桂西南喀斯特山地主要植被类型凋落物累积量及其持水特性

彭玉华，欧芷阳，曹艳云，黄小荣，何琴飞，庞世龙

（1.广西壮族自治区林业科学研究院；2.国家林业局 中南速生材繁育实验室；3.广西优良用材林资源培育重点实验室；南宁 530002）

桂西南喀斯特山地主要植被类型凋落物累积量及其持水特性

彭玉华1,2,3，欧芷阳1,2,3，曹艳云1,2,3，黄小荣1,2,3，何琴飞1,2,3，庞世龙1,2,3

（1.广西壮族自治区林业科学研究院；2.国家林业局 中南速生材繁育实验室；3.广西优良用材林资源培育重点实验室；南宁 530002）

基于野外实地调查与室内浸水法，对桂西南喀斯特山地5种具有代表性的植被类型（灌丛林、灌木林、乔灌过渡林、蚬木林和仪花林）林下凋落物的蓄积量进行了研究，并对各植被类型的持水特性和拦蓄能力进行对比研究。结果表明：不同植被类型的凋落物蓄积量变幅在2.73～4.59 t·hm-2之间, 从大到小排列为：蚬木林＞乔灌过渡林＞仪花林＞灌丛林＞灌木林，差异显著（P＜0.05）。自然含水率和最大持水率的变幅分别为15.47%～36.36%和128.23%～168.36%，差异极为显著（P＜0.01）。蚬木林的自然含水量最大，仪花林则最小；灌丛林的最大持水率最大，仪花林最小。各植被类型凋落物的最大持水量之间差异不显著（F＝1.540，P＝0.211＞0.05），蚬木林最大，仪花林最小。最大拦蓄率和有效拦蓄率变化范围分别在95.13%～147.49%和75.41%～122.77%之间，差异极为显著(P＜0.01)，灌木林最大，蚬木林最小；最大拦蓄量和有效拦蓄量变幅分别在377.55～520.62 t·hm-2和313.54～430.74 t·hm-2之间，差异不显著 (P＞0.05)，乔灌过渡林最大，蚬木林其次，仪花林最小。凋落物的蓄积量、持水特性和拦蓄能力因植被类型不同而存在差异。

桂西南喀斯特山地；植被类型；凋落物；持水特性；拦蓄能力

桂西南喀斯特地区，由于人为活动频繁, 致使天然植被遭受严重破坏、土壤严重侵蚀，岩石裸露率高，采取有效措施恢复植被、改善生态环境势在必行。凋落物作为森林生态系统物质循环过程中的一个重要物质库，储存了大量的营养物质，是森林土壤自然肥力的重要来源之一[1]。森林的众多生态系统服务功能并不单纯依赖于森林的立木部分，枯枝落叶层亦起着重要的作用，尤其是在涵养水源、保持水土以及促进森林生态系统物质循环和养分平衡方面，枯枝落叶层起着不可替代的作用[2]。枯落物层依靠其强大的表面积和疏松多孔的性质，具有明显的截持降水、调节地表径流、减少土壤流失及改善土壤理化性质的功能，成为森林生态系统调节水分分配的第二作用层，具有保持水土和涵养水源的重要作用[3-4]。国内外学者对森林凋落物进行了大量的研究，取得了大量的研究成果[5-15]，但对桂西南喀斯特地区植被类型凋落物方面的研究很少，因此，本文针对桂西南喀斯特地区植被类型凋落物蓄积量、持水特性和拦蓄能力进行了分析研究，为桂西南喀斯特地区森林资源的培育和管护、森林生态系统结构与功能的认识提供科学依据。

1 研究区概况

研究区域位于广西平果县，处于108°18′～107°53′E、23°12′～ 23°54′N 之 间。 属 高 温 多 雨亚热带季风气候，光照充足，雨量充沛。全县各地年平均气温为22.09℃，极端最低温度-1.3℃，≥10℃活动积温7 731.1℃，年平均日照时数1 619.4 h，无霜期345天以上，多年平均降雨量1 356 mm，雨量充沛，每年降雨主要集中在6～9月。全县土地总面积2 485 km2，合24.74万hm2。其中石山区占48%，丘陵和谷地占34.3%，平原占17.7%。最高海拔934.6 m（位于海城乡西北部的鬼头山主峰），最低海拔76 m（地处四塘镇濑江与右江汇合处）。地势北高南低，南北低山丘陵，中部为岩溶地貌。

