广州市流溪河小流域典型林分枯落物的持水特性

邱治军，牛 强 ，周光益，朱宁华

（1. 中国林业科学研究院热带林业研究所，广东 广州 510520；2. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

广州市流溪河小流域典型林分枯落物的持水特性

邱治军1，牛 强2，周光益1，朱宁华2

（1. 中国林业科学研究院热带林业研究所，广东 广州 510520；2. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

通过对广州市流溪河常绿阔叶林和竹林地表枯落物的储量和持水性能进行调查分析，结果表明：(1)常绿阔叶林地表枯落物的储量为7.73 t·hm-2，是竹林的1.7倍；(2)常绿阔叶林枯落物的最大持水量相当于截持1.23 mm的降雨，高于竹林的0.87 mm；各枯落物层的吸水量与浸泡时间的关系可用对数方程很好地拟合；(3)常绿阔叶林未分解层和树枝在浸泡4 h左右基本达到饱和，而半分解层在浸泡6 h～8 h时达到饱和；竹林枯落物层在浸泡8 h～10 h时基本达到饱和；(4)各枯落物层的吸水速率随着浸泡时间的增长呈下降趋势，两者之间的关系用幂函数方程进行拟合最好。(5)流溪河地区常绿阔叶林地表枯落物的持水性能优于竹林，从水土保持和水源涵养功能角度出发，应尽量减少竹林，增加阔叶林比例。

常绿阔叶林；竹林；地表枯落物；持水量

地表枯落物层是森林生态系统的重要组成部分，主要是由植物的叶、枝、花、果实等凋落物组成。作为大气降雨进入林内后的第一个接触层，它不仅能够起到截持降雨、防止土壤溅蚀、减少地表径流的作用，而且在抑制土壤水分蒸发、增强土壤抗冲性能等方面也有着重要的意义[1-3]。目前，国内学者对于我国不同地域、不同林分类型的地表枯落物的生态水文功能的研究取得了一定的成果[4-8]。

流溪河是广州市的母亲河，是广州市重要的水源地，加强流溪河典型林分的水源涵养功能研究具有非常重要的意义，而地表枯落物的储量和持水性能是水源涵养功能的一个重要指标。目前，已有不少学者对流溪河森林的土壤水文特性[9]、林冠截留特性[10]等进行了初步的研究，但是对地表枯落物的研究还未见报导。本文针对流溪河两种典型林分常绿阔叶林和毛竹林的地表枯落物水文效应进行研究，以期为流溪河水源林建设和水土保持工作提供基础的理论依据。

1 研究区概况

研究区位于广东省广州市流溪河国家森林公园，距广州市区93 km，地理坐标为东经113°45′～ 113°54′，北纬 23°32′～ 23°50′。研究区内山体密集，坡度较大，土壤的成土母岩主要是花岗岩，部分的页岩和石英岩，大部分地区为红壤或黄红壤，东南部为轻沙黄壤，质地以粉沙和细沙为主，土壤肥力较差，呈中性或弱酸性。

研究区位于北回归线附近，气候以南亚热带湿润季风气候为主，雨量充沛，温度高，空气潮湿。该区的年平均降雨量为2 104.7 mm，年平均空气相对湿度79%，年平均气温20.3℃，日平均最高气温 31.0℃，日平均最低气温11.8℃，历史记录最高气温39.2℃（1980年7月1日），最低气温-6.8℃（1960年1月12日）；最冷的1月份平均气温11.5℃，最热的7月份平均27.4℃。研究区植被属南亚热带季风常绿阔叶林，群落结构外貌终年常绿，主要的林分类型有常绿阔叶林、毛竹林、针阔混交林、马尾松林。

2 实验材料与方法

2.1 样地及植被概况

试验样地位于广州市流溪河森林公园内，其中常绿阔叶林样地面积为30m×40m，乔木主要由壳斗科Fagaceae、樟科 Lauraceae、山茶科Theaceae、五加科Araliaceae和卫矛科Celastraceae物种组成。样地乔木层物种大都以中华锥Gomp Hostemmachinense、黄樟Cinnamomum parthenoxylon、鸭脚木Schef flera octophylla和木荷Schima superba等阳性树种为主。竹林样地的面积为20 m×30 m，竹林群落结构单一，基本都是单层水平郁闭。样地的基本信息如下表所示：

