六盘水地区4种典型森林类型凋落物的水文特性

潘明亮;丁访军;谭伟;戴全厚;朱军

【摘 要】为给林业部门营造生态公益林树种的筛选提供理论依据,通过对六盘水地区4种典型森林类型光皮桦(Betula luminifer口H.Wilk.)林、柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr)林、华山松(Pinus armandii Franch)林和杉木CCunninghamia lanceilata(Lamb.)Hook.]林凋落物蓄积量的野外调查和凋落物水文特性的室内分析,揭示了不同林型的凋落物水文特性功能.结果表明:各林分枯(凋)落物蓄积量最大的为华山松林,达8.01 t/hm<'2>,最小的为柳杉林,仅2.65 t/hm<'2>.不同林分枯落物的最大持水量和最大持水率差异较大,分别表现为华山松林(16.17 t/hm<'2>)>光皮桦林(12.36 t/hm<'2>)>杉木林(7.82t/hm.)>柳杉林(6.55t/hm<'2>)和柳杉林(344.68%)>光皮桦林(330.46%)>杉木林(322.91%)>华山松林(297.81%).在浸水24 h内,不同林分枯落物的持水量与浸水时间成显著正相关关系,持水速率与浸水时间成负相关关系.持水速率在0.5 h前下降达到最高,在前2 h下降较为明显,在2 h以后下降幅度减小,逐渐趋于稳定.%Litters

accumulation amount and hydrological characteristics of 4 forest stand type Betula lumini f era , Cryptomehia fortune, Pinus arrnandii , and Cunninghamia lanceilata in Liupanshui district were investigated in field and analyzed in lab to provide basis for tree species selection of non-industrial ecological forest. The results showed that forest of P. arrnandii had the highest litters accumulation with 8.01 t/hm2, while forest of C. fortune was the smallest (2.65 t/hm2). There were big differences of maximum water holding capacity and maximum water holding rate, P. armandii (16. 17 t/hm2)＞B. luminifera(12.36 t/hm2) ＞ C. lanceilata (7.82

t/hm2) ＞ C. fortune (6.55 t/hm2) in maximum water holding capacity, and C. fortune(344.68％)＞B. luminifera (330.46％)＞C. anceilata (322.91％)＞ P.armandii (297.81％) in maximum water holding rate. Water holding capacity positively correlated with soaking time, while water holding speed negatively correlated with soaking time for different forest stand ylitters when soaked in water within 24 hours. Water holding speed rapidly decreased before O. 5 h, and obviously decreased before 2 hrs, slow down after 2 hrs, and become stable gradually. 【期刊名称】《贵州农业科学》 【年(卷),期】2011(039)005 【总页数】5页(P183-186,190)

【关键词】森林凋落物;水文特性;六盘水地区 【作 者】潘明亮;丁访军;谭伟;戴全厚;朱军

【作者单位】贵州大学林学院,贵州贵阳550025;贵州省林业科学研究院,贵州贵阳550005;贵州大学林学院,贵州贵阳550025;贵州大学林学院,贵州贵阳550025;贵州省林业科学研究院,贵州贵阳550005 【正文语种】中 文 【中图分类】S761.9

森林凋落物是指覆盖在林地矿质土壤表面未分解、半分解和已分解的林木枝、茎、叶和果实等器官的残体[1]。它既是森林生态系统的重要组成成分，又是森林水文

效应的第二活动层。作为森林生态系统的重要组成成分，对森林的物质循环和能量流动起着不可替代的作用；作为森林水文效应的第二活动层，不仅具有防止雨滴击溅土壤、维持土壤结构、拦蓄降水、减少地面土壤水分蒸发等作用，而且还通过影响土壤的形成雨性状及林木生长对森林水文过程产生各种重要的间接作用[2-4]。目前，国内外学者在不同的区域对多种森林类型凋落物的水文特性做了大量研究[5-9]，但对贵州六盘水地区山地森林凋落物的水文生态性研究甚少，尤其对不同森林凋落物截留降水数学模拟方面所作工作较少。六盘水地区地处云贵高原的东斜坡，地形起伏较大，地势结构复杂多样、森林覆盖率低、水土流失严重。通过对六盘水地区4种典型森林类型凋落物的现存量和水文特性进行调查研究，旨在为当地林业部门营造生态公益林树种的筛选提供理论依据。 1 研究方法 1.1 研究区概况

