不同森林類型枯落物持水特性研究

摘要? 為明確亞熱帶典型人工林植被群落的水源涵養(yǎng)功能，選取福建省漳平市典型地段的杉木（Cunninghamia lanceolata）林、毛竹（Phyllostachys edulis）林、油茶（Camellia oleifera）林為研究對(duì)象，采取室內(nèi)浸泡法測(cè)定林下未分解層和半分解層的枯落物持水性能。結(jié)果表明：3種森林類型枯落物厚度在2.07～3.23 cm，具有顯著差異（P<0.05）。3種森林類型枯落物總蓄積量在5.40～8.31 t/hm2，表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>油茶林。3種森林類型枯落物的最大持水量總和在2.79～4.66 t/hm2，表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>油茶林，枯落物最大持水率在115.98%～153.68%，杉木林最大，油茶林最小。3種枯落物持水量與浸泡時(shí)間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，吸水速率與浸泡時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系。

關(guān)鍵詞? 森林類型；枯落物；持水特性

中圖分類號(hào)? S714.7? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A? 文章編號(hào)? 0517-6611（2024）01-0101-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.021

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on the Water-holding Characteristics of Different Forest Types of Dead Litter

CHEN Han-zhong

（Yongfu Forestry Station，Zhangping Forestry Bureau， Zhangping， Fujian? 364401）

Abstract? In order to clarify the water-holding function of typical vegetation communities in subtropical plantation forests， this paper selected Chinese fir （Cunninghamia lanceolata）， moso bamboo （Phyllostachys edulis）and Camellia oleifera forests in a typical section of Zhangping City， Fujian Province as research objects. The water holding capacity of the undecomposed and semi-decomposed layers of the forest understory was determined by indoor soaking. The results showed that the thickness of dead litter of the three forest types ranged from 2.07 to 3.23 cm， with significant differences （P<0.05）.The total volume of dead litter storage of the three forest types ranged from 5.40 to 8.31 t/hm2， with Cunninghamia lanceolata forests > Phyllostachys edulis forests > C. oleifera forests.The total maximum water holding capacity of dead litter of the three forest types ranged from 2.79 to 4.66 t/hm2， with the maximum water holding capacity of Cunninghamia lanceolata forests > Phyllostachys edulis forests > C. oleifera forests. The mean value of maximum water holding capacity of dead fallout varied from 115.98% to 153.68%， with Chinese fir forest being the largest and oil tea forest being the smallest.The water holding capacity of three types of dead fallout was a logarithmic function of soaking time， and the water absorption rate was a power function of soaking time.

Key words? Forest stand type;Litter;Water-holding characteristics

作者簡(jiǎn)介? 陳漢忠（1971—），男，福建漳平人，工程師，從事森林經(jīng)營(yíng)與林業(yè)管理研究。

收稿日期? 2023-06-19

森林是一個(gè)復(fù)雜、功能多樣的生態(tài)系統(tǒng)。森林生態(tài)系統(tǒng)的主要功能之一是調(diào)節(jié)大氣水循環(huán)，調(diào)節(jié)水循環(huán)功能的提升能有效促進(jìn)森林可持續(xù)發(fā)展?？萋湮镏饕芍参锏蚵涞闹Α⑷~、皮等殘?bào)w累積而成，作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，枯落物是調(diào)節(jié)森林水循環(huán)功能的主要載體，一方面，以其獨(dú)特的疏松結(jié)構(gòu)，對(duì)地表徑流起到有效調(diào)節(jié)作用，另一方面枯落物覆蓋地表，減少雨水對(duì)地表土壤的侵蝕，增加水分的入滲，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)［1］。研究表明，土壤結(jié)構(gòu)、林分類型、枯落物自身持水特性以及環(huán)境因子等都對(duì)枯落物持水特性有重要影響，其中林分類型的不同會(huì)導(dǎo)致枯落物結(jié)構(gòu)和特性的差異，從而極大程度地影響枯落物的持水性能［2］。賈劍波等［3］通過(guò)研究華北土石山區(qū)常見(jiàn)喬木枯落物持水能力，表明闊葉樹(shù)種相比針葉樹(shù)種枯落物持水性更好。艾彪等［4］對(duì)贛南丘陵區(qū)典型林分水源涵養(yǎng)能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)天然林水源涵養(yǎng)能力相較于經(jīng)濟(jì)果林明顯更高，在規(guī)劃人工經(jīng)濟(jì)果林種植時(shí)，應(yīng)更加注重科學(xué)規(guī)劃。不同林分類型由于自身樹(shù)種的差異導(dǎo)致枯落物的持水性能存在明顯差異，研究不同林分枯落物持水能力對(duì)森林經(jīng)營(yíng)建設(shè)及森林可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，筆者選取漳平市3種主要森林類型為研究對(duì)象，對(duì)枯落物的儲(chǔ)量和持水特性進(jìn)行研究，旨在從水源涵養(yǎng)的角度

