地被物对土壤含水量及养分影响的研究进展

于德水， 卢 杰

(1. 西藏农牧学院高原生态研究所， 西藏 林芝 860000； 2. 西藏高原森林生态教育部重点实验室， 西藏 林芝 860000； 3. 西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站， 西藏 林芝 860000)

地被物(Forest floor)介于地表植物基部与土壤表层之间，在植物的生长过程中保持土壤水分含量、积累地表营养物质，有着重要的生态学功能[1-3]。森林降水在经过林冠层截留、树干茎流及小部分的直接穿透，汇集到土壤表面。最后在地被物的影响下形成地表径流渗入土壤中形成地下水。林冠截留在降水中占据绝大部分，截留量最高可达85 %以上，研究表明林冠截留主要受降雨量、树种以及林分郁闭度影响[4]，而树干茎流通常仅占降水总量5 %左右[5]。

地被物是林下最后的水分拦截层[6]，学者们将地被物分为活地被物及死地被物。活地被物通常是指生活在近地面的小型草本植物、苔藓、地衣等，有着一定生理功能，同时在生态环境中占据一定的生态位；死地被物通常是指由乔木、灌木、草本等脱落的枯枝落叶在地表形成的有机物层。死地被物被细分为两层，未分解层(AOO)及半分解层(AO)。

地被物对地表植物的生长发育有着保持水分、集聚养分等重要的生态功能[7]。有学者研究指出，地被物的存在影响土壤的水分、营养含量及表面的生物量[8，9]。地被物在影响林分内部水分循环的同时，也影响着林下的土壤养分含量。因此，探究地被物的水文生态学功能对于当前分析林内蓄水及土壤养分保持有着重要的科研意义。

1 地被物对土壤含水量的影响

土壤含水量广义上是指100 g土壤的含水量即土壤含水率。

影响土壤含水量的因素主要包括植被覆盖密度、土壤孔隙等[10，11]，其中土壤孔隙主要受土壤黏团的理化性质所影响[12]。在无法改变环境内土质的条件下，通过改变土壤表面的覆盖物，可改变土壤蓄水的能力。在相同林分下地被物与土壤含水量有明显的正相关性[13]。在进行林下地被物对土壤持水性影响的对比中发现，不同林分下的地被物对土壤含水量影响呈现出：阔叶林>灌木林>针叶林[7，14]，这与学者们最先提出的猜测存在一定的差异。在研究中学者们还发现，在不同海拔条件下，地被物对土壤含水量的影响存在明显的差异。在低海拔研究区域，地被物的存在对土壤含水量有较为明显的提升，而在高海拔地区，地被物对土壤含水量的影响表现出随海拔的升高而减弱，甚至有部分研究结果表明两者出现了负相关性[8，9]。当前国外学者在探讨地被物对土壤含水量的影响中，主流论点已经明确提出，地被物的存在与土壤含水量之间呈显著的正相关性。部分地区发现的存在有负相关的影响判断其主要是受到地势、土壤、植被盖度的影响[15]。

当前在国外，研究地被物对土壤含水量影响的热点主要集中于活地被物对土壤理化性质的影响。活地被物在其生长过程中改变了土壤的持水能力，使得土壤的含水能力提高。西班牙学者通过对松林与热带雨林的林下地被物的对比研究，证明了活地被物相比枯死地被物，对土壤持水能力的影响更大[16]，这也同样证明了地被物本身对水分的保持能力较差，而活地被物通过对土壤结构的影响使得土壤的持水能力提升4～5倍[17]。有学者在降雨的条件下，将活地被物与死地被物进行对照试验，结论表明活地被物相比死地被物(枯落物)，其持水能力更强[18]。国内关于地被物对土壤水分保持的研究，有观点认为，由于地被物的存在，使得在降水过程中对土壤的冲击力明显降低，且在近地层形成降水的重新分配，使得水分被大量固定在土壤的毛细孔中。室内试验模拟表明，在短时间内枯落物将大量吸水，吸水至一定阶段后便转向保持土壤的内部水分，使得大量的水分被限制到其区域内，同时在死地被物(枯落物)之间也形成可以保持水分的隔层，将水分蓄积在其内。

2 地被物对土壤养分的影响

土壤养分一般指土壤中包含的植物所需有机物或无机物等营养物质的统称。地被物对土壤养分的影响主要分为活地被物对土质理化性质的影响及死地被物(枯落物)对养分循环的影响。关于地被物对土壤养分影响的研究，当前意见并不统一。部分学者认为地被物会影响土壤的pH[19]，而造成土壤的养分降低，但多数学者则表示在地被物的影响下土壤的营养层次有着明显的增加[20]，并与土壤中常见元素N、P含量呈显著正相关[21]。有研究表明，活地被物对土壤养分的影响要高于死地被物[22]。在不同海拔梯度上讨论两种地被物对土壤养分影响的试验中，有学者发现，活地被物与死地被物对土壤养分影响存在明显的差异性[23]。在不同的林分及不同郁闭度下地被物对土壤养分影响也存在差异[24]。

