天寶巖不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水特性

肖石紅, 何東進(jìn), 朱乃新, 簡(jiǎn)立燕, 吳建勤, 劉進(jìn)山, 詹仕華, 胡哲森, 游秀花, 游惠明

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院；2.福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院；3.福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；4.福建永安天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，福建 永安 366032)

?

天寶巖不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水特性

肖石紅1, 何東進(jìn)1, 朱乃新1, 簡(jiǎn)立燕1, 吳建勤4, 劉進(jìn)山4, 詹仕華2, 胡哲森1, 游秀花3, 游惠明3

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院；2.福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院；3.福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；4.福建永安天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，福建 永安 366032)

摘要:為了解長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物的持水特性以及水文變化過(guò)程，進(jìn)一步揭示長(zhǎng)苞鐵杉林幼苗天然更新困難的內(nèi)在機(jī)制，以天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林為對(duì)象，對(duì)其枯落物層持水特性進(jìn)行研究.結(jié)果表明：(1)4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物層平均厚度在19～34 mm，枯落物蓄積量為10.22～24.98 t·hm-2，枯落物蓄積量以長(zhǎng)苞鐵杉和猴頭杜鵑為建群種的類(lèi)型Ⅰ最大；(2)枯落物最大持水率為149.94%～223.47%，最大持水量為11.91～34.42 t·hm-2，最大攔蓄量為15.32～48.84 t·hm-2，有效攔蓄量為8.38～18.43 t·hm-2；(3)不同林分類(lèi)型枯落物持水量與浸泡時(shí)間以及吸水速率與浸泡時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本一致，枯落物浸泡6 h后，其持水量基本達(dá)到最大值，吸水速率明顯減緩；(4)枯落物的持水量與浸泡時(shí)間呈明顯的對(duì)數(shù)關(guān)系(R2>0.96)，吸水速率與浸泡時(shí)間呈明顯的冪函數(shù)關(guān)系(R2>0.99).

關(guān)鍵詞:天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū); 長(zhǎng)苞鐵杉; 枯落物; 持水特性; 物種多樣性

森林枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它能為森林中微生物提供更多的食物資源和更充裕的空間[1]，且其分解產(chǎn)物也是生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要營(yíng)養(yǎng)庫(kù)[2].枯落物在維持土壤肥力、截持降水、減少侵蝕、防止土壤濺蝕、減緩地表徑流、抑制土壤水分蒸發(fā)、促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡等方面發(fā)揮著重要作用[3-4]，是森林健康監(jiān)測(cè)中的重要指標(biāo)[5].枯落物水文效應(yīng)是森林生態(tài)功能研究的重要內(nèi)容之一，目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)森林枯落物做了大量研究，并在枯落物蓄積能力、分解速率、分解動(dòng)態(tài)、持水特性、對(duì)降雨和徑流的再分配作用等方面取得了大量的研究成果[4-6].研究現(xiàn)有林地枯落物的持水特性對(duì)深入探討森林生態(tài)系統(tǒng)中的水量平衡和水分循環(huán)具有重要意義.

福建天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)苞鐵杉(TsugalongibracteataCheng)是第三紀(jì)冰川期遺留下來(lái)的珍稀古老樹(shù)種，作為我國(guó)亞熱帶地區(qū)扁平葉型的常綠針葉林之一，在促進(jìn)森林演替、涵養(yǎng)水源和維持生態(tài)系統(tǒng)平衡等發(fā)面發(fā)揮著極其重要的作用[7].由于長(zhǎng)苞鐵杉生境狹窄，更新困難，現(xiàn)已被列為漸危樹(shù)種.筆者所在的課題組已對(duì)天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)苞鐵杉林倒木的數(shù)量特征、持水能力、燃燒性特征以及倒木覆蓋對(duì)林內(nèi)土壤理化性質(zhì)的影響等進(jìn)行了一系列研究[7-10].對(duì)天寶巖不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉混交林枯落物持水特征進(jìn)行研究，旨在揭示不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物水源涵養(yǎng)功能，以期為長(zhǎng)苞鐵杉特殊生存環(huán)境進(jìn)行分析，進(jìn)而為其自然更新困難問(wèn)題提供理論依據(jù).