六盘水地区位于贵州省西部，界于北纬25°19′44\"～26°55′33\"、东经

104°18′20″～105°42′50\"，总面积9926km2，占全省总面积的5.63%。玉舍林场位于贵州省西部的水城县境内，属于六盘水地区直接管理，其林场内设有森林公园，距离六盘水市24km。属于乌蒙山支脉，地处珠江水系上游，沟壑纵横，雄奇险峻，最高海拔2503m，最低海拔1700m。土壤类型为六盘水地区的地带性土壤黄壤，植被覆盖较好，森林覆盖率在80%以上。该林场整体气温变化幅度小，年均温13～14℃，1月均温3.0～6.3℃，7月均温19.8～22.0℃。无霜期230～300d，降雨量1200～1500mm。场内动植物资源丰富，植物资源种类多达1000多种，主要的造林树种为柳杉、华山松纯林以及混交林，还有大面积的桦木和十齿花天然林。场内还有国家一级、二级保护植物珙桐、南方红豆杉、红花木莲、西康玉兰、水青树、十齿花等10多种；有国家保护动物獐子、糜子、红腹锦鸡等。 1.2 方法

1.2.1 样地的选择与调查 选择相似立地条件的光皮桦林、柳杉林、华山松林和杉木林，在各林分内随机设置30m×30m调查样地各3块，进行每木检尺，分别调查树高、胸径、枝下高和冠幅等因子，并对样地的坡度、坡位和坡向等基本情况进行记录(表1)。

表1 调查样地的基本情况Table 1 Situation of sampling sites for investigation林分类型Type of forest stand海拔/mElevation坡度/°Slope坡位Slope position坡向Slope aspect树高/mTree height胸径/cmDBH枝下高/mUnder branch height冠幅/mCrown diameter郁闭度Canopy光皮桦林-11719中上北坡 6.97 6.163.232.150.70光皮桦林-2188120中西北坡 8.27

8.343.182.780.65光皮桦林-3181022中北坡 9.84 9.734.063.150.65柳杉林-1180819中北坡 6.43 8.381.482.070.70柳杉林-2182924中西北坡

9.3114.591.782.690.70柳杉林-3210019中西北坡10.0114.752.653.100.75华山松林-1211520中上 西北坡 12.2324.817.265.270.60华山松林-2208623中上 北坡 11.2322.277.106.060.65华山松林-3200022中 北坡

12.1524.577.917.490.65杉木林-1181825中上东南坡 8.1213.2.323.0.60杉木林-2180824中北坡 8.4214.782.304.250.55杉木林-3207230中北坡 8.8217.733.014.580.60

1.2.2 样品的采集 在已选定的样地内按照梅花状分布，设置1 m×1m小样方各5块。在小样方内，按照未分解、半分解和全分解分层进行枯落物样品采集，但由于半分解层和全分解层难以区分，故将两层合为一层进行混合采集，将采集好的样品带回实验室进行测定分析。

1.2.3 持水量和持水率的测定 采取室内浸水法[10]测定凋落物持水量和持水率。首先，将采集好的样品放入80℃烘箱中烘干称重，然后，再将烘干的样品装入尼绒袋中浸泡24h，捞起静置5min(至其不再滴水)后称重。持水量和持水率通过下面

公式计算：

凋落物持水量/(t/hm2)=[凋落物湿重/(kg/m2)-凋落物烘干重/(kg/m2)]×10 凋落物持水率/%=(凋落物持水量/凋落物干重)×100

1.2.4 持水过程和持水速率的测定 在凋落物浸水24h过程中，分别对其在0.5h、1h、1.5h、2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h时间段捞起，静置5min(至其不再滴水)后称重，则凋落物持水速率就可以按照以下公式计算：

凋落物持水速率/[t/(hm2·h)]=凋落物持水量(t/hm2)/浸水时间(h) 1.3 数据处理

采用Excel和SPSS进行数据处理和分析。 2 结果与分析 2.1 凋落物蓄积量

由表2可知，4种林分凋落物总蓄积量表现为华山松林>光皮桦林>杉木林>柳杉林。其中，总蓄积量最大的是华山松林，达8.01t/hm2，柳杉林总蓄积量最小，仅2.65t/hm2。华山松林凋落物总蓄积量依次是光皮桦林、杉木林、柳杉林的1.38、2.29、3.02倍。分析不同林分凋落物未分解层、半分解层和全分解层的蓄积量发现，各林分半分解层和全分解层量所占比例均大于未分解层，达未分解层蓄积量的1.6倍以上。

森林凋落物蓄积量受多种因子的影响，不同林分凋落物的蓄积量差异较大[11]。森林树木的枝、茎、叶等器官凋落到地面后，在适当的林下微环境易快速分解，故森林凋落物层存在状态以半分解和完全分解为主。 2.2 凋落物持水特性

