10種鄉(xiāng)土樹種枯落物的持水特性

王志云+陳香+陳紅躍+朱建美+柯歡+薛克娜

摘要：于廣東省佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中心生態(tài)防護(hù)林試驗(yàn)示范區(qū)內(nèi)，調(diào)查研究了紅荷、紅錐、黃樟、烏桕、火力楠、觀光木、米老排、香樟、楓香、中華杜英林下枯落物及土壤的持水特性。結(jié)果表明：10個不同樹種林下枯落物蓄積量3.94～9.35 t/hm2，最大持水量為5.95～27.37 t/hm2，最大攔蓄量為2.74～18.15 t/hm2，有效攔蓄量為2.74～21.66 t/hm2。10種林下枯落物的持水能力排序?yàn)橄阏?紅錐>紅荷>米老排>觀光木>黃樟>火力楠>楓香>中華杜英>烏桕。

關(guān)鍵詞：枯落物；攔蓄量；持水量

中圖分類號：S715.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）23-0007-04

1 引言

森林的涵養(yǎng)水源功能是森林生態(tài)服務(wù)的重要組成部分，一直以來都是社會及科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題（于水強(qiáng)，2009）。森林枯落物層是森林生態(tài)系統(tǒng)3個垂直結(jié)構(gòu)上的主要功能層之一，它在截持降水、防止土壤濺蝕、阻延地表徑流、抑制土壤水分蒸發(fā)、增強(qiáng)土壤抗沖性能等方面都具有非常重要的意義（吳欽孝等，1998；莫菲等，2009）?？萋湮飳訑r蓄徑流是整個森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)中的重要一環(huán)，而其持水能力是反應(yīng)枯落物層水文作用的一個重要指標(biāo)。森林枯枝落葉層的總儲量、持水性能受群落內(nèi)林分類型、林齡、枯落物分解狀況、林地水分狀況、降雨特點(diǎn)、群落所處地理位置等的影響。目前，有關(guān)枯落物對森林土壤形成和維持的意義、枯落物組成和性質(zhì)對其持水過程和水分散失過程的影響以及林地生態(tài)水文效應(yīng)等已展開了部分工作（Black P E，1998；Schaap M G & Bouten W， 1997；余新曉等，2002；龐學(xué)勇，2005）。國內(nèi)外許多學(xué)者在不同區(qū)域?qū)Χ喾N森林類型下的枯落物特性作了研究，在枯落物的凋落量、凋落動態(tài)、分解速率、截持降水、影響地表徑流和土壤侵蝕機(jī)理等方面都取得了一定成果（Beasley R S & Granillo A B，1985；陳奇伯等，1994；徐娟等，2009）。

近年來，廣東省開始將森林劃分為生態(tài)公益林和商品林進(jìn)行經(jīng)營，為了提高生態(tài)公益林的生態(tài)效應(yīng)，需要對人工純林進(jìn)行林分改造。云勇林場作為生態(tài)公益林示范區(qū)，為佛山市乃至整個廣東的生態(tài)公益林建設(shè)和國營林場的轉(zhuǎn)型起到樣板和示范作用。為把云勇林場生態(tài)公益林示范區(qū)建成多層次、多色彩、物種多樣、環(huán)境優(yōu)美，且集生態(tài)旅游和科普教育多功能的生態(tài)公益林示范區(qū)，我們對該區(qū)的林分進(jìn)行了改造。本文對云勇林場改造后的林地不同鄉(xiāng)土樹種枯落物持水特性進(jìn)行研究，探討不同樹種枯落物在涵養(yǎng)水源和保持水土的優(yōu)越性，為林分改造樹種選擇和合理配置提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究地區(qū)自然概況

研究地區(qū)云勇生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中心位于廣東省佛山市高明區(qū)西南部，位于22°41′54″～22°46′50″N，112°38′26″～112°42′25″E。屬于南亞熱帶氣候，氣候溫和，年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫分別為22.0 ℃、34.5 ℃和3.5 ℃，偶有霜凍。雨量充沛，年降水量平均達(dá)2000 mm，集中在4～8月。地勢屬丘陵地帶，土壤為花崗巖發(fā)育的酸性赤紅壤，土層深厚。示范區(qū)內(nèi)水熱條件優(yōu)越，植物一年四季均可生長。

