王 龍，宋維峰，楊壽榮，張 淼，李陽芳

（1.西南林業(yè)大學 環(huán)境科學與工程學院，昆明 650224；2.西南林業(yè)大學 人文學院，昆明 650224）

廣西龍脊梯田區(qū)森林枯落物水文效應(yīng)研究

王 龍1，宋維峰1，楊壽榮1，張 淼2，李陽芳1

（1.西南林業(yè)大學 環(huán)境科學與工程學院，昆明 650224；2.西南林業(yè)大學 人文學院，昆明 650224）

以廣西龍勝縣龍脊梯田水源區(qū)5種天然次生林（Ⅰ）毛竹冬青林、（Ⅱ）杉木毛竹林、（Ⅲ）杉木石栗林、（Ⅳ）密花馬尾松林、（Ⅴ）杉木馬尾松林為研究對象，采用野外調(diào)查與室內(nèi)浸泡的方法，探究5種林分枯落物的水文作用。結(jié)果表明：各林分枯落物厚度在3.4～5.8cm之間，儲量范圍為13.43～29.60t/hm2。5種林分枯落物最大持水率范圍在580.46%～725.90%之間，可有效攔截降雨為0.89～2.23mm。各林分枯落物水文功能杉木馬尾松林＞杉木石栗林＞密花馬尾松林＞毛竹冬青林＞杉木毛竹林。研究表明龍脊梯田水源區(qū)杉木馬尾松林水文作用最強。

枯落物層；水文效應(yīng)；龍脊梯田區(qū)

森林枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是森林水文效應(yīng)的第二活動層，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)、增強土壤抗沖性等方面具有重要意義［1－3］。國內(nèi)外許多學者在不同區(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理等方面都取得了一定成果［4］。但對于龍背梯田區(qū)森林枯落物水文效應(yīng)的研究相對較少。龍脊梯田森林生態(tài)系統(tǒng)以天然次生闊葉林為主體，國內(nèi)對于該區(qū)的研究主要集中在生態(tài)旅游、民族人文等方面，而對梯田區(qū)森林水文功能的研究則相對較少。本文主要針對龍脊梯田區(qū)的5種不同混交林（毛竹冬青林、杉木毛竹林、杉木石栗林、密花馬尾松林、杉木馬尾松林）的枯落物層的厚度、儲量、持水能力等做了系統(tǒng)的定量研究，探究不同杉木林的枯落物水文作用，以期為該區(qū)域森林枯落物涵養(yǎng)水源的功能評價提供理論基礎(chǔ)和科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

龍脊梯田位于廣西龍勝縣和平鄉(xiāng)，距龍勝縣城30 km，梯田區(qū)面積66km2，最高海拔1 850m，最低海拔300m。梯田多位于海拔300～1 100m山坡上，坡度26°～35°。梯田區(qū)地處中亞熱帶季風氣候區(qū)。夏季呈東南風，冬季多西北風，風力一般1－3級。氣候受季風影響，四季分明。山地氣候明顯。年平均氣溫14.4～16.9℃，最熱月（7月）平均氣溫25.4℃，最高氣溫32℃，最冷月（1月）平均氣溫7.1℃，最低氣溫－6℃，年降雨量1 600～1 733mm，年均日照時數(shù)1 225.7h，總積溫3 198℃，平均無霜期290d。梯田區(qū)土壤為紅壤、黃紅壤、黃壤，呈垂直分布。海拔500m以下為紅壤，500～800m為黃紅壤，800m以上為黃壤。梯田區(qū)森林屬中亞熱帶常綠植被區(qū)，有喬、灌、草本植物種類千余種。梯田區(qū)內(nèi)植物生長茂盛，受地形和氣候影響，呈垂直分布。海拔800～1 300m以闊葉樹為主，松杉等經(jīng)濟林為輔，海拔300～800m為杉樹、馬尾松、油茶、油桐、毛竹及眾多闊葉林種［5－8］。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2010年6月下旬，通過對龍脊梯田水源區(qū)調(diào)查分析，結(jié)合區(qū)域內(nèi)海拔、林分類型以及在區(qū)域的分布情況，在地理坐標東經(jīng)110°06′－110°07′，北緯25°45′－25°46′之間，選取毛竹冬青天然次生林、杉木石栗林等5種林分類型為研究對象，在5種林分類型的典型地段設(shè)置面積為20m×20m的標準地5個，其基本情況見表1。

