6种不同沿海防护混交林凋落叶持水性能比较

郑晶晶, 蔡锰柯, 林 宇, 魏建康, 陈礼光，3, 荣俊冬，3, 郑郁善,3

(1.福建农林大学 林学院, 福建 福州 350002;2.福建省长乐大鹤国有防护林场, 福建 长乐 350212; 3.福建农林大学 竹类研究所, 福建 福州 350002)

6种不同沿海防护混交林凋落叶持水性能比较

郑晶晶1, 蔡锰柯1, 林 宇2, 魏建康1, 陈礼光1，3, 荣俊冬1，3, 郑郁善1,3

(1.福建农林大学 林学院, 福建 福州 350002;2.福建省长乐大鹤国有防护林场, 福建 长乐 350212; 3.福建农林大学 竹类研究所, 福建 福州 350002)

[目的] 了解并比较沿海地区6片木麻黄与竹子防护混交林凋落叶持水性能状况，为沿海防护林树种选择提供理论依据。[方法] 通过设置标准地，样方搜集和室内浸水试验，测量凋落叶自然含水率、持水率、吸水速率、失水率和失水速率，比较分析混交林凋落叶持水性能。[结果] 木麻黄与花吊丝竹混交林凋落叶的最大持水率较高，其次为吊丝单竹+木麻黄、勃氏甜龙竹+木麻黄、绿竹+木麻黄、麻竹+木麻黄和大头典竹+木麻黄；而自然含水率从高到低依次为勃氏甜龙竹+木麻黄>花吊丝竹+木麻黄>绿竹+木麻黄>大头典竹+木麻黄>吊丝单竹+木麻黄>麻竹+木麻黄；从凋落叶的吸水和自然风干过程来看，6种混交凋落叶的持水率、吸水速率、失水率和失水速率在浸泡或自然风干的0～2 h有一个迅速变化的趋势，2 h后凋落叶持水率和吸水速率逐步变缓，16 h后逐渐趋于平稳。[结论] 回归分析结果表明，持水率和浸泡时间及失水率和风干时间之间的关系均为对数函数关系，而吸水速率与浸泡时间及失水速率与风干时间的关系均为幂函数关系。

沿海防护混交林; 竹子; 凋落叶; 持水性; 失水性

沿海防护林作为沿海地区重要的生态屏障，在防风固沙、保持水土等方面发挥巨大作用，对于改善生态环境、防治干旱及抵御海洋性灾害具有重要的意义[1]。木麻黄(Casuarinaequisetifolia)作为20世纪50年代末以来沿海地区主要的造林树种，近年来，由于树种单一，地力下降，病虫害严重，林分衰老，防护功能降低，大量适生树种被引入木麻黄防护林更新迹地混交造林[2]，以适应沿海地区恶劣环境，如相思、巨尾桉等，但一些耐干旱的竹种也能够在沿海沙地生长[3]。滨海沙地多为风积沙土与潮积沙土，水肥条件差[4]，竹子繁殖能力强、生长周期短、根系发达，地下茎相互盘结，能较好地防风固沙、保水保肥，在适应沿海地区气候、水土保持方面[5]发挥着强大的生态修复功能。张梅等[6]在滨海沙地引种多个竹种，均表现出良好的生长特性。腾华卿[7]、林红强[3]等通过在水土流失区引种竹子，证实了竹类在水土保持方面的重要作用。因此，对沿海沙地竹子与木麻黄防护混交林展开研究，有利于沿海防护林的建设。

森林凋落物指在生态系统内，由地上植物组分产生并归还到地表面，作为分解者的物质和能量来源，借以维持生态系统功能的所有有机质的总称[8],凋落物层作为群落结构中一个重要层次，它对生态系统的植被、土壤和环境有着不可替代的影响作用[9-10]。凋落物的凋落和分解是森林生态系统中物质循环和能量流动的重要环节[11]，在截留降水、防止土壤溅蚀、减缓地表径流、阻止土壤水分蒸发、增强土壤抗冲性能和水源涵养[12-14]等方面具有不可替代的作用[15-17]。目前，许多学者对凋落叶持水性能开展的研究多数集中在不同针、阔叶林凋落物持水性能[18-21],少数研究了不同经营措施以及皆伐改造后的森林凋落物水文效应[12-13]，但关于木麻黄和竹子混交林凋落叶持水性能方面的研究鲜见报道。鉴于此，本文拟通过研究沿海地区木麻黄和6种竹子混交林凋落叶持水性能的比较，并进行回归方程的拟合，为分析不同竹种与木麻黄混交防护林在沿海地区的防风固沙、水土保持、水源涵养，以及沿海防护林树种选择方面提供理论依据。