1研究區(qū)概況

天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)位于中亞熱帶南緣，距離福建省永安市中心36 km，地理坐標(biāo)為117°28′03″～117°35′28″E，25°50′51″～26°01′20″N，總面積為11 015.38 hm2，森林覆蓋率高達(dá)96.8%，為戴云山余脈(中、低山地貌)，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū).保護(hù)區(qū)四季分明，氣候溫暖濕潤(rùn)，光、熱、水條件優(yōu)越，由于地勢(shì)高聳、峰巒疊嶂，保護(hù)區(qū)內(nèi)氣溫隨海拔升高而降低，降雨量則隨海拔升高而增加，全年平均氣溫為15 ℃，年平均降雨量2 039 mm，年平均相對(duì)濕度80%以上.土壤垂直分布大致表現(xiàn)為海拔800 m以下的土壤為紅壤，800～1 350 m為黃紅壤，而1 350 m以上土壤則為黃壤.

保護(hù)區(qū)內(nèi)群落的物種多樣性豐富，包含了中國(guó)亞熱帶地區(qū)的多種典型植被類(lèi)型，保留有成片猴頭杜鵑林(Rhododendronsimiarum)、天然柳杉林(Cryptomeriajaponica)和大量原始長(zhǎng)苞鐵杉林，具有很高的保護(hù)價(jià)值.區(qū)內(nèi)長(zhǎng)苞鐵杉基本處于無(wú)人干擾的自然狀態(tài)，其分布面積高達(dá)186.7 hm2，原生性純林面積20 hm2，居全國(guó)首位.長(zhǎng)苞鐵杉分布地段的土層較厚，可達(dá)1 m以上，腐殖質(zhì)層厚度約25 cm，地表枯落物層厚5～20 cm，土壤成酸性.保護(hù)區(qū)內(nèi)長(zhǎng)苞鐵杉的立地條件較差、地勢(shì)陡峭，一旦遭到破壞則難以恢復(fù)，其在促進(jìn)森林演替和水源涵養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用.

2研究方法

2.1樣地設(shè)置與調(diào)查

運(yùn)用測(cè)樹(shù)學(xué)和群落生態(tài)學(xué)的方法對(duì)天寶巖核心區(qū)的長(zhǎng)苞鐵杉群落特征進(jìn)行調(diào)查，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查之后，選擇研究區(qū)內(nèi)立地條件相對(duì)一致的4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林[長(zhǎng)苞鐵杉+猴頭杜鵑混交林(T.longibracteata+R.simiarum)、長(zhǎng)苞鐵杉+石櫟+馬尾松混交林(T.longibracteata+Lithocarpusglaber+Pinusmassoniana)、長(zhǎng)苞鐵杉+甜楮+青岡混交林(T.longibracteata+Castanopsiseyrei+Cyclobalanopsisglauca)和長(zhǎng)苞鐵杉+青岡+深山含笑混交林(T.longibracteata+C.Glauca+Micheliamaudiae)]為主要調(diào)查對(duì)象，在每種典型森林類(lèi)型設(shè)置3個(gè)20 m ×30 m樣地，記錄每個(gè)樣地的土壤類(lèi)型以及海拔、坡度、坡向、郁閉度等環(huán)境因子.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的所有高于1.5 m的立木進(jìn)行每木檢尺，記錄樹(shù)種、樹(shù)高、胸徑和冠幅等，計(jì)算平均樹(shù)高和平均胸徑(表1).將每個(gè)樣地分成6個(gè)10 m×10 m的樣方，記錄樣方中所有灌木的植物種類(lèi)、高度、地徑、冠幅等，每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)設(shè)置1個(gè)1 m×1 m的枯落物小樣方，記錄枯落物層厚度，將樣方的枯落物保持原狀裝入自封袋中，并迅速稱重.在每個(gè)樣方中設(shè)置1個(gè)1 m×1 m的草本層樣方，記錄草本的種類(lèi)，高度及蓋度等.

