劉佩伶，張倩媚，劉效東*，劉世忠，褚國(guó)偉，張德強(qiáng)，劉菊秀，孟澤

1.中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣州 510650

2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣州 510642

引 言

枯落物含水量作為森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)中的重要分量之一，主要以組織毛管水、組織表層附著水、空隙氣態(tài)水3 種形式存在，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)地表界面上的土壤蒸發(fā)、水分下滲、產(chǎn)流等水文過(guò)程起重要調(diào)節(jié)作用[1-3]。枯落物含水量的監(jiān)測(cè)與研究不僅有助于明晰森林生態(tài)系統(tǒng)水量要素間相互關(guān)系，同時(shí)對(duì)認(rèn)知森林地表水分、熱量、養(yǎng)分過(guò)程以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能形成與調(diào)控機(jī)制等均具有重要價(jià)值[1,4]。

森林生態(tài)系統(tǒng)枯落物層由凋落的植物器官或殘?bào)w組成，主要包括葉、枝、花果等[5]。根據(jù)枯落物的分解程度，可將枯落物層分為未分解層、半分解層和已分解層[6]?？萋湮锖渴苤朴诳萋湮镱?lèi)型、組成及分解程度，其變化規(guī)律與森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)大氣-土壤之間水分交換的動(dòng)態(tài)過(guò)程緊密相關(guān)[4,7]。在環(huán)境蒸發(fā)力的驅(qū)動(dòng)下，枯落物層保持的水分一部分轉(zhuǎn)移到大氣中，對(duì)林內(nèi)濕度有著重要影響；另外，在重力的作用下，枯落物層未攔截的水分將通過(guò)下滲過(guò)程補(bǔ)充到土壤中。鑒于枯落物含水量在森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)中的樞紐地位，中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（Chinese Ecosystem Research Network，CERN）將枯落物含水量列為森林生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站長(zhǎng)期定位觀測(cè)的水文要素之一，為我國(guó)主要生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型水文過(guò)程的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)研究提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站（簡(jiǎn)稱(chēng)“鼎湖山站”）作為CERN 的成員之一，嚴(yán)格遵循陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境的觀測(cè)要求，規(guī)范化枯落物含水量的監(jiān)測(cè)，為森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)要素的綜合研究提供優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，在森林水文和生態(tài)水文學(xué)研究中起重要引領(lǐng)作用[7-8]。

馬尾松針葉林（Pinus massonianaconiferous forest，PF）、馬尾松針闊葉混交林（mixedPinus massoniana/broad-leaved forest，MF）和季風(fēng)常綠闊葉林（monsoon evergreen broad-leaved forest，MEBF）是鼎湖山典型的森林植被類(lèi)型，本數(shù)據(jù)集公開(kāi)報(bào)道上述森林2012-2018 年枯落物含水量的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，旨在進(jìn)一步加強(qiáng)典型森林植被的生態(tài)水文效應(yīng)的定量研究，為特定區(qū)域氣候條件和植被覆蓋下生態(tài)系統(tǒng)的水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能認(rèn)知和評(píng)價(jià)提供重要數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集樣地描述

按照CERN 監(jiān)測(cè)手冊(cè)要求，枯落物含水量觀測(cè)樣地分別設(shè)置在上述典型林分長(zhǎng)期定位觀測(cè)場(chǎng)附近，各林分長(zhǎng)期定位觀測(cè)場(chǎng)介紹如表1 所示。馬尾松針葉林于1954 年前后種植，代表森林演替的早期階段，樣地位于鼎湖山自然保護(hù)區(qū)塘鵝嶺。喬木層優(yōu)勢(shì)種為馬尾松，灌木層優(yōu)勢(shì)種為三椏苦（Evodia lepta）、桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa），草本層優(yōu)勢(shì)種為芒萁（Dicranopteris pedata）。馬尾松針闊葉混交林為馬尾松人工林經(jīng)闊葉樹(shù)種入侵后演替形成，代表森林演替中期階段，樣地位于保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)飛天燕。針闊葉混交林喬木層優(yōu)勢(shì)種為錐（Castanopsis chinensis）、荷木（Schima superba）、馬尾松，灌木層優(yōu)勢(shì)種為九節(jié)（Psychotria asiatica）、羅傘樹(shù)（Ardisia quinquegona），草本層優(yōu)勢(shì)種為芒萁、淡竹葉（Lophatherum gracile）。季風(fēng)常綠闊葉林代表地帶性頂級(jí)群落，相應(yīng)的綜合觀測(cè)場(chǎng)樣地設(shè)置在保護(hù)區(qū)的核心區(qū)三寶峰。群落終年常綠，喬木層分為三層，灌木和草本各一層。喬木層郁閉度約80%，優(yōu)勢(shì)種為錐、荷木、云南銀柴（Aporosa yunnanensis）等；灌木層蓋度約50%，優(yōu)勢(shì)種為香楠（Aidia canthioides）、柏拉木（Blastus cochinchinensis）、九節(jié)、黃果厚殼桂（Cryptocarya concinna）；草本層蓋度約40%，優(yōu)勢(shì)種為華山姜（Alpinia oblongifolia）、沙皮蕨（Tectaria harlandii）等。經(jīng)調(diào)查，不同森林類(lèi)型的凋落組分比例不一，但均以葉為主要凋落物積累方式，凋落高峰出現(xiàn)在雨季[6,9]。