1 研究区概况

试验地位于福建省福州市长乐市大鹤国有防护林场，地处北纬25°57′59″，东经119°40′43″。该林场位于沿海防护林基干带，经营面积345.9 hm2，有国家级生态公益林259.7 hm2。明显的南亚热带海洋性季风气候，冬暖夏凉，较少霜冻害，光热资源丰富，年均温19.2 ℃，积温6 375.6 ℃，年实际日照时数1 837.5时，年均降水量1 196～1 772 mm，年降雨约160 d，4—6月为雨季，11—1月为旱季。主要灾害性天气为热带风暴台风，年平均4～6次，样地平均海拔10 m，地势平坦，土壤为滨海沙土，肥力低，保水性差。林下天然植被少，在直接受台风袭击危害的同时也带来暴雨和潮汐引起的洪涝等灾害，土壤容易受到风蚀和雨水侵蚀，其化学性质如表1所示。

表1 滨海沙地土壤的化学性质

试验地前身共有6片木麻黄低效纯林，为2009年5月容器苗种植造林，株行距2 m×2 m，合计面积409。于2010年春在沿海沙地木麻黄纯林下套种竹林，分别种有花吊丝竹、大头典竹、绿竹、勃氏甜龙竹、吊丝单竹、麻竹6种适生于沿海沙地的丛生竹种。造成林时选择生长健壮、无病虫害的1～2 a生母竹，株行距为3 m×3 m，林分结构稳定，生长良好。经每木检尺调查，木麻黄低效林混交引种的6个竹种如表2所示。

2 研究方法

2.1 凋落叶的测量与收集

在6个不同木麻黄低效林套种竹林内分别设置标准地，并分别在竹子与木麻黄的冠幅投影下分东西南北4个方向各放置1个1 m×1 m的凋落叶收集筐，收集样方中的凋落叶，对凋落叶表面杂质进行清理后分别装入尼龙网袋内并称其自然鲜重后，带回实验室。将凋落叶用烘箱烘干至恒重备用，称其干重并计算各竹种凋落叶的自然含水率(自然含水率%=(自然鲜重—烘干重)/烘干重×100%)。

2.2 凋落叶持水性能的测定

取烘干备用的凋落叶装入20 cm×30 cm的尼龙网袋，进行凋落叶持水能力的试验。具体步骤：在凋落叶浸入盛有清容器的第0.5，1，2，3，4.5，6.5，8.5，10.5，12.5，14.5，16，20和24 h将尼龙网袋取出，静置5 min直到尼龙网袋不滴水时迅速称重并记录。浸水24 h后取出，将尼龙纱网袋于空气中自然风干，分别在第0.5，1，2，3，4.5，6.5，8.5，10.5，12.5，14.5，16，20和24 h时称其质量并记录。各持水性能指标的计算方法如下：

凋落叶持水率=(Mt1-M0)/M0×100%

(1)

凋落叶吸水速率=(Mt1-M0)/(M0×t1)

(2)

式中：M0——凋落叶烘干重；Mt1——浸泡t1时间的凋落叶质量；t1——浸泡时间。

凋落叶失水率=(m0-mt2)/m0×100%

(3)

凋落叶失水速率=(m0-mt2)/(m0×t2)

(4)

