低。特別是在浸水時(shí)間達(dá)到4h時(shí)，半分解層和未分解層的吸水速率都整體趨于平穩(wěn)，在之后的20h中，沒有產(chǎn)生明顯的下降?？梢哉f，3種林分的枯落物層的吸水速率在浸水4h后達(dá)到了飽和。

2.3枯落物的持水量與最大持水量

經(jīng)測定，3種林分枯落物的持水量隨時(shí)間的變化情況如表3所示。由表3可知，無論是在半分解層還是在未分解層中，3種林分的持水量都在最初的15min時(shí)最小，而后隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，且浸水時(shí)間越長，持水量增加的幅度越小。在未分解層中，3種林分的持水量為蒙古櫟林>針闊混交林>油松林；在半分解層中，3種林分的持水量為針闊混交林>蒙古櫟林>油松林。

有所不同的是，在未分解層中，針闊混交林的變化趨勢較為平緩，蒙古櫟林變化幅度較大，因此在浸水30min后，蒙古櫟林的持水量超過了針闊混交林。在半分解層中，蒙古櫟林和針闊混交林變化趨勢較為一致，一直呈現(xiàn)為針闊混交林枯落物持水量略高于蒙古櫟林枯落物持水量，而油松林呈緩慢增加的態(tài)勢。在不同的枯落物層中，油松林枯落物的持水量都遠(yuǎn)低于另外2種林分。

林分枯落物的最大持水量在一定程度上反映著林分的持水能力，不同的林分枯落物層的最大持水量與枯落物的種類、厚度、蓄積量、濕度及分解程度有著密切的關(guān)系。一般認(rèn)為枯落物浸水24h的持水量為枯落物的最大持水量。由表4可知，在未分解層和半分解層中，不同枯落物的最大持水量的排列順序有所不同。在未分解層中，最大持水量為針闊混交林>蒙古櫟林>油松林；而在半分解層中，最大持水量為針闊混交林>蒙古櫟林>油松林。對不同林分的枯落物層而言，油松林所具有的最大持水量均為最低，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2種林分枯落物層最大持水量。

2.4不同林分枯落物的有效攔蓄量

由表5可知，3種林分的有效攔蓄量為1.81～9.62t.hm-2。在未分解層中表現(xiàn)為蒙古櫟林（4.79t.hm-2）>針闊混交林（3.63t.hm-2）>油松林（1.81t.hm-2）。由圖2可以看出，在未分解層蒙古櫟林和針闊混交林分的有效攔蓄量均與油松林有顯著差異，但蒙古櫟林與針闊混交林之間無顯著差異。在半分解層中，3種林分枯落物的有效攔蓄量都不盡相同，其結(jié)果為油松林（9.62t.hm-2）>蒙古櫟林（7.84t.hm-2）>針闊混交林（5.01t.hm-2）。在半分解層，蒙古櫟林和油松林均與針闊混交林有顯著差異，同樣2種林分之間無顯著差異?？傮w來說，油松林和蒙古櫟林較針闊混交林有效攔蓄量高，可能是由于林下物種多樣性不同導(dǎo)致的。

3討論

各種不同林分類型的枯落物的厚度和蓄積量因組成的樹種、當(dāng)?shù)丨h(huán)境、林齡、郁閉度、人類活動的干擾及枯落物本身的情況等多種原因的不同而有所差異[8，9]。通常來看，闊葉林枯落物蓄積量常常多于針葉林，這與龐夢麗等[10]河北省太行山區(qū)3種人工水土保持林枯落物及土壤水文效應(yīng)研究結(jié)果較為相近。值得注意的是，油松林枯落物中半分解層蓄積量所占比例為77.15%，未分解層蓄積量所占比例為22.85%，在所研究的3種不同林分中，只有油松林的枯落物中，半分解層所占比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未分解層所占比例，造成這一現(xiàn)象的原因可能是人為影響導(dǎo)致。

本文研究的3種不同林分類型枯落物的吸水速率與枯落物本身的性質(zhì)、枯落物不同分層和枯落物浸水時(shí)間有關(guān)。在這3種不同林分中，除油松林之外，半分解層的吸水速率均高于未分解層的吸水速率。而油松林的枯落物中，半分解層的吸水速率隨時(shí)間變化均低于未分解層的吸水速率，造成這一現(xiàn)象的原因，可能是油松林自身的枯落物蓄積量造成的。油松林枯落物半分解層所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于未分解層所占比例，可能因此導(dǎo)致了油松林半分解層的吸水速率較低。

林分枯落物的最大持水量在一定程度上反映著林分的持水能力，不同的林分枯落物層的最大持水量與枯落物的種類、厚度、蓄積量、濕度及分解程度有著密切的關(guān)系。在不同的枯落物層中，油松林的最大持水量都低于其他2種林分，這與涂志華等[11]對不同植被類型關(guān)于最大持水量方面的研究結(jié)果一致，這可能與闊葉林枯落物分解程度較高，半分解層蓄積量大，其持水能力較大，而針葉林油松林分解程度低，枯落物蓄積量小，造成最大持水量較小有關(guān)。

4結(jié)論

4.13種不同林分的枯落物總蓄積量為蒙古櫟林（9.72t.hm-2）>針闊混交林（8.59t.hm-2）>油松林（6.17t.hm-2）。3種林分枯落物中，除油松林之外，半分解層所占的比例越大，枯落物吸水的速率就越高。針闊混交林的枯落物的持水能力普遍好于針葉林分及闊葉林分的枯落物層。

4.23種不同林分半分解層的吸水速率均高于未分解層的吸水速率。這3種林分枯落物的吸水速率，無論是在未分解層還是在半分解層中，隨著浸水時(shí)間的增加，均呈現(xiàn)下降的趨勢。3種林分的枯落物均在15min時(shí)吸水速率最高，在最初的15～30min之間，吸水速率下降得最快。隨著時(shí)間的推移，下降幅度逐漸降低。特別是在浸水時(shí)間達(dá)到4h后，半分解層和未分解層的吸水速率不再產(chǎn)生明顯的降幅，而是趨于平緩。

4.33種不同林分枯落物未分解與半分解層的持水量均在最初的15min時(shí)最小，而后隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，且浸水時(shí)間越長，持水量增加的幅度越小。在未分解層中，3種林分的持水量為蒙古櫟林>針闊混交林>油松林；在半分解層中，3種林分的持水量為針闊混交林>蒙古櫟林>油松林。

4.43種不同林分枯落物的有效攔蓄量在未分解層中表現(xiàn)為蒙古櫟林>針闊混交林>油松林，且蒙古櫟林和針闊混交林均與油松林有顯著差異，但蒙古櫟林與針闊混交林之間無顯著差異。在半分解層中，其結(jié)果為油松林>蒙古櫟林>針闊混交林，且蒙古櫟林和油松林均與針闊混交林有顯著差異，同樣2種林分之間無顯著差異。

4.5通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，針闊混交林在3種林分類型中持水能力最佳。

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收稿日期：2022-11-21

作者簡介：李娟（1984-），女，河北贊皇人，高級工程師，主要從事森林經(jīng)營與管理研究.

通信作者：谷建才，男，博士生導(dǎo)師，主要從事森林可持續(xù)經(jīng)營、森林資源資產(chǎn)研究.