10种乡土树种枯落物的持水特性

王志云+陈香+陈红跃+朱建美+柯欢+薛克娜

摘要：于广东省佛山市云勇生态林养护中心生态防护林试验示范区内，调查研究了红荷、红锥、黄樟、乌桕、火力楠、观光木、米老排、香樟、枫香、中华杜英林下枯落物及土壤的持水特性。结果表明：10个不同树种林下枯落物蓄积量3.94～9.35 t/hm2，最大持水量为5.95～27.37 t/hm2，最大拦蓄量为2.74～18.15 t/hm2，有效拦蓄量为2.74～21.66 t/hm2。10种林下枯落物的持水能力排序为香樟>红锥>红荷>米老排>观光木>黄樟>火力楠>枫香>中华杜英>乌桕。

关键词：枯落物；拦蓄量；持水量

中图分类号：S715.3

文獻标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）23-0007-04

1 引言

森林的涵养水源功能是森林生态服务的重要组成部分，一直以来都是社会及科学研究的热点问题（于水强，2009）。森林枯落物层是森林生态系统3个垂直结构上的主要功能层之一，它在截持降水、防止土壤溅蚀、阻延地表径流、抑制土壤水分蒸发、增强土壤抗冲性能等方面都具有非常重要的意义（吴钦孝等，1998；莫菲等，2009）。枯落物层拦蓄径流是整个森林生态系统水分循环中的重要一环，而其持水能力是反应枯落物层水文作用的一个重要指标。森林枯枝落叶层的总储量、持水性能受群落内林分类型、林龄、枯落物分解状况、林地水分状况、降雨特点、群落所处地理位置等的影响。目前，有关枯落物对森林土壤形成和维持的意义、枯落物组成和性质对其持水过程和水分散失过程的影响以及林地生态水文效应等已展开了部分工作（Black P E，1998；Schaap M G & Bouten W， 1997；余新晓等，2002；庞学勇，2005）。国内外许多学者在不同区域对多种森林类型下的枯落物特性作了研究，在枯落物的凋落量、凋落动态、分解速率、截持降水、影响地表径流和土壤侵蚀机理等方面都取得了一定成果（Beasley R S & Granillo A B，1985；陈奇伯等，1994；徐娟等，2009）。

近年来，广东省开始将森林划分为生态公益林和商品林进行经营，为了提高生态公益林的生态效应，需要对人工纯林进行林分改造。云勇林场作为生态公益林示范区，为佛山市乃至整个广东的生态公益林建设和国营林场的转型起到样板和示范作用。为把云勇林场生态公益林示范区建成多层次、多色彩、物种多样、环境优美，且集生态旅游和科普教育多功能的生态公益林示范区，我们对该区的林分进行了改造。本文对云勇林场改造后的林地不同乡土树种枯落物持水特性进行研究，探讨不同树种枯落物在涵养水源和保持水土的优越性，为林分改造树种选择和合理配置提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究地区自然概况

研究地区云勇生态林养护中心位于广东省佛山市高明区西南部，位于22°41′54″～22°46′50″N，112°38′26″～112°42′25″E。属于南亚热带气候，气候温和，年平均气温、最高气温和最低气温分别为22.0 ℃、34.5 ℃和3.5 ℃，偶有霜冻。雨量充沛，年降水量平均达2000 mm，集中在4～8月。地势属丘陵地带，土壤为花岗岩发育的酸性赤红壤，土层深厚。示范区内水热条件优越，植物一年四季均可生长。

2.2 研究内容和方法

2.2.1 树种选择

树种选择的适当与否是造林成败的关键因子之一。改造树种的选择首先应遵循适地适树的原则，根据不同的立地状况及改造目标，选择不同的树种，但一般以利用乡土树种为主。通过不同树种的配置以达到物种多样、结构稳定、生态、社会效益良好的效果。

