浙江省江山市不同森林类型枯落物持水性能

廖文海，曾春兴，孙欧文，姜 轶，吴家森，蒋仲龙

浙江省江山市不同森林类型枯落物持水性能

廖文海1，曾春兴1，孙欧文2，姜 轶1，吴家森2，蒋仲龙3

（1. 浙江省江山市林业局，浙江 江山 324100；2. 浙江农林大学环境与资源学院，浙江 杭州 311300；3. 浙江省公益林和国有林场管理总站，浙江 杭州 310020）

2017年10月，选取浙江省江山市典型地段的阔叶林、毛竹林、杉木林、马尾松林、针阔混交林、灌木林设立标准样地，研究不同森林类型枯落物持水性能。结果表明，6种不同森林类型枯落物储量为7.86 ~ 25.64 t·hm-2，由大到小依次为针阔混交林＞阔叶林＞马尾松林＞杉木林＞毛竹林＞灌木林，且枯落物厚度和储量大小排序一致；最大持水量变化在11.19 ~ 33.42 t·hm-2，有效拦蓄率范围为87.37% ~ 126.41%，有效拦蓄量由大到小依次为针阔混交林＞阔叶林＞杉木林＞马尾松林＞毛竹林＞灌木林，含阔叶树种的森林枯落物的持水能力优于针叶林；枯落物持水量与浸泡时间呈对数函数关系，吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系。

江山市；森林类型；枯落物；持水性能

森林生态系统是人类生存的重要资源，是陆地生态系统的主体。它在调节水循环中起着重要的作用，具有消减洪峰、涵养水源等作用[1]。水源涵养是森林生态系统的重要生态功能之一，其功能反映在林冠层、土壤层、枯落物层，以及降水的再分配等方面[2]。枯落物层主要由枯枝落叶组成，其功能有防止水土流失、防止土壤水分的蒸发、保持水分等[3-4]。大量的研究表明，枯落物持水量可达干重的2 ~ 4倍，其持水能力受到枯落物的组成、类型、森林的年龄、降雨等影响[5]。目前，许多学者就枯落物持水量在不同地区和不同森林类型做了较多的研究，而对浙江省江山市主要森林植被枯落物持水性能还未见报道。因此本研究选取江山市6种主要森林为研究对象，系统地研究了枯落物的储量、持水特点等，为江山市以及浙江省森林水土保持提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江山市位于浙江省西南部，是浙、闽、赣三省交界处，118°22′37′′~ 118°48′48′′E，28°15′26′′ ~ 28°53′27′′N，以山地丘陵为主，亚热带季风气候，年平均气温17.0℃，无霜期249 d，年降水量1 6502 200 mm，年日照时数2 063.3 h。江山市总面积202 001 hm2，森林面积137 700 hm2，森林覆盖率68.17%。其中阔叶林39 674 hm2，毛竹林15 352 hm2，杉木林21 777 hm2，马尾松林21 679 hm2，针阔混交林15 460 hm2，灌木林11 493 hm2。杉木为人工栽培，其余植被均为天然林，每2 a砍伐1次毛竹，其它林分没有人为干扰。

1.2 野外调查与采样

2017年10月，根据流域地形、植被、土壤和林地分布等选取典型地段，以长势良好的阔叶林、毛竹林、杉木林、马尾松林、针阔混交林、灌木林6种不同森林类型作为研究对象。为减少样本区域的差异，采用相邻样地比较法进行采样分析[6]，在代表性的地段设置30 m×30 m的标准样地共26个，其中灌木林样地1个，其他5种森林类型样地各5个，基本情况如表1所示。

表1 样地基本情况

注：木荷，麻栎，漆，湿地松，樟，油茶。

测量、记录每个样地中的树木胸径、树龄、树高、郁闭度等指标，林龄根据森林资源调查资料；坡度、坡向用罗盘仪进行测量、平均胸径和树高采用现场测量法；郁闭度采用“一步一抬头法”测定冠幅投影面积占总面积的比例。同时在标准地4个角及中心位置布设5个1 m×1 m的枯落物采集样方，用钢卷尺测量枯落物的厚度，同时收集样方内所有未分解层枯落物，带回实验室进行分析。

1.3 室内分析

将野外采集的枯落物测定湿质量，然后于85℃烘箱中烘干至恒重，测定干质量，以此估算单位面积的枯落物储量。

枯落物持水能力采用室内浸泡法测定[7]，计算枯落物吸水速率、最大持水量等；枯落物对降雨拦蓄量用有效拦蓄量来表示。计算公式为[8]：

=／

0＝（0－d）／0×100%

max＝（24－d）／d×100%

＝（0.85max－0）

式中，为吸水速率(g·g-1·h-1)、为持水率（g·g-1）、浸水时间（h）；0，max，，分别代表自然含水率（%）、最大持水率（%）、有效拦蓄量和枯落物储量（t·hm-2）；0，d，24分别代表枯落物自然状态下的质量、烘干状态的质量、浸水24 h后的质量（g）。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2013对数据进行整理，利用SPSS 19.0对试验数据进行方差分析、Duncan法多重比较回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同森林类型枯落物厚度与储量

