王美蓮，王飛，姚曉娟，張秋良*

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019

不同林齡興安落葉松枯落物及土壤水文效應(yīng)研究

王美蓮1，王飛1，姚曉娟1，張秋良1*

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019

摘要：林地植被和枯枝落葉層共同發(fā)揮著森林生態(tài)系統(tǒng)所特有的水文生態(tài)功能。對(duì)大興安嶺興安落葉松（Larix gmelinii (Rupr.) Kuzen.）中齡林、近熟林、成熟林、過(guò)熟林四種林下枯落物及土壤進(jìn)行野外實(shí)地取樣和室內(nèi)樣品處理進(jìn)行分析，結(jié)果表明：興安落葉松林下枯落物層表現(xiàn)為隨林齡增加總存儲(chǔ)量增加，變化在18.02～21.65 t·hm-2，半分解層的存儲(chǔ)量為未分解層的4.8～5.9倍，其中近熟林枯落物半分解層蓄積量所占比例最大為85.3%。不同林齡枯落物最大持水量和最大持水率均表現(xiàn)為半分解層大于未分解層，且以過(guò)熟林最大。最大持水量為過(guò)熟林>近熟林>成熟林>中齡林，變動(dòng)在40.13～75.60 t·hm-2之間，最大持水率為過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林，變動(dòng)在5.94%～7.93%之間。不同林齡枯落物有效攔蓄率差異很大，變化在30.18%～422.98%，林齡越大，分解程度越大，有效攔蓄越強(qiáng)，總體未分解層均小于半分解層。有效攔蓄能力也有差異，過(guò)熟林表現(xiàn)為最強(qiáng)，總有效攔蓄量達(dá)70.57 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄7.26 mm的降雨，不論從最大持水量、最大持水率還是有效攔蓄量過(guò)熟林一致表現(xiàn)為最強(qiáng)。不同林齡枯落物持水過(guò)程，在浸泡0.5 h內(nèi)吸水速率最大，4 h之后減小，8 h時(shí)持水量基本達(dá)穩(wěn)定,在整個(gè)持水過(guò)程中半分解層持水能力均高于未分解層。不同林齡土壤透水性、通氣性均比較好。10～20 cm土層表現(xiàn)為隨林齡增加而減小，變化在0.48～0.88 g·cm-3；20～40 cm土層則表現(xiàn)為隨林齡增加而增加，變化在1.03～1.41 g·cm-3之間；各層土壤毛管孔隙度均表現(xiàn)為中齡林>近熟林>成熟林>過(guò)熟林。各土層持水性能無(wú)論是毛管持水量、最小持水量還是最大持水量都表現(xiàn)為中齡林最大，隨林齡增加而減小的趨勢(shì)，并且持水能力淺層均較深層的大。中齡林在10～20 cm土層分別達(dá)是162.16、122.07和213.00 t·hm-2，20～40 cm土層分別達(dá)是77.22、58.13和86.43 t·hm-2；過(guò)熟林在10～20 cm土層為100.36、68.43和156.98 t·hm-2，20～40 cm土層只有31.09、24.26和37.83 t·hm-2，不同林齡各層土壤質(zhì)量含水量、體積含水量也表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。該研究可為制定科學(xué)合理有效的經(jīng)營(yíng)管理方式和砍伐措施提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：興安落葉松；林齡；枯落物；土壤；水文效應(yīng)

引用格式：王美蓮，王飛，姚曉娟，張秋良. 不同林齡興安落葉松枯落物及土壤水文效應(yīng)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(6): 925-931.

WANG Meilian, WANG Fei, YAO XiaoJuan, ZHANG Qiuliang. Hydrological Effects of Forest Litters and Soil in Xing’an larch Forest at Different Stand Ages [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(6): 925-931.