为了恢复并提高云勇林场森林群落，使其顺向演替，形成多树种、多层次、多类型、多色彩且具有浓郁乡土气息的南亚热带森林，逐步建立起生长稳定、生态功能显著、抗性强的森林生态体系，遵照适地适树的原则，以选择乡土阔叶树种为主，设计出具有与乡土林分树种结构和比例相似的模式。本次调查主要研究10种乡土树种：红荷（Schima wallichii）、红锥（Castanopsis hystrix）、黄樟（Cinnamomum porrectum）、乌桕（Sapium sebiferum）、火力楠（Michelia macclurel）、观光木（Tsoongiodendron odorum）、米老排（Mytilaria laosensis）、香樟（Cinnamomum camphora）、枫香（Liquidambar formosana）、中华杜英（Elaeocarpus chinensis）。

2.2.2 标准地的建立及基本情况调查

根据试验林的林分现状（表1），在目标林内树种选择具有代表性区域设立标准地，对应树种进行编号。标准地规格15 m×20 m，面积为300 m2。标准地设立后在其各个角树立白色塑料水管，建立固定标准地，以便日后做连续调查实验。

2.2.3 枯落物蓄积量调查

在前述标准地内，分上、中、下坡随机选择4个点，记录其中3个点的数据，每点采集31.7 cm×31.7 cm的枯落物，将取得的枯落物按照未分解层和半分解层分别收集带回实验室，按照《森林土壤定位研究法》进行含水率、最大持水率等的测定，并据此计算蓄积量和持水量。

2.2.4 枯落物的测定与方法

蓄积量的测定：把在调查地所采集枯落物带回实验室后称量鲜重，并采用室内常规烘干法烘干，计算其干重和自然含水率，最后计算出单位面积枯落物现存量。

持水特性的测定：在蓄积量取样的同时，选取原状枯落物试样，称重后装入尼龙袋在室内用清水浸泡12 h，再称重，最后测干重，进一步计算枯落物最大持水率。每个标准地3个重复。

将风干称重后的枯落物试样在清水中浸泡24 h后称重，计算其最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄量。计算公式为：

3 结果与分析

3.1 各乡土树种林下枯落物蓄积量

通常认为，枯落物层蓄积量取决于其在林地上的积累量和分解量大小、分解速度、积累年限等因子，而这些因子又与林分发育、林分结构、林分生产力等有关（李红云等，2005）。因此，枯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（赵艳云等，2009）。表2显示，10种不同林分的枯落物蓄积量有较大差别，变动范围在3.94～9.35 t/hm2，依次为：香樟>红椎>红荷>枫香>观光木>黄樟>火力楠>米老排>中华杜英>乌桕。其中香樟最大，红椎次之，都超过了9 t/hm2。枫香、观光木、黄樟、火力楠、米老排5种树种相比相差很小，但与香樟、红椎相比偏小，与中华杜英、乌桕相比偏大。这是因为不同树种长势存在差异，所以枯落物蓄积量各不相同，在调查过程中可以明显观察到香樟和红椎长势良好，乌桕长势相对较差。

3.2 各乡土树种林下枯落物持水性能

林地枯落物层在森林涵养水源方面起着极其重要的作用，既能截持降水，使地表免受雨滴的直接冲击，又能阻滞径流和地表冲刷；同时，枯落物的分解形成土壤腐殖质，能显著地改善土壤结构，提高土壤的渗透功能（张强等，2004）。而不同树种枯落物性质不同，持水能力也有差异。

3.2.1 枯落物的持水能力

由表2可知，10种乡土树种林下枯落物的最大持水率变化范围为119.87%～354.16%，大小顺序为：米老排>香樟>红荷>黄樟>红椎>观光木>中华杜英>火力楠>枫香>乌桕。从试验结果看，各树种之间枯落物最大持水率均有差异，可能与其林龄、枯落物分解状况、累积状况、前期水分状况等多种因素有关（樊登星等，2008）。