表1 樣地林型參數(shù)[6]

1.2 數(shù)據(jù)加工、處理方法與過(guò)程

每月中旬監(jiān)測(cè)人員在沒(méi)有降雨的天氣條件下采集一次樣品，具體方法是在各林分樣地附近冠層結(jié)構(gòu)比較均勻的下方隨機(jī)設(shè)置3 個(gè)1 m×1 m 樣方。取樣時(shí)，將小樣方內(nèi)所有的枯枝落葉都收集起來(lái)，去除夾雜的土壤后用透明不透氣的封口膠袋包好，給每一個(gè)樣品編號(hào)并記錄采樣時(shí)間、采樣者、樣方面積和位置信息[9]。所有樣品采集完成后帶回實(shí)驗(yàn)室用百分之一電子天平（型號(hào)CP2102，奧豪斯儀器有限公司制造）在一小時(shí)范圍之內(nèi)稱(chēng)重并記錄鮮重ma（g），然后用烘箱在105℃下將樣品烘約6-8 h 至恒重，冷卻后再稱(chēng)重，得樣品干重m（g）。鮮重和干重原始數(shù)據(jù)均被測(cè)量人員記錄在專(zhuān)門(mén)的記錄紙上并錄入到Excel 表格中，然后上交至臺(tái)站管理員完成枯落物含水量WL（%）的計(jì)算，具體的計(jì)算公式為：

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

鼎湖山典型森林生態(tài)系統(tǒng)枯落物含水量數(shù)據(jù)集主要包含的指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 枯落物含水量數(shù)據(jù)集指標(biāo)

2.2 數(shù)據(jù)時(shí)間動(dòng)態(tài)

不同林分枯落物含水量的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化如下圖1 所示。

圖1 不同林分枯落物含水量的時(shí)間動(dòng)態(tài)（誤差線(xiàn)代表標(biāo)準(zhǔn)誤）

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)作為我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和生態(tài)環(huán)境研究基地，是中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程和全球生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分[10]。為了提高我國(guó)不同氣候區(qū)典型生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可參考性和對(duì)比性，CERN 建立了規(guī)范化、制度化的管理體系。各臺(tái)站管理人員和監(jiān)測(cè)人員依據(jù)CERN 監(jiān)測(cè)規(guī)范并參照臺(tái)站實(shí)際情況共同擬定有針對(duì)性的長(zhǎng)期觀測(cè)質(zhì)量管理手冊(cè)，嚴(yán)格把關(guān)樣地設(shè)置、野外觀測(cè)和采樣、觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄與整理等操作規(guī)范和實(shí)施細(xì)則，全方位保證觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

生態(tài)系統(tǒng)研究中長(zhǎng)期觀測(cè)樣地設(shè)置不當(dāng)帶來(lái)的誤差要遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)分析誤差，因此保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提在于合理選定具有典型性、代表性的長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)[7]。鼎湖山站在進(jìn)行本底調(diào)查、群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)上，確定長(zhǎng)期觀測(cè)樣地的具體位置。臺(tái)站管理人員通過(guò)制定專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)地管理和維護(hù)制度確保了場(chǎng)地長(zhǎng)期穩(wěn)定性，使得數(shù)據(jù)觀測(cè)得以持續(xù)進(jìn)行[8]。