在全球氣候變暖趨勢(shì)影響下，森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體無(wú)疑將受到影響，特別是森林中的水循環(huán)將更加明顯。林地植被冠層使大氣降水進(jìn)行了重新分配，使降水強(qiáng)度減小，降水時(shí)間延長(zhǎng)；林下茂密的灌草植物形成灌草層、林地地表所富集的枯枝落葉層均使降水入滲加強(qiáng)，地表徑流減小，同時(shí)可防止土壤濺蝕，抑制土壤水分蒸發(fā)，增強(qiáng)土壤抗沖性（吳欽孝和趙鴻雁，1998），一方面對(duì)氣候變化形成反饋效應(yīng)，另一方面，也影響著森林土壤含水量的變化。所以由林地植被和枯枝落葉層共同發(fā)揮著森林生態(tài)系統(tǒng)所特有的水文生態(tài)功能，對(duì)全球水分循環(huán)和水量平衡起著巨大的調(diào)節(jié)作用。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者集中對(duì)北京十三陵（徐娟和余新曉，2009）、阿什河流域（楊洪學(xué)和蒙寬宏，2005）、小流域森林生態(tài)系統(tǒng)（田育新等，2006）、森林枯落物（朱金兆，2002）、四面山不同林地類型（孫艷紅等，2009）、重慶縉云山林地（孫艷紅等，2006）、北京百花山森林（胡淑萍等，2008）等對(duì)各種林分枯落物層及土壤層水文效應(yīng)的研究，也有不少學(xué)者對(duì)不同林齡枯落物和土壤水文效應(yīng)的研究（彭云和丁貴杰，2008；李良等，2010；郭建榮等，2012；吳鵬飛和朱波，2008；逯軍峰等，2007；何斌等，2009；呂剛等，2010），而對(duì)內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)不同林齡枯落物及土壤水文效應(yīng)的研究未見(jiàn)報(bào)道。本論文通過(guò)對(duì)不同林齡興安落葉松林枯落物存儲(chǔ)量、持水量和攔蓄力以及土壤物理特性的研究，分析其在發(fā)揮水文生態(tài)功能作用的規(guī)律性，為制定科學(xué)合理有效的經(jīng)營(yíng)管理和砍伐措施提供理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)大興安嶺林區(qū)的健康生長(zhǎng)及涵養(yǎng)水源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展研究有著重要的意義。

1　研究地區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在國(guó)家林業(yè)局所屬大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，位于根河林業(yè)局潮查林場(chǎng)境內(nèi)（50°49′～50°51′N，121°30′～121°31′E），地處大興安嶺西北坡，平均海拔826 m，試驗(yàn)區(qū)面積1.1萬(wàn)hm2，其中原始林3200 hm2。該區(qū)屬寒溫帶半濕潤(rùn)氣候。冬季漫長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月，夏季短暫不超過(guò)1個(gè)月，≥10 ℃積溫1403 ℃，全年最高氣溫40 ℃，極端最低氣溫-50 ℃，年均氣溫-5 ℃，年降水量450～550 mm，集中在7─8月，9月末至次年2月初為降雪期，降雪厚度20～40 cm，降雪量占全年降水總量的12%，全年地表蒸發(fā)量800～1200 mm。年均日照2594 h，全年無(wú)霜期80 d。土壤以棕色針葉林土為主，土層厚30～40 cm。該區(qū)為大片連續(xù)多年凍土帶南緣，凍層深度3.0 m，結(jié)凍期長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月。植被以興安落葉松明亮針葉林為主，主要林型有草類-興安落葉松林、杜香-興安落葉松林、杜鵑-興安落葉松林，林下植物常見(jiàn)有杜香（Ledumpalustre）、杜鵑（Rhododendron parvif olium）、越橘（Vaccinium vitis-idaea）、紅花鹿蹄草（pyrola incarttata）、舞鶴草（Maianthemumbif olium）、山黧豆（Lathyrusguinguenervius）等（周梅，2003）。

2　研究方法

2.1枯落物取樣

2010、2011年7─8月，在大興安嶺根河自然保護(hù)區(qū)內(nèi)草類-興安落葉松原始林典型地段，在坡向、坡度及海拔等立地條件基本一致的林區(qū)，分別選擇中齡林、近熟林、成熟林、過(guò)熟林4個(gè)齡組30 m×30 m樣地各3塊，在每一樣地內(nèi)依據(jù)典型性、代表性和一致性的原則選擇1 m×1 m的小樣方5個(gè)，用小鏟子劃出邊界，砍刀、枝剪等工具細(xì)心除去樣方內(nèi)植物活體部分，用鋼卷尺測(cè)量未分解層枯落物、半分解層枯落物各層厚度，并分別收集裝入尼龍袋，并迅速稱其鮮質(zhì)量。同時(shí)取每一小樣方部分樣品各裝入3個(gè)塑料袋中密封，每林齡每層枯落物重復(fù)45個(gè)樣品，共360個(gè)樣品，準(zhǔn)備室內(nèi)處理。