而不同树种林下枯落物最大持水量依次为：香樟>红椎>红荷>米老排>黄樟>观光木>火力楠>枫香>中华杜英>乌桕。不同树种间差异较大，最大持水量最大的香樟高达27.37 t/hm2而最小的乌桕只有5.95 t/hm2。由此可知，香樟的枯落物持水能力在十种乡土树种中是最为优异的，乌桕的持水能力相对较差，其余树种最大持水量超过20 t/hm2的有红椎、红荷，米老排、黄樟、观光木的最大持水量在15～20 t/hm2之间，其余几种低于15 t/hm2。最大持水量除了与持水率密切相关外，还与枯落物蓄积量有直接关系，红锥林下枯落物的最大持水率虽然较低，但由于枯落物蓄积量较大，故仍能维持较高的最大持水量；米老排的最大持水率较高，由于枯落物蓄积量较小，其最大持水量较低。

3.2.2 枯落物的拦蓄能力

最大拦蓄率能真实反映林地吸收降雨状况（朱丽晖等，2001）。研究结果表明，10种乡土树种林下最大拦蓄率范围为56.85%～230.45%，为：观光木>香樟>米老排>红椎>火力楠>红荷>黄樟>中华杜英>枫香>乌桕。乌桕明显低于其它树种。10种乡土树种林下最大拦蓄量范围为2.74～18.15 t/hm2，香樟、红锥的最大拦蓄量为18.15 t/hm2、16.96 t/hm2，相当于分别拦蓄21.30 mm、19.90 mm的降雨，大于其他树种；最大拦蓄量最小的是乌桕，仅为2.74 t/hm2；其他树种枯落物的最大拦蓄量顺序为：观光木>红荷>米老排>火力楠>黄樟>枫香>中华杜英。这反映了香樟、红椎的枯落物拦截的降雨量最大，其林地雨水吸收和过滤地表径流作用最强，水文作用最大，而乌桕则最小。

实际上，山地森林坡面一般不会出现长时间浸水，10种乡土树种林下的样地均有一定的坡度，落到枯落物层上的雨水除被拦蓄外会很快入渗。因此，枯落物层对降水的拦蓄能力用最大持水率和最大持水量来表示，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来估算自然条件下枯落物对降水的实际拦蓄效果和能力，以比较不同林分类型枯落物的持水性能（薛建辉等，2009）。试验表明：各乡土树种林下的有效拦蓄率变化范围为67.03%～241.92%，米老排、香樟、红荷的有效拦蓄率在200%～250%之间，黄樟、红椎、观光木、中华杜英、火力楠的有效拦蓄率在150%～200%之间，乌桕的最小，只有67.03%，其大小排序与最大持水率一致。枯落物有效拦蓄量变化范围为2.74～21.66%t/hm2，其中香樟的有效拦蓄量最大，为21.66t/hm2，其次为红锥17.76 t/hm2，最小的为乌桕，仅有2.74 t/hm2，期间由大到小依次为排序为红荷15.72 t/hm2，米老排14.49 t/hm2，观光木12.83 t/hm2，黄樟12.44 t/hm2，火力楠11.38 t/hm2，枫香9.86 t/hm2，中华杜英7.06 t/hm2。10个树种中香樟、红锥、红荷的有效拦蓄量优于其它树种。

4 结论与讨论

（1）研究区内10个乡土树种林下枯落物总蓄积量变动范围在3.94～9.35 t/hm2，由大到小依次为：香樟>红椎>红荷>枫香>观光木>黄樟>火力楠>米老排>中华杜英>乌桕。

（2）不同树种林下枯落物最大持水率的大小为：米老排>香樟>红荷>黄樟>红椎>观光木>中华杜英>火力楠>枫香>乌桕。但由于红锥林下枯落物的蓄积量较大，米老排的枯落物蓄积量较小，故不同树种林下枯落物最大持水量的大小顺序为：香樟>红椎>红荷>米老排>黄樟>观光木>火力楠>枫香>中华杜英>乌桕。