表1 样地基本信息表Table 1 Basic information of two sample plots

2.2 实验方法

在阔叶林和竹林样地内，分别随机收集30份地表枯落物样品，每次收集时先用框框出50 cm×50 cm的面积，现场测量枯落物层的厚度后，将全部枯落物收入准备好的样品袋中。样品带回实验室后，先将其分成为树枝、未分解层和半分解层，各取一部分进行烘干称重，然后进行泡水实验，测定其持水量和吸水速率。泡水实验方法如下：将样品浸泡水中，分别测其在0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h、16 h、24 h时的质量变化，每次称取放至无重力水滴下时的湿重，湿重与其干重之差即为样品在不同浸泡时间的持水量。持水量与浸泡时间的比值为枯落物的吸水速率。

表2 两种林分地表枯落物储量Table 2 Litter fall storage of two forest stands

3 结果与分析

3.1 枯落物储量

林分的树种组成、林龄以及林内温湿度的都会影响地表枯落物的输入量和分解速度，进而影响到林内地表枯落物的储量[11]。常绿阔叶林和竹林的地表枯落物厚度分别为2.10 mm、1.50 mm（见表2）。这种差异可能是由于林分类型的不同所决定的：常绿阔叶林落叶量大，枯枝较多，枯落物层比较疏松，因而枯落物层较厚；而竹叶很细小，少有枯枝，枯落物层比较紧实，因而枯落物厚较薄。常绿阔叶林和竹林的枯落物储量分别为7.73 t·hm-2和 4.57 t·hm-2，常绿阔叶林的地表枯落物储量是竹林的1.7倍。 常绿阔叶林地表枯落物的半分解层储量高于未分解层和树枝，竹林则表现为未分解层稍高于半分解层。常绿阔叶林枯落物各层所占的比例依次为：半分解层58.86%、未分解层26.39%、树枝14.75%；竹林为：未分解层59.12%、半分解层40.88%。

3.2 枯落物持水性能

地表枯落物层对林内降雨的截持是森林生态系统中水分循环的一个重要环节。枯落物的最大持水量、最大持水率、吸水速率等也是反映枯落物层生态水文功能的重要指标[11]。通常来讲，枯落物层的最大持水量是由枯落物储量及其持水特性决定的。如表3所示，通过泡水实验测得的两种林分的枯落物的持水性能有所不同，两种林分枯落物半分解层的最大持水量都高于未分解层的最大持水量。常绿阔叶林的树枝吸持水能力很差，其最大持水量相当于0.06 mm的降雨，仅为未分解层和半分解层最大持水量的1/6、1/14。常绿阔叶林枯落物层总的最大持水量相当于1.23 mm的降雨，高于竹林的0.87 mm。因此，常绿阔叶林对降雨的截持能力优于竹林。枯落物的最大持水率通常与枯落物本身的性质，以及枯落物层的分解程度和发育状况有关[12]，两种林分半分解层的最大持水率均高于未分解层的最大持水率，整个枯落物层的持水率表现为竹林（208.8%）大于常绿阔叶林（161.7%），这可能是由于竹林枯落物层分解程度高，具有孔隙多、小、细、吸水面大的特点，因而吸水性能更好[12]。

表3 两种林分枯落物持水能力†Table 3 Water- holding capacity of litter fall in two forest stands

3.3 枯落物层的吸水过程

枯落物层的持水量随着浸泡时间的延长而增加，但变化趋势各不相同。从图1（a）可以看出，常绿阔叶林枯落物层的未分解层和树枝在浸泡4 h左右时吸水量基本趋于饱和，而半分解层的吸水量在浸泡6～8 h左右时才趋于饱和，这说明常绿阔叶林的枯落物层中半分解层的持水能力优于未分解层和树枝。而竹林枯落物的未分解层和半分解层的吸水量均在8～10 h左右达到饱和。对两种林分各枯落物层的吸水量和浸泡时间的关系进行拟合，发现用对数曲线拟合效果最好，其关系式如下：

图1 枯落物吸水量和浸泡时间的关系Fig.1 Relationship between the holding water of litter and immersion time

常绿阔叶林：

竹林：

式中：W为吸水量，t为浸泡时间。

枯落物层的吸水速率随浸泡时间的延长逐渐减小，在开始浸泡时，由于枯枝落叶的死细胞间或枝叶表面水势差较大，吸水速率高[13]。由表4可以看出，无论是常绿阔叶林还是竹林的枯落物层在0.5 h内的吸水速率最大，而后随着浸泡时间的延长吸水速率明显下降，在4 h之后下降趋势减缓，8 h以后吸水速率变化趋势趋于平缓。虽然不同林分的枯落物层在浸泡初始阶段的吸水速率各不相同，但随着浸泡时间的增加，各枯落物层的持水量趋于稳定，因此各枯落物层的吸水速率随浸泡时间的变化趋势基本一致。