2.2土壤取樣

采用土壤剖面法在每一林齡標(biāo)準(zhǔn)樣地已收集完枯落物的5個(gè)樣方上，根據(jù)土壤發(fā)生層次10～20、20～40 cm用標(biāo)記好的環(huán)刀各層取樣3個(gè)，各林齡每層土壤重復(fù)45個(gè)樣品，共360個(gè)樣品，用鋒利的土壤刀削平環(huán)刀表面蓋好，帶回室內(nèi)待測(cè)定。

2.3枯落物自然含水率測(cè)定

將塑料袋中的枯落物于實(shí)驗(yàn)室在65 ℃條件下烘干8 h后，冷卻稱質(zhì)量，計(jì)算樣品自然含水率。

2.4枯落物持水量和吸水速率的測(cè)定

采用室內(nèi)浸泡法（徐娟和余新曉，2009）測(cè)定，將烘干后的枯落物試樣裝入尼龍袋中，將其放入盛有清水的容器中浸泡，分別測(cè)定其在15、30 min，1、2、4、6、8和24 h的質(zhì)量變化，分析其吸水過(guò)程。枯落物吸水后的濕質(zhì)量與其樣質(zhì)量差值為不同時(shí)間的持水量，一般認(rèn)為枯落物浸水24 h后測(cè)的值為最大持水量，枯落物浸水24 h后的持水率為最大持水率（雷瑞德，1984）。

2.5枯落物有效攔蓄量的測(cè)定

有效攔蓄量（modified interception）可用來(lái)估算枯落物對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄量，即：

式中：W——有效攔蓄量（t·hm-2）；Rm——最大持水率（%）；Ro——平均自然含水率（%）；M——枯落物存儲(chǔ)量（t·hm-2）；根據(jù)枯落物的最大持水率和平均自然含水率計(jì)算最大攔蓄率，公式為：最大攔蓄率=最大持水率-平均自然含水率；最大攔蓄量=最大攔蓄率×存儲(chǔ)量；有效攔蓄率=0.85×最大持水率-平均自然含水率（姜海燕等，2007）。

2.6土壤物理性質(zhì)測(cè)定及計(jì)算

用便攜式天平（精度0.01）稱環(huán)刀土樣質(zhì)量,計(jì)算土壤自然含水量；然后將帶濾紙網(wǎng)眼底蓋的環(huán)刀土樣置于平底盆中24 h（水不能超過(guò)環(huán)刀上沿），稱其質(zhì)量，用以計(jì)算最大持水量；再將其放置在鋪有干砂的平底盤(pán)中2 h，此時(shí)環(huán)刀中土的非毛管水分已全部流出，但環(huán)刀中土壤的毛細(xì)管仍充滿水分，立即稱量，可計(jì)算出毛管持水量。之后繼續(xù)將環(huán)刀放置在鋪有干砂的平底盤(pán)中，24 h后稱其質(zhì)量可計(jì)算最小持水量。最后將環(huán)刀放入105 ℃烘干箱內(nèi)烘干，使樣品烘干至恒定質(zhì)量，迅速稱質(zhì)量，以計(jì)算土壤水分含量、容重和其它物理性質(zhì)指標(biāo)。

土壤容重和土壤質(zhì)量含水量、體積含水量計(jì)算公式：

式中：D為土壤容重，單位：g·cm-3；V為環(huán)刀容積，單位：cm3；W為質(zhì)量含水量，W1為體積含水量，單位：%；m0、m1、m2分別為環(huán)刀質(zhì)量、土壤烘干質(zhì)量（含環(huán)刀）、土壤自然質(zhì)量（含環(huán)刀），單位為g，下同。

土壤最大持水量、最小持水量、與毛管持水量的計(jì)算：

式中：Cmax、Ccap、Cmin分別為土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量；單位為g·cm-3；m3、m4、m5分別為浸水24 h質(zhì)量、干砂2 h質(zhì)量、干砂24 h質(zhì)量，均含環(huán)刀質(zhì)量，單位為g。

土壤非毛管孔隙度、毛管孔隙度的計(jì)算：

式中P0、P1、P2分別為土壤總毛管孔隙度、毛管孔隙度，非毛管孔隙度，單位：%。土壤密度取2.65。

應(yīng)用EXCEL處理數(shù)據(jù)并繪圖，采用PASW statistics18.0軟件對(duì)不同林齡興安落葉松林枯落物及土壤水文效應(yīng)進(jìn)行方差分析。