表1 不同林分標準地概況

2.2 枯落物儲量測定

在標準地內(nèi)沿對角線方向布設(shè)1m×1m的樣方5個，在樣方內(nèi)，隨機選擇10個點，用鋼尺測定枯落物未分解層和半分解層的層厚度及總厚度，并取其平均值［9］；并按未分解層和半分解層分別取樣。同時迅速稱其生物量，即得該林分樣地單位面積的枯落物儲量。

2.3 枯落物含水量與持水能力

采用室內(nèi)浸泡法測定枯落物的持水量。將取回的枯落物樣在85℃下烘干后稱重，測定其干重，將烘干稱重后的枯落物樣品分別裝入尼龍袋，在清水中浸泡24h后稱重，計算各林型枯落物未分解層和半分解層的自然含水率、最大持水率、最大持水量和有效持水量［10］。計算公式為：

式中：Go，Gd，G24——枯落物樣品自然狀態(tài)的重量、烘干狀態(tài)的重量和浸水24h后的重量（kg）；Ro，Rhmax，Rsv——枯落物自然含水率、最大持水率、有效持水率（%）；M，Whmax，Wsv——枯落物層儲量（t/hm2）、最大持水量（mm）和有效持水量（mm）。

2.4 枯落物有效攔蓄量的測定

有效攔蓄量可用來估算枯落物對降雨的實際攔蓄量，據(jù)雷瑞德的研究，當降雨量達到20～30mm以后，不論哪種植被類型的枯落物層及其含水量高低，實際持水率約為最大持水率的85%左右［11］。所以取調(diào)整系數(shù)0.85來估算枯落物層的有效攔蓄量即：

式中：W——有效攔蓄量（t/hm2）；Rhmax——最大持水率（%）；Ro——平均自然含水率（%）；M——枯落物儲量（t/hm2）。

3 結(jié)果與分析

3.1 枯落物層厚度及儲量

將研究區(qū)樣地的枯落物分未分解層和分解層分層取樣后，測定各部分平均厚度。估算各林分類型的枯落物儲量，結(jié)果見表2。

3.1.1 不同林分類型枯落物儲量及厚度 由表2可知，各林分類型枯落物層儲量差異較大，總體儲量范圍在13.43～29.6t/hm2之間。其中在海拔883m的杉木天然次生林儲量最少為13.43t/hm2，密花樹天然次生林為25.68t/hm2，毛竹天然次生林為18.52 t/hm2。并且從枯落物各層次的儲量來看，各林分類型呈現(xiàn)出未分解層儲量始終小于半分解層儲量的相同規(guī)律。其中海拔875m的杉木林半分解層占總儲量的62.57%。它是未分解層的1.67倍之多。

比較不同林分類型的枯落物厚度，基本呈未分解層＞半分解層?？萋湮锖穸确秶鸀?.4～5.8cm。其中未分解層范圍為1.9～3.3cm，半分解層范圍為1.5～2.7cm。不同植被類型枯落物，毛竹天然次生林林厚度最低，總厚度為3.4cm，未分解層厚度1.9 cm，半分解層厚度為1.5cm。

表2 不同森林類型林下枯落物儲量

分析不同林分類型枯落物的平均厚度及枯落物平均儲量，兩者都表現(xiàn)為隨海拔升高而不斷增大的趨勢。同時不同林分類型枯落物儲量（13.43～29.6t/hm2）隨枯落物厚度（3.4～5.8cm）的增加而不斷增加，呈現(xiàn)出簡單的正相關(guān)關(guān)系。

3.1.2 相似林分類型枯落物儲量及厚度 本次研究中根據(jù)不同的海拔高度，選取相似林分類型、郁閉度相似、林下植被不同的杉木林樣地來調(diào)查枯落物的儲量和厚度的變化情況。