当前国外有关地被物对土壤养分的影响尚处于争论阶段，有学者提出地被物与土壤养分含量间呈负相关性[25]，提出活地被物在生长发育过程中需要养分而不断地从土壤中吸收，致使土壤的养分含量减少，从而影响到乔木、灌木、草本等本应正常生长的地表植物。大部分学者则普遍支持活地被物与土壤的养分含量主要呈正相关性[26]，并认为关于活地被物对土壤养分的影响主要是由于地被物的过量繁殖而造成的小部分影响。普遍观点认为活地被物在降水过程中减少了对土壤表面的冲刷力，使得水分中的营养物质被锁定在土壤内部。国内现存观点与国外所支持的观点略有差异，部分学者认为影响土壤的因素主要是枯死的地被物对土壤水分截留的第二次分配，因而使得土壤中的水分被锁定在土壤的孔隙中，同时由于枯死的地被物伴随着真菌的分解，其中部分有机物随其进入土壤的养分循环中，因而使得土壤中所包含的N、P等无机化合物的含量增加[22]。这一点与国外学者进行的试验结果表现出一致性。当前国内热点侧重于不同林分组成在降水相同的条件下，地被物对土壤中养分含量的影响；探讨人工林与自然林是否可以通过人工对地被物的调控而增加土壤中的养分含量，以及在有地被物的环境中施用化肥探讨其对土壤养分的影响。

3 影响地被物的因素

地被物在林下悄无声息地影响着地表植物或动物的生长发育或生理活动，当前已有学者将目光由地被物对外界因素的影响，转移到探寻外界因素影响地被物生态功能的方向，在探究外界因素的过程中学者们发现外界因素对地被物的最大影响就是会改变地被物的持水量。

地被物的持水量通常是指在一定时间内，地被物所能吸收固定的最大水量。当前国内学者集中关注于枯落物对水分的自然吸收能力。自然吸收能力代表地被物在自然条件下所能吸收并保存的最大水分含量。当前学者可依靠持水量的大小来推测当前土壤中养分含量的保持能力，探讨在研究区域内的土壤养分流失情况，为林业、农业等提供科学的判断依据。有学者认为地被物在不同生境林分下，其持水量是存在差异的，并通过对多种林分类型下的地被物采取浸水试验得出了这一结论[27，28]。有学者认为地被物受林分的影响较大，针对不同林分与海拔地被物的持水量进行对比试验，并得出结论[8，29]。也有部分学者认为随着坡度的变化地被物持水量会产生变化[30]。国内学者通过对刺槐林枯落物层在实验室模拟分析中发现，在控制吸收水分时间一定的情况下，在1～2 h内其吸收水分的速率呈线性增长，而随着吸收水分时间不断增加，10 h后达到最大吸收饱和点[31]。当前国外部分学者将目光集中于日本福岛遭受辐射后的林分地被物持水量对土壤养分的影响[32]。当前国内研究，在地被物的持水量方面更看重于对土壤中养分的截留。国外学者偏重研究天然林下地被物的持水量，国内学者更偏向于关注人工林下枯落物对土壤养分的影响、有无地被物的林分下土壤的养分含量存在的差异及不同林分间其养分含量是否会随着环境因素的影响而产生异变。

4 总结与展望

当前地被物层的水文生态学研究热点主要集中于不同林分下地被物对土壤的蓄水量、养分含量等方面的影响。从最初的单一测定林下地被物的厚度用以检测树木幼苗的生长情况，到今日的探讨蓄积量对土壤养分的影响并对地被物的厚度进行详细区分，并一一建立相关性研究，将地被物与地表植物之间的水文特性、地下土壤内某单一的养分含量建立了对应的函数关系[11，33]。地被物在水文生态学方面已取得了较多的研究成果，但同时与国外所探讨的地被物水文生态学研究还具有一定差距，国内研究热点主要是受到区域特征的影响，我们关注更多的是森林内部地被物的养分循环、地被物的水分涵养量或持水量，并探究其内部的变化趋势[30，34]。而在国外更多学者关注的是地被物在保水持水过程中某单一元素的研究进展及产生的变化、地被物对林下生物量的影响[35]。国内针对林下某种气体或化合物的测定起步较晚，研究基础较为薄弱。

当前对土壤含水量影响的研究，国内关注点主要集中在林灌交错带及林下对土壤持水量及蓄积量的探究与检测，但近些年国内有诸多学者将目光集中在土壤流失较为严重的高原地区，并针对国内黄土高原江河区域内水土流失严重的林地进行重点监测，近十几年来，关于人工林与天然林土壤含水量的研究受到学者们特殊的关注。人工林与天然林地被物的对比试验中，曾有过利用人工调控提高土壤养分含量，使林下地被物养分含量提高的报道。针对河流源头讨论林下地被物的涵养水源，分析养分流动方向也取得显著的成果。

地被物土壤养分方面，当前国内外学者均将其作为重点研究对象。国外有部分学者探讨放牧对地被物的影响。国内有关地被物养分含量则主要偏向于针对次生林或人工林降水过程中的养分保持，其中针对人工林的研究更为深入，建立了坡向、坡位、林下地被物厚度与养分之间的函数关系。

对于地被物的持水量，当前研究热点更多偏向于实验室中模拟持水量与天然林进行对比，并寻求可完全模拟天然林中地被物持水量的变化规律，在国外，地被物持水量被用于检测林分或流域内的部分特殊排放物质，并在实践中寻找相关的研究方案及对策。

未来的研究方向，应围绕地被物对土壤含水量及环境变化的响应趋势，讨论地被物对土壤养分含量的响应变化，通过地被物来检测区域内某种物质的含量。