為該地區(qū)人工林建設(shè)經(jīng)營(yíng)提供參考依據(jù)。

1? 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省漳平市（117°10′～117°44′E，24°54′～25°47′N），地處福建省中南部、龍巖市東部，地處戴云山、玳瑁山和博平嶺三大山脈接合部，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，常年溫?zé)岫嘤?，氣候濕?rùn)。年均氣溫為21.8 ℃，年均降雨量為1 486 mm，相對(duì)濕度為78%，水熱資源豐富，年日照時(shí)數(shù)為1 738.5 h。地形主要為低山丘陵區(qū)，土壤為紅壤土，土層厚度達(dá)60～100 cm。林下植被主要有芒萁（Dicranopteris）、金毛耳草（Hedyotis chrysotricha）、牛耳楓（Daphniphyllum calycinum）、香附子（Cyperus rotundus）等。

2? 研究方法

2.1? 采樣與調(diào)查

2022年10月在研究區(qū)實(shí)地踏查后，依據(jù)立地條件一致的原則，選取林齡8～10 a，種植后無(wú)人為干擾，長(zhǎng)勢(shì)較好的杉木林、毛竹林、油茶林3種林分類型作為研究對(duì)象。每種林分隨機(jī)布置3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，共9塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，林分特征見(jiàn)表1。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)布置5個(gè)枯落物收集樣方，規(guī)格為0.5 m×0.5 m。除去樣方內(nèi)的活體植物部分，收集按未分解層和半分解層2個(gè)層次進(jìn)行，并使用鋼尺測(cè)量其厚度，再將其裝入自封袋中密封保存，防止水分蒸發(fā)，做好標(biāo)記并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室稱其鮮重和總重量。

2.2? 測(cè)定方法

將采集到的未分解層及半分解層枯落物放置于烘箱中烘干至恒重，根據(jù)干鮮重，計(jì)算出其自然含水率和各分解層的蓄積量。采用室內(nèi)浸泡法［5］測(cè)定未分解層以及半分解層枯落物的持水量和吸水速率，將烘干后的枯落物按各分解層的不同，分別取20 g裝入不同尼龍網(wǎng)袋中，隨后放入盛有清水的試驗(yàn)容器中完全浸泡，分別浸泡0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0和24.0 h后，用電子天平稱量其重量，并計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)。

2.3? 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，采用SPSS 25軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Origin 2018軟件進(jìn)行相關(guān)圖表的繪制。

3? 結(jié)果與分析

3.1? 不同森林類型林下枯落物層厚度與蓄積量

由表2可知，3種森林類型枯落物總厚度以杉木林最大（3.23 cm），油茶林最?。?.07 cm），且3種森林類型枯落物總厚度間具有顯著差異（P＜0.05）。杉木林未分解層枯落物厚度要大于半分解層的厚度，而其他2種森林則是半分解層枯落物厚度大于未分解層。3種森林類型的枯落物總蓄積量在5.40～8.31 t/hm2，大小排序?yàn)樯寄玖?gt;毛竹林>油茶林。3種森林類型枯落物蓄積量均表現(xiàn)出半分解層大于未分解層，在比較枯落物的組成比例中可發(fā)現(xiàn)，半分解層枯落物蓄積量占比超過(guò)枯落物總蓄積量的50%，未分解層以油茶林占比最大，為44.69%，半分解層以杉木林占比最大，為65.82%。

3.2? 不同森林類型林下枯落物持水性能

由表3可知，3種森林類型林下枯落物的最大持水量為2.79～4.66 t/hm2，杉木林和毛竹林最大持水量均顯著高于油茶林（P＜0.05）。油茶林的未分解層和半分解層最大持水量均為最小，未分解層和半分解層最大持水量分別以杉木林和毛竹林最大。油茶林枯落物半分解層自然含水率顯著低于杉木林和毛竹林（P<0.05）?？萋湮镒畲蟪炙试?15.98%～153.68%，杉木林枯落物最大持水率最大，達(dá)153.68%，最小為油茶林，僅115.98%。油茶林未分解層和半分解層最大持水率均低于杉木林和毛竹林。由此可知，杉木林的最大持水率在未分解層、半分解層以及二者的均值中均為最大，而油茶林最小。

3.3? 不同森林類型林下枯落物持水動(dòng)態(tài)變化

圖1顯示，油茶林和毛竹林枯落物在浸水2 h后持水量迅速增加，而杉木林枯落物持水量增速較緩，但3種森林類型林下枯落物的持水量與時(shí)間的增長(zhǎng)呈現(xiàn)明顯的相同趨勢(shì)，即隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，枯落物持水量隨之增大。但浸水時(shí)長(zhǎng)達(dá)12 h后，枯落物持水量變化不明顯，這表明枯落物持水已近飽和狀態(tài)。隨著浸水時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，持水量將無(wú)明顯變化。由此可知，就持水量而言，毛竹林枯落物層持水量比其他2種森林類型更小，隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，杉木林和油茶林枯落物未分解層持水量相差也較小。在半分解層，油茶林持水量相比杉木林和毛竹林更高。通過(guò)對(duì)3種森林類型林下枯落物持水量與浸水時(shí)間作回歸分析，可知二者滿足關(guān)系式（表4）：y=alnt+b，相關(guān)系數(shù)R2在0.85左右，其中，y為t時(shí)間內(nèi)的枯落物持水量，a為方程系數(shù)，b為方程常數(shù)，t為浸水時(shí)間。

