刺槐黑松混交林枯落物层持水性能研究

井明伟，胡建朋，罗明达

（1.临朐县农业综合开发办公室，山东 临朐 262600；2.山东农业大学，山东 泰安 271018）

林地枯落物层是林分发挥蓄水保土作用的第二个层次，不仅具有涵养水源的功能，还为土壤提供丰富的有机质，对土壤的水分物理性质产生积极的影响。枯落物层蓄水保土功能的强弱受枯落物层的积蓄量、枯落物的分解状况、枯落物有效拦水量与枯落物和水的亲和性等因素的影响。为进一步研究枯落物蓄水保土机理，以临朐县青龙山小流域的刺槐黑松混交林、刺槐纯林、黑松纯林3种林分类型为研究对象，探索枯落物层积蓄量与枯落物层的厚度、最大持水量、有效拦水量的关系。

试验区布设在临朐县寺头镇石洪峪小流域内,地理位置东经 118°30′40″-118°31′58″, 北纬 36°15′07″-36°19′03″,海拔高度 340～450m,属低山丘陵区。地表出露岩层为花岗片麻岩,土壤为棕壤,土层厚度20～30cm,质地松散,多砾石粗砂。石洪峪小流域气候具有暖温带亚湿润大陆性季风气候的一般特征,多年平均降水量706.4mm,多年平均气温12.4℃,≥10℃活动积温4108.0℃,多年平均日照时数2458.4h,多年平均无霜期196d。试验区主要林分类型有刺槐、黑松和刺槐黑松混交林,1995年春季造林,采用穴状整地,整地规格40cm×40cm×30cm,苗木为1年生苗,刺槐黑松混交林、刺槐纯林、黑松纯林的造林密度株行距均为2m×2m,2500株/hm2。试验区概况统计见表1。

1 研究方法

表1 试验地概况调查表

1.1 枯落物积蓄量的测定

在标准地的对角线上均匀布设5个50cm×50cm的样方，用钢尺测量枯落物的总厚度，未分解层、半分解层厚度。将收取的未分解层和半分解层的枯落物带回实验室用天平称其鲜重，并用烘箱烘干（采用温度85℃恒温烘8h）称其各自的干物质重，以干物质重量计算积蓄量。

1.2 枯落物持水性能的测定

用静水浸泡法测定枯落物的持水量和吸水速率,将烘干的枯落物浸入水中后,分别称其在0.25h、0.5 h、1h、2h、4h、8h、12h、24h 的吸水重量变化，来研究其吸水速度和吸水过程。每次取出称重后所得的枯落物吸水重与其烘干重差值，即为枯落物浸水不同时间的持水量，该值与浸水时间的比值即为枯落物的吸水速率。

2 结果与分析

2.1 不同林分类型枯落物层积蓄量的研究

2.1.1 不同林分类型枯落物层积蓄量分析

枯落物层的积蓄量主要取决于林木的生物学特性及其生长量。林分的树种组成不同，林分的生长状况、林地内的水热条件等都有所不同，而这些因素将影响到枯落物的输入量、分解速度，从而影响到林内枯落物的积蓄量。不同林分类型枯落物积蓄量如表2所示。

表2 不同林分类型枯落物积蓄量

由表2可以看出，各林分枯落物积蓄量的范围4.15～6.38t/hm2。刺槐纯林的积蓄量最大，为6.38t/hm2,刺槐黑松混交林的次之，为6.08t/hm2，黑松纯林的较小，为4.15t/hm2，对3种林分枯落物积蓄量进行单因素方差分析结果为F0.05=98.871 Sig.=0.000差异性显著，表明三种林分枯落物积蓄量有明显的差异；这主要是由于刺槐是阔叶树种，叶片大而多，输入量大。

对枯落物的总厚度与积蓄量进行相关性分析，结果表明，枯落物的总厚度与积蓄量显著相关（相关系数r为0.995）。因此，枯落物的厚度与积蓄量存在密切相关性。

2.1.2 不同林分类型枯落物层积蓄量的多重比较

利用SPSS软件（在0.05水平下）对3种林分类型下的枯落物积蓄量、枯落物厚度进行多重比较结果如表3、表4所示。

表3 不同林分总枯落物层积蓄量的多重比较

表4 不同林分总枯落物厚度的多重比较

由表3、表4可以看出，刺槐黑松混交林与刺槐纯林、黑松纯林的枯落物层积蓄量、枯落物厚度均呈现显著性差异，表明刺槐黑松混交林比黑松纯林具有更多的枯落物层积蓄量。

2.2 不同林分类型枯落物层最大持水量的研究

2.2.1 不同林分类型枯落物层最大持水量的分析

枯落物层的持水能力是由林下枯落物的蓄积量和枯落物的持水特性两者共同决定。最大持水量是反映枯落物层持水性能的一个重要指标，它是枯落物的最大持水率和单位面积枯落物的蓄积量之积。经计算得出各林分枯落物层最大持水量如表5所示。

