森林枯落物水文效应研究进展与趋势

赵禹宁，陆莹，王晓静，魏彪*，刘影，金虎，刘芳，王凯滢，王依娜

(1.黑龙江省林业科学院牡丹江分院，黑龙江牡丹江157009；2.东北农业大学生命科学学院，哈尔滨150030)

森林生态系统涵养着陆地 90%以上的淡水资源[1]。森林枯落物层是由林下苔藓及森林植被落下的果实、枝条、树皮、叶、花等凋落物及动物尸体分解部分组成的功能层[2]。

国内外对森林枯落物的研究在初期主要集中在不同地区不同林分枯落物总量、分布、动态及分解方面，随着研究的深入，逐步扩展到对不同地区不同林分类型枯落物及其不同分层对降水的分配、调节及对径流产流的影响、过程、模型研究领域[3-5]。对枯落物水文效应的研究也存在逐步深化的过程。其早期研究主要集中在不同林分类型的枯落物的不同水文效应研究的定性及定量究上[6-7]，从2006年到2020年6月,相关研究开始关注不同演替阶段、不同林龄(组)、不同密度、不同坡位的林分在水文效应上的差别与最优林分研究[8-10]。除了对枯落物储量、分布、分解及水文效应研究外，一些专家学者对林分的不同干扰与经营措施对其林分枯落物水文效应的影响研究也做了大量工作。

从20世纪70年代以来，关于森林枯落物的研究学术报道主要有1670篇左右，现将国内外相关研究分3个方面进行一下回顾、归纳与总结：

1 森林枯落物的凋落量、凋落动态、组成等方面研究

此类研究开展最早，为整个森林枯落物研究打开了局面，是后续研究的基础，这类研究到2000年之后少见报道，研究重点开始转到枯落物水文价值与效应的研究上。早在1876年，德国Ebermayer就开始研究枯落物在养分循环中的作用，而后国外许多学者大量报道世界范围内森林枯落物的分解及养分释放等方面的研究 。而我国直到20世纪80年代后,田大伦[11]等才有类似研究报道。M.J.Swift[12]对枯落物周转系数(the Litter turnover Coefficient)进行了研究，认为当进行枯落物分解作用与营养动态研究时，可用作衡量枯落物分解速率和营养元素迁移速率的指标。Dale L.Bartos[13]等对美国犹他州颤杨枯落物的数量、分解作用与营养动态进行了研究。余雪标[14]等对不同连栽代次桉树林枯落物及其养分组成研究，认为随着连栽代次增加，枯落物现存量逐代下降，与1代林相比，3、3、4代林分别下降了11.8%，14.1%和19.2%；年龄增加，林分枯落物现存量也增加。

2 森林枯落物层在水源涵养中的作用及其影响因素研究方面

此类研究开展虽然稍晚，但是研究人员最多、成果最多的领域。周重光[15]对浙江山地森林枯落物(层)的生态水文效应进行了研究，认为山地森林枯落物(层)在维护地力、涵养水源、保土防冲方面，具有重要的生态水文效应。森林类型不同，其枯落物的吸水速度和持水能力也不相同。其吸水速度在开始1小时内很快，能迅速达到饱和或接近饱和状态，以后则增长很慢或完全停止。秦永胜[16]采用室内试验的方法，对密云水库上游森林枯落物持水阻水特性进行了研究，试验结果表明：相对于固定雨强的人工降雨过程，枯落物的截持降雨过程具有三阶段特征：即吸水上升阶段、相对稳定的截持降雨阶段、降雨停止后的排水阶段。此后，不同学者对不同区域的不同林分的枯落物的持水率(量)，吸水速率、持水速度(及与时间关系)进行了大量定量化研究。宣立辉[17]研究了冀北地区典型林分枯落物层与土壤层的水文效应。杨家慧[18]等对黔中不同龄组柳杉人工林枯落物水源涵养能力综合评价进行了研究。

3 不同因素(树种、林龄(组)、密度等)对森林枯落物水文效应的影响研究方面

此类研究从2010开始，是相关研究从初期理论研究、分析定量化研究向实际研究的转变，在一定程度上反应了相关研究的成熟。相关研究直接为水源涵养林建设提供依据。

李良[19]等对3种不同林龄阶段的华北落叶松人工林林下枯落物储量及其持水特性进行分析的结果表明：枯落物储量幼龄林、中龄林、近熟林分别为42.23、57.11、65.00t/hm2。贺宇[20]等河北雾灵山不同密度油松人工林枯落物及土壤水文效应研究认为密度为1400株/hm2的油松林水源涵养能力最强。刘成功[21]等对不同林龄无患子人工林枯落物的持水性进行了研究。认为同一人工林内3个龄级无患子林分枯落物持水特性差异显著，龄级与持水特性间呈多项式回归。石亮[22]对不同龄组兴安落叶松林枯落物的水文效应进行了研究，认为大兴安岭地区不同龄组兴安落叶松林枯落物蓄积量差异显著(除成熟林和近熟林之间)，成熟林、近熟林和中林龄对于降水的拦蓄能力较幼龄林强。张引[23]等对冀北山地5个海拔梯度油松林枯落物与土壤水源涵养功能进行了研究，认为枯落物总蓄积量、最大持水量、有效拦蓄能力变化规律一样,均随海拔升高先减小后增大，最大持水率随着海拔的升高呈现增大的趋势。

现有研究工作取得了大量成果，对研究地区的水源涵养林建设与修复提供了理论依据。但是现存研究在某种程度上存在以下3个方面不足：一是虽然森林枯落物的研究已经深化到不同因素对枯落物水文效应的影响研究上来，但是现存研究主要集中于树种、林龄(组)、密度、坡位因素对其水文效应的影响上，对海拔高度对森林枯落物水文效应影响的研究少之又少；二是现有研究对效应研究较多，对影响因子对枯落物水文效应的影响机制研究少；三是现有对枯落物的水文效应研究几乎都采用室内浸泡法，很少使用原位浸泡法。未来研究应该更加注重系统化、综合研究与大尺度研究。像现有研究多单一的研究一个影响因素(如密度、坡位、林龄)对水文效应的影响，未来应该研究各个因素或主要因素综合影响。