内蒙古自治区多伦县不同林地枯落物持水性能研究

敖特根其木格, 秦富仓, 周佳宁, 杨振奇, 周美超, 牛晓乐

(内蒙古农业大学 沙漠治理学院, 内蒙古 呼和浩特 010010)

内蒙古自治区多伦县不同林地枯落物持水性能研究

敖特根其木格, 秦富仓, 周佳宁, 杨振奇, 周美超, 牛晓乐

(内蒙古农业大学沙漠治理学院,内蒙古呼和浩特010010)

[目的] 探讨多伦县不同林分类型的枯落物持水性能差异，为该区森林土壤持水性能提供基础数据理论。 [方法] 以内蒙古自治区锡林浩特市多伦县为研究区，选取代表性的10块林地，收集林地地表枯落物，测定其现存量、持水性能及拦蓄能力等，旨在分析不同林分类型下枯落物持水性能的差异及其对表层土壤(0—20 cm)含水率的影响。 [结果] (1) 乔木林的枯落物现存量、持水能力和拦蓄能力均高于灌木林。 (2) 天然林的枯落物现存量、持水能力和拦蓄能力均高于人工林。 (3) 各林地枯落物厚度显著影响表层土壤的含水率，即枯落层越厚，表层土壤含水率越高。 [结论] 由于树种组成、年龄、林分密度及立地条件的影响，不同林分类型的持水能力差异较大，但变化规律为基本一致，同时，林地对土壤水分的影响高于草地。

林地; 枯落物层; 持水能力; 拦蓄能力

文献参数： 敖特根其木格, 秦富仓, 周佳宁, 等.内蒙古自治区多伦县不同林地枯落物持水性能研究[J].水土保持通报，2017,37(4)：114-118.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.019； Aotegenqimuge, Qin Fucang, Zhou Jianing, et al. Different forest litters water-holding performance in Duolun County of Inner Mongolia Autonomous Region[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(4)：114-118.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.019

枯落物是指覆盖在土壤表面的枯枝落叶[1-2]、动物粪便及其残体等。枯枝落叶层是森林水文功能的第2层，具有避免雨水对地表的直接作用，防止土壤溅蚀、阻延地表径流、抑制土壤水分蒸发的作用，使森林更好地发挥涵养水源和保持水土的功能。有学者[3-9]在不同区域对多种森林类型枯落物的特性做了研究。多数研究[10-11]表明一般枯枝落叶层积累多，层次厚，枯落物的积累与分解取决于林分组成、密度、林况与环境条件(温度、湿度、通气条件)。多伦县林地群落结构简单、树种单一,加上不合理的利用和认为活动导致生态环境恶劣，风蚀沙化、水土流失严重,使草原退化、土地荒漠化加剧。目前多伦县退耕还林工程的实施，使可治理的沙化土地得到基本治理,生态环境明显改善。枯枝落叶层的形成为土壤—植被系统物质交换建立了介面，促进了流沙的成土过程，但是目前，关于该区域枯落物方面的研究很少,单单乔木林的枯落物持水性能而没有乔木林和灌木林的比较。

基于此，本文分析多伦县10个代表性的林地的林分组成、密度及立地条件不同，导致林下枯落物的持水性能也有所差异，通过对不同树种起源的乔木林和灌木林下的枯落物层水文效应进行定量研究，分析不同林分类型的枯落物持水性能差异，为林地蓄水保水功能研究提供参考，为多伦县生态恢复中树种的配植以及制定合理造林措施等提供理论及数据上的基础和科学依据。

1 研究区概况

多伦县位于内蒙古锡盟南部，地处内蒙古波状高原南缘，浑善达克沙地边缘，地理坐标为东经115°51′—116°54′，北纬41°46′—42°36′。海拔高度1 150～1 800 m。该区域属于中温带半干旱大陆性季风气候区典型草原带，半干旱向半湿润过渡地区，冬季严寒而漫长，春季干旱多大风，夏季不热多雷阵雨，秋凉霜雪早，年平均降水量400 mm左右，四季降水分配不均，多降水为夏季。多伦县林地种乔木25种，灌木62种，分属24科40属。主要树种有樟子松(PinussylvestrisL.var.mongholicalitv)、落叶松(Larixgmelinii)、沙地榆(Ulmuspumila)、赤杨(Alnusjaponica)、山杨(Populusdavidiana)、白桦(Betulaplatyphylla)、乌柳(Salixcheilophila)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、山杏(Armeniacasibirica)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、柄扁桃(Prunuspedunculata)、山荆子(Malusbaccata)、秋子梨(Pyrusussuriensis)、毛山楂(Crataegusmaximowiczii)、稠李(Padusracemosa)、玫瑰(Rosarugosa)、欧李(Cerasushumilis)、锦鸡儿(Caragana)等等。