2.2 研究內(nèi)容和方法

2.2.1 樹種選擇

樹種選擇的適當(dāng)與否是造林成敗的關(guān)鍵因子之一。改造樹種的選擇首先應(yīng)遵循適地適樹的原則，根據(jù)不同的立地狀況及改造目標(biāo)，選擇不同的樹種，但一般以利用鄉(xiāng)土樹種為主。通過不同樹種的配置以達(dá)到物種多樣、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生態(tài)、社會效益良好的效果。

為了恢復(fù)并提高云勇林場森林群落，使其順向演替，形成多樹種、多層次、多類型、多色彩且具有濃郁鄉(xiāng)土氣息的南亞熱帶森林，逐步建立起生長穩(wěn)定、生態(tài)功能顯著、抗性強(qiáng)的森林生態(tài)體系，遵照適地適樹的原則，以選擇鄉(xiāng)土闊葉樹種為主，設(shè)計出具有與鄉(xiāng)土林分樹種結(jié)構(gòu)和比例相似的模式。本次調(diào)查主要研究10種鄉(xiāng)土樹種：紅荷（Schima wallichii）、紅錐（Castanopsis hystrix）、黃樟（Cinnamomum porrectum）、烏桕（Sapium sebiferum）、火力楠（Michelia macclurel）、觀光木（Tsoongiodendron odorum）、米老排（Mytilaria laosensis）、香樟（Cinnamomum camphora）、楓香（Liquidambar formosana）、中華杜英（Elaeocarpus chinensis）。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)地的建立及基本情況調(diào)查

根據(jù)試驗(yàn)林的林分現(xiàn)狀（表1），在目標(biāo)林內(nèi)樹種選擇具有代表性區(qū)域設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)地，對應(yīng)樹種進(jìn)行編號。標(biāo)準(zhǔn)地規(guī)格15 m×20 m，面積為300 m2。標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)立后在其各個角樹立白色塑料水管，建立固定標(biāo)準(zhǔn)地，以便日后做連續(xù)調(diào)查實(shí)驗(yàn)。

2.2.3 枯落物蓄積量調(diào)查

在前述標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，分上、中、下坡隨機(jī)選擇4個點(diǎn)，記錄其中3個點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每點(diǎn)采集31.7 cm×31.7 cm的枯落物，將取得的枯落物按照未分解層和半分解層分別收集帶回實(shí)驗(yàn)室，按照《森林土壤定位研究法》進(jìn)行含水率、最大持水率等的測定，并據(jù)此計算蓄積量和持水量。

2.2.4 枯落物的測定與方法

蓄積量的測定：把在調(diào)查地所采集枯落物帶回實(shí)驗(yàn)室后稱量鮮重，并采用室內(nèi)常規(guī)烘干法烘干，計算其干重和自然含水率，最后計算出單位面積枯落物現(xiàn)存量。

持水特性的測定：在蓄積量取樣的同時，選取原狀枯落物試樣，稱重后裝入尼龍袋在室內(nèi)用清水浸泡12 h，再稱重，最后測干重，進(jìn)一步計算枯落物最大持水率。每個標(biāo)準(zhǔn)地3個重復(fù)。

將風(fēng)干稱重后的枯落物試樣在清水中浸泡24 h后稱重，計算其最大持水率、最大攔蓄率和有效攔蓄量。計算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 各鄉(xiāng)土樹種林下枯落物蓄積量