3　結(jié)果與分析

3.1枯落物存儲(chǔ)量

林齡不同，林地生產(chǎn)力和分解能力以及林地內(nèi)的水熱條件等就有所不同，進(jìn)而直接影響枯落物層的形成和發(fā)育，同時(shí)受氣候及人為干擾等多種因素影響枯落物的輸入量、分解速度，從而影響枯落物的存儲(chǔ)量（徐娟和余新曉，2009）。

由表1可知，不同林齡興安落葉松枯落物總存儲(chǔ)量為過(guò)熟林>成熟林>近熟林>中齡林，總存儲(chǔ)量變化在18.02～21.65 t·hm-2。通過(guò)方差分析知各林齡枯落物存儲(chǔ)量差異顯著（P<0.05），在P=0.01水平上中林齡和近熟林差異不顯著，與成熟林、過(guò)熟林差異顯著，說(shuō)明林齡對(duì)枯落物存儲(chǔ)量的影響較大。其中半分解層存儲(chǔ)量隨林齡的變化規(guī)律與總存儲(chǔ)量一致,變化在15.01～18.15 t·hm-2，而未分解層存儲(chǔ)量變化則表現(xiàn)為成熟林>過(guò)熟林>中齡林>近熟林，變化在2.93～3.51 t·hm-2，且半分解層的存儲(chǔ)量為未分解層的4.8～5.9倍，說(shuō)明在相同的生長(zhǎng)環(huán)境中，林齡越大，林木枝葉越繁茂，枯枝落葉量也就越大，使得枯落物存儲(chǔ)量增加，進(jìn)而分解能力也增加。

表1　枯落物存儲(chǔ)量(干質(zhì)量)Table 1 the increment of litter layers (dry weight)

3.2枯落物水文效應(yīng)

森林枯落物層的持水性能包括吸水速度、持水率、持水量、攔蓄率、攔蓄量等。森林枯落物的持水率取決于枯落物的存儲(chǔ)量、組成成分、特性、質(zhì)地和分解程度（周萍等，2010）。

3.2.1枯落物持水性能

通過(guò)對(duì)不同林齡枯落物持水性能比較（表2）可以看出，最大持水率表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林，變動(dòng)在5.94%～7.93%之間，而最大持水量表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>成熟林>中齡林，變動(dòng)在40.13～75.60 t·hm-2之間，最大持水量變化與最大持水率變化不一致。通過(guò)方差分析知各林齡枯落物持水率差異不顯著（P>0.05），而枯落物的最大持水量各林齡間差異顯著且與枯落物存儲(chǔ)量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），這說(shuō)明最大持水量不僅與枯落物本身的存儲(chǔ)量和枯落物結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其分解程度有關(guān)，與林齡關(guān)系不大，且枯落物存儲(chǔ)量越大、其分解程度越大，持水能力也越強(qiáng)。

表2　枯落物最大持水率和最大持水量Table 2 The maxi-water holding ratio and capacity of litter layers

3.2.2枯落物持水過(guò)程

從圖1可看出，最初浸泡0.5 h內(nèi)，枯落物持水量迅速增加，4 h之后增加速度逐漸放慢，當(dāng)浸泡8 h時(shí)，持水量基本達(dá)到穩(wěn)定，繼續(xù)增加浸泡時(shí)間，持水量增加幅度很小，此時(shí)雖枯落物的吸水沒(méi)有達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，但枯落物中的空隙已被靜水占據(jù)，持水量不再發(fā)生大的變化，24 h時(shí)基本達(dá)到枯落物的最大飽和持水量。從圖中還可以看出，不同林齡枯落物半分解層持水能力均高于未分解層。

3.2.3枯落物攔蓄能力

由表3可知，各林齡不同層次枯落物最大攔蓄率變化在30.18%～422.98%，半分解層表現(xiàn)為過(guò)熟林>中齡林>近熟林>成熟林，未分解層表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林。各林齡不同層次枯落物最大攔蓄量變化在5.23～76.77 t·hm-2，由于枯落物存儲(chǔ)量林齡之間的差異，使得各林齡最大攔蓄量與最大攔蓄率能力不同，表現(xiàn)為半分解層過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林，未分解層為過(guò)熟林>成熟林>中齡林>近熟林。

圖1　枯落物層持水過(guò)程曲線Fig. 1 Water-holding process line of litter layers

表3　不同林齡枯落物層的攔蓄能力Table 3 The retain capacity of litter layers from different age of forests