表1　樣地基本特征1)

1)類(lèi)型Ⅰ.長(zhǎng)苞鐵杉+猴頭杜鵑混交林；類(lèi)型Ⅱ.長(zhǎng)苞鐵杉+石櫟+馬尾松混交林；類(lèi)型Ⅲ.長(zhǎng)苞鐵杉+甜櫧+青岡混交林；類(lèi)型Ⅳ.長(zhǎng)苞鐵杉+青岡+深山含笑混交林；下同.

2.2樣品測(cè)定方法

2.2.1枯落物蓄積量測(cè)定將收集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室85 ℃烘干后稱重，以干物質(zhì)重量推算1 hm2的枯落物蓄積量，重復(fù)3次，取平均值[5].

2.2.2枯落物蓄水過(guò)程測(cè)定用室內(nèi)浸泡法[11]測(cè)定持水量和吸水速率，一般認(rèn)為枯落物浸泡24 h的持水量和持水率為最大持水量和最大持水率.分別選取4個(gè)林分類(lèi)型每個(gè)樣方烘干至恒重后的枯落物200～300 g，裝入尼龍網(wǎng)袋進(jìn)行浸水實(shí)驗(yàn)，每隔1/12、1/6、1/4、1/2、1、1.5、2、4、6、8、10、12、24 h取出靜置后，測(cè)其濕重.浸水結(jié)束后，將枯落物烘干后再稱其干重.

2.2.3枯落物蓄水量測(cè)定最大持水量和最大持水率.枯落物最大持水量和最大持水率計(jì)算公式為：

Mm=M24-M，M0=M1-M，Rm=(M24-M)/M

式中，Mm為枯落物最大持水量，M24為枯落物浸泡24 h后質(zhì)量，M為枯落物風(fēng)干質(zhì)量，M0為自然含水量，M1為枯落物鮮重，Rm為最大持水率.以上所測(cè)均為1 m2樣方的量，換算成4種林型1 hm2枯落物的持水量(t·hm-2)和持水率(%).

最大攔蓄量和有效攔蓄量.枯落物最大攔蓄量和有效攔蓄量計(jì)算公式為：

Wm=Mm-M0，W=0.85Mm-M0

式中：Wm為最大攔蓄量，W為有效攔蓄量，0.85為有效攔蓄系數(shù)，通常采用有效攔截蓄量來(lái)估算枯落物對(duì)降雨的實(shí)際攔截蓄量[5].

2.3物種多樣性測(cè)定方法

本研究選取Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Alatalo均勻度指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)5種多樣性指數(shù)測(cè)度物種多樣性，本研究測(cè)度物種多樣性參照文獻(xiàn)[12].

2.4數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 21.0軟件和Microsoft Excel 2013對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，采用單因素方差分析和Pearsom相關(guān)分析對(duì)枯落物持水特性進(jìn)行分析.

3結(jié)果與分析

3.1不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林物種多樣性比較

天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林的物種多樣性不同，從表2可以看出，喬木層Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅰ>類(lèi)型Ⅳ，類(lèi)型Ⅰ和類(lèi)型Ⅳ多樣性指數(shù)與另外兩種林型差異較大，說(shuō)明這兩種林型所處樣地喬木層物種組成較為單一；灌草層Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)分別表現(xiàn)為類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅰ>類(lèi)型Ⅳ和類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅰ>類(lèi)型Ⅳ，類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅲ物種多樣性指數(shù)比較接近.4種林型喬木層Pielou均勻度指數(shù)總體趨勢(shì)為類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅰ>類(lèi)型Ⅳ，Alatalo均勻度指數(shù)為類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅳ>類(lèi)型Ⅰ；灌草層Pielou均勻度指數(shù)和Alatalo均勻度指數(shù)均以類(lèi)型Ⅱ最高.喬木層和灌草層Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分別以類(lèi)型Ⅳ和類(lèi)型Ⅰ最高，分別以類(lèi)型Ⅲ和類(lèi)型Ⅱ最低.

