桂西南喀斯特山地主要植被類型凋落物累積量及其持水特性

彭玉華，歐芷陽，曹艷云，黃小榮，何琴飛，龐世龍

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院；2.國家林業(yè)局 中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；南寧 530002）

桂西南喀斯特山地主要植被類型凋落物累積量及其持水特性

彭玉華1,2,3，歐芷陽1,2,3，曹艷云1,2,3，黃小榮1,2,3，何琴飛1,2,3，龐世龍1,2,3

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院；2.國家林業(yè)局 中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；南寧 530002）

基于野外實(shí)地調(diào)查與室內(nèi)浸水法，對桂西南喀斯特山地5種具有代表性的植被類型（灌叢林、灌木林、喬灌過渡林、蜆木林和儀花林）林下凋落物的蓄積量進(jìn)行了研究，并對各植被類型的持水特性和攔蓄能力進(jìn)行對比研究。結(jié)果表明：不同植被類型的凋落物蓄積量變幅在2.73～4.59 t·hm-2之間, 從大到小排列為：蜆木林＞喬灌過渡林＞儀花林＞灌叢林＞灌木林，差異顯著（P＜0.05）。自然含水率和最大持水率的變幅分別為15.47%～36.36%和128.23%～168.36%，差異極為顯著（P＜0.01）。蜆木林的自然含水量最大，儀花林則最小；灌叢林的最大持水率最大，儀花林最小。各植被類型凋落物的最大持水量之間差異不顯著（F＝1.540，P＝0.211＞0.05），蜆木林最大，儀花林最小。最大攔蓄率和有效攔蓄率變化范圍分別在95.13%～147.49%和75.41%～122.77%之間，差異極為顯著(P＜0.01)，灌木林最大，蜆木林最?。蛔畲髷r蓄量和有效攔蓄量變幅分別在377.55～520.62 t·hm-2和313.54～430.74 t·hm-2之間，差異不顯著 (P＞0.05)，喬灌過渡林最大，蜆木林其次，儀花林最小。凋落物的蓄積量、持水特性和攔蓄能力因植被類型不同而存在差異。

桂西南喀斯特山地；植被類型；凋落物；持水特性；攔蓄能力

桂西南喀斯特地區(qū)，由于人為活動頻繁, 致使天然植被遭受嚴(yán)重破壞、土壤嚴(yán)重侵蝕，巖石裸露率高，采取有效措施恢復(fù)植被、改善生態(tài)環(huán)境勢在必行。凋落物作為森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程中的一個重要物質(zhì)庫，儲存了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，是森林土壤自然肥力的重要來源之一[1]。森林的眾多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能并不單純依賴于森林的立木部分，枯枝落葉層亦起著重要的作用，尤其是在涵養(yǎng)水源、保持水土以及促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡方面，枯枝落葉層起著不可替代的作用[2]?？萋湮飳右揽科鋸?qiáng)大的表面積和疏松多孔的性質(zhì)，具有明顯的截持降水、調(diào)節(jié)地表徑流、減少土壤流失及改善土壤理化性質(zhì)的功能，成為森林生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水分分配的第二作用層，具有保持水土和涵養(yǎng)水源的重要作用[3-4]。國內(nèi)外學(xué)者對森林凋落物進(jìn)行了大量的研究，取得了大量的研究成果[5-15]，但對桂西南喀斯特地區(qū)植被類型凋落物方面的研究很少，因此，本文針對桂西南喀斯特地區(qū)植被類型凋落物蓄積量、持水特性和攔蓄能力進(jìn)行了分析研究，為桂西南喀斯特地區(qū)森林資源的培育和管護(hù)、森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)識提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于廣西平果縣，處于108°18′～107°53′E、23°12′～ 23°54′N 之 間。 屬 高 溫 多 雨亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，雨量充沛。全縣各地年平均氣溫為22.09℃，極端最低溫度-1.3℃，≥10℃活動積溫7 731.1℃，年平均日照時數(shù)1 619.4 h，無霜期345天以上，多年平均降雨量1 356 mm，雨量充沛，每年降雨主要集中在6～9月。全縣土地總面積2 485 km2，合24.74萬hm2。其中石山區(qū)占48%，丘陵和谷地占34.3%，平原占17.7%。最高海拔934.6 m（位于海城鄉(xiāng)西北部的鬼頭山主峰），最低海拔76 m（地處四塘鎮(zhèn)瀨江與右江匯合處）。地勢北高南低，南北低山丘陵，中部為巖溶地貌。

