云南宝台山森林公园枯落物储量及其持水特性研究

夏 静，李小英，徐世芳

（西南林业大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650224）

林地枯落物是土壤与森林植被层之间的物质，是植物地上部分枯死后脱落长期堆积而成的[1]，在减缓地表径流、截持降雨、增强土壤抗冲蚀效应、防治土壤侵蚀、阻碍土壤水分蒸发等方面具有极其重要的作用[2]。森林水文生态调节功能受枯枝落叶质量和数量的影响，而枯枝落叶的质量和数量与树种构成、林分结构、枯落物分解程度、枯落物的厚度和性质、人为活动等因素相关[3-4]。因此在评价森林水文功能时不同林分类型枯落物的现存量具有相当重要的地位。

有关大理永平宝台山林下枯落物的蓄水特性研究尚少见报道，本研究为阐明天然林在水土保持方面的作用，特调查和分析针阔混交林和常绿阔叶林枯落物未分解层和半分解层现存量及持水量，宝台山的管理和保护也可以此为依据。

1 研究区概况

永平县位于云南省大理白族自治州，东侧为漾濞彝族自治县，西侧为保山市，南侧为昌宁县，北侧为云龙县，地处东经 99°17′～99°56′，北纬 25°03′～25°45′。

永平为亚热带季风气候区，有干湿季明显，同季雨热，雨量充足，夏无酷暑，冬无严寒的气候特点。雨季为5～10月份，此阶段降雨量占全年降雨量的80%以上，其中7～9月份比较集中，旱季为11月份至次年的4月份。年平均温度为15.8℃，极端最低温度为-4.4℃，极端最高温度为33.2℃，年霜期115d，年日照2045.5h，年均降雨量1033mm，年均蒸发量1596mm。

宝台山位于永平县杉阳镇，距大理市约72km，距昆明400km，最高海拔2912m，山势由北向南倾斜，原始森林6660多公顷。

宝台山森林公园的植物垂直结构分布的类型为乔灌草，乔木层植物主要有云南松（Pinus yunnanensisFranch）、元江栲（Castanopsis orthacanthaFranch）、 石 栎 （Lithocarpusglaber（Thunb.）Nakai）、麻栎（Quercus acutissimaCarr）、木荷（Schima forrestiiAiry-Shaw）、暗叶润楠（Machilus melanophyllaH.W.Li）、西南越桔（Vaccinium laetumDiels），灌木层植物主要有云南野扇花（Sarcococca wallichiiStapf）、西南越桔（Vaccinium laetumDiels）、岗柃 （Eurya groffiiMerr）、云南金叶子（Craibiodendron yunnanenseW.W.Smith）、水红木（Viburnum cylindricumBuch.-Ham.ex D.Don）、厚皮香（Ternstroemia gymnanthera（Wight et Arn.） Beddome）、微脉冬青（Ilex venulosaHook.f）、荚蒾（斑点光果荚蒾）（Viburnum leiocarpumHsu var.punctatum Hsu）、五柱滇山茶（Camellia yunnanensis（Pitard ex Diels）Coh.Stuart）、短柄白瑞香 （Daphne papyraceaWall.ex Steud.var.duclouxii Lecomte），草本层比较稀少，植物以云南凤仙花（Impatiens yunnanensisFranch）、松叶蕨科（Psilotaceae）为主。

10个典型样地基本特征（见表1）。

2 研究方法

2.1 林下枯落物的采集

表1 研究样地的基本特征

2011年8月在大理永平县宝台山森林公园海拔2400～2655m范围内不同坡向选取10个30m×30m的样地，在样地内按坡面分上、中、下选3个具有代表性50cm×50cm的小样方。野外作业中，收集未分解层和半分解层装入袋中，并记录各层的特征值。

2.2 枯落物的持水量和吸水速率

林下枯落物持水量和吸水速度采用室内浸泡法测定，用“四分法”选取在现场采取的枯落物装入纱布袋（纱布袋预先称重、标记）称重，并将其一并浸入盛有清水的容器中分别浸水0.5、1、2、4、6、8、10、24h，取出纱布袋后静置 3min，称其重量（以枯落物不滴水为准），来研究其吸水速度和吸水过程。

将所得试验的结果，经分析即得到该林分枯落物未分解层和半分解层的蓄积量、持水量、吸水速率。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型枯落物蓄积量的变化

枯落物蓄积量由表2可知，常绿阔叶林和针阔混交林的枯落物总蓄积量是不一样的，主要是因为树种组成不同所致。分析表2中的常绿阔叶林、针阔混交林枯落物未分解层、半分解层蓄积量可以看出，各林分各层蓄积量占总蓄积量比例有较大差异，常绿阔叶林的半分解层蓄积量所占比例较小，占总蓄积量的45%，而针阔混交林的半分解层枯落物的蓄积量比例最大，占总储量的60%。

表2 不同林分类型枯落物的蓄积量

国内其他学者对同纬度云南会泽县金钟乡头塘小流域的枯落物储量研究结果[5]：华山松枯落物的总蓄积量为8.47t/hm2，滇杨枯落物的总蓄积量为4.24t/hm2，水冬瓜枯落物的总蓄积量为5.69t/hm2，圣诞树枯落物的总蓄积量为21.07t/hm2。宝台山森林公园与此结果对比，可以看出宝台山森林公园枯落物厚度和总蓄积量均更多，这也说明该区域植被保护较完整。