最大持水率（量）及最大攔蓄率（量）一般只能反映枯落物層的持水能力大小，不能反映對(duì)實(shí)際降水的攔蓄情況。因?yàn)樽畲蟪炙剩浚┑臏y(cè)定是將枯落物試樣浸水24 h后測(cè)量的結(jié)果。實(shí)際上，山地森林的坡面一般不會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的浸水條件，落到枯落物層上的雨水，一部分被它攔蓄，一部分透過(guò)孔隙很快入滲到土壤中去。當(dāng)降雨量達(dá)到20～30 mm以后，不論哪種植被類型枯落物層含水量高低，實(shí)際持水率約為最大持水率的85%左右。所以用最大持水率來(lái)估算枯落物層對(duì)降雨的攔蓄能力則失之偏高，不符合它對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄效果，一般用有效攔蓄量（modified interception）估算枯落物對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄量（周萍等，2010）。

從有效攔蓄率看，各林齡未分解層均小于半分解層，未分解層表現(xiàn)為中齡林>過(guò)熟林>成熟林>近熟林，而半分解層表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林。半分解層中，過(guò)熟林的有效攔蓄能力最強(qiáng)，為63.69 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄6.37 mm的降雨；成熟林有效攔蓄能力最弱，為37.02 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄3.7 mm的降雨，總體表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林。未分解層中，過(guò)熟林的有效攔蓄能力最強(qiáng)，為6.88 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄0.69 mm的降雨，近熟林有效攔蓄能力最弱，為5.20 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄0.52 mm的降雨，順序?yàn)檫^(guò)熟林>成熟林>中齡林>近熟林。由于不同林齡枯落物的存儲(chǔ)量不同，所以有效攔蓄量和有效攔蓄量深的變化規(guī)律也不盡相同。綜合未分解層和半分解層的變化規(guī)律可知，不同林齡興安落葉松林的攔蓄能力過(guò)熟林最強(qiáng)，總有效攔蓄量達(dá)70.57 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄7.26mm的降雨，中齡林最小，總有效攔蓄量達(dá)43.44 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄4.47 mm的降雨。

3.3土壤水文效應(yīng)

3.3.1土壤物理性質(zhì)

土壤容重與孔隙度是反映林地土壤物理性質(zhì)的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，土壤容重反映土壤透水性、通氣性和根系延展時(shí)阻力的大小，土壤孔隙度是土壤中養(yǎng)分、水分、空氣和微生物等的遷移通道、貯存庫(kù)和活動(dòng)場(chǎng)所（孫艷紅等，2009）。不同林齡枯落物組成及地下根系的生長(zhǎng)發(fā)育狀況、枯落物的分解程度等存在差異，因而造成林地土壤物理性質(zhì)有很大差異。

由表4可知，不同林齡興安落葉松林土壤容重不同層次表現(xiàn)不同，10～20 cm土層土壤容重表現(xiàn)為中齡林>近熟林>成熟林>過(guò)熟林，而在20～40 cm土層土壤容重則表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>成熟林>中齡林，土壤容重越小，土壤越疏松多孔，土壤容重越大，土壤越緊實(shí)。這說(shuō)明淺層土壤林齡越大越疏松多孔，深層林齡越大越相對(duì)比較緊實(shí)，主要是林齡越大枯枝落葉存儲(chǔ)量越多經(jīng)腐化堆積使表層土壤較疏松，但深層經(jīng)多年土壤浸淋使其結(jié)構(gòu)緊實(shí)。不同土層毛管孔隙度均表現(xiàn)為中齡林>近熟林>成熟林>過(guò)熟林，10～20 cm土層非毛管孔隙度表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>成熟林>中齡林，20～40 cm土層非毛管孔隙度為近熟林>成熟林>中齡林>過(guò)熟林。說(shuō)明中齡林土壤結(jié)構(gòu)及通透性能最好。經(jīng)方差分析知10～20 cm土層近熟齡和成熟林之間土壤容重差異不顯著，與其他林齡差異顯著（P<0.05），而20～40 cm土層中齡林和成熟林之間土壤容重差異不顯著，與其他林齡差異顯著（P<0.05）說(shuō)明林齡變化對(duì)土壤容重有一定影響。

