不同森林类型枯落物持水特性研究

摘要  为明确亚热带典型人工林植被群落的水源涵养功能，选取福建省漳平市典型地段的杉木（Cunninghamia lanceolata）林、毛竹（Phyllostachys edulis）林、油茶（Camellia oleifera）林为研究对象，采取室内浸泡法测定林下未分解层和半分解层的枯落物持水性能。结果表明：3种森林类型枯落物厚度在2.07～3.23 cm，具有显著差异（P<0.05）。3种森林类型枯落物总蓄积量在5.40～8.31 t/hm2，表现为杉木林>毛竹林>油茶林。3种森林类型枯落物的最大持水量总和在2.79～4.66 t/hm2，表现为杉木林>毛竹林>油茶林，枯落物最大持水率在115.98%～153.68%，杉木林最大，油茶林最小。3种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。

关键词  森林类型；枯落物；持水特性

中图分类号  S714.7  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0101-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.021

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Water-holding Characteristics of Different Forest Types of Dead Litter

CHEN Han-zhong

（Yongfu Forestry Station，Zhangping Forestry Bureau， Zhangping， Fujian  364401）

Abstract  In order to clarify the water-holding function of typical vegetation communities in subtropical plantation forests， this paper selected Chinese fir （Cunninghamia lanceolata）， moso bamboo （Phyllostachys edulis）and Camellia oleifera forests in a typical section of Zhangping City， Fujian Province as research objects. The water holding capacity of the undecomposed and semi-decomposed layers of the forest understory was determined by indoor soaking. The results showed that the thickness of dead litter of the three forest types ranged from 2.07 to 3.23 cm， with significant differences （P<0.05）.The total volume of dead litter storage of the three forest types ranged from 5.40 to 8.31 t/hm2， with Cunninghamia lanceolata forests > Phyllostachys edulis forests > C. oleifera forests.The total maximum water holding capacity of dead litter of the three forest types ranged from 2.79 to 4.66 t/hm2， with the maximum water holding capacity of Cunninghamia lanceolata forests > Phyllostachys edulis forests > C. oleifera forests. The mean value of maximum water holding capacity of dead fallout varied from 115.98% to 153.68%， with Chinese fir forest being the largest and oil tea forest being the smallest.The water holding capacity of three types of dead fallout was a logarithmic function of soaking time， and the water absorption rate was a power function of soaking time.

Key words  Forest stand type;Litter;Water-holding characteristics

作者簡介  陈汉忠（1971—），男，福建漳平人，工程师，从事森林经营与林业管理研究。

收稿日期  2023-06-19

森林是一个复杂、功能多样的生态系统。森林生态系统的主要功能之一是调节大气水循环，调节水循环功能的提升能有效促进森林可持续发展。枯落物主要由植物凋落的枝、叶、皮等残体累积而成，作为森林生态系统的重要组成部分，枯落物是调节森林水循环功能的主要载体，一方面，以其独特的疏松结构，对地表径流起到有效调节作用，另一方面枯落物覆盖地表，减少雨水对地表土壤的侵蚀，增加水分的入渗，可有效改善土壤结构［1］。研究表明，土壤结构、林分类型、枯落物自身持水特性以及环境因子等都对枯落物持水特性有重要影响，其中林分类型的不同会导致枯落物结构和特性的差异，从而极大程度地影响枯落物的持水性能［2］。贾剑波等［3］通过研究华北土石山区常见乔木枯落物持水能力，表明阔叶树种相比针叶树种枯落物持水性更好。艾彪等［4］对赣南丘陵区典型林分水源涵养能力进行了研究，发现天然林水源涵养能力相较于经济果林明显更高，在规划人工经济果林种植时，应更加注重科学规划。不同林分类型由于自身树种的差异导致枯落物的持水性能存在明显差异，研究不同林分枯落物持水能力对森林经营建设及森林可持续发展具有重要意义。因此，笔者选取漳平市3种主要森林类型为研究对象，对枯落物的储量和持水特性进行研究，旨在从水源涵养的角度

