雷竹與慈竹凋落物持水性比較研究

唐源盛, 王戈, 曾祥波, 付利軍, 蔡天文, 楊禮通, 張文靜, 辜云杰

1.大熊貓國家公園什邡管理總站, 四川 什邡618400；

2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 四川 溫江611130；

3.彭州市國有林場, 四川 彭州 611900；

4.四川省林業(yè)科學(xué)研究院, 四川 成都610081

森林凋落物作為森林生態(tài)系統(tǒng)中一個特殊的結(jié)構(gòu)層次，作為森林植被對降雨再分配的第二個作用層[1]，具有較土壤更多更大的孔隙，能夠截持降水，保持水分，抑制地表水汽蒸發(fā)，促進(jìn)水分下滲作用，減輕或者防止旱災(zāi)[2-3]。不同植被群落其凋落物組成差異較大，可能具有不同的水文效應(yīng)[4]。雷竹（Phyllostachys praecox）作為都江堰地區(qū)大面積引種的竹類，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的促進(jìn)作用[5]，而大面積的雷竹種植是否會對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)產(chǎn)生負(fù)面作用？這是目前急需解決和研究的問題，目前對雷竹的研究主要集中在雷竹的栽培技術(shù)[6]、退化特征及土壤等方面[7]，而對雷竹林下凋落物持水性的研究還鮮有報(bào)道。本研究以都江堰浦陽鎮(zhèn)大面積發(fā)展的雷竹、慈竹（Neosinocalamus affinis）兩種重要的人工竹林為研究對象，采用室內(nèi)浸水法對其進(jìn)行凋落物持水性研究，旨在為人工竹林可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于成都市都江堰市蒲陽鎮(zhèn)，屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候，四季分明， 屬于淺切割低山地貌類型。年均溫度15.2 ℃，極端最低、最高溫度分別為38 ℃～10 ℃，降雨量為1 243.8 mm，年平均相對濕度為81%，年平均日照時數(shù)為1 024.2 h，無霜期可達(dá)到269 d。雷竹林種植于2008年“5·12”汶川地震后，是在農(nóng)用地上人工更新形成的（見表1）。

表1 雷竹林下草本物種組成Tab.1 Tab.1 Composition of herbaceous species under Phyllostachys praecox plantation

2 研究方法

在試驗(yàn)地分別按慈竹（未分解層）、慈竹（分解層）、雷竹（未分解層）、雷竹（分解層）4種凋落物層隨機(jī)收集人工竹林下的凋落物，并分別裝入帶袋子帶回實(shí)驗(yàn)室備用。分別將其按照100 g的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行稱量，并裝入布袋中完全浸泡到清水中，每隔0.5、1、2、4、8、10、12、24 h分別取出直至凋落物不滴水為止（約為5 min）迅速稱量凋落物濕質(zhì)量，重復(fù)3次。每個時間段稱得的凋落物濕質(zhì)量與烘干質(zhì)量差值為凋落物不同浸泡時間的持水量，該差值與浸泡時間的比值為凋落物的吸水速率。凋落物持水量、凋落物持水速率以及凋落物吸水速率分別按以下公式計(jì)算。

凋落物的持水量=（凋落物濕質(zhì)量－凋落物初重質(zhì)量）/凋落物干質(zhì)量×1 000

凋落物持水速率=（凋落物持水量/凋落物干質(zhì)量）×10 000

凋落物吸水速率=凋落物持水量/吸水時間

凋落物的吸水速率與浸泡時間進(jìn)行擬合方程為：

式中：V表示凋落物的吸水速率；t為浸泡時間；K為方程系數(shù)；b為指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 雷竹林下凋落物的持水量與持水速率

采用室內(nèi)浸泡研究凋落物的最大持水量和最大持水速率，以浸泡24 h后的持水量為最大持水量[4]。慈竹與雷竹凋落物層的最大持水量和最大持水速率見表2。4種凋落物層中：持水量以雷竹分解層為最大，為6 970.35 g·kg-1，是其烘干質(zhì)量的697.03%，慈竹分解層次之，為5 720.91 g·kg-1，是其烘干質(zhì)量的572.09%，慈竹未分解層第三，為5 455.76 g·kg-1，是其烘干質(zhì)量的545.58%，雷竹未分解層最低，為4 281.82 g·kg-1，是其烘干質(zhì)量的428.18%。其中，雷竹分解層的最大持水速率最高，為900.07%，慈竹分解層次之，為715.99%，慈竹未分解層第三，為701.99%，雷竹未分解層最低，為510.00%。不同竹林類凋落物的分解程度不同，其持水過程與持水量也不同，但總的表現(xiàn)出分解層的持水量和持水速率高于未分解層[8]。