通常認(rèn)為，枯落物層蓄積量取決于其在林地上的積累量和分解量大小、分解速度、積累年限等因子，而這些因子又與林分發(fā)育、林分結(jié)構(gòu)、林分生產(chǎn)力等有關(guān)（李紅云等，2005）。因此，枯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)（趙艷云等，2009）。表2顯示，10種不同林分的枯落物蓄積量有較大差別，變動范圍在3.94～9.35 t/hm2，依次為：香樟>紅椎>紅荷>楓香>觀光木>黃樟>火力楠>米老排>中華杜英>烏桕。其中香樟最大，紅椎次之，都超過了9 t/hm2。楓香、觀光木、黃樟、火力楠、米老排5種樹種相比相差很小，但與香樟、紅椎相比偏小，與中華杜英、烏桕相比偏大。這是因?yàn)椴煌瑯浞N長勢存在差異，所以枯落物蓄積量各不相同，在調(diào)查過程中可以明顯觀察到香樟和紅椎長勢良好，烏桕長勢相對較差。

3.2 各鄉(xiāng)土樹種林下枯落物持水性能

林地枯落物層在森林涵養(yǎng)水源方面起著極其重要的作用，既能截持降水，使地表免受雨滴的直接沖擊，又能阻滯徑流和地表沖刷；同時，枯落物的分解形成土壤腐殖質(zhì)，能顯著地改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的滲透功能（張強(qiáng)等，2004）。而不同樹種枯落物性質(zhì)不同，持水能力也有差異。

3.2.1 枯落物的持水能力

由表2可知，10種鄉(xiāng)土樹種林下枯落物的最大持水率變化范圍為119.87%～354.16%，大小順序?yàn)椋好桌吓?gt;香樟>紅荷>黃樟>紅椎>觀光木>中華杜英>火力楠>楓香>烏桕。從試驗(yàn)結(jié)果看，各樹種之間枯落物最大持水率均有差異，可能與其林齡、枯落物分解狀況、累積狀況、前期水分狀況等多種因素有關(guān)（樊登星等，2008）。

而不同樹種林下枯落物最大持水量依次為：香樟>紅椎>紅荷>米老排>黃樟>觀光木>火力楠>楓香>中華杜英>烏桕。不同樹種間差異較大，最大持水量最大的香樟高達(dá)27.37 t/hm2而最小的烏桕只有5.95 t/hm2。由此可知，香樟的枯落物持水能力在十種鄉(xiāng)土樹種中是最為優(yōu)異的，烏桕的持水能力相對較差，其余樹種最大持水量超過20 t/hm2的有紅椎、紅荷，米老排、黃樟、觀光木的最大持水量在15～20 t/hm2之間，其余幾種低于15 t/hm2。最大持水量除了與持水率密切相關(guān)外，還與枯落物蓄積量有直接關(guān)系，紅錐林下枯落物的最大持水率雖然較低，但由于枯落物蓄積量較大，故仍能維持較高的最大持水量；米老排的最大持水率較高，由于枯落物蓄積量較小，其最大持水量較低。

3.2.2 枯落物的攔蓄能力

最大攔蓄率能真實(shí)反映林地吸收降雨?duì)顩r（朱麗暉等，2001）。研究結(jié)果表明，10種鄉(xiāng)土樹種林下最大攔蓄率范圍為56.85%～230.45%，為：觀光木>香樟>米老排>紅椎>火力楠>紅荷>黃樟>中華杜英>楓香>烏桕。烏桕明顯低于其它樹種。10種鄉(xiāng)土樹種林下最大攔蓄量范圍為2.74～18.15 t/hm2，香樟、紅錐的最大攔蓄量為18.15 t/hm2、16.96 t/hm2，相當(dāng)于分別攔蓄21.30 mm、19.90 mm的降雨，大于其他樹種；最大攔蓄量最小的是烏桕，僅為2.74 t/hm2；其他樹種枯落物的最大攔蓄量順序?yàn)椋河^光木>紅荷>米老排>火力楠>黃樟>楓香>中華杜英。這反映了香樟、紅椎的枯落物攔截的降雨量最大，其林地雨水吸收和過濾地表徑流作用最強(qiáng)，水文作用最大，而烏桕則最小。