表2　不同林分類(lèi)型各層次物種多樣性

3.2不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物蓄積量比較

不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物總蓄積量在10.22～24.98 t·hm-2范圍內(nèi)變動(dòng)(圖1)，大小順序?yàn)椋侯?lèi)型Ⅰ(24.98 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅲ(16.06 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅱ(10.49 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅳ(10.22 t·hm-2)，類(lèi)型Ⅰ枯落物蓄積量與其他3種類(lèi)型存在顯著差異，類(lèi)型Ⅲ與類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ之間也存在顯著差異，類(lèi)型Ⅱ與類(lèi)型Ⅳ之間無(wú)顯著差異；枯落物厚度在19～34 mm范圍內(nèi)變動(dòng)，大小順序?yàn)椋侯?lèi)型Ⅰ(34 mm)>類(lèi)型Ⅳ(28 mm)>類(lèi)型Ⅲ(24 mm)>類(lèi)型Ⅱ(19 mm).類(lèi)型I的樹(shù)種組成以長(zhǎng)苞鐵杉和猴頭杜鵑為主，由于該樣地所處的位置海拔低，處于坡谷地帶，且猴頭杜鵑枯落葉量較大，多年層層累計(jì)，枯落物較為厚實(shí)，故無(wú)論是枯落物蓄積量還是厚度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他林型；類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ枯落物蓄積量比較接近，但類(lèi)型Ⅳ厚度高于類(lèi)型Ⅱ，這是由于兩種林分樹(shù)種組成和海拔不同所致.4種森林類(lèi)型枯落物蓄積量存在一定的差異，類(lèi)型I和其他3種類(lèi)型差異顯著(P<0.05)，類(lèi)型Ⅲ與類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ之間差異也達(dá)到顯著水平(P<0.05)，但類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ之間差異不顯著.

3.3不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水能力與攔蓄能力

枯落物持水能力是表征枯落物涵養(yǎng)水源功效的重要指標(biāo)，但其最大持水量只反映潛在持水能力，不能反映對(duì)實(shí)際降水的截留狀況.枯落物的攔蓄能力多數(shù)情況下用最大攔蓄量和有效攔蓄量表示，最大攔蓄量能反映扣除枯落物本身含水量以外的最大可能降雨截留量，但不能反映枯落物對(duì)實(shí)際降雨的攔截狀況，故多采用有效攔截量來(lái)表示對(duì)實(shí)際降雨的攔截狀況[5].4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水能力和攔蓄能力如表3所示，森林類(lèi)型不同，枯落物的攔蓄能力也不同.從表3中可以看出，4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林最大持水率和最大持水量表現(xiàn)分別為：類(lèi)型Ⅲ(223.47%)>類(lèi)型Ⅰ(195.55%)>類(lèi)型Ⅱ(193.38%)>類(lèi)型Ⅳ(149.94%)和類(lèi)型Ⅰ(34.42 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅲ(17.46 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅳ(14.10 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅱ(11.91 t·hm-2)，總體來(lái)看，枯落物最大持水量的變化規(guī)律與枯落物蓄積量變化規(guī)律比較接近，枯落物最大持水量是由最大持水率和蓄積量共同決定，類(lèi)型Ⅰ枯落物蓄積量最高，類(lèi)型Ⅲ最大持水率最高，故這兩種林分類(lèi)型枯落物的蓄水能力較其他類(lèi)型高.

1)同列不同小寫(xiě)字母表示不同類(lèi)型之間顯著水平(P<0.05).