由表5可以看出，刺槐纯林的枯落物未分解层的最大持水率最大，为316.7%，黑松纯林的最小，为201.5%；半分解层枯落物的最大持水率也是刺槐纯林最大,为347.3%，黑松纯林的最小,为236.3%。比较各林分类型枯落物层的最大持水率可以看出，无论是半分解层还是未分解层均是刺槐纯林最大，黑松纯林最小，对3种林分下枯落物平均最大持水率进行单因素方差分析结果为F0.05=394.685Sig.=0.000差异性显著，表明三种林分枯落物平均最大持水率有明显的差异。

以各林分枯落物未分解层积蓄量和未分解层最大持水量进行相关性分析，结果表明，枯落物未分解层积蓄量和未分解层最大持水量具有显著相关性（相关性系数r=0.992）；以各林分枯落物半分解层积蓄量和半分解层最大持水量进行相关性分析，结果表明：枯落物半分解层积蓄量和半分解层最大持水量具有显著相关性（相关性系数r=0.917）；以各林分枯落物层总积蓄量和总最大持水量进行相关性分析，结果表明：枯落物层总积蓄量和总最大持水量具有显著相关性（相关性系数r=0.983）；这说明枯落物层的最大持水量与枯落物的积蓄量具有显著相关性。

表5 不同林分类型枯落物层最大持水量

2.2.2 不同林分类型最大持水量的多重比较

利用SPSS软件（在0.05水平下）对3种林分类型下的最大持水率、最大持水量进行多重比较。

结果显示，刺槐黑松混交林与刺槐纯林、黑松纯林的枯落物层最大持水率、最大持水量均呈现显著性差异，表明刺槐黑松混交林比黑松纯林的枯落物层具有更大的持水率和持水量。

2.3 不同林分类型枯落物层对降雨的有效拦蓄量

2.3.1 不同林分类型对降雨有效拦蓄量的分析

最大持水量一般只能反映枯落物层持水能力的大小，当日降雨达到20～30mm以后，不论枯落物层含水量高低，实际持水率约为最大持水率的85%左右。所以用最大持水率来估算枯落物层对降雨的拦蓄能力则偏高，一般用有效拦蓄量估算枯落物对降雨的实际拦蓄量，即：

式中：W—有效拦蓄量（t/hm2）；RM—最大持水率（%）；R0—现有含水率（%）；M—枯落物层积蓄量（t/hm2）。

不同林分枯落物最大持水率间的差异受枯落物组成、林分类型、林龄、枯落物分解、积累、前期水分含量、降雨量和降雨强度等多种因素的影响，因而不同林分类型最大持水率间的相对大小比较复杂。由于有效持水率是根据最大持水率和重量含水率计算出来的，枯落物的持水能力由林地枯落物的积蓄量和枯落物的持水特性两者共同决定的。

分析显示，枯落物有效拦蓄量排列顺序为：刺槐纯林的最大，为17.41t/hm2；刺槐黑松混交林次之,为14.20t/hm2;黑松纯林的最小,为7.31t/hm2;对3种林分枯落物层的有效拦蓄量进行单因素方差分析结果为F0.05=394.685Sig.=0.000差异性显著，表明3种林分枯落物总的持水量有明显的差异。

对枯落物的积蓄量与其有效拦蓄量进行相关性分析，结果表明，不同林分类型枯落物的积蓄量与其有效拦蓄量呈极显著相关 （相关系数r为0.982），因此，不同林分类型枯落物的有效拦蓄量与其积蓄量具有非常密切的关系。

2.3.2 不同林分类型对降雨有效拦蓄量的多重比较

利用SPSS软件（在0.05水平下）对3种林分类型枯落物层的有效拦蓄量进行多重比较。

结果显示，刺槐黑松混交林与刺槐纯林、黑松纯林的枯落物层有效拦蓄量呈现显著性差异，表明刺槐黑松混交林比黑松纯林的枯落物层具有更大的有效拦蓄量，对减少地表径流对地表土壤的侵蚀有良好的保护效果。

3 结 论

1）不同林分类型枯落物层的积蓄量从大到小的排序为刺槐纯林、刺槐黑松混交林、黑松纯林，针阔混交林的枯落物的积蓄量高于针叶纯林；枯落物层的积蓄量与枯落物层的厚度呈极显著相关性，为此，可以通过测定枯落物厚度来反映枯落物的积蓄量。

2）不同林分类型枯落物层的最大持水率与最大持水量具有相同的特点，各林分差异性显著，均是刺槐纯林最大，刺槐黑松混交林次之，黑松纯林最小；枯落物层最大持水量与积蓄量呈显著性相关，表明刺槐黑松混交林比黑松纯林的枯落物层具有更大的持水率和持水量。

3）不同林分类型枯落物层有效拦蓄量与枯落物层积蓄量呈极显著相关性；不同林分类型差异显著，刺槐纯林最大，刺槐黑松混交林次之，黑松纯林最小，表明刺槐黑松混交林比黑松纯林具有更大的有效拦蓄量，对减少地表径流对地表土壤的侵蚀有良好的保护效果。

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