3.4? 不同森林類型林下枯落物持水速率

圖2表明，不同森林類型林下枯落物的吸水速率和浸水時(shí)間之間均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，即吸水速率隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。在浸水2 h內(nèi)，3種森林類型枯落物吸水速率迅速下降，而8 h后未分解層吸水速率趨于穩(wěn)定并逐漸接近于0，半分解層的吸水速率也在10 h后趨于穩(wěn)定。關(guān)于吸水速率，3種森林類型枯落物的未分解層均高于半分解層。杉木林與油茶林枯落物未分解層吸水速率接近，毛竹林枯落物未分解層吸水速率則較低。通過(guò)對(duì)3種森林類型林下枯落物吸水速率與浸水時(shí)間作統(tǒng)計(jì)分析可知，二者滿足關(guān)系式V=ktn（表5），式中，V為吸水速率，k為方程回歸系數(shù)，t為浸水時(shí)間，n為指數(shù)。

4? 討論與結(jié)論

作為枯落物凋落量與分解量動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果——森林枯落物現(xiàn)存蓄積量，與林分類型、枯落物結(jié)構(gòu)特性、分解狀況及環(huán)境等密切相關(guān)［6］。該研究各森林類型的枯落物蓄積量為5.40～8.31 t/hm2，杉木林最高，造成這種結(jié)果的原因可能是杉木作為常綠喬木，林分結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，森林植被豐富度較高，森林更新快，是枯落物的來(lái)源，而毛竹林和油茶林的林分結(jié)構(gòu)單一。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)［7］，森林枯落物厚度和枯落物蓄積量之間存在著明顯的相關(guān)關(guān)系。該研究中，枯落物層厚度與蓄積量大小順序基本一致，這與前人研究結(jié)果一致。與長(zhǎng)江中游平原湖區(qū)［7］和黔中地區(qū)［8］相比，在該研究中，枯落物的蓄積量明顯更高，這主要與沿海地區(qū)環(huán)境條件相關(guān)，沿海地區(qū)常年降水少，溫度偏高，較低的濕度與較高的氣溫并不適合枯落物的分解［9］，由此可能導(dǎo)致該研究區(qū)枯落物蓄積量偏高。此外，就蓄積量而言，不同竹林枯落物半分解層都大于未分解層，這與前人研究結(jié)果一致［2］，表明當(dāng)所處環(huán)境條件相同的情況下，不同林分類型枯落物在分解循環(huán)方面具有一致性。而丁鵬瑋等［10］研究結(jié)果與該研究具有一定差異，其原因可能是枯落物的分解會(huì)受到不同林分枯落物的葉片結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的差異影響。

在對(duì)樟子松人工林水源涵養(yǎng)能力研究中發(fā)現(xiàn)［11］，枯落物持水特性中一大重要指標(biāo)是最大持水率，枯落物最大持水率明顯受枯落物自身特性及其分解程度影響。該研究中，杉木林和毛竹林枯落物最大持水量和持水率均大于油茶林，這表明油茶林作為經(jīng)濟(jì)林，長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理導(dǎo)致油茶林下枯落物結(jié)構(gòu)與其他2種森林類型相差較小，持水性能低于其他2種森林類型?？萋湮锍炙阅芘c枯落物蓄積量之間大小順序一致，有研究表明［12］，枯落物整體持水性能可通過(guò)最大持水量反映，該研究中，在浸水前期枯落物持水量增速較快，而后會(huì)逐漸趨向平緩，并慢慢飽和，這表明當(dāng)降雨時(shí)間延長(zhǎng)，森林枯落物攔蓄能力會(huì)逐漸減弱［8］。不同林分枯落物自身結(jié)構(gòu)的不同會(huì)導(dǎo)致其持水性能和分解程度等存在一定差異，在該研究中，3種森林類型枯落物的持水性能與浸水時(shí)間之間存在良好的函數(shù)關(guān)系，這與袁秀錦等［13］研究結(jié)果一致。未分解層持水量在浸水時(shí)間相同的條件下，高于半分解層持水量，而未分解層吸水速率也高于半分解層，這與楊振奇等［12］的研究結(jié)果相同。未分解層枯落物腐化程度低于半分解層，半分解層一部分物質(zhì)成分已經(jīng)發(fā)生改變，這將致使半分解層吸水性能會(huì)低于未分解層。

綜上所述，作為以生態(tài)保護(hù)為主的杉木林，其水源涵養(yǎng)功能總體上優(yōu)于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)性質(zhì)的毛竹林和油茶林，因此，建議研究區(qū)合理優(yōu)化經(jīng)營(yíng)措施和林分結(jié)構(gòu)配置，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性生態(tài)水文功能的整體提高。

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