辽东山区古石河冰缘地貌苔藓植物的持水特性

李 娟，张 华，侯 荣，弋灵均，熊丹阳

(辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029)

1 引言

苔藓植物是一类植株矮小、结构简单、由水生向陆生过渡的高等植物。由于苔藓植物特有的变水现象，使其能够根据环境湿度和水分情况迅速改变自身含水量，能够吸收本身干质量几倍甚至十几倍的水分，具有很强的持水、保水能力[1]。因此，研究苔藓植物的持水特性就成为森林生态系统中的重要内容。目前国外许多学者对不同区域的苔藓特性进行了研究，在苔藓植物分布与环境关系、苔藓植物涵养水源作用等方面取得了一定成果[2]。国内学者对三峡库区[3]、祁连山[4]、川西亚高山针阔混交林与针叶纯林[5]、四川[6]、青藏高原东部针叶林[7]等地区的苔藓植物持水性能进行了研究，但对辽东山区古石河冰缘地貌苔藓植物的水文功能研究较少。

本文运用野外调查与室内分析相结合的方法，对辽东山地古石河冰缘地貌苔藓植物的水文特性进行了定量研究，以期为今后冰缘地貌苔藓植物的保护、森林生态系统的水文效应提供基础数据和科学依据。

2 研究区概况

本研究选取的古石河位于辽东山地老秃顶子东坡场子沟。辽东山地老秃顶子位于辽宁省东部桓仁、新宾两县交界处，地理坐标为124°49′06″～124°57′08″E，41°16′38″～41°21′10N，主峰海拔1376.3 m，为辽宁第一峰。研究区内石海、石河及石流坡冰缘地貌广布，其上砾石大小不一，堆积混杂无序，在地表径流的作用下，具有潜在的移动性[8]。气候属于温带大陆性季风湿润气候，年平均气温6.0 ℃，年无霜期139 d，年降雨量651～1315 mm，年平均相对湿度72%；加上老秃顶子海拔过1000 m的山峰近百座，山地小气候效应显著，降水丰富，但发育河流规模不大，常形成地下暗河[8]，地带性植被为温性落叶阔叶林，植物区系属长白植物区系的西南边缘，兼有华北植物区系的过渡性，生物多样性丰富，原生植被群落较完整且垂直分布明显，存有古化石孑遗植物紫杉、天女木兰，世界独有孑遗植物双蕊兰[9]。

3 研究方法

3.1 野外样方设置

于2014年6～7月，在辽宁最高峰老秃顶子东坡场子沟典型的古石河冰缘地貌上，按不同森林群落类型随机设置9块调查样方(每块样方面积为20 m×30 m)，包括落叶阔叶林3块，针阔混交林3块，暗针叶林3块。样方信息详见表1。

表1 样方基本信息

注：A-落叶阔叶林，B-针阔混交林，C-暗针叶林。下同

3.2 苔藓植物调查及采样

在每块森林群落调查样方中随机选取30块砾石，测定每块砾石表面着生苔藓的厚度，估测每块砾石表面着生苔藓植物的覆盖度(苔藓着生面积与岩石出露总表面积的比例)。在每块样方中选择胸径大于15 cm的每一株乔木作为调查对象，估测树生苔藓植物的覆盖度(树基部和树干表面苔藓着生面积与总表面积的比例)，测定树生苔藓植物的厚度。9块样地共采集面积大小不等的石生苔藓样品32份、树生苔藓样品28份，风干后称其干重。

3.3 苔藓植物持水性能浸泡实验

将采集的苔藓植物样品自然风干，测定风干重，利用室内浸泡法，将苔藓样品分别浸泡在水中0.25 h、0.5 h、1 h、2 h、4 h、8 h、12 h、24 h，每次浸泡后拿出悬置1 min后测吸水样本总质量M吸水,求得苔藓的持水量、持水率和吸水速率。

M持水=M吸水-M干

(1)

W持水=(M持水/M干)×100%；

(2)

V吸水=(M持水/t)×100%；

(3)