表2 雷竹與慈竹凋落物最大持水量和最大持水速率Tab.2 Maximum water holding capacity and maximum water absorption rate of Phyllostachys praecox and Neosino calamus affinis litter

3.2 不同竹林下凋落物的吸水速率

4種凋落物的吸水速率從0.5～4 h吸水速率下降最快，4 h后逐漸下降并趨于平穩(wěn)（見圖1）。凋落物未分解層的吸水速率以慈竹最高，從浸泡0.5～24 h后，吸水速率由9679.98 g·kg-1·h-1)下降到227.32 g·kg-1·h-1，雷竹未分解層則從7464.16 g/kg·h下降為178.41 g·kg-1·h-1。凋落物分解層的吸水速率則以雷竹分解層最高，從浸泡0.5h～24 h后，吸水速率由10980.26 g·kg-1·h-1下降為290.43 g·kg-1·h-1，慈竹分解層次之，從11372.6 g·kg-1·h-1下降為238.37 g·kg-1·h-1。可見，慈竹分解層的吸水速率在0.5 h～1 h區(qū)間下降最為急劇，慈竹分解層、雷竹未分解層、雷竹分解層在0.5 h～4 h區(qū)間下降最快，6 h～24 h區(qū)間吸水速率則開始逐漸趨于平穩(wěn)。通過單因素ANOVA分析LSD方程方差分析得出，慈竹（未分解層）與慈竹（分解層）間持水量與持水速率未達(dá)到顯著相關(guān)（P＞0.05），其余分解層間均差異顯著。

圖1 不同竹林下凋落物的吸水速率Fig.1 Water absorption rate of litter under different bamboo forests

由表2可見，各分解層吸水速率與浸泡時間擬合較好。除慈竹未分解層和雷竹分解層擬合系數(shù)R2小于0.9外，其余兩者均大于0.9以上。

表3 人工竹林凋落物吸水速率V和時間t的關(guān)系Tab.3 Relationship between water absorption rate and time of artificial bamboo plantation litter

4 討論

林地凋落物層作為林地生態(tài)系統(tǒng)地獨(dú)特的結(jié)構(gòu)層次，其儲存量是反映林地持水能力的重要指標(biāo)之一，儲存量越大林地持水能力則越強(qiáng)[9]，而凋落物層的最大持水率可以反映出凋落物本身具有的持水能力的大小[10]。本次實(shí)驗(yàn)表明：兩種竹林凋落物中的最大持水率存在著一定的差異，但都表現(xiàn)出分解層的最大持水率大于未分解層，這說明凋落物的最大持水性能與凋落物的類型和其分解程度有著密切關(guān)系，相關(guān)研究也有類似結(jié)論[4]。在浸泡2～6 h區(qū)間內(nèi)慈竹未分解層、慈竹分解層以及雷竹未分解吸水速率下降速度相對較快，在6 h后下降速度則逐漸趨于平穩(wěn)，而雷竹分解層0.5～8 h區(qū)間內(nèi)吸水速率下降速度較快，在8 h后才逐漸趨于平穩(wěn)。將4種分解層吸水速率與浸泡時間進(jìn)行擬合結(jié)果表明，凋落物在吸水速率和浸泡時間上滿足V=Ktb關(guān)系，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)顯著水平，因此，可以用來模擬自然條件下竹林凋落物吸水速率和持水量的實(shí)際變化[11]。由此可以看出雷竹林凋落物與蒲陽鎮(zhèn)本地主要竹林（慈竹）確實(shí)對蒲陽鎮(zhèn)水文效應(yīng)確實(shí)具有更大的影響。凋落物的吸水速率越大[12]，將水分轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵聫搅鞯乃俣染驮娇靃13]，從而可以更好地減少泥石流、洪水等地表徑流災(zāi)害的發(fā)生[14-17]。

本次實(shí)驗(yàn)中，在慈竹未分解層中葉與枝的比例為1.1∶1；慈竹分解層中葉與枝的比例為1.2∶1.；雷竹未分解層中葉與枝的比例為1.2∶1；雷竹分解層中葉與枝的比例為1.3∶1，各分解層中葉所占比重明顯大于枝，可能是由于葉的組織與枝不一樣，葉較枝易分解更利于吸收水分，涵養(yǎng)水分。但由于本次實(shí)驗(yàn)中葉片與枝所占的比例不同，對持水速率和持水量都會出現(xiàn)影響，在這方面還有待研究。