分析3種海拔不同，林分類型相似的樣地枯落物儲量和厚度。三種枯落物的厚度和儲量在海拔873～1 095m時，隨海拔高度的遞增，二者都不同程度的增加。海拔、林分的樹種組成不同、林分的生長狀況、林下植被、林地內(nèi)的水熱條件等都有所不同，而這些因素將影響到枯落物的輸入量、分解速度，從而影響到林內(nèi)枯落物的儲量?？梢娙N杉木林枯落物的枯落物源在其儲量和厚度變化規(guī)律中起重要作用。

3.2 枯落物層持水能力與持水量

枯落物層的持水能力是整個森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)中的重要一環(huán)，是反映枯落物層水文作用的一個重要指標。枯落物的持水指標一般包括持水量、持水率、攔蓄量、攔蓄率等［4］。一般認為枯落物持水能力與枯落物的儲量、前期的含水量、枯落物的質(zhì)量包括形成枯落物的前期物質(zhì)、枯落物的分解程度等、降雨特點以及其他因子有關(guān)。

3.2.1 不同林分類型枯落物自然持水性能 龍脊梯田區(qū)各林分類型枯落物層的自然持水率范圍在360.96%～452.13%（見表3），混交林中杉木、馬尾松天然次生林落物層的自然持水率最大，達到452.13%。

表3 不同林分類型枯落物自然持水能力

比較不同植被類型，5個不同林分中杉木馬尾松天然次生林落物層的自然持水量最大，達到5.18t/hm2。相當于水深0.52mm。其自然持水量大小依次是杉木馬尾松林（5.18t/hm2）＞杉木石栗林（4.58 t/hm2）＞密花馬尾松林（4.42t/hm2）＞杉木毛竹林（4.30t/hm2）＞毛竹冬青林（3.05t/hm2）。

從表3中可以看出，相似林分類型的杉木林隨著海拔從873m增大到1 095m，儲量也從13.43t/hm2增加到29.6t/hm2，在這一過程中自然持水率也從360.96%增大到452.13%?？梢娏址值臉淠窘M成是影響龍脊梯田區(qū)林分自然持水性能最大的因子。如果是相似或者相同的林分，它的自然持水率的大小則與儲量的多少有關(guān)。

3.2.2 不同林分類型枯落物最大持水性能 龍脊梯田區(qū)不同林分類型森林枯落物最大持水能力有所不同?？葜β淙~層一般吸持水量可達自身干重的2～4倍，各種森林枯落物最大持水率平均為322.70%（表4）。

從表4中可以看出毛竹冬青林的最大持水量最小為5.06t/hm2，相當于0.51mm的降雨水深，其中半分解層所占比例較大為51.38%。最大持水量的大小依次為杉木馬尾松林8.14t/hm2＞杉木毛竹林7.05t/hm2＞杉木石栗林6.76t/hm2＞密花林馬尾松林6.56t/hm2＞毛竹冬青林5.06t/hm2。分別是各林分自然持水量的1.66倍、1.64倍、1.48倍、1.48倍、1.57倍。

枯落物的最大持水率與枯落物的組分和林下微環(huán)境有關(guān)，同枯落物的分解狀況和發(fā)育狀況亦有一定關(guān)系。一般來說，枯落物層積累多，層次厚，分解快，分解較徹底，則具有孔隙多、細、小、吸水面大的特點，因而表面張力亦較大，其蓄水性能良好［3－4］。最大持水率分別為海拔1 095m的杉木林725.90%、海拔875m的杉木林646.76%、毛竹林637.06%、密花林636.86%、海拔873m的杉木林580.46%?？梢娺@5種林分最大可吸收其自身重量的7.26倍、6.47倍、6.37倍、6.37倍、5.80倍的降雨。雖然毛竹林的最大持水量最小，但它的最大持水率較大，因此仍能維持其較高的蓄水功能。以上結(jié)果表明：各林分類型枯落物層的最大持水率、最大持水量和有效持水量呈現(xiàn)不同的規(guī)律，分析原因，主要由于森林枯落物層的持水能力不僅與植被類型、樹種組成、枯落物本身的厚度和性質(zhì)、分解狀況有關(guān)，還與單位面積的持水量及其儲量有關(guān)。

表4 不同林分類型枯落物最大持水能力

3.2.3 不同分解程度枯落物層持水能力比較 由于枯落物的分解程度影響枯落物層的持水能力，分解程度越高，半分解層枯落物量越大，枯落物層的持水能力越高。結(jié)合表3和表4發(fā)現(xiàn)龍脊梯田區(qū)各林分類型的不同分解層次的枯落物持水性能不同。半分解層的枯落物持水性能明顯好于未分解層。