式(1)、(2)、(3)中：M干为苔藓风干质量，单位(g)；M吸水为苔藓吸水后的质量，单位(g)；M持水为苔藓吸水后的质量减去风干质量，单位(g)；W持水为苔藓持水速率，单位(倍)；V吸水为苔藓吸水速率，单位(倍/h)；t为苔藓浸泡时间，单位(h)。

4 结果与分析

4.1 石生、树生苔藓持水量

由表2可知：3种林型中石生苔藓持水量为422.8～1059.5 g/m2，排序为：落叶阔叶林>暗针叶林>针阔混交林。

3种林型中树生苔藓持水量276.32～587.52 g/m2，排序为：针阔混交林>暗针叶林>落叶阔叶林。

4.2 石生、树生苔藓持水率

由表3可知：3种林型石生苔藓持水率为6.48～12.75倍，次序为暗针叶林>针阔混交林>落叶阔叶林。树生苔藓持水率10.68～18.2倍，次序为：针阔混交林>落叶阔叶林>暗针叶林。

表2 石生、树生苔藓持水量 g/m2

3种林型中石生、树生苔藓变化趋势大体一致，均为持水率随浸泡时间的增加而增大。浸泡0.25 h时，石生苔藓持水率最小，0.25～2 h持水率迅速增高，4～8 h持水率增加缓慢，8～12持水率增加渐趋平缓，24 h时达到最大值。

运用回归分析中的曲线模型，对石生、树生苔藓持水率W(倍)与浸泡时间t(h)的关系进行回归分析，得出，苔藓持水率W(倍)与浸泡时间t(h)呈对数关系，公式为：

W=a+blnt

(4)

式(4)中：W为石生、树生苔藓持水率(倍)，t为浸泡时间(h)，a、b为常数。

表3 石生、树生苔藓持水率 倍

4.3 石生、树生苔藓吸水速率

由表4可知：石生苔藓吸水速率最大为35.34～3258.64倍/h，次序为落叶阔叶林>暗针叶林>针阔混交林。树生苔藓吸水速率15.40～2016.88倍/h，次序为落叶阔叶林>暗针叶林>针阔混交林。

3种林型中石生、树生苔藓吸水速率随浸泡时间的增加而逐渐降低，0.25 h时最高，0.25～2 h吸水速率下降最迅速，2～8 h吸水速率下降速度减缓，8～24 h吸水速率下降速度缓慢。

运用回归分析中的曲线模型，对石生、树生苔藓持水率W(倍)与浸泡时间t(h)的关系进行分析，得出，石生、树生苔藓吸水速率V(倍/h)与浸泡时间t(h)呈幂函数数关系，公式为：

V=a+tb

(5)

式(5)中：V为石生、树生苔藓吸水速率(倍/h)，t为浸泡时间(h)，a、b为常数。

4 结论

(1)古石河冰缘地貌3种林型石生苔藓持水量为422.8～1059.5 g/m2，次序为：落叶阔叶林>暗针叶林>针阔混交林；树生苔藓持水量为276.32 ～587.52 g/m2，次序为：针阔混交林落叶阔叶林>暗针叶林>落叶阔叶林。

表5 石生、树生苔藓吸水速率 倍/h

(2)3种林型石生苔藓持水率为6.48～12.75倍，树生苔藓水率为10.68～18.2倍。石生、树生苔藓持水率变化趋势一致，均为持水率随浸泡时间的增加而增大，石生、树生苔藓持水率均与浸泡时间呈对数关系。

(3)3种林型石生苔藓吸水速率为35.34～3258.64倍/h，树生苔藓植物吸水速率15.4～2016.88倍/h。石生、树生苔藓吸水速率随浸泡时间的增加而逐渐降低，石生苔藓、树生苔藓吸水速率与浸泡时间均呈幂数函数关系。

6 结语

本文仅对辽东山地古石河冰缘地貌3种林型苔藓持水量、持水率和吸水速率等方面进行了探讨，表明古石河冰缘地貌3种林型石生、树生苔藓植物具有较好的水源涵养作用，为进一步系统研究这一地区森林生态水文过程的影响奠定了基础。