森林枯落物水文效應(yīng)研究進(jìn)展與趨勢(shì)

趙禹寧，陸瑩，王曉靜，魏彪*，劉影，金虎，劉芳，王凱瀅，王依娜

(1.黑龍江省林業(yè)科學(xué)院牡丹江分院，黑龍江牡丹江157009；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱150030)

森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)著陸地 90%以上的淡水資源[1]。森林枯落物層是由林下苔蘚及森林植被落下的果實(shí)、枝條、樹皮、葉、花等凋落物及動(dòng)物尸體分解部分組成的功能層[2]。

國內(nèi)外對(duì)森林枯落物的研究在初期主要集中在不同地區(qū)不同林分枯落物總量、分布、動(dòng)態(tài)及分解方面，隨著研究的深入，逐步擴(kuò)展到對(duì)不同地區(qū)不同林分類型枯落物及其不同分層對(duì)降水的分配、調(diào)節(jié)及對(duì)徑流產(chǎn)流的影響、過程、模型研究領(lǐng)域[3-5]。對(duì)枯落物水文效應(yīng)的研究也存在逐步深化的過程。其早期研究主要集中在不同林分類型的枯落物的不同水文效應(yīng)研究的定性及定量究上[6-7]，從2006年到2020年6月,相關(guān)研究開始關(guān)注不同演替階段、不同林齡(組)、不同密度、不同坡位的林分在水文效應(yīng)上的差別與最優(yōu)林分研究[8-10]。除了對(duì)枯落物儲(chǔ)量、分布、分解及水文效應(yīng)研究外，一些專家學(xué)者對(duì)林分的不同干擾與經(jīng)營措施對(duì)其林分枯落物水文效應(yīng)的影響研究也做了大量工作。

從20世紀(jì)70年代以來，關(guān)于森林枯落物的研究學(xué)術(shù)報(bào)道主要有1670篇左右，現(xiàn)將國內(nèi)外相關(guān)研究分3個(gè)方面進(jìn)行一下回顧、歸納與總結(jié)：

1 森林枯落物的凋落量、凋落動(dòng)態(tài)、組成等方面研究

此類研究開展最早，為整個(gè)森林枯落物研究打開了局面，是后續(xù)研究的基礎(chǔ)，這類研究到2000年之后少見報(bào)道，研究重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)到枯落物水文價(jià)值與效應(yīng)的研究上。早在1876年，德國Ebermayer就開始研究枯落物在養(yǎng)分循環(huán)中的作用，而后國外許多學(xué)者大量報(bào)道世界范圍內(nèi)森林枯落物的分解及養(yǎng)分釋放等方面的研究 。而我國直到20世紀(jì)80年代后,田大倫[11]等才有類似研究報(bào)道。M.J.Swift[12]對(duì)枯落物周轉(zhuǎn)系數(shù)(the Litter turnover Coefficient)進(jìn)行了研究，認(rèn)為當(dāng)進(jìn)行枯落物分解作用與營養(yǎng)動(dòng)態(tài)研究時(shí)，可用作衡量枯落物分解速率和營養(yǎng)元素遷移速率的指標(biāo)。Dale L.Bartos[13]等對(duì)美國猶他州顫楊枯落物的數(shù)量、分解作用與營養(yǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究。余雪標(biāo)[14]等對(duì)不同連栽代次桉樹林枯落物及其養(yǎng)分組成研究，認(rèn)為隨著連栽代次增加，枯落物現(xiàn)存量逐代下降，與1代林相比，3、3、4代林分別下降了11.8%，14.1%和19.2%；年齡增加，林分枯落物現(xiàn)存量也增加。

