不同森林凋落物层水源涵养功能及其变化研究

　　生态公益林根据经营目的可划分为水源涵养林、水土保持林、风景林等类型，生态公益林在防灾、减灾、水土保持、涵养水源、维持生态平衡等方面的巨大作用越来越受到重视。森林凋落物是指森林生态系统内部由生物组分产生，然后归还到林地表面，作为分解者的物质和能量来源，借以维持生态系统功能的所有有机物质的总称，包括林内乔木和灌木的枯叶、枯枝、落皮和繁殖器官、野生动物的残骸及代谢产物、林下枯死的草本植物和枯死的树根等，是森林生态系统的重要组成部分。森林凋落物是森林生态系统的重要组分，凋落物层吸收水分，同时能增加地表层的粗糙度，减缓及减少地表径流，增加土壤水分下渗，因此对于水源涵养具有重要作用。凋落物层具有较土壤更多更大的孔隙，能够吸持水分，促进下渗，迟滞径流产生时间，减轻径流侵蚀程度，并对土壤水分的补充和植物水分的供应产生影响。凋落物层作为森林生态系统中独特的结构层次，不仅对森林土壤发育和改良有重要意义，而且凋落物层的结构疏松、具有良好的透水性和持水能力，在降水过程中起着缓冲器的作用。

　　一方面削弱雨滴对土壤的直接溅击，另一方面吸收一部分降水，减少了到达土壤表面的降水量，同时由于凋落物层的机械阻拦作用，以大大地减少了地表径流 的 产 生，起 到 保 持 水 土 和 涵 养 水 源 的 作用。许多学者在不同区域对多种类型森林凋落物水源涵养功能进行了研究，这些研究表明，不同森林类型由于其树种生物学特性与林分结构不同，水源涵养效益存在一定的差异。笔者对龙陵县三江口国有林场几种生态公益林的凋落物持水特性进行研究，以了解该地不同森林凋落物层水源涵养功能及其变化，为生态公益林的建设、科研和管理提供基础数据。

　　1 林场概况

　　龙陵县三江口国有林场始建于 1984 年 11 月，属云南省典型的生态公益型林场，也是云南省至今保存最完好的干热河谷类型生态体系之一。主要分布在怒江干热河谷，平均坡度为 30° ～ 35°，最高海拔 3 001. 6 m，最低海拔 600 m，属非地带性气候。

　　林场 管 护 总 面 积 为 7 103 hm2，森 林 覆 盖 率 达85. 2% ，活立木总蓄积 521 010 m3，林地 6 258. 3hm2，占林场总面积的 88. 1%，非林地 844. 7 hm2，占林场总面积的 11. 9%。公益林 5 585. 2 hm2( 其中:国家级 4 876. 7 hm2，省级 708. 5 hm2) ，占林场总面积的 78. 6%。主要树种为云南松、思茅松、栎类等;有速生丰产用材林西南桦和旱冬瓜 20 hm2、澳洲坚果 23. 3 hm2、咖啡 26. 7 hm2、核桃 10 hm2。选择云南松林、栎类林、西南桦林、旱冬瓜林凋落物研究对象。

　　2 研究方法

　　2013 年 6 月在各林分中选择面积为 400 m2的样地，3 个重复。在各样地中的四角和中部设置面积为1 m ×1 m 的小样方总共5 个，调查凋落物鲜质量，带回实验室取部分烘干至恒质量，并计算凋落物含水率。另取各样方的部分凋落物装入网袋后分别浸入水中 0. 5、1. 0、1. 5、2. 0、4. 0、6. 0、8. 0、10. 0、12. 0、16. 0 和 20. 0 h，捞起并静置 5 min 至凋落物不滴水时称质量，设 3 个重复，取平均值。各林分的凋落物干质量、凋落物持水量、凋落物持水率和凋落物吸水速率分别按下式计算:凋落物持水量/( kg·m－ 2) = 凋落物湿质量 －凋落物干质量;凋落物持水率/% = 凋落物持水量/凋落物干质量 ×100%;凋落物吸水速率/( g·kg－ 1·h－ 1) = 凋落物持水量/吸水时间。

　　3 结果与分析

　　3. 1 凋落物贮备量
　　龙陵县三江口国有林场不同树种的凋落物贮备量有所差异，如表 1 所示。云南松林干凋落物最多，达到2. 66 kg/m2。云南松林中凋落物的主要组成是松针，由于松针中含有较多的纤维素及其脂类，不宜被微生物降解。且云南松凋落物的含水率均较低，分别是 17. 13%和 17. 80%，一方面由于凋落的松针含有大量脂类，另一方面由于凋落的松针之间并未形成良好的毛细管间隙，均不利于松针截留雨水，所以其含水量较低。另外几种落叶阔叶林的干凋落物贮备量大小顺序为西南桦林 ＞ 旱冬瓜林 ＞ 栎类林，分别达 2. 03 kg/m2、1. 97 kg/m2和 1. 81 kg/m2，其干凋落物均不多，可能是由于本次实验的凋落物采集自盛夏，几种落叶阔叶树种均处于快速蓄水生长季节，加之上一年冬季凋落的枯叶已大部分被微生物分解，所以其凋落物较少。而其凋落物含水率大小顺序为旱冬瓜林( 31. 83%) ＞ 西南桦( 26. 45%)＞ 栎类林( 24. 90% ) ，究其原因可能是旱冬瓜生于海拔 500 ～3 600 m 的湿润坡地或沟谷台地林中，郁闭度较高，地表基本无阳光照射，水分蒸发较少，是当地的水源涵养林，所以其凋落物含水量很高。【表1】