由表2可知，江山市6种森林类型的枯落物储量为7.86 ~ 25.64 t·hm-2，由大到小依次为针阔混交林＞阔叶林＞马尾松林＞杉木林＞毛竹林＞灌木林，且针阔混交林枯落物储量比灌木林储量高226.2%，经Duncan检验，阔叶林、杉木林、马尾松林和针阔混交林之间差异不显著，而灌木林和毛竹林枯落物储量则显著低于上述4种森林类型（<0.05）；不同类型枯落物厚度在0.20 ~ 2.26 cm，排序和枯落物储量大小排序一致。阔叶林和针阔混交林枯落物厚度显著高于其它林分，而灌木林的枯落物厚度则显著低于其他5种林分。

表2 不同森林类型枯落物厚度与储量

注：同一列中不同小写字母表示差异达显著水平（<0.05）。

2.2 不同森林类型枯落物持水率和拦蓄能力

本研究以枯落物浸泡24 h后的持水率表示枯落物最大持水率，不同森林类型枯落物最大持水率如表3所示。从表3中可知，枯落物最大持水率在114.45% ~ 177.74%，由大到小排序为毛竹林＞阔叶林＞杉木林＞灌木林＞针阔混交林＞马尾松林，其中毛竹林的最大持水率是马尾松林1.5倍；不同森林枯落物的有效拦蓄率为87.37% ~ 126.41%，由大到小排序为毛竹林＞灌木林＞杉木林＞阔叶林＞针阔混交林＞马尾松林，毛竹林有效拦蓄率显著高于马尾松林（<0.05），且两种森林类型有效拦蓄率相差44.68%。

不同森林枯落物最大持水量11.19 ~ 33.42 t·hm-2，由大到小依次为针阔混交林＞阔叶林＞杉木林＞马尾松林＞毛竹林＞灌木林，其中灌木林的最大持水量显著低于其他5种类型（<0.05）。不同森林枯落物有效拦蓄量由大到小依次为针阔混交林＞阔叶林＞杉木林＞马尾松林＞毛竹林＞灌木林，其中针阔混交林和阔叶林有效拦蓄量相对最大，且两者仅相差12.51%，而针阔混交林与最小的灌木林之间的差值高达220.36%。

表3 不同森林类型枯落物持水率和拦蓄能力

2.3 不同森林类型枯落物持水量与吸水速率的变化

随着浸泡时间的增加，各种森林类型枯落物持水量也随之增加（图1）。由图1可知，所有森林类型枯落物在浸泡2 h内持水量上升明显，此后随着时间的增加，持水量缓慢增加，浸泡6 h以后持水量基本饱和；但6种森林类型枯落物持水动态过程中的持水量略有不同，毛竹林、杉木林和阔叶林的持水量在相同时间内均明显高于其余森林类型，且浸泡2 h之前，杉木林的持水量大于阔叶林，浸泡2 h之后，阔叶林的持水量大于杉木林。用枯落物持水量与浸泡时间进行回归拟合，发现两者呈对数函数关系，相关系数R2≥0.738（表4）。

图1 不同森林类型枯落物持水量变化

Figure 1 Variation of water holding capacity changed under different forest types

图2 不同森林类型枯落物吸水速率变化

Figure 2 Variation of water absorption rate of litter under different forest types

由图2可知，不同森林类型的吸水速率与浸水时间变化规律相似，即前期1 h内吸水速率达到最大，之后1~ 4 h内枯落物的吸水速率急剧下降，4 h后下降变缓；由图2还可以看出，6种森林类型的枯落物在浸入水中初始阶段的吸水速率相差较大，浸泡前1 h内毛竹林、杉木林和阔叶林的吸水速率明显大于其余3种森林类型，但随着时间的增加，吸水速率相差逐渐减小。如表4所示，0.25 ~ 24.00 h不同森林类型枯落物吸水速率与浸泡时间进行回归拟合，两者存在明显幂函数关系：=b；其中为枯落物吸水速率（g·kg-1·h-1）；为浸水时间（h）；为方程系数；为指数。

表4 不同森林类型枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间回归方程

3 结论与讨论

枯落物是指植物地面部分产生并返回地表有机物质的总称，对水土保持、土壤侵蚀防治、地表径流调节等方面具有重要意义，不同森林类型枯落物储量和蓄水性能存在很大差异[9]。枯落物累积量与森林类型相关，森林树木的组成和生长状况直接关系到枯落物层的积累[10]。本研究中，6种不同森林类型的枯落物储量表现为针阔混交林最大，灌木林最小；储量大小排序和其厚度排序一致，表明枯落物的储量与枯落物的厚度呈正相关，即枯落物厚度越大，枯落物储量也随之变大，这与栾莉莉等[11]研究结果相似；含阔叶树的森林类型枯落物储量高于针叶林和灌木林，这与杨振奇等[12]在砒砂岩区所得的结果不同，主要原因是不同树种其枯落物本身物质组成有所不同，同时还受地理条件影响，江山市地处亚热带北部湿润季风气候区，降雨充沛，较适宜常绿阔叶树种生长。