通過(guò)方差分析可知，不同林分類(lèi)型之間枯落物持水能力與攔蓄能力差異不同，類(lèi)型Ⅲ、類(lèi)型Ⅳ最大持水率與另外3種林分類(lèi)型差異都達(dá)到顯著水平(P<0.05)，類(lèi)型I和類(lèi)型Ⅱ差異不顯著；從最大持水量來(lái)看，類(lèi)型Ⅰ與其他3種林分類(lèi)型差異顯著(P<0.05)，但類(lèi)型Ⅱ、類(lèi)型Ⅲ和類(lèi)型Ⅳ之間均無(wú)顯著差異；類(lèi)型Ⅰ與其他3種林分類(lèi)型最大攔蓄量差異也達(dá)顯著水平(P<0.05)，類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ之間差異不顯著；類(lèi)型Ⅲ有效攔蓄量與另外3種林分類(lèi)型差異顯著(P<0.05)，另外3種林分類(lèi)型有效攔蓄量無(wú)顯著差異；從最大持水深來(lái)看，類(lèi)型Ⅰ與其他3種林分類(lèi)型差異顯著(P<0.05)，而另外3種林分類(lèi)型之間差異不顯著；類(lèi)型Ⅰ、類(lèi)型Ⅲ與類(lèi)型Ⅱ、類(lèi)型Ⅳ最大攔蓄深差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，類(lèi)型Ⅰ和類(lèi)型Ⅲ差異也顯著(P<0.05)，類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ最大攔蓄深差異不顯著；從有效攔蓄深來(lái)看，類(lèi)型Ⅱ與另外3種林分類(lèi)型差異顯著(P<0.05)，另外3種類(lèi)型之間差異不顯著.

枯落物最大攔蓄量表現(xiàn)為：類(lèi)型Ⅰ(48.84 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅲ(35.89 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅱ(20.29 t·hm-2)>類(lèi)型Ⅳ(15.32 t·hm-2).從有效攔蓄量來(lái)看，由于不同林分類(lèi)型枯落物蓄積量不同，各類(lèi)型枯落物攔蓄量不同，類(lèi)型Ⅲ攔蓄能力最強(qiáng)，為18.43 t·hm-2，相當(dāng)于攔截1.84 mm的降雨；類(lèi)型Ⅱ攔蓄能力最弱，為8.38 t·hm-2，相當(dāng)于攔截0.84 mm的降雨，二者攔蓄降雨量的比例超過(guò)2∶1，差異較大.從類(lèi)型位置來(lái)看，高海拔攔蓄能力比低海拔強(qiáng)，這是由于在研究區(qū)內(nèi)，高海拔風(fēng)速較低海拔地區(qū)大，能加快枯落物中水分蒸發(fā)速率，枯落物能在較短時(shí)間內(nèi)再次攔蓄水分，從而使得其攔蓄能力更強(qiáng).

將天寶巖不同森林類(lèi)型枯落物蓄積量、最大持水量、最大持水率、最大攔蓄量和有效攔蓄量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析(表4).結(jié)果表明，枯落物蓄積量與最大持水量、最大攔蓄量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，最大持水量與最大攔蓄量也呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，說(shuō)明枯落物蓄積量對(duì)其持水蓄水能力有影響.

表4　不同森林類(lèi)型枯落物儲(chǔ)量、最大持水量、最大持水率和攔蓄量的相關(guān)性分析1)

1)“*”表示差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，下同.

3.4不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水過(guò)程

林木枯落物的持水量與浸泡時(shí)間存在一定的關(guān)系，由圖2可知，不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水量與浸泡時(shí)間表現(xiàn)出相似的規(guī)律，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水量逐漸上升，且浸泡前期2 h，持水量上升比較迅速，2 h到6 h，枯落物持水量緩慢增加，浸泡約6 h已基本達(dá)到飽和，即6 h之后，增加浸泡時(shí)間，其持水量基本不再發(fā)生大的變化.這一規(guī)律與枯落物攔蓄地表徑流趨勢(shì)基本一致，即在降雨初期，枯落物攔蓄地表徑流功能較強(qiáng)，且隨著枯落物濕潤(rùn)程度增加而迅速增加，之后隨濕潤(rùn)程度增強(qiáng)，吸持能力降低，因此增加緩慢[13].從圖2中還可看出，各時(shí)段枯落物持水量表現(xiàn)為：類(lèi)型Ⅰ>類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅳ.類(lèi)型Ⅰ最大持水量較其他林分類(lèi)型都高，且其枯落物蓄積量也最大，因此能維持較高的蓄水能力，可見(jiàn)長(zhǎng)苞鐵杉+猴頭杜鵑林能更好地發(fā)揮水土保持和水源涵養(yǎng)功能.