3.3.2土壤持水性能

林齡在影響土壤容重有差異，而在影響土壤毛管持水量、最小持水量以及最大持水量方面卻有不同，在不同土層各林齡間差異均顯著（P>0.05），從表4可以看出：各土層土壤毛管持水量、最小持水量以及最大持水量都表現(xiàn)為隨林齡增加而減小的趨勢(shì)，中齡林最大，在10～20 cm土層分別達(dá)是162.16、122.07和213.00 t·hm-2，20～40 cm土層分別達(dá)是77.22、58.13和86.43 t·hm-2；過(guò)熟林最低，10～20 cm土層為100.36、68.43 和156.98 t·hm-2，20～40 cm土層只有31.09、24.26 和37.83 t·hm-2，不同土層林齡土壤質(zhì)量含水量、體積含水量均是中齡林最大，過(guò)熟林最小，和土層土壤毛管持水量、最小持水量以及最大持水量變化規(guī)律一致，并且持水能力淺層均較深層的大。土壤容重降低是土壤孔隙分布良好、土壤蓄水量增加的主要原因（何斌等，2009；呂剛等，2010），分析可知中齡林的土壤持水能力最強(qiáng)，尤其表現(xiàn)為淺層持水能力更強(qiáng)。

表4　不同林齡不同土層土壤物理性質(zhì)和土壤持水量Table 4 The soil physical property and water holding capacity of different age forests in different depth (10～40 cm)

4　討論與結(jié)論

4.1討論

（1）興安落葉松不同林齡枯落物總存儲(chǔ)量為過(guò)熟林>成熟林>近熟林>中齡林，與所有研究者的結(jié)果一致。其中半分解層為未分解層總存儲(chǔ)量的4.8～5.9倍，與逯軍峰等（2007）研究的結(jié)果未分解層總存儲(chǔ)量大于半分解層相反，可能是天然興安落葉松林與人工油松林樹(shù)種不同，枯落物的分解程度存在差異有關(guān)。

（2）不同林齡枯落物最大持水量和最大持水率均以過(guò)熟林最大，在整個(gè)持水過(guò)程中半分解層吸水能力均高于未分解層。這一結(jié)果與孫艷紅等（2006）、趙亮生等（2013）的研究結(jié)果相一致，而與徐娟（2009）、胡淑萍（2008）的研究結(jié)果未分解層均高于半分解層相反。本作者認(rèn)為枯落物持水能力與其干燥程度、存儲(chǔ)量及其分解程度有關(guān)?？萋湮镌礁稍铮鎯?chǔ)量越多，分解程度越大，持水能力也越強(qiáng)。

（3）不同林齡不同層次枯落物有效攔蓄率表現(xiàn)為林齡越大，分解程度越大，有效攔蓄越強(qiáng)，和所有研究者結(jié)果一致。

（4）不同林齡興安落葉松林土壤容重表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>成熟林>中齡林。毛管孔隙度表現(xiàn)為中齡林>近熟林>成熟林>過(guò)熟林，而非毛管孔隙度為過(guò)熟林>中齡林>成熟林>近熟林。土壤持水性能無(wú)論是毛管持水量、最小持水量還是最大持水量都以中齡林最大。這和很多研究者的結(jié)果一致，因?yàn)橥寥廊葜卦叫?，土壤疏松多孔，結(jié)構(gòu)良好，土壤含水量越小，土壤蓄水能力越就強(qiáng)（呂剛等，2010；周萍等，2010）。

4.2結(jié)論

（1）不同林齡興安落葉松林枯落物表現(xiàn)為隨林齡增加，總蓄積量呈增加趨勢(shì),變化在18.02～21.65 t·hm-2，過(guò)熟林達(dá)21.65 t·hm-2。其中總未分解層蓄積量為成熟林>過(guò)熟林>中齡林>近熟林，半分解層蓄積量為過(guò)熟林>成熟林>近熟林>中齡林，枯落物半分解層的累積量為未分解層的4.8～5.9倍，其中近熟林枯落物半分解層蓄積量所占比例最大為85.3%。

（2）不同林齡枯落物最大持水量和最大持水率均表現(xiàn)為半分解層大于未分解層，且以過(guò)熟林最大。枯落物最大持水量表現(xiàn)為過(guò)熟林>近熟林>成熟林>中齡林，變動(dòng)范圍在40.13～75.60 t·hm-2，與其分解層最大持水量變化規(guī)律一致。枯落物最大持水率為過(guò)熟林>近熟林>中齡林>成熟林，變動(dòng)范圍在5.94%～7.93%之間。

（3）不同林齡枯落物持水過(guò)程，均表現(xiàn)為在浸泡0.5 h內(nèi)吸水速率最大，4 h之后吸水速率減小，8 h時(shí)持水量基本達(dá)穩(wěn)定；在整個(gè)持水過(guò)程中半分解層持水能力均高于未分解層。