2 研究方法

2.1 样地基本情况

选择10个具有代表性的林分样地，样地基本情况详见表1。

表1 研究区样地基本情况

2.2 地表枯落物调查及收集

每个样地中随机选取规格为1 m×1 m的两个样方，分别记录样方内枯落物的总厚度、半分解和未分解的厚度，装袋称重，并带回实验室。

2.3 枯落物持水性能测定

将野外收集的枯落物，在自然晾干的情况下，分别装入已知重量的细孔网袋内，分别称量样品干重(样品干重+细孔网袋重)后完全浸入水中，定时测定其重量变化。每次取出后静置至枯落物不滴水后称量枯落物的湿重。计算各时段枯落物的持水量和吸水速率。枯落物的有效持水量只能达到最大持水量的85%，因为最大持水率只是从试验中得到的数值，而在实际当中枯落物也不可能长期浸泡在水里，降雨初期凋落物会吸取部分雨水，但随着降雨的延续，雨水会下渗到土壤或形成地表径流流走[12]，如果直接用最大持水率来推算有效拦蓄量的话则偏高，所以公式即为:

W=(0.85Rm-R0)M

式中：W——有效拦蓄量(t/hm2)；Rm——最大持水率(%)；R0——自然含水率(%)；M——枯落物现存量(t/hm2)[13]

2.4 林地表层土壤含水率的测定

在已选取的样地内，取表层(0—20 cm)土壤样品装入铝盒，带回室内，通过烘干法，测定土壤含水率。

3 结果与分析

3.1 枯落物现存量

枯落物的蓄积量主要取决于枯落物的输入量、分解速度和累积年限，而林地的树种组成不同、林分所处的水热条件不同都对枯落物蓄积量有较大影响[14]。根据样地收集的两个枯落物样品进行浸水试验并取平均值，进而求得样地的枯落物持水性能。表2为不同林分类型和枯落物厚度及现存量。不同林地类型枯落物各层次的厚度、现存量均存在较大的差异。以赤杨的枯落物厚度和现存量最大，为27.5 mm和1 313.70 t/hm2，其次是樟子松；山杏林地最小。乔木林地的枯落物均大于灌木林地，天然林地的枯落物大于人工林地。

表2 不同林下枯落物厚度及现存量

3.2 枯落物持水能力

3.2.1 枯落物持水过程 枯落物吸水量的大小取决于其自身的厚度、性质，枯落物的分解程度和组成种类直接影响着森林的持水能力。表3反映了不同林分在各时间段枯落物的持水量。

表3 不同林分枯落物持水量

在枯落物最初浸泡的1 h内，枯落物持水量均迅速增加，随着浸泡时间的延长枯落物的持水量呈现不断增加的趋势，且增加速度逐步放缓，枯枝落叶层持水量在浸泡时均达到饱和状态。赤杨林地的枯落物的持水量最大，为2 516.9 g/m2。不同林分类型的枯落物持水量与浸泡时间的回归关系详见表4。由表4可知，在5种林分类型的样地中，3个乔木林样地枯落物持水量与浸水时间的关系式均为对数关系，而2个灌木林样地枯落物持水量与浸水时间的关系式为指数关系。

表4 不同林分枯落物持水量与浸水时间的关系式

注：y为枯落物持水量(g/m-2);x为吸水时间(h)。

3.2.2 枯落物吸水速率 吸水速率是枯落物在某时间段内吸收水分的速度，随浸泡时间增加，逐步达到饱和状态，吸水速率降低。如图1所示，10个样地枯落物的吸水速率趋势基本一致，虽然不同林分枯落物在浸入水中1h时吸水速率相差较大，但随着时间的延长都呈缓慢减小的趋势，从1～6 h急速下降，6 h后吸水速度开始明显减缓，这主要是因为随着浸泡时间增长，枯落物持水量接近其最大持水量，这表明枯落物吸水量逐渐趋于饱和。

图1 林下枯落物吸水速率与浸水时间的关系

3.2.3 枯落物最大持水量及持水率 最大持水量是指将枯落物吸水达到饱和时的吸水量。最大持水率是指枯落物充分吸水后的重量与干重的百分比。枯落物最大持水率是反映单位质量最大吸水量情况[15]。不同林分枯落物最大持水量及持水率都有所不同，具体详见表5。由表5可知，10个林地的赤杨的持水量最大，为2 214.30 t/hm2，相当于221.4 mm水深，其次是樟子松，最小为山杏，林分差异较大，这是由于每个林地的树叶及枯落物的组成不同，乔木林的枯落物在单位质量吸水量几乎大于灌木林。