为该地区人工林建设经营提供参考依据。

1  研究区概况

研究区位于福建省漳平市（117°10′～117°44′E，24°54′～25°47′N），地处福建省中南部、龙岩市东部，地处戴云山、玳瑁山和博平岭三大山脉接合部，属亚热带海洋性季风湿润气候，常年温热多雨，气候湿润。年均气温为21.8 ℃，年均降雨量为1 486 mm，相对湿度为78%，水热资源丰富，年日照时数为1 738.5 h。地形主要为低山丘陵区，土壤为红壤土，土层厚度达60～100 cm。林下植被主要有芒萁（Dicranopteris）、金毛耳草（Hedyotis chrysotricha）、牛耳枫（Daphniphyllum calycinum）、香附子（Cyperus rotundus）等。

2  研究方法

2.1  采样与调查

2022年10月在研究区实地踏查后，依据立地条件一致的原则，选取林龄8～10 a，种植后无人为干扰，长势较好的杉木林、毛竹林、油茶林3种林分类型作为研究对象。每种林分随机布置3个20 m×20 m的标准样地，共9块标准样地，林分特征见表1。在每个标准样地内布置5个枯落物收集样方，规格为0.5 m×0.5 m。除去样方内的活体植物部分，收集按未分解层和半分解层2个层次进行，并使用钢尺测量其厚度，再将其装入自封袋中密封保存，防止水分蒸发，做好标记并迅速带回实验室称其鲜重和总重量。

2.2  测定方法

将采集到的未分解层及半分解层枯落物放置于烘箱中烘干至恒重，根据干鲜重，计算出其自然含水率和各分解层的蓄积量。采用室内浸泡法［5］测定未分解层以及半分解层枯落物的持水量和吸水速率，将烘干后的枯落物按各分解层的不同，分别取20 g装入不同尼龙网袋中，随后放入盛有清水的试验容器中完全浸泡，分别浸泡0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0和24.0 h后，用电子天平称量其重量，并计算各项指标。

2.3  数据处理与分析

采用Excel 2010软件进行数据处理与计算，采用SPSS 25软件进行单因素方差分析，采用Origin 2018软件进行相关图表的绘制。

3  结果与分析

3.1  不同森林类型林下枯落物层厚度与蓄积量

由表2可知，3种森林类型枯落物总厚度以杉木林最大（3.23 cm），油茶林最小（2.07 cm），且3种森林类型枯落物总厚度间具有显著差异（P＜0.05）。杉木林未分解层枯落物厚度要大于半分解层的厚度，而其他2种森林则是半分解层枯落物厚度大于未分解层。3种森林类型的枯落物总蓄积量在5.40～8.31 t/hm2，大小排序为杉木林>毛竹林>油茶林。3种森林类型枯落物蓄积量均表现出半分解层大于未分解层，在比较枯落物的组成比例中可发现，半分解层枯落物蓄积量占比超过枯落物总蓄积量的50%，未分解层以油茶林占比最大，为44.69%，半分解层以杉木林占比最大，为65.82%。

3.2  不同森林类型林下枯落物持水性能

由表3可知，3种森林类型林下枯落物的最大持水量为2.79～4.66 t/hm2，杉木林和毛竹林最大持水量均显著高于油茶林（P＜0.05）。油茶林的未分解层和半分解层最大持水量均为最小，未分解层和半分解层最大持水量分别以杉木林和毛竹林最大。油茶林枯落物半分解层自然含水率显著低于杉木林和毛竹林（P<0.05）。枯落物最大持水率在115.98%～153.68%，杉木林枯落物最大持水率最大，达153.68%，最小为油茶林，仅115.98%。油茶林未分解层和半分解层最大持水率均低于杉木林和毛竹林。由此可知，杉木林的最大持水率在未分解层、半分解层以及二者的均值中均为最大，而油茶林最小。

3.3  不同森林类型林下枯落物持水动态变化

图1显示，油茶林和毛竹林枯落物在浸水2 h后持水量迅速增加，而杉木林枯落物持水量增速较缓，但3种森林类型林下枯落物的持水量与时间的增长呈现明显的相同趋势，即随着时间的延长，枯落物持水量随之增大。但浸水时长达12 h后，枯落物持水量变化不明显，这表明枯落物持水已近饱和状态。随着浸水时间的继续延长，持水量将无明显变化。由此可知，就持水量而言，毛竹林枯落物层持水量比其他2种森林类型更小，随着浸水时间的延长，杉木林和油茶林枯落物未分解层持水量相差也较小。在半分解层，油茶林持水量相比杉木林和毛竹林更高。通过对3种森林类型林下枯落物持水量与浸水时间作回归分析，可知二者满足关系式（表4）：y=alnt+b，相关系数R2在0.85左右，其中，y為t时间内的枯落物持水量，a为方程系数，b为方程常数，t为浸水时间。