（4）不同林齡不同層次枯落物有效攔蓄率差異很大，變化在30.18%～422.98%，表現(xiàn)為林齡越大，分解程度越大，有效攔蓄越強(qiáng)，總體未分解層均小于半分解層。有效攔蓄能力不同層次也有差異，有效攔蓄量過(guò)熟林表現(xiàn)為最強(qiáng)，總有效攔蓄量達(dá)70.57 t·hm-2，相當(dāng)于攔蓄7.26 mm的降雨?？傊徽搹淖畲蟪炙?、最大持水率還是有效攔蓄量均一致表現(xiàn)為過(guò)熟林最強(qiáng)。

（5）不同林齡興安落葉松林土壤容重在10～20 cm土層表現(xiàn)為隨林齡增加而減小，在20～40 cm土層土壤容重則表現(xiàn)為隨林齡增加而增加，這說(shuō)明淺層土壤林齡越大越疏松多孔，深層林齡越大越相對(duì)比較緊實(shí)；不同土層毛管孔隙度均表現(xiàn)為中齡林>近熟林>成熟林>過(guò)熟林，說(shuō)明中齡林土壤結(jié)構(gòu)及通透性能最好。各土層持水性能無(wú)論是毛管持水量、最小持水量還是最大持水量都表現(xiàn)為隨林齡增加而減小的趨勢(shì)，并且持水能力淺層均較深層的大。

參考文獻(xiàn)：

郭建榮, 莊靜靜, 朱學(xué)靈, 等. 2012. 不同林齡對(duì)天寶曼自然保護(hù)區(qū)銳齒櫟林土壤物理性質(zhì)及其水源涵養(yǎng)功能差異型的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 46(5): 549-553.

何斌, 黃承標(biāo), 韋家國(guó), 等. 2009. 不同林齡禿杉人工林凋落物儲(chǔ)量及其持水特性[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 37(3): 44-46.

胡淑萍, 余新曉, 岳永杰, 等. 2008. 北京百花山森林枯落物層和土壤層水文效應(yīng)研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 22(1): 146-15.

姜海燕, 趙雨森, 陳祥偉, 等. 2007. 大興安嶺嶺南幾種主要森林類型土壤水文功能研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 21(3): 149-153.

雷瑞德. 1984. 秦嶺火地塘林區(qū)華山松林水源涵養(yǎng)功能的研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 1: 19-31.

李良, 翟洪波, 姚凱, 等. 2010. 不同林齡華北落葉松人工林枯落物儲(chǔ)量及持水特性研究[J]. 中國(guó)水土保持, 3: 32-34.

逯軍峰, 王輝, 曹靖, 等. 2007. 不同林齡油松人工林枯枝落葉層持水性及養(yǎng)分含量[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào), 24(3): 319-325.

呂剛, 曹小平, 盧慧, 等. 2010. 遼西海棠山森林枯落物持水與土壤貯水能力研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 24(3): 203-208.

彭云, 丁貴杰. 2008. 不同林齡馬尾松林枯落物儲(chǔ)量及其持水性能[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 32(4): 43-46.

孫艷紅, 張洪江, 杜士才, 等. 2009. 四面山不同林地類型土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 23(5): 109-113.

孫艷紅, 張洪江, 程金花, 等. 2006. 重慶縉云山林地枯落物及土壤水文效應(yīng)研[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 4(3): 31-35.

田育新, 李錫泉, 吳建平, 等. 2006. 小流域森林生態(tài)系統(tǒng)林地土壤滲透性能研究[J]. 水土保持研究, 13(4): 173-175.

吳鵬飛, 朱波. 2008. 不同林齡段榿柏混交林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 6(3): 94-101.

吳欽孝, 趙鴻雁. 1998. 森林枯枝落葉層涵養(yǎng)水源保持水土的作用評(píng)價(jià)[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 4(2): 23-28.

徐娟, 余新曉. 2009. 北京十三陵不同林分枯落物層和土壤層水文效應(yīng)研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 23(3): 189-193.

楊洪學(xué), 蒙寬宏. 2005. 阿什河流域不同林分類型枯落物持水能力研究[J]. 防護(hù)林科技, 68(5): 14-04.

趙亮生, 閆文德, 項(xiàng)文化, 等. 2013. 不同年齡階段杉木人工林枯落物層水文特征[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 28(4): 1-5.

周梅. 2003. 大興安嶺森林水文規(guī)律研究[M]. 北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.

周萍, 劉國(guó)彬, 文安邦, 等. 2010. 黃土丘陵區(qū)不同林齡喬灌林地土壤水分及持水性能研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 17(1): 188-193.