3.2 枯落物持水能力特征

枯落物除了增加土壤养分，防止降雨对土壤冲刷外，还具有比较强的蓄水能力，对森林涵养水源具有重要作用，所以评价森林植被蓄水能力的一个重要指标是枯落物持水量[6]。

3.2.1 枯落物的持水量

枯落物持水率是单位时间内吸收的水量与自身风干重量的比值，反映了枯落物的蓄水能力，枯落物的类别、厚度、分解状况不同，其持水量也不同。

针阔混交林和常绿阔叶林的枯落物最大持水量（24h持水量）不同，由表3可见：针阔混交林的最大持水量（5741g/kg）最大，而常绿阔叶林（4317g/kg）相对较小；在前2h内，未分解层、半分解层分别达到该层最大持水量的81.68%、90.54%、79.09%、84.81%。其持水效果为针阔混交林>常绿阔叶林，未分解层<半分解层。

3.2.2 枯落物持水量与浸水时间的关系

枯落物吸水的速度与其结构、数量、干燥度等有关，也与枯枝落叶死细胞与叶面水势相关[7-8]。通过浸水实验的数据可以分析出未分解层和半分解层枯落物的持水过程。结果表明：在最初枯落物接触水1h之内，其持水量迅速增加，随着浸水时间延长呈现缓慢增加，在浸水10h时基本达到饱和。这是因为枯落物刚开始比较干燥，其吸水能力较强，随着枯落物含水量的增加，吸水能力降低，直到枯落物含水量达到饱和，见图1，图2。

表3 不同林分不同层次枯落物持水量/g·kg-1

图1 枯落物未分解层持水量与浸水时间关系

图2 枯落物半分解层持水量与浸水时间关系

对宝台山森林公园针阔混交林和常绿阔叶林的林下枯落物持水量与浸水时间的关系进行回归分析，发现林下枯落物层持水量与浸水时间符合①式关系：

式中：D—枯落物层的持水量（g/kg）；t—浸水时间；a、b—方程系数。

不同林分枯落物层持水量与浸泡时间关系式见表4。

表4 枯落物层持水量与浸水时间关系式

3.2.3 枯落物的吸水速率

随浸水时间不同2种林分枯落物吸水速率的变化是一致的（表5）：在30min内吸水速率比较大，之后逐渐减缓，吸水速率在2h后减小显著（表5）。由于枯落物从风干状态到浸水后枯枝落叶之间的水势差比较大，在浸水初期枯落物的吸水速率都比较高；所以，吸水速率高。枯落物在浸水初期迅速吸水的过程对短时暴雨降水减缓径流有比较明显的促进作用，这正是枯落物减缓地表径流、防止土壤侵蚀的功能所在[9]。随着浸泡时间的延长，枯落物的持水量达到最大持水量，此时枯落物蓄水逐渐呈饱和状态，吸水速率也降低。

表5 不同林分不同层次的枯落物吸水速率

3.2.4 枯落物的吸水速率与浸水时间关系

由图3、图4可知：不同林分类型枯落物不论是未分解层还是半分解层吸水速率都较高，尤其在浸水初期，枯落物在浸水前1h内，吸水速率最快，之后随浸水时间延长吸水速度降低，在浸水10h后，枯落物含水量基本达到饱和，随后的时间里枯落物缓慢吸水，直至完全饱和，此时，枯落物持水量最大。

对针阔混交林和常绿阔叶林未分解层和半分解层的枯落物吸水速率与浸水时间进行拟合后，可得出这段时间吸水速率与浸水时间有如式②的拟合模型。

图3 枯落物未分解层吸水速率与浸水时间关系

图4 枯落物半分解层吸水速率与浸水时间关系

式中：V为枯落物的吸水速度（g/kg*h），t为浸水时间（h），k为方程系数，n为指数。

即对枯落物未分解层、半分解层的吸水速率

表6 林下枯落物吸水速率与浸水时间关系式

与持水时间用幂函数方程进行拟合，拟合效果比较好，相关系数（R2）均大于 0.9（表 6），这表明枯落物半分解层和未分解层持水量与其持水时间之间呈较显著的对数关系。

4 结论

（1）云南省宝台山森林公园枯落物蓄积量针阔混交林大于常绿阔叶林。宝台山森林公园枯落物平均厚度及总蓄积量均比同纬度未被保护的地区森林枯落物平均厚度与总蓄积量更高，原因在于宝台山森林公园所在地林业部门及当地群众对该林地的全力保护。

（2）由枯落物持水性实验结果得出，枯落物在浸水1h之内吸水速度最快，随着进水时间的延长，吸水速度降低，浸水10h后枯落物基本达到饱和，在随后的时间里枯落物继续缓慢吸水直至完全饱和。

（3）常绿阔叶林和针阔混交林枯落物未分解层、半分解层的持水量与浸水时间符合D=alnt+b，林下枯落物吸水速率与浸水时间均符合V=ktn，这与多位国内学者的分析研究结果相似[10-11］。综上所述，针阔混交林的枯落物持水量较高，这对于森林水源涵养具有重要意义。

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