2 研究方法

2011年11月～2012年5月，通過實(shí)地調(diào)查，以桂西南平果縣馬頭鎮(zhèn)5種植被類型，即灌叢林、灌木林、喬灌過渡林、儀花Lysidice rhodostegia Hance林和蜆木Excentrodendron hsienmu林作為實(shí)驗(yàn)樣地，每種植被類型選擇3個實(shí)驗(yàn)樣地，每個實(shí)驗(yàn)樣地分別設(shè)置3個20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地，在標(biāo)準(zhǔn)地按S形設(shè)置 25 cm ×25 cm的凋落物收集樣方5個，分別收集樣方中的枯落物、入袋封裝。

凋落物帶回實(shí)驗(yàn)室后，稱其自然狀態(tài)質(zhì)量，在80℃ 下烘至恒定質(zhì)量，稱其干質(zhì)量。以干物質(zhì)質(zhì)量推算不同林分凋落物蓄積量。采用室內(nèi)浸泡法，將烘干后的凋落物裝入網(wǎng)袋，并浸入盛有清水的容器中浸泡24 h，稱質(zhì)量后計(jì)算其自然含水量、最大持水率、最大持水量、最大持水率、最大攔蓄率（量）和有效攔蓄率（量）。計(jì)算公式為[1]：

式中，Ro、Rhmax、Rsmax、Ray 、Ramax為凋落物自然含水率、最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率（%）、最大攔蓄量（t·hm-2），Rh′max為凋落物的最大持水量 (t·hm-2)，Go、Gd、G24為凋落物自然狀態(tài)下質(zhì)量、凋落物烘干質(zhì)量及浸水24 h后質(zhì)量（g），Wsv為凋落物有效攔蓄量（t·hm-2）；M為凋落物現(xiàn)存量（t·hm-2），0.85為有效攔蓄系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被類型枯落物蓄積量

凋落物蓄積量受多種因子的影響，如森林林型、林分組成、生長季節(jié)、氣候狀況、人為活動、枯落物的輸入量、分解速度、本身的厚度和性質(zhì)等[16]。而這些因子又與森林構(gòu)成、林分發(fā)育、林分結(jié)構(gòu)、林分生產(chǎn)力等有關(guān)[8]。因此，凋落物儲量狀況反映了枯落物與所處環(huán)境的交互作用和富集程度，枯落物的蓄積量越多，持水能力越強(qiáng)[17]。從調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以看出（見表1），幾種不同植被類型的凋落物蓄積量存在著顯著的差別（F＝2.893，P＜0.05），變動范圍在2.73～4.59 t·hm-2之間，依次為蜆木林＞喬灌過渡林＞儀花林＞灌叢林＞灌木林。Ducan’s多重分析表明：蜆木林與喬灌過渡林之間差異不顯著，與其他3種植被類型之間差異顯著；蜆木與儀花群落雖同為喬木類型，但因其優(yōu)勢樹種不同凋落物蓄積量存在著顯著的差異，這可能與蜆木葉為厚革質(zhì)、難以分解有關(guān)。從變異系數(shù)可知：灌木類型的凋落物蓄積量變化最大，變異系數(shù)達(dá)45.87%。

3.2 凋落物的持水性能

3.2.1 凋落物的持水能力

凋落物的持水能力由林下凋落物的蓄積量和凋落物的持水特性兩者共同決定。最大持水量是反映凋落物層持水性能的一個重要指標(biāo)，它是凋落物的最大持水率和單位面積凋落物的蓄積量之積[8]。從表2可以看出：不同植被類型凋落物的自然含水率之間差異極顯著（F＝4.888，P＜0.01），變化范圍在15.47%～36.36%；蜆木林的自然含水率最大，達(dá)36.36%，與其他類型之間的差異顯著，比最小的儀花林提高35.04%，且變化最小，變異系數(shù)只有12.74%。不同植被類型凋落物的最大持水率之間差異極顯著（F＝6.935，P＜0.001），變幅在128.23%～168.36%之間，依次為灌叢林＞灌木林＞喬灌過渡林＞蜆木林＞儀花林，灌叢群落凋落物的最大持水率最高，從實(shí)際調(diào)查可知，灌叢群落林下草本層枯死物含量較多，可有效保持凋落物層不受破壞，形成蓬松柔軟的海綿狀吸水層，具有較大的持水率；儀花和蜆木林的最大持水率與其它3種類型達(dá)到差異水平，喬木類型的凋落物蓄積量多，但最大持水率最小，可能是因?yàn)閱棠靖叽?，分枝多，其凋落物有較多的枯枝，水分不易吸附在其表面。蜆木林的最大持水率最為均衡，變異系數(shù)只有5.36%。凋落物最大持水量是由其最大持水率和蓄積量決定的，反映了林分的持水能力，不同植被類型的最大持水量之間差異不顯著（F＝1.540，P＝0.211＞0.05），變化范圍為426.72%～605.82%，依次為蜆木林＞喬灌過渡林＞灌叢林 ＞灌木林＞儀花林。蜆木林雖然最大持水率小，但因其凋落物蓄積量大，故其最大持水量數(shù)值最高（605.82±25.86 t·hm-2）；變化最大的是儀花林，變異系數(shù)達(dá)44.4%，其次是灌木林，說明這兩種類型的最大持水量不夠均衡。凋落物的持水能力是由蓄積量、最大持水率和最大持水率共同決定的結(jié)果。