2.2.1 持水量和持水率 从表3可以看出，4种林分凋落物的最大持水量表现为华山松林>光皮桦林>杉木林>柳杉林。其中，持水量最大的是华山松林，达

16.17t/hm2；柳杉林最小，仅6.55t/hm2；光皮桦林和杉木林居中，分别为12.36t/hm2和7.82t/hm2。各林分凋落物半分解层和全分解层最大持水量均大于未分解层。不同林分凋落物的最大持水率差异较大，4种林分凋落物的最大持水率均达297%以上，各林分凋落物平均最大持水率表现为柳杉林(344.68%)>光皮桦林(330.46%)>杉木林(322.91%)>华山松林(297.81%)。

表2 不同林分凋落物的蓄积量Table 2 Accumulated amount of different forest stand litters林分未分解层Un-decomposed layer未分解层Un-decomposed layer蓄积量/(t/hm2)Accumulated amount占总蓄积量/%Percentage in total半分解和全分解层Intermediate decomposed and entire decomposed layer蓄积量/(t/hm2)Accumulated amount占总蓄积量/%Percentage in total总蓄积量/(t/hm2)Total accumulated amount光皮桦林2.2338.453.5761.555.80柳杉林0.7929.811.8670.192.65华山松林2.1426.725.8773.288.01杉木林1.54.571.9455.433.50

表 3 不同林分凋落物的最大持水量和最大持水率Table 3 Maximum water holding capacity and maximum water holding rate of different forest stand litters林分类型Type of forest stand最大持水量/(t/hm2)Maximum water holding capacity未分解层Un-decomposed layer半分解层和全分解层Intermediate decomposed and entire decomposed layer总量Total最大持水率/%Maximum water holding rate未分解层Un-decomposed layer半分解层和全分解层Intermediate decomposed and entire decomposed layer平均Mean光皮桦林5.19 7.1712.36351.50309.77330.46柳杉林2.11

4.446.55370.16319.20344.68华山松林3.5612.6116.17274.94320.68297.81杉木林3.51 4.317.82322.82323.01322.91

凋落物的最大持水量决定于凋落物的质与量，凋落物的最大持水率与凋落物的组分

和林下微环境有关，同凋落物的分解状况和发育状况亦有一定关系[12-15]。故4种林分凋落物的最大持水量与凋落物蓄积量大小顺序一致，但凋落物的最大持水率却与其不一致。

2.2.2 持水过程和持水速率 分析发现，不同林分未分解层、半分解层和全分解层凋落物在浸水24h过程中，持水量均随浸水时间的延长而增大，趋近24h时持水量达到最大值，在10h之前持水量增幅较大，在10h以后逐渐减缓(图1)。对各林分凋落物浸水时间与持水量进行关系拟合(表4)，得出关系式Y=aLn(t)+b，式中，Y—凋落物持水量(t/hm2)，t—浸水时间(h)，a—方程系数，b—方程常数项。说明，不同林分凋落物未分解层、半分解层和全分解层持水量均与浸水时间之间呈显著对数函数关系(R2>0.9)。

在浸水24h过程中，不同林分的各层凋落物持水速率均随浸水时间的延长迅速减小，在浸水2h之前持水速率减小幅度较大，尤其在前0.5h最为突出，2h之后趋**缓，减小幅度较小，直到达到饱和状态不再持水(图2)。对各林分凋落物浸水时间与持水速率进行关系拟合(表5)，得出关系式Z=atb，式中，Z—凋落物持水量(t/hm2)，t—浸水时间(h)，a—方程系数，b—方程指数项。说明，不同林分凋落物未分解层、半分解层和全分解层持水速率与浸水时间之间呈显著幂函数关系(R2>0.7)。

图1 不同林分凋落物未分解层、半分解层和全分解层以及总凋落物的持水过程Fig.1 Water holding process of un-decomposed layer, intermediate decomposed layer, entire decomposed layer, and total litters in different forest stand litters

表4 不同林分凋落物持水量Y(t/hm2)与浸水时间t(h)的关系式Table 4

Relationship of water holding capacity and soaking time in different forest stand litters林分类型Type of forest stand凋落物层Layers of litters关系式

