李艳丽

（河北省林业调查规划设计院，河北 石家庄 050051）

森林枯落物层作为森林涵养水源的第二层次，发挥着重要的涵养水源、防止土壤侵蚀以及截持降水的能力，从而影响土壤和植物的需水性能以及土壤养分循环［1－3］。侧柏树干通直、材质坚硬、耐腐力强，是华北、东北及黄河流域亚高山地区重要的森林更新和造林树种，具有涵养水源、防风固沙、保持水土、净化空气等生态功能，在我国北方地区具有极为重要的生态区位。目前，国内对不同海拔侧柏林枯落物水文效应的研究较少。因此，本文对北京山地不同海拔的侧柏人工林枯落物层水文效应进行定量研究，为侧柏林水文效应研究提供一定的理论支撑。

1 研究区概况

研究区位于北京市延庆县东南水关长城脚下，属燕山山脉，为火成岩、花岗岩山地，116°02′E，40°20′N，海拔475～1 100m，年平均气温为9.3℃，年均降水量477.6mm，主要集中在7—8月。该地区属于暖温带阔叶林区，地带性植被当以栎林为代表的落叶阔叶林，以及侧柏林为代表的针叶林。现有植被多为天然次生杂木林及中、干生灌丛。土壤为褐色土。乔木树种主要有侧柏（Platycladusorientalis）、油松（Pinustabuliformis）、核桃楸（Juglans mandshurica）、山杨（Populusdavidiana）和蒙古栎（Quercusmongolica）等。

2 研究方法

2012年6月中旬在试验基地选取4块不同海拔（525.68m、588.64m、675.37m、758.55m）的侧柏人工林进行采样分析，样地面积为40m×40m，对其进行每木检尺，各样地基本特征见表1。

表1 不同海拔样地基本特征

样地内设1.0m×1.0m样方3个，进行枯落物调查。土壤按0～10cm、10～20cm、20～40cm机械分层取样。枯落物持水量和吸水速率的测定采用室内浸泡法［4，5］，分别测定在浸泡1、2、4、6、12和24h的质量变化，研究其吸水过程和吸水速度。枯落物有效拦蓄量采用有效拦蓄量来估算枯落物对降雨的实际拦蓄量［6，7］，即：

W＝（0.85Rm－R0）M

式中：W—有效拦蓄量（t·hm－2）；Rm—最大持水率（%）；R0—平均自然含水率（%）；M—枯落物累积量（t·hm－2）。

3 结果与分析

3.1 不同海拔枯落物蓄积量

由表2可知，不同海拔枯落物总蓄积量变动范围在11.35～25.06t·hm－2，总蓄积量大小依次是：样地Ⅳ＞样地Ⅱ＞样地Ⅲ＞样地Ⅰ，即侧柏人工林枯落物总蓄积量随海拔升高而增大。从4个海拔梯度枯落物未分解层、半分解层蓄积量看出：半分解层的蓄积量均大于未分解层蓄积量；未分解层排序为样地Ⅱ＞样地Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅰ；半分解层排序为样地Ⅰ＞样地Ⅲ＞样地Ⅳ＞样地Ⅱ，样地Ⅰ占总蓄积量的比例最大，为62.05%，样地Ⅱ占总蓄积量的比例最小，为58.38%。即在未分解层随海拔的升高枯落物蓄积量增大，而在半分解层则相反。

表2 不同海拔枯落物厚度和储量

3.2 不同海拔枯落物水文效应

3.2.1 不同海拔枯落物最大持水量 由表3可知：枯落物最大持水量总和最大的是样地Ⅳ，为53.55t·hm－2，最小的是样地Ⅰ，为13.39t·hm－2，排序为样地Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ。枯落物最大持水率的变动范围为123.32%～217.85%，顺序为样地Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ，这与样地Ⅳ枯落物储量最大有关系。