2 研究方法

2011年11月～2012年5月，通过实地调查，以桂西南平果县马头镇5种植被类型，即灌丛林、灌木林、乔灌过渡林、仪花Lysidice rhodostegia Hance林和蚬木Excentrodendron hsienmu林作为实验样地，每种植被类型选择3个实验样地，每个实验样地分别设置3个20 m×20 m的标准地，在标准地按S形设置 25 cm ×25 cm的凋落物收集样方5个，分别收集样方中的枯落物、入袋封装。

凋落物带回实验室后，称其自然状态质量，在80℃ 下烘至恒定质量，称其干质量。以干物质质量推算不同林分凋落物蓄积量。采用室内浸泡法，将烘干后的凋落物装入网袋，并浸入盛有清水的容器中浸泡24 h，称质量后计算其自然含水量、最大持水率、最大持水量、最大持水率、最大拦蓄率（量）和有效拦蓄率（量）。计算公式为[1]：

式中，Ro、Rhmax、Rsmax、Ray 、Ramax为凋落物自然含水率、最大持水率、最大拦蓄率、有效拦蓄率（%）、最大拦蓄量（t·hm-2），Rh′max为凋落物的最大持水量 (t·hm-2)，Go、Gd、G24为凋落物自然状态下质量、凋落物烘干质量及浸水24 h后质量（g），Wsv为凋落物有效拦蓄量（t·hm-2）；M为凋落物现存量（t·hm-2），0.85为有效拦蓄系数。

3 结果与分析

3.1 不同植被类型枯落物蓄积量

凋落物蓄积量受多种因子的影响，如森林林型、林分组成、生长季节、气候状况、人为活动、枯落物的输入量、分解速度、本身的厚度和性质等[16]。而这些因子又与森林构成、林分发育、林分结构、林分生产力等有关[8]。因此，凋落物储量状况反映了枯落物与所处环境的交互作用和富集程度，枯落物的蓄积量越多，持水能力越强[17]。从调查统计分析结果可以看出（见表1），几种不同植被类型的凋落物蓄积量存在着显著的差别（F＝2.893，P＜0.05），变动范围在2.73～4.59 t·hm-2之间，依次为蚬木林＞乔灌过渡林＞仪花林＞灌丛林＞灌木林。Ducan’s多重分析表明：蚬木林与乔灌过渡林之间差异不显著，与其他3种植被类型之间差异显著；蚬木与仪花群落虽同为乔木类型，但因其优势树种不同凋落物蓄积量存在着显著的差异，这可能与蚬木叶为厚革质、难以分解有关。从变异系数可知：灌木类型的凋落物蓄积量变化最大，变异系数达45.87%。

3.2 凋落物的持水性能

3.2.1 凋落物的持水能力

凋落物的持水能力由林下凋落物的蓄积量和凋落物的持水特性两者共同决定。最大持水量是反映凋落物层持水性能的一个重要指标，它是凋落物的最大持水率和单位面积凋落物的蓄积量之积[8]。从表2可以看出：不同植被类型凋落物的自然含水率之间差异极显著（F＝4.888，P＜0.01），变化范围在15.47%～36.36%；蚬木林的自然含水率最大，达36.36%，与其他类型之间的差异显著，比最小的仪花林提高35.04%，且变化最小，变异系数只有12.74%。不同植被类型凋落物的最大持水率之间差异极显著（F＝6.935，P＜0.001），变幅在128.23%～168.36%之间，依次为灌丛林＞灌木林＞乔灌过渡林＞蚬木林＞仪花林，灌丛群落凋落物的最大持水率最高，从实际调查可知，灌丛群落林下草本层枯死物含量较多，可有效保持凋落物层不受破坏，形成蓬松柔软的海绵状吸水层，具有较大的持水率；仪花和蚬木林的最大持水率与其它3种类型达到差异水平，乔木类型的凋落物蓄积量多，但最大持水率最小，可能是因为乔木高大，分枝多，其凋落物有较多的枯枝，水分不易吸附在其表面。蚬木林的最大持水率最为均衡，变异系数只有5.36%。凋落物最大持水量是由其最大持水率和蓄积量决定的，反映了林分的持水能力，不同植被类型的最大持水量之间差异不显著（F＝1.540，P＝0.211＞0.05），变化范围为426.72%～605.82%，依次为蚬木林＞乔灌过渡林＞灌丛林 ＞灌木林＞仪花林。蚬木林虽然最大持水率小，但因其凋落物蓄积量大，故其最大持水量数值最高（605.82±25.86 t·hm-2）；变化最大的是仪花林，变异系数达44.4%，其次是灌木林，说明这两种类型的最大持水量不够均衡。凋落物的持水能力是由蓄积量、最大持水率和最大持水率共同决定的结果。