　　
　　3. 2 凋落物的持水量与浸泡时间的关系
　　凋落物的持水量与凋落物的质与量和浸泡时间有关，不同林型的凋落物持水量在不同浸泡时间有所差异，如表 2 所示。在相同的浸泡时间内，4 种不同林型的凋落物持水量大小顺序为旱冬瓜林 ＞ 西南桦林 ＞ 栎类林 ＞ 云南松林。随着浸泡时间的增加，各种公益林凋落物的持水量持续增加。【表2】

　　
　　由表 2 可知，浸泡时间为 0. 5 ～8 h 时各种凋落物的持水量急速增加，8 ～ 12 h 时各种凋落物的持水量缓慢增加，12 h 后增加浸泡时间，各种凋落物的持水量变化很小，可能已经接近饱和。浸泡 20  h后，旱冬瓜林、栎类林、云南松林和西南桦林凋落物持水量分别为 6. 50、5. 87、4. 69 和 6. 18 kg/m2。

　　3. 3 凋落物的持水率和浸泡时间的关系
　　凋落物的持水率是其持水能力的一个重要方面。凋落物的持水率用凋落物吸收的水分与凋落物干重的比值来表示，该值越大，凋落物的持水能力就越强。凋落物的持水率与凋落物的质与量和浸泡时间有关，实验选取的不同林型凋落物持水率在不同浸泡时间有所差异，如表 3 所示。【表3】

　　由表 3 可知，经不同的浸泡时间后，各种林分的凋落物持水率几乎呈现旱冬瓜林 ＞ 西南桦林 ＞ 栎类林 ＞ 云南松林，落叶阔叶林持水率大于常绿针叶林。

　　凋落物持水率在 4 h 内随时间的增加而急速增加，4～ 10 h 随时间的增加而增加，10 h 后缓慢增加，12 h后各种凋落物的持水率趋于饱和。趋于饱和后，旱冬瓜林、栎类林、云南松林和西南桦林凋落物的持水率 分 别 为 313. 54%、254. 24%、250. 69% 和163. 11% ，说明旱冬瓜林凋落物有较强的持水能力，旱冬瓜在作为速生丰产林树种的同时，也可以作为水源涵养林的造林树种。

　　3. 4 凋落物吸水率与浸泡时间的关系
　　凋落物的持水量、持水率和吸水率均与浸泡时间有关，凋落物的持水量和持水率均随浸泡时间延长而增加，但吸水速度则相反，随浸泡时间的延长而减少( 表 4) 。【表4】

　　从表 4 可以看出，在浸泡 0. 5 ～ 6 h 时段内，各种凋落物的吸水率随浸泡时间的增加而急剧下降，6h 后缓慢下降。因此，林地凋落物调蓄水分功能在降雨后 6 h 内发挥的作用最为突出，而凋落物能在短时间内快速持水将有利于其涵养水源功能的发挥。经不同的浸泡时间后，各种林分的凋落物吸水率大小呈现出和持水率不同的规律，即旱冬瓜林 ＞西南桦林 ＞ 栎类林 ＞ 云南松林，落叶阔叶林凋落物吸水率大于常绿针叶林。浸泡 0. 5 h 时旱冬瓜林、栎类林、云南松林和西南桦林的凋落物吸水率分别是4 200、3 200、1 800和3 000 g/( kg·h) ，浸泡20 h后分别降至 406. 25、375. 00、293. 75 和 387. 50 g/( kg·h) ，几种不同林型的凋落物吸水速率有一定差异。

　　4 结论

　　1) 龙陵县三江口林场不同林型的凋落物贮备量有所差异，难被微生物降解的云南松林凋落物贮备量最大，达到2. 66 kg/m2，其次是西南桦林和旱冬瓜林，最小的是栎类林。

　　2) 龙陵县三江口林场不同林型的凋落物含水量有所差异，浸泡 20 h 后，凋落物持水量大小顺序为旱冬瓜林( 6. 50 kg/m2) ＞ 西南桦林( 5. 87 kg/m2)＞ 栎类林( 4. 69 kg / m2) ＞ 云南松林( 6. 18 kg/m2) 。

　　3) 龙陵县三江口林场不同林分类型枯落物持水量和吸水速率随时间的动态变化规律基本相似。

　　持水量动态变化规律为: 随浸泡时间的增加，持水量持续增加，曲线呈上升趋势，当浸泡 8 h 之后，随着浸泡时间的继续增加，趋势变缓; 吸水速率动态变化规律为: 吸水速率在 4 h 内变化最快，随着时间的继续增加，吸水逐渐达到饱和。旱冬瓜林( 落叶阔叶林) 的最大持水率最高，其次是西南桦林和栎类林( 落叶阔叶林) ，最低的是云南松林。

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