2 森林枯落物層在水源涵養(yǎng)中的作用及其影響因素研究方面

此類研究開展雖然稍晚，但是研究人員最多、成果最多的領(lǐng)域。周重光[15]對(duì)浙江山地森林枯落物(層)的生態(tài)水文效應(yīng)進(jìn)行了研究，認(rèn)為山地森林枯落物(層)在維護(hù)地力、涵養(yǎng)水源、保土防沖方面，具有重要的生態(tài)水文效應(yīng)。森林類型不同，其枯落物的吸水速度和持水能力也不相同。其吸水速度在開始1小時(shí)內(nèi)很快，能迅速達(dá)到飽和或接近飽和狀態(tài)，以后則增長(zhǎng)很慢或完全停止。秦永勝[16]采用室內(nèi)試驗(yàn)的方法，對(duì)密云水庫上游森林枯落物持水阻水特性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：相對(duì)于固定雨強(qiáng)的人工降雨過程，枯落物的截持降雨過程具有三階段特征：即吸水上升階段、相對(duì)穩(wěn)定的截持降雨階段、降雨停止后的排水階段。此后，不同學(xué)者對(duì)不同區(qū)域的不同林分的枯落物的持水率(量)，吸水速率、持水速度(及與時(shí)間關(guān)系)進(jìn)行了大量定量化研究。宣立輝[17]研究了冀北地區(qū)典型林分枯落物層與土壤層的水文效應(yīng)。楊家慧[18]等對(duì)黔中不同齡組柳杉人工林枯落物水源涵養(yǎng)能力綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。

3 不同因素(樹種、林齡(組)、密度等)對(duì)森林枯落物水文效應(yīng)的影響研究方面

此類研究從2010開始，是相關(guān)研究從初期理論研究、分析定量化研究向?qū)嶋H研究的轉(zhuǎn)變，在一定程度上反應(yīng)了相關(guān)研究的成熟。相關(guān)研究直接為水源涵養(yǎng)林建設(shè)提供依據(jù)。

李良[19]等對(duì)3種不同林齡階段的華北落葉松人工林林下枯落物儲(chǔ)量及其持水特性進(jìn)行分析的結(jié)果表明：枯落物儲(chǔ)量幼齡林、中齡林、近熟林分別為42.23、57.11、65.00t/hm2。賀宇[20]等河北霧靈山不同密度油松人工林枯落物及土壤水文效應(yīng)研究認(rèn)為密度為1400株/hm2的油松林水源涵養(yǎng)能力最強(qiáng)。劉成功[21]等對(duì)不同林齡無患子人工林枯落物的持水性進(jìn)行了研究。認(rèn)為同一人工林內(nèi)3個(gè)齡級(jí)無患子林分枯落物持水特性差異顯著，齡級(jí)與持水特性間呈多項(xiàng)式回歸。石亮[22]對(duì)不同齡組興安落葉松林枯落物的水文效應(yīng)進(jìn)行了研究，認(rèn)為大興安嶺地區(qū)不同齡組興安落葉松林枯落物蓄積量差異顯著(除成熟林和近熟林之間)，成熟林、近熟林和中林齡對(duì)于降水的攔蓄能力較幼齡林強(qiáng)。張引[23]等對(duì)冀北山地5個(gè)海拔梯度油松林枯落物與土壤水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了研究，認(rèn)為枯落物總蓄積量、最大持水量、有效攔蓄能力變化規(guī)律一樣,均隨海拔升高先減小后增大，最大持水率隨著海拔的升高呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

現(xiàn)有研究工作取得了大量成果，對(duì)研究地區(qū)的水源涵養(yǎng)林建設(shè)與修復(fù)提供了理論依據(jù)。但是現(xiàn)存研究在某種程度上存在以下3個(gè)方面不足：一是雖然森林枯落物的研究已經(jīng)深化到不同因素對(duì)枯落物水文效應(yīng)的影響研究上來，但是現(xiàn)存研究主要集中于樹種、林齡(組)、密度、坡位因素對(duì)其水文效應(yīng)的影響上，對(duì)海拔高度對(duì)森林枯落物水文效應(yīng)影響的研究少之又少；二是現(xiàn)有研究對(duì)效應(yīng)研究較多，對(duì)影響因子對(duì)枯落物水文效應(yīng)的影響機(jī)制研究少；三是現(xiàn)有對(duì)枯落物的水文效應(yīng)研究幾乎都采用室內(nèi)浸泡法，很少使用原位浸泡法。未來研究應(yīng)該更加注重系統(tǒng)化、綜合研究與大尺度研究。像現(xiàn)有研究多單一的研究一個(gè)影響因素(如密度、坡位、林齡)對(duì)水文效應(yīng)的影響，未來應(yīng)該研究各個(gè)因素或主要因素綜合影響。