枯落物具有很强的渗透性和吸水能力，在涵养水源中发挥着极其重要的作用，因此枯落物的持水量被认为是评价植被水源保护功能的重要指标之一[13]。本研究中，不同森林类型枯落物最大持水量排序与最大持水率排序并不完全相同，主要是因为最大持水量还受枯落物储量大小的影响，且本研究中枯落物储量大的森林类型，其最大持水量也相对较大，这与白英辰等[3]研究结果一致。

最大持水量（率）可以反映凋落物层的含水性能强弱[14]。本研究结果显示，不同森林类型枯落物的最大持水率和有效拦蓄率均表现为毛竹林最大，这与高志勤等[15]研究结果有所不同，可能是由于毛竹叶片质量最轻，所以在浸泡试验中其枯落物样品单位质量内体积相对最大，故其吸水量较大，致使最大持水率和有效拦蓄率也相对较大，且赵阳等[16]和钟梁等[17]研究结果也与本实验结果相似，而由于浸泡实验只能反映理想状态的持水量，与自然降雨过程仍有差异，所以往往采用有效拦蓄量来评估枯枝落叶层的实际蓄水能力[14]；不同森林类型枯落物有效拦蓄量在7.86 ~ 25.18 t·hm-2，表现为针阔混交林最大，灌木林最小，针阔混交林有效拦蓄量比灌木林高出223.65%。本研究中，不同类型枯落物的有效拦蓄量、最大拦蓄量与最大持水量的强弱排序大致相同，总体来看阔叶林的持水能力要优于针叶林，这是由于阔叶林的枯落物叶面积大且质地较软，较易储存水分，故其持水力高于针叶树种，这一特征与林海礼等[18]的研究结果相似，毛玉明等[19]研究结果也表明，混交林涵养水源功能高于毛竹林和杉木林。枯落物吸水速率与涵蓄水能力密切相关，吸水速率越快，对降水涵蓄速度越快，地表径流情况也会降低[19]。本研究表明，每种森林类型的枯落物持水量和浸泡时间都呈对数函数关系，吸水速率与浸泡时间成幂函数关系，这与薛建辉等[20]研究结果相似。

江山市不同森林中，枯落物储量和有效拦蓄量均以针阔混交林为最大，而灌木林为最小，总体表现为含阔叶树的森林枯落物持水性能优于针叶林、毛竹林。枯落物持水量与浸泡时间呈对数函数关系，而吸水速率与浸泡时间成幂函数关系。

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Water Holding Capacity of Litter under Different Forest Types in Jiangshan City

LIAO Wen-hai1，ZENG Chun-xing1，SUN Ou-wen2，JIANG-Yi1，WU Jia-sen2，JIANG Zhong-long3

（1. Jiangshan Forestry Bureau of Zhejiang, Jiangshan 324100, China; 2. School of Environment& Resource,Zhejiang A& F University, Hangzhou 311300, China; 3. Zhejiang Ecological Forest and State Forest Farm Administration, Hangzhou 310020, China）

Standard sample plots were established in October of 2017 in broad-leaved forest,forest,forest,forest, mixed broadleaf and conifer forest, shrub in Jiangshan city, Zhejiang province, to study their litter water holding capacity. The results demonstrated that litter reserves ranged 7.86-25.64 t/ha, ordered by mixed broadleaf and conifer forest＞broad-leaved forest＞pine forest＞Chinese fir forest＞bamboo forest＞shrub, and the litter thickness had positive relation with reserves. The largest capacity of water holding changed from 11.19 to 33.42 t /ha, and the effective water retention rate from 87.37% to 126.41%. The order of effective water retention was followed by mixed broadleaf and conifer forest (25.18 t/ha)＞broad-leaved forest(22.38 t/ha)＞Chinese fir forest(21.87 t/ha)＞pine forest(19.01 t/ha)＞bamboo forest(15.01 t/ha)＞shrub(7.86 t/ha). The experiments resulted that broad-leaved forest had better water holding capacity than coniferous forest, water holding capacity of litter had logarithmic function with soaking time, and water absorption rate had power function relation with soaking time.

Jiangshan city; forest type; litter; water holding capacity

S715

A

1001-3776（2019）06-0063-06

10.3969/j.issn.1001-3776.2019.06.010

2019-05-08；

2019-10-12

国家科技支撑计划团队任务“低效公益林更新改造和健康维持技术研究与示范”（2012BAD22B0503）；浙江省江山市公益林建设成效评估（ZC2017ZFCG-024）

廖文海，工程师，从事林业技术推广工作；E-mail:5653813@qq.com。

蒋仲龙，高级工程师，从事林业生态工程研究E-mail:3328634671@qq.com。