5種不同林分毛竹冬青林、杉木毛竹林、杉木石栗林、密花馬尾松林、杉木馬尾松林枯落物的平均自然持水率分別為187.97%、180.48%、218.95%、216.41%、226.07%。其中半分解層的持水率都明顯高于未分解層。其中杉木馬尾松林半分解層自然持水率297.06%，是未分解層155.07%的1.91倍之多。

從最大持水率來看5種不同林分毛竹冬青林、杉木毛竹林、杉木石栗林、密花馬尾松林、杉木馬尾松林枯落物的半分解層持水率也是高于未分解層的最大持水率。其中密花馬尾松林半分解層最大持水量379.96%，約是未分解層256.90%的1.5倍。

綜合分析枯落物的不同分解層，自然持水率的變化幅度大于最大持水率的變化幅度，最大持水率在不同林分的枯落物兩層次中變化幅度比較小并且相對自然持水率比較平均。

3.3 枯落物層有效攔蓄能力

最大持水量并不代表枯落物對降雨的截留量，它只能反映枯落物層的持水能力大小，用最大持水率來估算枯落物層對降雨的攔蓄能力則偏高，不符合它對降雨的實際攔蓄效果，有效（或凈）截留量才是反映枯落物對一次降水攔蓄的真實指標，其與枯落物數(shù)量、水分狀況、降雨特性有關(guān)?？葜β淙~層吸持水能力的大小與森林流域產(chǎn)流機制密切相關(guān)，不同林分類型下、不同層次枯落物的攔蓄能力不同（表5）。

表5 不同林分枯落物有效攔蓄能力

從有效攔蓄率看，未分解層和半分解層呈不同的變化規(guī)律，未分解層有效攔蓄率密花馬尾松林＜杉木毛竹林＜杉木石栗林＜毛竹冬青林＜杉木馬尾松林。半分解層有效攔蓄率的變化規(guī)律則為杉木石栗林＜密花馬尾松林＜杉木毛竹林＜杉木馬尾松林＜毛竹冬青林。由于不同林分枯落物的儲量不同，有效攔蓄量和有效攔蓄量水深的變化規(guī)律也不盡相同，未分解層中，杉木馬尾松林的有效攔蓄能力最強，為11.79t/hm2，相當于攔蓄1.18mm的降雨，依次分別為杉木馬尾松林1.18mm、杉木石栗林0.81mm、毛竹冬青林0.80mm、密花馬尾松林0.62mm、杉木毛竹林0.49mm；半分解層有效攔蓄量的變化規(guī)律則為杉木毛竹林＜杉木石栗林＜毛竹冬青林＜密花馬尾松林＜杉木馬尾松林。綜合未分解層和半分解層的變化規(guī)律可知，5種林分中杉木馬尾松林的攔蓄能力最強。在這5種枯落物中杉木馬尾松林的總有效攔蓄量表現(xiàn)為最大，這對營造水土保持林、選擇相應(yīng)樹種提供了參考依據(jù)。

4 結(jié)論與討論

（1）各林分類型枯落物厚度范圍為3.4～5.8 cm，枯落物儲量范圍為13.43～29.6t/hm2。各林分類型枯落物厚度基本是未分解層＞半分解層，但儲量卻呈現(xiàn)出未分解層始終小于半分解層的規(guī)律。同時隨枯落物厚度的增加而不斷增加，枯落物的厚度與儲量呈現(xiàn)出簡單的正相關(guān)關(guān)系。

（2）各林分類型枯落物層的最大持水率范圍為580.46%～725.90%（是自然含水率的1.47～1.69倍）。5種林分最大可吸收其自身重量的5.80～7.26倍的降雨。最大持水量范圍8.14～5.06t/hm2。不同植被類型各枯落物層平均最大持水量依次是杉木馬尾松林＞杉木毛竹林＞杉木石栗林＞密花馬尾松林＞毛竹冬青林。分別相當于0.81，0.71，0.68，0.66，0.51mm 的降雨水深。