枯落物层吸水速率和浸泡时间呈明显的相关性，采用回归分析表明，用幂函数方程拟合两者之间的关系效果最好，其拟合结果见表5。

表4 不同浸泡时间的枯落物吸水速率Table 4 Water absorption rate at different immersion time

表5 枯落物吸水速率与浸泡时间的关系†Table 5 Relationship between absorption rate of litter fall and immersion time

4 结论与讨论

(1) 本文通过泡水实验对流溪河常绿阔叶林和竹林地表枯落物的持水过程进行了研究，结果表明枯落物层的持水量随浸泡时间的延长逐渐增加，最终达到饱和，两者的关系用对数函数拟合效果最好。两种林分枯落物层的吸水速率随浸泡时间的延长逐渐减小，最终趋于稳定，保持不变，两者的关系用幂函数拟合效果最好，这与其他学者的研究结果[5-8]基本一致。

(2) 流溪河常绿阔叶林的地表枯落物储量为7.73 t·hm-2，高于2012年郑燕柔等[14]在佛山市西樵山观测的常绿阔叶林地表枯落物储量（4.09 t·hm-2），但 远 低于 2014 年 周 利军 等[15]在 重庆缙云山观测的常绿阔叶林的地表枯落物储量（25.48 t·hm-2）。这种差异可能是由其所处地域气候条件的不同造成的，广州流溪河地处北回归线附近，空气温度和湿度都比重庆缙云山高，因而地表枯落物的分解速度快，枯落物储量就少。

(3) 常绿阔叶林地表枯落物的最大持水量相当于1.23 mm的降雨，介于西樵山和缙云山常绿阔叶林地表枯落物的最大持水量之间[14-15]。竹林的地表枯落物储量为4.57 t·hm-2，最大持水量为0.87 mm，这与2010年张昌顺等[16]在闽北研究毛竹林枯落物的结果相差无几，但低于我国毛竹林的平均水平(1.48 mm)[17]。

(4) 常绿阔叶林枯落物层的厚度、储量、以及最大持水量均高于竹林。当降雨透过冠层进入林内，首先接触的就是地表枯落物层，因而常绿阔叶林能够吸持和拦蓄更多的林内降雨，避免形成更多的地表径流冲刷地表，造成水土流失。此外，常绿阔叶林在土壤水文特性[6]、林冠截留[6]等方面都要优于竹林。流溪河是广州市重要的水源保护地，提高森林的水土保持和水源涵养功能至关重要。因此，从水土保持角度出发，流溪河小流域应尽量减少竹林，并增加常绿阔叶林比例。

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Water-holding capability of litter fall in Liuxihe catchment, Guangzhou city

QIU Zhi-jun1, NIU Qiang1,2, ZHOU Guang-yi1, ZHU Ning-hua2
(1. Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China;2 . Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

storage and water-holding capability of litter fall in evergreen broad-leaved forest and Moso bambooPhyllostachys pubescensforest stand in Liuxihe forest park were investigated and analyzed. It indicated that: (1) Litter fall storage of evergreen broad-leaved forest was 7.73 t·hm-2, which was 1.7 times that of Moso bamboo forest stand. (2) Max holding water of litter fall in evergreen broadleaved forest stand and Moso bamboo forest stand were 1.23 mm and 0.87 mm, respectively. The relationship between holding water of litter fall and immersion time can be fi tted by logarithm equation. (3) Non-decomposed litter of evergreen broad-leaved forest reached saturation after about 4h, and the saturation time of half-decomposed litter of evergreen broad-leaved forest and Moso bamboo were 6h to 8h and 8h to 10h, respectively. (4) Water absorption rate decreased with immersion time, and their relationship can be fi tted by power function. (5) Water-holding capability of litter fall in evergreen broad-leaved forest was better than that in bamboo. Therefore, for the purpose of soil and water conservation, Moso bamboo forest should be cut off in Liuxihe forest park.

evergreen broad-leaved forest; bamboo; litter fall; water-holding capability

S715.2

A

1673-923X(2016)04-0064-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.04.012

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-11-12

广东省林业科技创新专项（2013KJCX018-01）；广州市林业和园林局科技项目

邱治军，博士，助理研究员；E-mail：qzhijun@126.com

邱治军，牛 强，周光益，等. 广州市流溪河小流域典型林分枯落物的持水特性[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(4):64-67, 79.

[本文编校：吴 彬]