表3 不同植被类型凋落物最大拦蓄能力指标†Table 3 Index of litters maximum retain capacity for different vegetation types forests

3.2.2 凋落物的拦蓄能力

从表3可以看出：不同植被类型凋落物的最大拦蓄率之间差异极为显著（F=7.539，P＜0.001），变化范围在95.13%～147.49%之间，最大的是灌木林，受凋落物自然含水率影响，各植被类型最大拦蓄率与最大持水率排序发生了变化，依次为灌木林＞乔灌过渡林＞灌丛林＞仪花林＞蚬木林，各植被类型的变幅不大，变异系数在7.07%～17.63%之间。不同植被类型的最大拦蓄量范围在 377.55～520.62 t·hm-2之间，群落间的差异没有达到显著水平（F=1.659，P=0.180＞0.05），最大的是乔灌过渡林，仪花林最小且其最不均衡变异系数达46.83%。

实际上，山地森林坡面一般不会出现长时间浸水，几种不同植被类型的样地均有一定的坡度，落到凋落物层上的雨水除被拦蓄外会很快入渗。因此，凋落物层对降水的拦蓄能力用最大持水率（量）来表示，其值高于实际的降水拦蓄效果。所以，在实际中多用有效拦蓄量(率) 来估算自然条件下凋落物对降水的实际拦蓄效果，以比较不同植被类型凋落物的持水性能[3]。统计结果表明（见表4）：不同植被类型凋落物的有效拦蓄率之间差异极显著（F=7.471，p＜0.001），变幅为75.41%～122.77%，最大是灌木林，其次是乔灌过渡林和灌丛林，它们之间差异达不到显著水平，但与仪花林和蚬木林的差异显著。不同植被类型凋落物的有效拦蓄量之间的差异没有达到显著水平（F=1.801，p=0.149＞0.05），变化范围为313.54～430.74 t·hm-2，依次为乔灌过渡林＞蚬木林＞灌木林＞灌丛林＞仪花林；仪花林的变化最大，其变异系数为47.36%。

表4 不同植被类型凋落物有效拦蓄能力指标†Table 4 Index of litters effective retain capacity for different vegetation types forests

4 结论与讨论

枯落物覆盖于地表，调控降水的分配、减轻土壤侵蚀、减少土壤养分流失；同时，枯落物分解可增加森林土壤养分，实现养分的循环利用。可见，枯落物在保证森林生态系统的持续稳定方面发挥重要作用[11]。本研究不同植被类型的枯落物蓄积量存在着显著的差别（F＝2.893，P＜0.05），变动范围在4.59～2.73 t·hm-2之间，枯落物蓄积量最大的为蚬木林，最小的为灌木林。在不同研究尺度上，森林凋落物蓄积量的影响因子是不同的。例如，在大尺度上，气候是影响凋落物产量的主要因子；但在气候条件相同的情况下，不同植被类型之间凋落物产量存在显著差异[11]。本研究是在小尺度范围内展开，结果可以说明不同植被类型物种组成的差异以及凋落物分解速率是造成枯落物蓄积量差异的重要因子。

枯落物自然含水量反映了枯落物在自然状态下的持水能力，能反映出该季节林内的水分状况[18]。几种植被类型凋落物的自然持水率、最大持水率之间差异均极显著，变化范围分别为15.47%～36.36%和128.23%～168.36%；不同植被类型的最大持水量之间差异显著，其变幅在426.72%～605.82%之间；灌丛林的最大持水率最高，其自然含水率在5种植被类型中排列第二，可能是灌丛林草本层的枯死物含量较多，可有效保持凋落物层不受破坏，形成蓬松柔软的海绵状吸水层，是造成其持水能力较强的主要原因；蚬木林的自然含水率和最大持水量均最高。