（3）不同树种枯落物最大拦蓄率依次为：观光木>香樟>米老排>红椎>火力楠>红荷>黄樟>中华杜英>枫香>乌桕；最大拦蓄量顺序为：香樟>红椎>观光木>红荷>米老排>火力楠>黄樟>枫香>中华杜英>乌桕；有效拦蓄率表现为：米老排>香樟>红荷>黄樟>红椎>观光木>中华杜英>火力楠>枫香>乌桕；有效拦蓄量大小为香樟>红锥>红荷>米老排>观光木>黄樟>火力楠>枫香>中华杜英>乌桕。

（4）枯落物层是保障森林充分发挥水土保持和水源涵养功能的一个极其重要的水文层次，具有明显的蓄水、保水作用。枯落物层的持水性能，因树种构成及其蓄积量大小的不同而变化，而林分的树种构成及其蓄积量，可以通过人为的健康经营措施加以改善。本研究中，10个树种中香樟、红锥、红荷的蓄积量、最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量优于其它树种，今后可在以水土保持和水源涵養为经营目标的森林健康经营中，作为优良树种加以应用。同时，在应用过程中，应注重对林下枯落物的合理健康经营，既要通过一定的保护措施维持枯落物层的积累，又要依据不同树种对林分结构进行健康调节，使森林枯落物层更好地发挥其水土保持和水源涵养的功能。

参考文献：

[1]于水强，关庆伟.南京城市森林枯落物及土壤持水能力研究[J].安徽农业科学，2009，37（34）：17177～17179，17206.

[2]吴钦孝，赵鸿雁，刘向东，等.森林枯枝落叶层涵养水源保持水土的作用评价[J].水土保持学报，1998，4（2）：23～28.

[3]莫 菲，干澎涛，王彦辉，等.六盘山华北落叶松林和红桦林枯落物持水特征及其截持降雨过程[J].生态学报，2009（6）：2868～2876.

[4]Black P E.Research issues in the forest hydrology[J].Journal of America Water Resource，1998，34（4）：98～15.

[5]Schaap M G，Bouten W.Forest floor evaporation in a dense Douglas fir stand[J].Journal of Hydrology，1997（193）：97～113.

[6]余新晓，赵玉涛，程根伟.贡嘎山东坡峨眉冷杉林地被物分布及其水文效应初步研究[J].北京林业大学学报，2002，24（5/6）：14～18.

[7]庞学勇.岷江上游中山区低效林改造对枯落物水文作用的影响[J].水土保持学报，2005，19（4）：120～122.

[8]Beasley R S，Granillo A B.Soil protection by natural vegetation on clearcut forest land in Arkansas[J].Journal of Soil and Water Conservation，1985，40（4）：379～382.

[9]陈奇伯，解明曙，张洪江.森林枯落物影响地表径流和土壤侵蚀研究动态[J].北京林业大学学报，1994，16（增刊）：88～97.

[10]徐 娟，余新晓，席彩云，等.北京十三陵不同林分枯落物层和土壤层水文效应研究[J].水土保持学报，2009，23（3）：189～193.

[11]李红云，杨吉华，鲍玉海，等.山东省石灰岩山区灌木林枯落物持水性能的研究[J].水土保持学报，2005，19（1）：44～46.

[12]赵艳云，程积民，万惠娥，等.六盘山不同森林群落地被物的持水特性[J].林业科学，2009，45（4）：145～150.

[13]张 强，孙向阳，王 涵，等.毛乌素沙地土壤的持水特性研究[J].林业科学研究，2004，17（增刊）：63～66.

[14]樊登星，余新晓，岳永杰，等.北京西山不同林分枯落物层持水特性研究[J].北京林业大学学报，2008，30（S2）：177～181.

[15]朱丽晖，李 冬，邢宝振.辽东山区天然次生林枯落物层的水文生态功能[J].辽宁林业科技，2001（1）：35～37.

[16]薛建辉，郝奇林，何常清，等.岷江上游兩种亚高山林分枯落物层水文特征研究[J].水土保持学报，2009，23（3）：168～172.