式中：m0——凋落叶浸泡24h后质量；mt2——风干t2时间的凋落叶质量;t2——风干时间。

表2 凋落物持水性研究供试植物种类

3 结果与分析

3.1 凋落叶的最大持水率和自然含水率

凋落叶的持水率是反映其持水性能的指标之一，持水率越大，持水能力越强，反之，则较小。一般来说，可将凋落叶浸水24 h后的持水率视为该凋落叶的最大持水率。从表3可以看出，经过24 h的浸泡，6种沿海防护林凋落叶的最大持水率都相当于其干重的3～4倍，其凋落叶最大持水率从大到小依次为花吊丝竹+木麻黄(359.38%)>吊丝单竹+木麻黄(368.48%)>勃氏甜龙竹+木麻黄(357.57%)>绿竹+木麻黄(345.71%)>麻竹+木麻黄(335.48%)>大头典竹+木麻黄(327.27%)；而从自然含水率来看，从大到小顺序依次为：勃氏甜龙竹+木麻黄(70.54%)>花吊丝竹+木麻黄(31.79%)>绿竹+木麻黄(29.34%)>大头典竹+木麻黄(16.70%)>吊丝单竹+木麻黄(16.12%)>麻竹+木麻黄(15.08%)。方差分析的结果表明，本文研究的6种沿海防护混交林凋落叶间的最大持水率差异性并不显著(p>0.05)，但自然含水率间呈显著差异(p<0.05)。

表3 6种沿海防护混交林凋落叶最大持水率和自然含水率 %

注：表中字母用来表示多重比较的结果,同列字母相同或者有一个相同的字母表示各混交林之间差异不显著,字母不同表示各混交林之间差异显著。**表示差异达0.01极显著水平； *表示差异达0.05显著水平。

3.2 凋落叶持水性能比较

从不同沿海防护林凋落叶持水率与吸水时间的关系来看(图1)，6种混交凋落叶的持水率在浸水0～2 h有一个迅速上升的趋势，2 h后随着浸泡时间的延长，凋落叶持水率增加逐步变缓，16 h后逐渐趋于平稳。另一方面，从图2可以看出，在整个浸泡过程中各沿海防护林凋落叶吸水速率的从大到小的顺序基本上呈现吊丝单竹+木麻黄>麻竹+木麻黄>勃氏甜龙竹+木麻黄>绿竹+木麻黄>大头典竹+木麻黄>花吊丝竹+木麻黄。在吸水0～0.5 h的吸水速率是0.5～1 h的2倍左右，而吸水1～2 h的吸水速率是0.5～1 h的2倍左右。在吸水2～15 h时，吸水速率在逐步下降，在吸水15～24 h间，吸水速率基本趋于稳定。

图1 不同林分凋落叶持水率与浸泡时间的关系

图2不同林分凋落叶吸水速率与浸泡时间的关系

从总体上看，凋落叶的吸水过程大致分为3个阶段：在浸水初期，各防护林凋落叶的持水率增长较快，而吸水速率则不断减小；在浸水2 h后，凋落叶虽然还在吸水，但持水率和吸水速率均处于较为稳定阶段；随着浸泡时间的延长，凋落叶持水率和吸水速率基本不再变化。这说明各防护林凋落叶的吸水作用主要表现在0～2 h内，特别是前0.5 h。这对于截获短时期降雨具有重要意义。这与刘国华等[22]以竹枯落物为例，研究它们水文特征及其截持降雨过程时发现的规律一致。此外，由于凋落物的持水率和吸水速率是反映其持水能力的重要指标，本文研究的木麻黄和竹子的混交林有利于将林内降水迅速蓄积起来，已达到减少地表径流的发生，在涵养水源方面有着重要的意义。

3.3 凋落叶失水性能比较

从不同沿海防护林凋落叶失水率与失水时间的关系来看(图3)，凋落叶的失水率在自然风干0～2 h增长较快，但不同竹种间的差异不大；在自然风干2～9 h间，6个沿海防护林凋落叶的失水率缓慢上升，且不同防护林失水率间的差异逐渐变大；随着浸泡时间的延长，不同防护林凋落叶失水率的增加速度逐步变缓，在自然风干16 h后逐渐趋于平稳，各防护林凋落叶间失水率的差别变的明显，其从大到小的顺序为花吊丝竹+木麻黄>勃氏甜龙竹+木麻黄>绿竹+木麻黄>吊丝单竹+木麻黄>麻竹+木麻黄>大头典竹+木麻黄。

图3 不同林分凋落叶失水率与风干时间的关系

另一方面，从图4可以看出，在整个失水过程中，6种防护林凋落叶在自然风干0～0.5 h的失水速率较大，其从大到小的顺序依次为花吊丝竹+木麻黄>勃氏甜龙竹+木麻黄>绿竹+木麻黄>吊丝单竹+木麻黄>麻竹+木麻黄>大头典竹+木麻黄。从自然风干0.5～9 h间，不同防护林凋落物的失水速率均缓慢降低；当自然风干9～24 h间，6种防护林凋落叶的失水速率逐步趋于稳定。