朱金兆. 2002. 森林枯落物水文生態(tài)功能研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 24(5/6): 30-34.

Hydrological Effects of Forest Litters and Soil in Xing’an Larch Forest at Different Stand Ages

WANG Meilian1, WANG Fei1, YAO XiaoJuan1, ZHANG Qiuliang1*
Forestry College of Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019, China

Abstract:Under the impact of global climate warming, forests as the main terrestrial of ecosystems will undoubtedly be affected, especially the forest hydrological cycle will become more apparent. Precipitation will be reallocated by different forest vegetation and the enrichment litter of surface, which forms a feedback effect on climate change and also affects the soil water content of the forest. So forest vegetation and litter layer play unique forest ecosystems’ hydrological and ecological function that largely regulated the global water cycle and water balance. A study of hydrological effects of litters layer and soil layer was carried out through field sample collection and treatment on different ages of Larch in Greater Xing’an Mountains forest, middle-aged forest, near mature forest, mature forest, overmature forest. Results showed that the increment of litter layer accumulation increased with forest age, ranging from 18.02 to 21.65 t·hm-2, and the total storage of semi-decomposed is 4.8～5.9 times of decomposed; Semi-decomposed layer accumulated amount of near mature forest was 85.3% at most. For all age of the forests, the water holding ratio and capacity were largest in over mature forest and semi-decomposed > decomposed, the order of the water holding capacity was over mature forest > nearly mature forest > mature forest>mid-maturation forest between 40.13 and 75.60 t·hm-2, the water holding ratio was over mature forest > nearly mature forest > mid-maturation forest > mature forest between 5.94% and 7.93%. The modified interception rate was great different, varied from 30.18% to 422.98%. It increased with ages and decompositions. On the whole un-decomposed layer is less than semi-decomposed layer. The modified interception showed different, the total modified interception of over mature forest was up to 70.57 t·hm-2, equivalent to 7.26 mm of rainfall. Over mature forest was the strongest in the water holding ratio, the water holding capacity and the modified interception. Different Age of litter water-holding process, the maximum water absorption rate is in soaking 0.5 h, it decreases after 4 h, and basically reached stable at 8h. The water-holding of half-decomposed layer was higher than un-decomposed layer in whole process. Forest soil has good water permeability and air permeability in different ages. In 10～20 cm soil layer, it decreases with increasing forest age, ranging between 0.48 and 0.88 g·cm-3, For 20～40 cm soil layer, it increases with the increase of forest age ranging from 1.03 to 1.41 g·cm-3. Each layer soil capillary porosity-presented that mid-maturation forest > nearly mature forest > mature forest > over mature forest. Water-holding capacity of mid-maturation forest is maximum concerning capillary water capacity, minimum moisture capacity and maximum moisture capacity for each layer and it decreases with increasing forest age, with shallow layer larger than deep layer. Regarding mid-maturation forest, capillary water capacity, minimum moisture capacity and maximum moisture capacity for 10～20 cm soil layer are 162.16 t·hm-2, 122.07 t·hm-2and 213.00 t·hm-2respectively and 77.22 t·hm-2, 58.13 t·hm-2and 86.43 t·hm-2for 20～40 cm soil layer. For over mature forest, the above parameters are 100.36 t·hm-2, 68.43 t·hm-2and 156.98 t·hm-2at 10～20 cm soil layer, while at 20～40 cm layer, values decreased to 31.09 t·hm-2, 24.26 t·hm-2and 37.83 t·hm-2. Soil water and bulk density show the same changing regulation at each layer for different age forests.This article about hydrological effects of forest litters and soil in Xing-an larch forest at different stand ages can provide theoretical basis guide for making effective management and felling measures, while beneficial to the healthy growth and development of Sustainable water conservation and ecological environment in the Greater Xing'an Mountains forest regions.

Key words:Xing’an larch forest; different stand ages; litters layer; soil; hydrological effects

收稿日期：2015-03-10

*通信作者：張秋良（1960年生），教授，主要從事森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)研究。E-mail: zqlemai @vip.sina.com

作者簡(jiǎn)介：王美蓮（1974年生），女，講師，碩士，主要從事應(yīng)用氣象與森林生態(tài)研究。E-mail: wang.mlian@163.com

基金項(xiàng)目：林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201204101-2）；內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站人才培養(yǎng)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（201109151-1）

中圖分類號(hào)：Q948; X171.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5906（2015）06-0925-07

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.06.003