由不同林分類(lèi)型枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間關(guān)系圖(圖3)可知，4種長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間變化規(guī)律基本一致，速率在0～1 h最快，尤其是0～5 min，其速率接近10 min時(shí)的2倍，在1～6 h后逐漸減緩，6 h 后明顯緩減，并逐漸趨近于0.隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，枯落物的吸水速率趨于一致，這是因?yàn)殡S著浸泡時(shí)間增加，枯落物持水量接近其最大持水量，此時(shí)枯落物趨于飽和，持水量增長(zhǎng)速度隨之減緩.4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物吸水速率大小順序?yàn)椋侯?lèi)型Ⅰ>類(lèi)型Ⅲ>類(lèi)型Ⅱ>類(lèi)型Ⅳ，類(lèi)型Ⅰ和類(lèi)型Ⅲ吸水速率差異較明顯，類(lèi)型Ⅱ和類(lèi)型Ⅳ吸水速率差異較小.

對(duì)4種不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水量與浸泡時(shí)間進(jìn)行回歸(表5)，該時(shí)間段內(nèi)枯落物持水量與浸泡時(shí)間之間存在對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系：W=klnt+p，式中，W為枯落物持水量(t·hm-2)；t為吸水時(shí)間(h)；k為方程回歸系數(shù)；p為方程常數(shù)項(xiàng).經(jīng)擬合的方程相關(guān)系數(shù)(R2)均高于0.96，擬合度高，呈極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01).

1)“**”表示差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01).

對(duì)4種不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析(表5)，枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間之間存在冪函數(shù)關(guān)系：V=ktn，式中：V為枯落物吸水速率(t·hm-2·h-1)，t為吸水時(shí)間(h)；k為方程回歸系數(shù)；n為指數(shù).經(jīng)擬合的方程相關(guān)系數(shù)(R2)均高于0.99，擬合度高，呈極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01).

4結(jié)論與討論

森林枯落物蓄積量主要由枯枝落葉輸入量、分解速度以及積累年限決定[14]，而枯枝落葉的凋落量及分解速率取決于林分組成及其生長(zhǎng)環(huán)境等多種因素[15].4種類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物平均厚度在19～34 mm，枯落物蓄積量在10.22～24.98 t·hm-2，類(lèi)型Ⅰ最大.類(lèi)型Ⅰ的建群種為長(zhǎng)苞鐵杉和猴頭杜鵑，由于猴頭杜鵑葉厚革質(zhì)，枯落物分解速率可能也比較緩慢，再加上該類(lèi)型多處于坡谷地帶，使其枯落物蓄積量高于其他類(lèi)型.枯落物最大持水率在149.94%～223.47%，最大持水量在11.91～34.42 t·hm-2，其中，類(lèi)型Ⅲ最大持水率最高，類(lèi)型Ⅰ最大持水量最大；類(lèi)型Ⅰ最大攔蓄量最大，最大能攔蓄4.88 mm降雨，類(lèi)型Ⅲ攔蓄能力最強(qiáng)，為18.43 t·hm-2，相當(dāng)于攔截1.84 mm的降雨，類(lèi)型Ⅲ為長(zhǎng)苞鐵杉+甜櫧+青岡混交林，甜櫧和青岡為闊葉樹(shù)種，其有效攔蓄深優(yōu)于其他樹(shù)種.枯落物最大持水率能反映枯落物本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，而最大持水量是由其自身的性質(zhì)和蓄積量共同決定的[14].無(wú)論是蓄積量還是持水量，長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物低于興安嶺落葉松林[16]，這可能是由于天寶巖自然保護(hù)區(qū)地勢(shì)陡峭，枯落物被雨水沖走，不利于枯落物的積累.從枯落物持水過(guò)程來(lái)看，枯落物持水量(W)與浸泡時(shí)間(t)按W=klnt+p變化，吸水速率(V)與浸泡時(shí)間(t)按V=ktn變化，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致[3,5].4種林分類(lèi)型枯落物持水量在浸水初期均不斷增大，之后緩慢上升，6 h時(shí)基本達(dá)到飽和，枯落物吸水速率在浸水初期最快，之后逐漸減緩，6 h后明顯減緩，從此結(jié)果可以看出，枯落物攔蓄降雨作用主要發(fā)生在降雨初期，由于生境原因，枯落物很難達(dá)到其最大持水量，持續(xù)降雨后才會(huì)達(dá)到或接近最大持水量[3].