表3 不同海拔枯落物最大持水量与最大持水率

3.2.2 不同海拔枯落物有效拦蓄量 4个海拔梯度不同层次枯落物有效拦蓄率均表现为随海拔升高而增大，排序均为样地Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ，说明在北京山地海拔处于700多m时，有效拦蓄率最大。从有效拦蓄量看，未分解层排序是样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅳ＞样地Ⅰ；半分解层是样地Ⅲ＞样地Ⅳ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ。综合来看，样地Ⅳ有效拦蓄能力最强，为39.63t·hm－2，相当于拦蓄3.96mm的降雨，样地Ⅰ有效拦蓄能力最弱，为11.39t·hm－2，只相当于拦蓄1.14mm的降雨。

表4 不同海拔枯落物有效拦蓄量

3.2.3 不同海拔枯落物持水过程 由图1可知，不同层次枯落物在最初浸泡的半个小时内，枯落物持水量迅速增加，而后随着浸泡时间的延长呈现不断增加的趋势，且增加速度逐步放缓。半分解层在6 h就基本达到饱和，而未分解层到10h才基本到饱和。此外，半分解层和未分解层持水过程均为样地Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ。

对1～24h之间4块样地不同海拔枯落物不同分解层持水量与浸泡时间的关系进行回归分析，得出该时间段内持水量与浸泡时间之间存在如下关系（表5）：

Q＝alnt＋b，R＞0.89。

式中：Q—枯落物持水量（g·kg－1）；t—浸泡时间（h）；a—方程系数；b—方程常数项。

图1 不同层次枯落物持水过程

表5 不同海拔枯落物层持水量、持水率与浸泡时间关系式

3.2.4 不同海拔枯落物吸水速率 由图2可知，4块样地不同海拔梯度的枯落物不论是未分解层还是半分解层，在前半小时内吸水速率最大，之后急剧下降，4h左右时下降速度明显减缓，24h吸水基本停止。从不同海拔来看，是样地Ⅳ吸水速率最大，也即海拔为755.55m的侧柏林吸水速率最大。对4块样地不同海拔不同层次枯落物吸水速率与浸泡时间进行拟合，得出该时间段内吸水速率与浸泡时间之间存在如下拟合模型（表5）：

V＝ktn，R＞0.99。

式中：V—枯落物吸水速度（g·kg－1·h－1）；t—浸泡时间（h）；k—方程系数；n—指数。

图2 不同分解层枯落物吸水速率

4 结论

4种不同海拔林分枯落物总储量变化范围在11.35～25.06t·hm－2之间，最大持水量的变化范围为13.39～53.55t·hm－2，海拔为758.55m的侧柏林有效拦蓄能力最强，为39.63t·hm－2，有效拦蓄能力在11.39～39.63t·hm－2之间；枯落物持水量与浸泡时间呈明显对数关系，枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系；未分解层枯落物10 h基本达到饱和，半分解层6h已经饱和；枯落物在浸水的1h内吸水速率最大，4h左右时下降速度明显减缓。

［1］Putuhena，W M，Cordery.Estimation of Interception Capacity of the Forest Floor［J］.Journal of Hydrology，1996，180（1－4）：283－299

［2］Black G B，Colman E A.Moisture and Energy Condition During Downward Entry of Water into Soil［J］.Soil Science Society of America Journal，1994，8（2）：166－182

［3］方伟东.长白山地区四种森林类型土壤理化性质及水源涵养功能［D］.北京：北京林业大学，2011

［4］陈波，杨新兵，赵心苗，等.冀北山地6种天然纯林枯落物及土壤水文效应［J］.2012，26（2）：196－201

［5］田超，杨新兵，李军，等.冀北山地不同海拔蒙古栎林枯落物和土壤水文效应［J］.水土保持学报，2011，25（4）：222－227

［6］陈波，孟成生，赵耀新，等.冀北山地不同海拔华北落叶松人工林枯落物和土壤水文效应［J］.2012，26（3）：216－221

［7］田超，杨新兵，李军，等.冀北山地阴坡枯落物层和土壤层水文效应研究［J］.水土保持学报，2011，25（2）：97－103