3.4  不同森林类型林下枯落物持水速率

图2表明，不同森林类型林下枯落物的吸水速率和浸水时间之间均呈现显著负相关，即吸水速率随着浸水时间的延长而逐渐降低。在浸水2 h内，3种森林类型枯落物吸水速率迅速下降，而8 h后未分解层吸水速率趋于稳定并逐渐接近于0，半分解层的吸水速率也在10 h后趋于稳定。关于吸水速率，3种森林类型枯落物的未分解层均高于半分解层。杉木林与油茶林枯落物未分解层吸水速率接近，毛竹林枯落物未分解层吸水速率则较低。通过对3种森林类型林下枯落物吸水速率与浸水时间作统计分析可知，二者满足关系式V=ktn（表5），式中，V为吸水速率，k为方程回归系数，t为浸水时间，n为指数。

4  讨论与结论

作为枯落物凋落量与分解量动态平衡的结果——森林枯落物现存蓄积量，与林分类型、枯落物结构特性、分解状况及环境等密切相关［6］。该研究各森林类型的枯落物蓄积量为5.40～8.31 t/hm2，杉木林最高，造成这种结果的原因可能是杉木作为常绿乔木，林分结构较复杂，森林植被丰富度较高，森林更新快，是枯落物的来源，而毛竹林和油茶林的林分结构单一。有学者研究发现［7］，森林枯落物厚度和枯落物蓄积量之间存在着明显的相关关系。该研究中，枯落物层厚度与蓄积量大小顺序基本一致，这与前人研究结果一致。与长江中游平原湖区［7］和黔中地区［8］相比，在该研究中，枯落物的蓄积量明显更高，这主要与沿海地区环境条件相关，沿海地区常年降水少，温度偏高，较低的湿度与较高的气温并不适合枯落物的分解［9］，由此可能导致该研究区枯落物蓄积量偏高。此外，就蓄积量而言，不同竹林枯落物半分解层都大于未分解层，这与前人研究结果一致［2］，表明当所处环境条件相同的情况下，不同林分类型枯落物在分解循环方面具有一致性。而丁鹏玮等［10］研究结果与该研究具有一定差异，其原因可能是枯落物的分解会受到不同林分枯落物的叶片结构和化学成分的差异影响。

在对樟子松人工林水源涵养能力研究中发现［11］，枯落物持水特性中一大重要指标是最大持水率，枯落物最大持水率明显受枯落物自身特性及其分解程度影响。该研究中，杉木林和毛竹林枯落物最大持水量和持水率均大于油茶林，這表明油茶林作为经济林，长期的生产经营管理导致油茶林下枯落物结构与其他2种森林类型相差较小，持水性能低于其他2种森林类型。枯落物持水性能与枯落物蓄积量之间大小顺序一致，有研究表明［12］，枯落物整体持水性能可通过最大持水量反映，该研究中，在浸水前期枯落物持水量增速较快，而后会逐渐趋向平缓，并慢慢饱和，这表明当降雨时间延长，森林枯落物拦蓄能力会逐渐减弱［8］。不同林分枯落物自身结构的不同会导致其持水性能和分解程度等存在一定差异，在该研究中，3种森林类型枯落物的持水性能与浸水时间之间存在良好的函数关系，这与袁秀锦等［13］研究结果一致。未分解层持水量在浸水时间相同的条件下，高于半分解层持水量，而未分解层吸水速率也高于半分解层，这与杨振奇等［12］的研究结果相同。未分解层枯落物腐化程度低于半分解层，半分解层一部分物质成分已经发生改变，这将致使半分解层吸水性能会低于未分解层。

综上所述，作为以生态保护为主的杉木林，其水源涵养功能总体上优于生产经营性质的毛竹林和油茶林，因此，建议研究区合理优化经营措施和林分结构配置，实现区域性生态水文功能的整体提高。

参考文献

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