图4 不同林分凋落叶失水速率与风干时间的关系

3.4 相关性分析

表4 凋落叶持水率、吸水速率与浸泡时间的相关性

表5 凋落叶失水率、失水速率与风干时间的相关性

4 结论与讨论

(1) 从各竹种凋落叶的最大持水量和自然含水率来看，6个竹种间的最大持水率没有显著的差异，但它们自然含水率间的差异性达到显著水平。刘尚华等[17]在研究京西百花山区6种植物群落凋落物的持水性能时，发现油松、青杨刺槐等群落的最大持水率在270%～350.5%，自然含水率在44%～174%，这与本文研究的结果存在差异。这可能是由于本研究的对象为沿海防护林，但土壤类型主要为滨海沙土，土壤养分贫乏且保水保肥能力较差，又林下植被较少。因此，虽然竹子的凋落叶本身吸水能力较强，但不利于凋落叶持水。

(2) 凋落叶的吸水和失水过程来看大致可以分为3个阶段：从浸水的0～2 h为凋落叶吸水的高峰期，此时凋落叶的持水率和吸水速率均处于较高的阶段；从浸水的2～16 h时，凋落叶的持水率和吸水速率均处于缓慢吸水的过程；到浸水至24 h时，凋落叶已基本不再吸水。从凋落叶自然风干过程来看，自然风干的0～0.5 h为凋落叶快速失水阶段，0.5～9 h为缓慢失水阶段，9～24 h凋落叶的失水率和失水速率均处于稳定阶段。

(3) 从不同林分凋落叶持水率与浸泡时间和失水率和自然风干时间的拟合结果来看，能够很好的用V=k×tn(k为系数)的幂函数关系。

(4) 本文对不同竹种与木麻黄混交的沿海防护林凋落叶的持水性能进行研究时，采用室内浸提法进行。但在自然降雨过程中，凋落物的吸水过程受干扰因素较多，与室内浸提法存在差异。且本次研究仅对新鲜未分解的竹叶进行持水性能研究，对分解程度不同的凋落叶未进行分类，这与自然条件下林内凋落叶的组成也有一定差异[18]，因此，关于沿海防护林凋落物对降雨的吸收能力的评价还需要进一步探讨，以便选择出较好的水源涵养树种。

[1] 许景伟,李传荣,马履,等.沿海防护林造林树种抗旱性的比较[J].北京林业大学学报,2007,29(1):167-170

[2] 叶功富,张立华,林益明,等.滨海沙地木麻黄人工林细根养分与能量动态[J].生态学报,2007,27(9):3874-3882.

[3] 林红强.竹类在水土流失区的应用研究[J].亚热带水土保持,2005,17(2):23-26.

[4] 陈国华,陈海艳,李宝福,等.沿海沙地木麻黄更新迹地6种相思树的水源涵养功能比较[J].防护林科技,2012(2):1-4.

[5] 林夏馨,刘洪生.优良水土保持竹种的选择研究[J].福建水土保持,2003,15(4):56-60.

[6] 张梅,郑郁善,陈礼光.滨海沙地竹子引种试验初报[J].西南林学院学报,2007,27(1):48-50.

[7] 滕华卿.花吊丝竹在水土流失治理中的应用[J].福建水土保持,2004,16(3):22-23,38.

[8] 王凤友.森林凋落量研究综述[J].生态学进展,1989,6(2):82-98.

[9] Borendse F.Implications of increased litter production for plant biodiversity[J]. Trends Ecology and Evolution, 1999,14(1):4-5.

[10] Scott D F.Soil wettability in forested catchments in South Africa: As measured by different methods and as affected by vegetation cover and soil characteristics[J]. Journal of Hydrology, 2000,231(1):87-104.

[11] 林波,刘庆,吴彦,等.森林凋落物研究进展[J].生态学杂志,2004,23(1):60-64.

[12] 王卫军,赵婵璞,张绍轩,等.不同经营措施对油松林枯落物持水性能的影响研究[J].水土保持通报,2013,33(6):103-106.