枯落物含水量作為陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)內(nèi)容之一，鼎湖山站配置了專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)人員并明確其崗位職責(zé)，在樣品采集與分析、數(shù)據(jù)處理的每個(gè)環(huán)節(jié)均嚴(yán)格遵循質(zhì)量管理要求。例如在樣品收集過(guò)程中，要求使用不透氣的收集袋、控制運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)等方式減少水分散失造成的測(cè)量誤差；原始數(shù)據(jù)記錄時(shí)要備注測(cè)量人員和測(cè)量時(shí)間方便日后查驗(yàn)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般經(jīng)歷3 次嚴(yán)格把關(guān)：首先由測(cè)量人員對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步檢查，確認(rèn)無(wú)誤后上交至臺(tái)站管理員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次處理和審核，然后上報(bào)水分分中心完成最后一次數(shù)據(jù)核查并入庫(kù)[7]。具體質(zhì)量管理流程如下圖2 所示。另外，鼎湖山站所在地區(qū)的降雨量季節(jié)分配嚴(yán)重不均，全年降雨特性復(fù)雜，每月固定時(shí)期采樣得到的測(cè)量結(jié)果受天氣變化影響，使用本數(shù)據(jù)集時(shí)可結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

圖2 數(shù)據(jù)質(zhì)量管理流程圖

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

不同林分的枯落物含水量反映相應(yīng)枯落物層的降水截留能力，綜合表現(xiàn)林地的環(huán)境特征[11-12]。迄今為止，大量學(xué)者在枯落物水文效應(yīng)研究方面取得豐碩成果，其中也存在較為突出的問(wèn)題，如由于設(shè)備和方法缺陷導(dǎo)致實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)量少且代表性不足等[4]。長(zhǎng)時(shí)間序列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的公開(kāi)報(bào)道為同一區(qū)域或跨區(qū)域水文要素的長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

隨著水資源環(huán)境問(wèn)題的日漸尖銳，森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)和水文調(diào)節(jié)能力是林業(yè)工作者普遍關(guān)注的熱點(diǎn)?？茖W(xué)評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)的水文服務(wù)效益，必須對(duì)不同空間層次中水的存量和流量形成的機(jī)理和過(guò)程進(jìn)行深入、定量研究[13]。森林生態(tài)系統(tǒng)垂直界面上的水文循環(huán)主要發(fā)生在林冠層、枯落物層和土壤層，其中枯落物層是水分和熱量交換的中轉(zhuǎn)站，同時(shí)是實(shí)現(xiàn)水源涵養(yǎng)、水土保持的主要作用層[1,14]。本數(shù)據(jù)集可以用于不同林分蓄水潛能、攔截降雨強(qiáng)度以及產(chǎn)流機(jī)制分析，有利于深入揭示森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和科學(xué)機(jī)理。

目前全球變暖仍在持續(xù)，同時(shí)降水變率增強(qiáng)，區(qū)域氣候呈現(xiàn)出極端化趨勢(shì)。水熱資源分配格局的變化勢(shì)必影響區(qū)域森林的種群多樣性、冠層結(jié)構(gòu)和枝葉的生物學(xué)特性，使得不同林分枯落物的凋落節(jié)律、凋落量、分解速度等發(fā)生改變，進(jìn)而影響枯落物層含水量并對(duì)森林水文循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生重要作用[4,15]。本數(shù)據(jù)集還可應(yīng)用于森林水文和養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程對(duì)全球氣候變化的敏感性及其響應(yīng)機(jī)制研究，為森林水文生態(tài)效益評(píng)價(jià)、林業(yè)管理決策、生態(tài)環(huán)境維護(hù)、水資源可持續(xù)利用等提供重要基礎(chǔ)資料。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

劉佩伶（1996—），女，廣東人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)水文。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)分析和論文撰寫(xiě)。

張倩媚（1970—），女，廣東人，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)前期處理與質(zhì)量控制。

劉效東（1988—），男，河南人，講師，研究方向?yàn)樯峙嘤c森林生態(tài)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。

劉世忠（1970—），男，廣東人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制。

褚國(guó)偉（1976—），男，廣東人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境生態(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制。

張德強(qiáng)（1963—），男，廣東人，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：項(xiàng)目組織與管理。

劉菊秀（1975—），女，湖南人，研究員，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：項(xiàng)目組織與管理。

孟澤（1970—），男，湖南人，技術(shù)員。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制。