3.2.4 枯落物有效拦蓄量 枯落物的有效拦蓄量是用来估算枯落物对降雨的实际拦蓄量，它与枯落物数量、水分状况、降雨情况有关。如表6所示，各林分类型有效拦蓄量值均较高，赤杨林的有效拦蓄量最大，为2 926 t/hm2，有效拦蓄深度为292.6 mm，它的有效拦蓄能力最强，这是因为赤杨厚度及现存量最大。天然山杏林和人工山杏林的最小，由于2个都是灌木林地，平均高度为0.8和0.4 m，均为高度不大的幼龄林，枯落物较少，导致拦蓄量最小。

表6 不同林分枯落物的拦蓄能力

3.3 枯落物对土壤水分的影响

森林土壤由于受到森林枯落物、树根及地上植被的影响，而具有不同的物理性质。由前述分析可见，乔木林地的枯枝落叶层厚度较大，导致枯落物具有较强的持水能力和有效拦蓄能力，其对表层土壤(0—20 cm)含水率也有一定的影响。由图2可见，不同林分类型的枯落物厚度对表层土壤的含水率有显著影响，枯落物厚度大，表层土壤的含水率也大，10个样地中，赤杨林样地的土壤含水率为最高，这是因为此样地枯枝落叶层厚度最大。4个灌木林样地的枯落物厚度都较小。与对照区(草地)对比后发现，各林地类型中表层土壤的含水率均明显大于对照区，进一步说明枯落物对表层土壤含水量有明显的影响。因为林分结构、枯落物组成结构不同，人工林的林分结构单一，树种为简单，导致林下枯枝落叶层的组成成分低，厚度小。

图2 枯落物的厚度与0-20 cm土层的土壤含水率

4 结 论

(1) 不同林地类型枯落物各层的现存量均存在较大的差异，其范围在5.75～1 313.70 t/hm2。乔木林样地的枯落物厚度及现存量均比灌木林的大，同时天然林大于人工林。

(2) 5种森林群落枯落物的最大持水量有所不同，其大小顺序与枯落物总储量排序一致，表明枯落物最大持水量与其蓄积量密切相关。枯落物最大持水量、最大持水率及有效拦蓄量最大的是赤杨林，分别为221.4 mm，3.52%，292.6 mm。

(3) 枯落物厚度对表层土壤是有显著的影响，赤杨样地的土壤含水率为最高。4个灌木林样地的土壤含水率为很低，而6个乔木林样地的很高。不同林分类型的天然林下的表层土壤的含水率高于人工林。

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Different Forest Litters Water-holding Performance in Duolun County of Inner Mongolia Autonomous Region

Aotegenqimuge, QIN Fucang, ZHOU Jianing, YANG Zhenqi， ZHOU Meichao， NIU Xiaole

(College of Desert Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot, Inner Mongolia 010010, China)

[Objective] To investigate the difference of water holding capacity of litters in different stand types in Duolun County, and to provide basic data and relevant theory for forest soil water holding capacity in this area. [Methods] Duolun County in Xilinhaote City of Inner Mongolia was taken as the study area, in which 10 representative sites of woodland were selected. Weight of forest litter, water holding capacity and storage capacity were measured to analyze the differences of water holding capacity of litter among different forest types, the effect on moisture content as well. [Results] (1) Forest litter amount, water holding capacity and storage capacity were all higher than that of shrub. (2) The natural forest litter amount, water holding capacity and storage capacity were higher than the corresponding values of artificial forest.(3) The litter thickness significantly affected the water content of the surface soil, i.e., the thicker the litter layer, the higher the surface soil moisture content was. [Conclusion] Because of the influences of tree species composition, age, stand density and site conditions, the water holding capacity of different stand types varied greatly, but the change was basically the same. The influence of forest land on soil moisture was higher than that of grassland.

woodland；litterlayer；waterholdingcapacity；storagecapacity

A

： 1000-288X(2017)04-0114-05

： S715

：

内蒙古应用研究与开发计划项目“半干旱区坡地资源高效利用技术集成”(20110709); 内蒙古高等学校科研项目(NJZZ11048； NJZY13070)

敖特根其木格(1990—),女(蒙古族),内蒙古自治区鄂托克旗人,硕士研究生,研究方向为城乡规划与管理。E-mail:1989331017@qq.com。

秦富仓(1966—),男(汉族),内蒙古自治区呼和浩特市人，博士，教授,博士生导师,主要从事土地资源管理、水土保持与荒漠化防治、林地等方面的教学与科研工作。E-mail:qinfc@126.com。