作為地被物的重要組成部分，枯落物層在林地水源涵養(yǎng)功能方面起著不容忽視的作用.林地內(nèi)枯落物的組成有利于改善土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，同時(shí)也能增加土壤水源涵養(yǎng)能力[17].由于天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉的立地條件差、地勢(shì)陡峭且林下部分地區(qū)巖石裸露，一旦遭到破壞則難以恢復(fù)，其更新困難問(wèn)題已成為長(zhǎng)期制約長(zhǎng)苞鐵杉恢復(fù)與重建的瓶頸[18].有研究表明，由于地表枯落物使土壤水分不易散失，且能保溫，種子萌發(fā)較好，因此枯落物能促進(jìn)長(zhǎng)苞鐵杉的萌發(fā)[19]，若枯落物層太厚，種子雖能萌發(fā)，但其胚根常因無(wú)法抵達(dá)土壤而引起爛根死亡[20].目前僅進(jìn)行了不同類(lèi)型長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物持水特征的研究，如何充分利用天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林枯落物，以提高保水性能和土壤肥力，并能更好地促進(jìn)長(zhǎng)苞鐵杉幼苗更新，是今后有待深入研究的問(wèn)題.

參考文獻(xiàn)

[1] USHER M B. The biology of soil: A community and ecosystem approach[J]. Soil Use and Management, 2006,22(3):323-323.

[2] PASCUAL J A, GARCIA C, HERNANDEZ T, et al. Soil microbial activity as a biomarker of degradation and remediation processes[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2000,32(13):1 877-1 883.

[3] 劉玉國(guó),劉長(zhǎng)成,李國(guó)慶,等.貴州喀斯特山地5種森林群落的枯落物儲(chǔ)量及水文作用[J].林業(yè)科學(xué),2011,47(3):82-88.

[4] FRESCHET G T, CORNWELL W K, WARDLE D A, et al. Linking litter decomposition of above-and below-ground organs to plant-soil feedbacks worldwide[J]. Journal of Ecology, 2013,101(4):943-952.

[5] 盧振啟,黃秋嫻,楊新兵.河北霧靈山不同海拔油松人工林枯落物及土壤水文效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2014,28(1):112-116.

[6] FERREIRA V, LARRAAGA A, GULIS V, et al. The effects of eucalypt plantations on plant litter decomposition and macroinvertebrate communities in Iberian streams[J]. Forest Ecology and Management, 2015,335(1):129-138.

[7] 游惠明,何東進(jìn),劉進(jìn)山,等.倒木覆蓋對(duì)天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)土壤理化特性的影響[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2013,22(3):18-24.

[8] YOU H M, HE D J, YOU W B, et al. Effect of environmental gradients on quantitative characteristics of fallen logs inTsugalongibracteataforest in Tianbaoyan National Nature Reserve, Fujian Province, Chinat[J]. Journal of Mountain Science, 2013,10(6):1 118-1 124.

[9] 李蘇閩,何東進(jìn),朱乃新,等.天寶巖自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)苞鐵杉混交林粗木質(zhì)殘?bào)w蓄水能力研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2014,34(11):2 331-2 338.

[10] 肖石紅,何東進(jìn),游惠明,等.天寶巖典型森林群落粗死木質(zhì)殘?bào)w現(xiàn)存量研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(5):64-68.

[11] 章家恩.生態(tài)學(xué)常用實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:20-56.