表3 不同植被類型凋落物最大攔蓄能力指標(biāo)?Table 3 Index of litters maximum retain capacity for different vegetation types forests

3.2.2 凋落物的攔蓄能力

從表3可以看出：不同植被類型凋落物的最大攔蓄率之間差異極為顯著（F=7.539，P＜0.001），變化范圍在95.13%～147.49%之間，最大的是灌木林，受凋落物自然含水率影響，各植被類型最大攔蓄率與最大持水率排序發(fā)生了變化，依次為灌木林＞喬灌過渡林＞灌叢林＞儀花林＞蜆木林，各植被類型的變幅不大，變異系數(shù)在7.07%～17.63%之間。不同植被類型的最大攔蓄量范圍在 377.55～520.62 t·hm-2之間，群落間的差異沒有達(dá)到顯著水平（F=1.659，P=0.180＞0.05），最大的是喬灌過渡林，儀花林最小且其最不均衡變異系數(shù)達(dá)46.83%。

實(shí)際上，山地森林坡面一般不會出現(xiàn)長時間浸水，幾種不同植被類型的樣地均有一定的坡度，落到凋落物層上的雨水除被攔蓄外會很快入滲。因此，凋落物層對降水的攔蓄能力用最大持水率（量）來表示，其值高于實(shí)際的降水?dāng)r蓄效果。所以，在實(shí)際中多用有效攔蓄量(率) 來估算自然條件下凋落物對降水的實(shí)際攔蓄效果，以比較不同植被類型凋落物的持水性能[3]。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（見表4）：不同植被類型凋落物的有效攔蓄率之間差異極顯著（F=7.471，p＜0.001），變幅為75.41%～122.77%，最大是灌木林，其次是喬灌過渡林和灌叢林，它們之間差異達(dá)不到顯著水平，但與儀花林和蜆木林的差異顯著。不同植被類型凋落物的有效攔蓄量之間的差異沒有達(dá)到顯著水平（F=1.801，p=0.149＞0.05），變化范圍為313.54～430.74 t·hm-2，依次為喬灌過渡林＞蜆木林＞灌木林＞灌叢林＞儀花林；儀花林的變化最大，其變異系數(shù)為47.36%。

表4 不同植被類型凋落物有效攔蓄能力指標(biāo)?Table 4 Index of litters effective retain capacity for different vegetation types forests

4 結(jié)論與討論

枯落物覆蓋于地表，調(diào)控降水的分配、減輕土壤侵蝕、減少土壤養(yǎng)分流失；同時，枯落物分解可增加森林土壤養(yǎng)分，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的循環(huán)利用。可見，枯落物在保證森林生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定方面發(fā)揮重要作用[11]。本研究不同植被類型的枯落物蓄積量存在著顯著的差別（F＝2.893，P＜0.05），變動范圍在4.59～2.73 t·hm-2之間，枯落物蓄積量最大的為蜆木林，最小的為灌木林。在不同研究尺度上，森林凋落物蓄積量的影響因子是不同的。例如，在大尺度上，氣候是影響凋落物產(chǎn)量的主要因子；但在氣候條件相同的情況下，不同植被類型之間凋落物產(chǎn)量存在顯著差異[11]。本研究是在小尺度范圍內(nèi)展開，結(jié)果可以說明不同植被類型物種組成的差異以及凋落物分解速率是造成枯落物蓄積量差異的重要因子。

枯落物自然含水量反映了枯落物在自然狀態(tài)下的持水能力，能反映出該季節(jié)林內(nèi)的水分狀況[18]。幾種植被類型凋落物的自然持水率、最大持水率之間差異均極顯著，變化范圍分別為15.47%～36.36%和128.23%～168.36%；不同植被類型的最大持水量之間差異顯著，其變幅在426.72%～605.82%之間；灌叢林的最大持水率最高，其自然含水率在5種植被類型中排列第二，可能是灌叢林草本層的枯死物含量較多，可有效保持凋落物層不受破壞，形成蓬松柔軟的海綿狀吸水層，是造成其持水能力較強(qiáng)的主要原因；蜆木林的自然含水率和最大持水量均最高。