枯落物层持水效果除了与枯落物本身特性，如最大拦蓄率、有效拦蓄率、单位质量持水量等密切相关外，还与枯落物蓄积量有直接关系[19]。不同植被类型凋落物的最大拦蓄率之间差异极显著，变化范围在95.13%～147.49%之间，依次为灌木林＞乔灌过渡林＞灌丛林＞仪花林＞蚬木林；凋落物有效拦蓄率同其相应的最大拦蓄率变化规律一致。凋落物最大拦蓄量变化范围在377.55～520.62 t·hm-2之间，依次为乔灌过渡林＞蚬木林＞灌丛林＞灌木林＞仪花林，差异不显著。不同植被类型凋落物有效拦蓄量变幅在313.54～430.74 t·hm-2之间，为乔灌过渡林＞蚬木林＞灌木林＞灌丛林＞仪花林，各植被类型之间的有效拦蓄量差异不显著。最大拦蓄率和有效拦蓄率最小的是蚬木林，但因其凋落物蓄积量大，仍能维持较高的蓄水功能；仪花林由于其持水性能相对最低，所以其有效拦蓄量最低；乔灌过渡林因其有一定的凋落物蓄积量，持水能力也相对较强，故其有效拦蓄能力最强。凋落物层的持水能力主要受凋落物本身持水性能和凋落物蓄积量的综合影响，凋落物的持水性能，因植被物种组成、蓄积量和最大持水率的不同而有所差异，因此，在石灰岩地区恢复植被、改善生态环境过程中，在保护好现有植被类型的同时，需要采取有效措施进行林分改造。建议根据植被演替规律，因地选择适宜的凋落物蓄积量大、持水性能好的乡土阔叶树种进行人工种植或林分改造，以增强土壤拦蓄能力，起到防止土壤侵蚀和涵养水源的作用。

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Litters accumulation under forests in karst mountain area in southwest Guangxi and theirs water-holding characteristics

PENG Yu-hua1,2,3, OU Zhi-yang1,2,3, CAO Yan-yun1,2,3, HUANG Xiao-rong1,2,3, HE Qin-fei1,2,3, PANG Shi-long1,2,3
(1.Guangxi Forestry Research Institute; 2.Central South Key Lab. of Fast-growing Tree Cultivation Attached to Forestry Ministry;3.Guangxi Key Lab. of Superior Timber Trees Cultivation. Nanning 530002, Guangxi, China)

Through field survey and by using laboratory soaking extraction, the litters accumulation under the five forests (scrub forest, shrub, forest-shrub transition, Excentrodendron hsienmu forest and Lysidice rhodostegia forest), which are the representative vegetation types in karst mountain area in southwest Guangxi, and theirs water holding characteristics and water retaining capacity were studied. The litters accumulations under the 5 types forests ranged from 2.73 to 4.59 t·hm-2, and in the order of E. hsienmu forest＞ forestshrub transition ＞ L. rhodostegia forest＞scrub forest＞shrub, there were signif i cant differences among different types forests (p ＜ 0.05). The natural water content rate and maximum water content rate of the litters were 15.47%～36.36% and 128.23%～168.36%, respectively, the differences among the forests were very remarkable (p＜0.01). The natural water content rate of litters in E. hsienmu forest was the highest and that of in L. rhodostegia forest was the lowest, while the maximum water content rate in scrub forest was the highest and that of in L.rhodostegia forest was the lowest, too. The maximum water-holding capacity of litters had no signif i cant difference among the 5 forests（F＝1.540，P＝0.211＞0.05), being the highest for E. hsienmu forest and the lowest for L. rhodostegia forest. The maximum and effective retain rate of litters were 95.13%～147.49% and 75.41%～122.77%, respectively, being the highest for shrub and the lowest for E. hsienmu forest. The differences among forests was remarkable (P＜0.01). The maximum and effective retain capacity of litters were 377.55～520.62 t·hm-2and 313.54 ～ 430.74 t·hm-2, respectively, had no signif i cant differences among the forests (P ＞ 0.05), being the highest for forest-shrub transition, the second for E. hsienmu forest and the lowest for L. rhodostegia forest. There were differences in accumulation amount, waterholding characteristics and retain capacity of litters among different types vegetations.

karst mountains in southwest Guixi; vegetation type; litters; water-holding characteristics; water retain capacity

S718.55+6；S718.3

A

1673-923X(2013)02-0081-05

2012-06-13

广西林业科学研究院基本科研业务费资助项目（林科201201号）；广西自然科学基金资助项目（2012GXNSFAA053042）

彭玉华（1963-），女，工程师，本科，研究方向：森林生态和珍贵乡土树种苗木繁育技术研究；E-mail：pyh112233456789@126.com

欧芷阳（1975-），女，工程师，博士，研究方向：森林生态学研究；E-mail:ozhiyang@126.com

[本文编校：罗 列]