[12] 孫儒泳,李慶芬,牛翠娟,等.基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[14] 鄭金萍,郭忠玲,徐程揚(yáng),等.長(zhǎng)白山主要次生林的枯落物現(xiàn)存量組成及持水特性[J].林業(yè)科學(xué)研究,2012,24(6):736-742.

[15] 時(shí)忠杰,王彥輝,徐麗宏,等.六盤(pán)山主要森林類(lèi)型枯落物的水文功能[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009(1):91-99.

[16] 趙麗,王建國(guó),車(chē)明中,等.內(nèi)蒙古扎蘭屯市典型森林枯落物土壤水源涵養(yǎng)功能研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(5):91-96.

[17] 陳倩,周志立,史琛媛,等.河北太行山丘陵區(qū)不同林分類(lèi)型枯落物與土壤持水效益[J].水土保持學(xué)報(bào),2015,29(5):206-211.

[18] 邱迎君,易官美,寧祖林,等.瀕危植物長(zhǎng)苞鐵杉的地理分布和資源現(xiàn)狀及致危因素分析[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2011,20(1):53-59.

[19] 朱小龍,馮大蘭.長(zhǎng)苞鐵杉天然更新研究 Ⅱ. 不同群落的幼苗建立及其環(huán)境影響[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),2011,31(4):315-319.

[20] NARUKAWA Y, YAMAMOTO S. Development of conifer seedlings roots on soil and fallen logs in boreal and subalpine coniferous forests of Japan[J]. Forest Ecology and Management, 2003,175(1):131-139.

(責(zé)任編輯:吳顯達(dá))

收稿日期：2015-11-17修回日期：2015-12-28

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31370624)；國(guó)家教育部博士學(xué)科點(diǎn)基金項(xiàng)目(20103515110005)；福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2008J0116、2011J01071).

作者簡(jiǎn)介:肖石紅(1986-)，女，博士研究生.研究方向：森林可持續(xù)發(fā)展.Email：shihong114@126.com. 通訊作者何東進(jìn)(1969-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師.研究方向：森林經(jīng)理學(xué)、森林生態(tài)學(xué).Email:fjhdj1009@126.com.

中圖分類(lèi)號(hào):S718.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1671-5470(2016)04-0398-07

DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.04.006

Water-holding characteristics of litter in different types ofTsugalongibracteataforests in Tianbaoyan National Nature Reserve

XIAO Shihong1, HE Dongjin1, ZHU Naixin1, JIAN Liyan1, WU Jianqin4, LIU Jinshan4,ZHAN Shihua2, HU Zhesen1, YOU Xiuhua3, YOU Huiming3

(1.College of Forestry ；2.College of Computer and Information Science；3. College of Life Science，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002，China；4.Tianbaoyan National Nature Reserve，Yong'an，F(xiàn)ujian 366032，China)

Abstract:Forest litter plays a central role in water inception, nutrient cycling and soil conservation. To elucidate the regeneration problem of Tsuga longibracteata seedling, a preliminary study on water-holding characteristics of litter in 4 types of T.longibracteata -based mixed forests was carried out in Tianbaoyan National Nature Reserve. Results showed that average litter thickness ranged from 19 to 34 mm, and storage capacity varied between 11.91 and 34.42 t·hm-2, with the thickest litter and largest storage capacity being in forest that dominated by mix forest of T.longibracteata and Rhododendron simiarum hance. Variations in water-holding capacity, water absorption rate and immersion time of litter were basically similar among 4 forest types, which was that water-holding capacity of litter peaked 6 hours after immersion and after that absorption rate slowed down. Maximum water-holding rate, water-holding capacity, interception capacity and modified interception capacity of litter in 4 forest types approximated at 149.94%～223.47%, 11.91～34.42 t·hm-2, 15.32～48.84 t·hm-2and 8.38～18.43 t·hm-2, respectively. Water-holding capacity of litter had a visible logarithmic correlation with immersion time (R2>0.96), and there existed a significant power function relationship between water absorption rate and immersion time (R2>0.99).

Key words:Tianbaoyan National Nature Reserve; Tsuga longibracteata; litter; water-holding characteristics; species diversity