各林分類型中，均以半分解層所占枯落物總儲量的比重最大，半分解層的自然含水率和最大持水率也均高于未分解層。其中，儲量差異最明顯的是杉木石栗林，其半分解層所占比重為62.57%。但從各分解層蓄水功能上看，自然持水率差異最大的是杉木馬尾松林，它半分解層自然持水率是未分解層的1.91倍之多；最大持水量差值最大的是密花馬尾松林，其半分解層最大持水率約是未分解層的1.5倍。

（3）不同林分枯落物對降雨的有效攔蓄量，毛竹冬青林可有效攔蓄1.52mm的降雨、杉木毛竹林0.89mm、杉木石栗林1.33mm、密花馬尾松林1.36 mm、杉木馬尾松林2.32mm的降雨，不同層次枯落物的攔蓄能力不同，從有效攔蓄率看，未分解層和半分解層呈不同的變化規(guī)律。未分解層有效攔蓄率總體為密花馬尾松林＜杉木毛竹林＜杉木石栗林＜毛竹冬青林＜杉木馬尾松林。半分解層有效攔蓄率的變化規(guī)律則為杉木石栗林＜密花馬尾松林＜杉木毛竹林＜杉木馬尾松林＜毛竹冬青林。在5種林分枯落物中杉木馬尾松林的攔蓄能力最強，從總體趨勢看它的總有效攔蓄降雨量優(yōu)于其它4種枯落物。

（4）對于龍脊梯田區(qū)對應(yīng)海拔為873，875，1 095 m的3種杉木林分（杉木毛竹林，杉木石栗林，杉木馬尾松林）。隨著海拔的升高，枯落物厚度呈升高趨勢；枯落物的儲量也不斷增大；枯落物的自然持水率、最大持水率以及枯落物對降雨的有效攔蓄量也隨之增大。并且枯落物各分解層次表現(xiàn)出一致的規(guī)律。由此看來，混交林中伴生樹種對優(yōu)勢種枯落物的水文性能影響具有局限性。

（5）各林分類型枯落物層的最大持水率、最大持水量和有效持水量呈現(xiàn)不同的規(guī)律，枯落物層持水能力不僅與相應(yīng)林分的氣候有關(guān)，更決定于林分植被類型、樹種組成、枯落物本身的厚度和性質(zhì)、分解狀況、單位面積的持水量及其儲量［12］。即枯落物的持水性決定于形成枯落物的枯落物源的質(zhì)量。

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Hydrological Effects of Forest Litters Layer in Longji Terrace

WANG Long1，SONG Wei－feng1，YANG Shou－rong1，ZHANG Miao2，LI Yang－fang1
（1.Department of Environmental Sciences and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming650224，China2.Department of Humanities and Social Science，Southwest Forestry University，Kunming650224，China）

Based on the combination of field observation and analysis on experimental data，a study on hydrological effects of litter layer was conducted in five kinds of forest stands：（Ⅰ）Phyllosta－Stachysedulis＋Ilex chinesis，（Ⅱ）Cunninghamia Lanceolata＋Phyllostachys edulis，（Ⅲ）Cunningham Lancelot＋Alacrities moluccana，（Ⅳ）Rapanea neriifolia＋Pinus massoniana，（Ⅴ）Cunninghamia Lanceolata＋Pinus massonianain Longji Terrace.The result shows：the thickness in different forest stands litter layer ranges from 3.4to 5.8cm，the storage of litter in different forests ranges from 13.43to 29.6t/hm2，the maximam water hoding capacity varies from 580.46%to 725.90%，equivalent to 0.89to 2.23mm of rainfall.The hydrological effects areⅤ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅱ.TheCunninghamia Lanceolata＋Pinus massonianahas the most significant hydrological effect in Longji terrace.

forest litter；hydrological effect；Longji terrace

S715

A

1005－3409（2011）06－0084－05

2011－05－17

2011－07－12

國家自然科學基金項目（31070631）

王龍（1986－），男，陜西府谷縣人，碩士，主要從事森林水文效應(yīng)研究。E－mail：fgwanglong＠163.com

宋維峰（1967－），男，甘肅會寧人，教授，博士，主要從事森林水文和生態(tài)環(huán)境研究工作。E－mail：songwf85＠126.com