實(shí)際上，山地森林坡面一般不會出現(xiàn)長時間浸水，10種鄉(xiāng)土樹種林下的樣地均有一定的坡度，落到枯落物層上的雨水除被攔蓄外會很快入滲。因此，枯落物層對降水的攔蓄能力用最大持水率和最大持水量來表示，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來估算自然條件下枯落物對降水的實(shí)際攔蓄效果和能力，以比較不同林分類型枯落物的持水性能（薛建輝等，2009）。試驗(yàn)表明：各鄉(xiāng)土樹種林下的有效攔蓄率變化范圍為67.03%～241.92%，米老排、香樟、紅荷的有效攔蓄率在200%～250%之間，黃樟、紅椎、觀光木、中華杜英、火力楠的有效攔蓄率在150%～200%之間，烏桕的最小，只有67.03%，其大小排序與最大持水率一致?？萋湮镉行r蓄量變化范圍為2.74～21.66%t/hm2，其中香樟的有效攔蓄量最大，為21.66t/hm2，其次為紅錐17.76 t/hm2，最小的為烏桕，僅有2.74 t/hm2，期間由大到小依次為排序?yàn)榧t荷15.72 t/hm2，米老排14.49 t/hm2，觀光木12.83 t/hm2，黃樟12.44 t/hm2，火力楠11.38 t/hm2，楓香9.86 t/hm2，中華杜英7.06 t/hm2。10個樹種中香樟、紅錐、紅荷的有效攔蓄量優(yōu)于其它樹種。

4 結(jié)論與討論

（1）研究區(qū)內(nèi)10個鄉(xiāng)土樹種林下枯落物總蓄積量變動范圍在3.94～9.35 t/hm2，由大到小依次為：香樟>紅椎>紅荷>楓香>觀光木>黃樟>火力楠>米老排>中華杜英>烏桕。

（2）不同樹種林下枯落物最大持水率的大小為：米老排>香樟>紅荷>黃樟>紅椎>觀光木>中華杜英>火力楠>楓香>烏桕。但由于紅錐林下枯落物的蓄積量較大，米老排的枯落物蓄積量較小，故不同樹種林下枯落物最大持水量的大小順序?yàn)椋合阏?gt;紅椎>紅荷>米老排>黃樟>觀光木>火力楠>楓香>中華杜英>烏桕。

（3）不同樹種枯落物最大攔蓄率依次為：觀光木>香樟>米老排>紅椎>火力楠>紅荷>黃樟>中華杜英>楓香>烏桕；最大攔蓄量順序?yàn)椋合阏?gt;紅椎>觀光木>紅荷>米老排>火力楠>黃樟>楓香>中華杜英>烏桕；有效攔蓄率表現(xiàn)為：米老排>香樟>紅荷>黃樟>紅椎>觀光木>中華杜英>火力楠>楓香>烏桕；有效攔蓄量大小為香樟>紅錐>紅荷>米老排>觀光木>黃樟>火力楠>楓香>中華杜英>烏桕。

（4）枯落物層是保障森林充分發(fā)揮水土保持和水源涵養(yǎng)功能的一個極其重要的水文層次，具有明顯的蓄水、保水作用?？萋湮飳拥某炙阅?，因樹種構(gòu)成及其蓄積量大小的不同而變化，而林分的樹種構(gòu)成及其蓄積量，可以通過人為的健康經(jīng)營措施加以改善。本研究中，10個樹種中香樟、紅錐、紅荷的蓄積量、最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量優(yōu)于其它樹種，今后可在以水土保持和水源涵養(yǎng)為經(jīng)營目標(biāo)的森林健康經(jīng)營中，作為優(yōu)良樹種加以應(yīng)用。同時，在應(yīng)用過程中，應(yīng)注重對林下枯落物的合理健康經(jīng)營，既要通過一定的保護(hù)措施維持枯落物層的積累，又要依據(jù)不同樹種對林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康調(diào)節(jié)，使森林枯落物層更好地發(fā)揮其水土保持和水源涵養(yǎng)的功能。

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