枯落物層持水效果除了與枯落物本身特性，如最大攔蓄率、有效攔蓄率、單位質(zhì)量持水量等密切相關(guān)外，還與枯落物蓄積量有直接關(guān)系[19]。不同植被類型凋落物的最大攔蓄率之間差異極顯著，變化范圍在95.13%～147.49%之間，依次為灌木林＞喬灌過渡林＞灌叢林＞儀花林＞蜆木林；凋落物有效攔蓄率同其相應(yīng)的最大攔蓄率變化規(guī)律一致。凋落物最大攔蓄量變化范圍在377.55～520.62 t·hm-2之間，依次為喬灌過渡林＞蜆木林＞灌叢林＞灌木林＞儀花林，差異不顯著。不同植被類型凋落物有效攔蓄量變幅在313.54～430.74 t·hm-2之間，為喬灌過渡林＞蜆木林＞灌木林＞灌叢林＞儀花林，各植被類型之間的有效攔蓄量差異不顯著。最大攔蓄率和有效攔蓄率最小的是蜆木林，但因其凋落物蓄積量大，仍能維持較高的蓄水功能；儀花林由于其持水性能相對最低，所以其有效攔蓄量最低；喬灌過渡林因其有一定的凋落物蓄積量，持水能力也相對較強(qiáng)，故其有效攔蓄能力最強(qiáng)。凋落物層的持水能力主要受凋落物本身持水性能和凋落物蓄積量的綜合影響，凋落物的持水性能，因植被物種組成、蓄積量和最大持水率的不同而有所差異，因此，在石灰?guī)r地區(qū)恢復(fù)植被、改善生態(tài)環(huán)境過程中，在保護(hù)好現(xiàn)有植被類型的同時，需要采取有效措施進(jìn)行林分改造。建議根據(jù)植被演替規(guī)律，因地選擇適宜的凋落物蓄積量大、持水性能好的鄉(xiāng)土闊葉樹種進(jìn)行人工種植或林分改造，以增強(qiáng)土壤攔蓄能力，起到防止土壤侵蝕和涵養(yǎng)水源的作用。

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Litters accumulation under forests in karst mountain area in southwest Guangxi and theirs water-holding characteristics

PENG Yu-hua1,2,3, OU Zhi-yang1,2,3, CAO Yan-yun1,2,3, HUANG Xiao-rong1,2,3, HE Qin-fei1,2,3, PANG Shi-long1,2,3
(1.Guangxi Forestry Research Institute; 2.Central South Key Lab. of Fast-growing Tree Cultivation Attached to Forestry Ministry;3.Guangxi Key Lab. of Superior Timber Trees Cultivation. Nanning 530002, Guangxi, China)

Through field survey and by using laboratory soaking extraction, the litters accumulation under the five forests (scrub forest, shrub, forest-shrub transition, Excentrodendron hsienmu forest and Lysidice rhodostegia forest), which are the representative vegetation types in karst mountain area in southwest Guangxi, and theirs water holding characteristics and water retaining capacity were studied. The litters accumulations under the 5 types forests ranged from 2.73 to 4.59 t·hm-2, and in the order of E. hsienmu forest＞ forestshrub transition ＞ L. rhodostegia forest＞scrub forest＞shrub, there were signif i cant differences among different types forests (p ＜ 0.05). The natural water content rate and maximum water content rate of the litters were 15.47%～36.36% and 128.23%～168.36%, respectively, the differences among the forests were very remarkable (p＜0.01). The natural water content rate of litters in E. hsienmu forest was the highest and that of in L. rhodostegia forest was the lowest, while the maximum water content rate in scrub forest was the highest and that of in L.rhodostegia forest was the lowest, too. The maximum water-holding capacity of litters had no signif i cant difference among the 5 forests（F＝1.540，P＝0.211＞0.05), being the highest for E. hsienmu forest and the lowest for L. rhodostegia forest. The maximum and effective retain rate of litters were 95.13%～147.49% and 75.41%～122.77%, respectively, being the highest for shrub and the lowest for E. hsienmu forest. The differences among forests was remarkable (P＜0.01). The maximum and effective retain capacity of litters were 377.55～520.62 t·hm-2and 313.54 ～ 430.74 t·hm-2, respectively, had no signif i cant differences among the forests (P ＞ 0.05), being the highest for forest-shrub transition, the second for E. hsienmu forest and the lowest for L. rhodostegia forest. There were differences in accumulation amount, waterholding characteristics and retain capacity of litters among different types vegetations.

karst mountains in southwest Guixi; vegetation type; litters; water-holding characteristics; water retain capacity

S718.55+6；S718.3

A

1673-923X(2013)02-0081-05

2012-06-13

廣西林業(yè)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（林科201201號）；廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2012GXNSFAA053042）

彭玉華（1963-），女，工程師，本科，研究方向：森林生態(tài)和珍貴鄉(xiāng)土樹種苗木繁育技術(shù)研究；E-mail：pyh112233456789@126.com

歐芷陽（1975-），女，工程師，博士，研究方向：森林生態(tài)學(xué)研究；E-mail:ozhiyang@126.com

[本文編校：羅 列]