[13] 李超,董希斌,宋启亮.大兴安岭白桦低质林皆伐改造后枯落物水文效应[J].东北林业大学学报,2013,41(10):23-27.

[14] 张向峰,王玉杰,刘敏.北京市3个区域油松枯落物保水功能对比分析[J].水土保持通报,2014,34(2):311-314.

[15] Leer. Forest Hydrology[M]. New York: Columbia University Press:1980.

[16] 方海东,纪中华,杨艳鲜.金沙江干热河谷新银合欢人工林枯落物层持水特性研究[J].水土保持学报,2005,19(5):54-57.

[17] 刘尚华,冯朝阳,吕世海.京西百花山区6种植物群落凋落物持水性能研究[J].水土保持学报,2007,21(6):179-182.

[18] 郑文辉,林开敏,徐昪,等.7种不同树种凋落叶持水性能的比较研究[J].水土保持学报,2014,28(1):88-91.

[19] 彭耀强,薛立,曹鹤,等.三种阔叶林凋落物的持水特性[J].水土保持学报,2006,20(5):189-191.

[20] Liu Shirong, Sun Pengsen, Wen Yuanguang. Comparative analysis of hydrological functions of major forest ecosystems in China[J]. Acta Phytoecologica Sinica, 2003,27(1):16-22

[21] 杜阿朋,赵知渊,王志超,等.不同品种桉树人工林生长特征及持水性能研究[J].热带作物学报,2014,35(7):1306-1310.

[22] 刘国华,张金池,林树燕,等.4种地被竹枯落物的水文特征及其截持降雨过程研究[J].水土保持通报,2012,32(2):105-108.

Comparative Study on Water-holding Capacity of Litters in Six Different Mixed Forests for Coastal Protection

ZHENG Jingjing1, CAI Mengke1, LIN Yu2, WEI Jiankang1,CHEN Liguang1,3, RONG Jundong1,3, ZHENG Yushan1,3

(1.CollegeofForestry,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China;2.ChangleDaheState-ownedProtectionForestFarmofFujianProvince,Changle,Fujian350212,China;3.ResearchInstituteofBamboo,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China)

[Objective] Comparing the water-holding capacity of litters in six different bamboo forests mixed withCasuarinaequisetifoliais of great importance to tree species selection in coastal protection forest. [Methods] By setting the standard plots, samples collection and laboratory immersion experiment, original water-holding rate, water-absorbing characteristic and the water-losing characteristic of litters in 6 mixed forest were measured to compare the water-holding capacity of litters in six different coastal protection mixed forests. [Results] The forest with maximum water-holding rate wasDendrocalamusminorvar. amoenus, followed by theDendrocalamopsisvario-striata,Dendrocalamusbrandisii，Bambusaoldhami,Dendrocalamuslatiflorus，Bambusabeecheyanavar.pubescens. while the forest with higher original water content isD.brandisii, followed byD.minorvar.amoenus,B.oldhami,B.beecheyanavar.pubescens,D.vario-striata，D.latiflorus. In absorbing and natural drying process, water-holding rate, water-absorbing speed,water-losing rate and water-losing speed of all kinds of litters in mix forest increased rapidly in the first two hours. From then on, the rates slowed down with prolonged immersion time, and gradually became stabilized after 16 hours. [Conclusion] Water-holding rate and water-losing rate of litters increased following a log function with the time immersed in water, and the water-absorbing speed rate and water-losing speed followed a power function

mixed forests for coast protection; bamboo; litters; water-holding characteristic; water-losing characteristic

2014-09-25

2015-01-17

福建省农业科技重大专项“特色林木种质材料选育与高效培育关键技术研究”(2013NZ0001); 福建省农业科技重大项目(2010 N5002); 中央财政林业科技推广项目([2013]7号)

郑晶晶(1990—),女(汉族),福建省宁德市人,在读硕士研究生,研究方向为沿海防护林研究。 E-mail:oopszjj@163.com。

郑郁善(1960—),男(汉族),福建闽清市人,本科，博士生导师,教授,主要从事森林培育与水土保持研究。 E-mail:zys1960@163.com。

A

1000-288X(2015)05-0111-06

S727.23