Relational equation相关系数Correlation coefficient光皮桦林未分解层Y=0.553 0Ln(t)+2.502 80.984 8 半分解层和全分解层Y=0.753 3Ln(t)+6.166 40.950 1 总凋落物层Y=1.306 3Ln(t)+8.669 20.977 7 柳杉林未分解层Y=0.2 4Ln(t)+3.139 80.975 9半分解层和全分解层Y=0.202 8Ln(t)+1.650 90.958 1总凋落物层Y=0.467 2Ln(t)+4.790 70.988 2 华山松林未分解层Y=0.442 6Ln(t)+1.361 00.963 6 半分解层和全分解层Y=1.009 0Ln(t)+11.4310.920 6 总凋落物层Y=1.451 6Ln(t)+12.7920.970 6 杉木林未分解层Y=0.5

3Ln(t)+2.498 60.962 8 半分解层和全分解层Y=0.461 4Ln(t)+3.131 90.945 7 总凋落物层Y=1.025 7Ln(t)+5.630 40.959 3

图2 不同林分凋落物未分解层、半分解层和全分解层以及总凋落物在不同浸水时间的持水速率Fig.2 Water holding speed of un-decomposed layer, intermediate decomposed layer, entire decomposed layer,and total litters in different soaking time of forest stand litters

表5 不同林分凋落物持水速率Z(t/hm2)与浸水时间t(h)的关系式Table 5 Relationship of water holding speed and soaking time in different forest stand litters林分类型Type of forest stand凋落物层Layers of litters关系式 Relational equation 相关系数Correlation coefficient未分解层Z=2.344 5t-1.421 10.2 7光皮桦林半分解层和全分解层Z=5.500 3t-1.792 10.951 5总凋落物层Z=6.634 4t-1.717 90.706 1未分解层Z=1.828 1t-1.670 50.827 3柳杉林半分解层和全分解层Z=2.53 11t-1.783 30.941 3总凋落物层Z=2.632 2t-1.669 70.744 2未分解层Z=1.272 1t-1.331 30.878 7华山松林半分解层和全分解层Z=7.658 8t-2.376 20.936 3总凋落物层Z=9.744 5t-1.974 70.719 4未分解层Z=1.141 8t-1.150 70.743 4杉木林半分解层和全分解层Z=0.978 5t-1.358 80.849 9总凋落物层Z=3.342 4t-1.342 20.726 0

凋落物的持水过程和持水速率与自身的持水能力密切相关，持水速率快，能快速将林内降水有效拦蓄，从而减少地表径流的发生[16-17]。由于凋落物的内外水势差的原因，凋落物在浸水之前内外水势差较大，浸水后凋落物迅速开始持水，持水量随之增大，而当凋落物持水后水势差开始减小，持水速率随之减小。 3 小结

1) 森林凋落物的蓄积量受多种因子的影响，不同森林类型凋落物的蓄积量差异较大，4种林型的凋落物蓄积量表现为华山松林(8.01t/hm2)>光皮桦林(5.80t/hm2)>杉木林(3.50t/hm2)>柳杉林(2.65t/hm2)，且各林型半分解层和全分解层量所占比例均大于未分解层，达未分解层蓄积量的1.6倍以上。

2) 不同森林类型凋落物的最大持水量决定于凋落物的质与量，各林型凋落物的最大持水量大小顺序与凋落物蓄积量顺序相同，最大持水量最大的依然为华山松林，达16.17t/hm2，柳杉林最小，达6.55t/hm2。不同林分凋落物的最大持水率差异较大，变化范围在274.94%～344.68%，4种林分凋落

物平均最大持水率均达297%以上，柳杉林平均最大持水率最大，达344.68%，华山松林平均最大持水率最小，仅297.81%。对比4种林型凋落物持水性能表明，柳杉林凋落物具有最好的持水性能，华山松林凋落物持水性能最差。

3) 在24h的浸水过程中，4种森林类型凋落物的持水量与浸水时间成显著对数函数关系，在前10h持水量增大较快，在10h以后增加较弱，直至达到最大持水量稳定。持水速率与浸水时间成显著幂函数关系，在浸水的前0.5h持水速率下降特别突出，在前2h下降较为明显，2h以后变动幅度微弱，直到达到饱和状态不再持水。

4) 综合分析4种森林类型凋落物持水性能，在相同立地条件下，华山松林凋落物具有最大的蓄积量和最大的持水量，能够及时有效的拦蓄降水，以及防止雨滴溅蚀和减小地表径流对表土的冲刷。光皮桦林持水性能次之，其次是杉木林和柳杉林。

所以，在六盘水地区要建设生态公益林，华山松、光皮桦可以作为优先选择树种，为当地的生态环境建设和恢复能够起到很好的涵养水源和保持水土的作用。 [参 考 文 献]

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