李东宾 李金朝 叶子豪 吴家森 罗国安

（1浙江省宁波市林场，浙江宁波 315440；2宁波城市职业技术学院，浙江宁波 315400；3浙江农林大学环境与资源学院，浙江杭州 311300；4余姚市林业服务中心，浙江余姚 315400）

森林枯落物层与土壤层的持水性能决定着森林涵养水源的能力[1-2]。森林枯落物蓄积量、土壤孔隙度、持水性能等水源涵养指标随着树种、林龄、密度及经营措施的不同而具有显著差异[3]。四明山区域是宁波市饮用水源发源地，是宁波市的绿色屏障与“水缸”[4]。20世纪90年代后期，四明山区开始发展苗木产业，因利润较高，林农将毛竹、黄山松、阔叶林等砍伐改种樱花、红枫等花木林苗木，种植面积最大时达7 600 hm2，年产值7.4亿元，苗木产业成为该区域的主导产业[5]。但过度的花木种植经营造成了四明山区水土流失和水源涵养能力下降[6]，严重影响了宁波地区的饮用水安全以及雨季山区周边居民的生命财产安全。自2013年开始，四明山区域已逐步开展退苗还林、自然封育等生态修复工程。

目前，许多学者已对浙江省不同森林类型的枯落物和土壤的水文特征进行了较多的研究[7-8]，而有关四明山区林地进行花木种植经营后枯落物和土壤持水功能的变化还未见报道。本文采用相邻样地比较法，分析了毛竹林、黄山松林、马褂木林和樱花林的枯落物储量、持水性能和土壤水文性质，以期为四明山区不同森林类型的水源涵养功能评价以及生态修复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于浙江省东部四明山区域，属于中亚热带季风气候区，年平均气温13℃，最高和最低气温分别为32℃和-15℃，无霜期203 d，年平均降水量2 000 mm，年平均相对湿度83%[9]。

1.2 试验设计

2020年5月，在查阅四明山区域森林资源和花木经营档案的基础上，选择浙江省余姚市四明山镇相邻区域的樱花林、黄山松林、毛竹林和马褂木林，设置不同样地各3个，共计12个样地，样地面积为4 00 m2（20 m×20 m）[10]。对样地进行每木检测，测定胸径、树高、冠幅、郁闭度等，不同样地基本情况如表1所示。马褂木林和黄山松林属于天然封育状态，没有人为干扰；毛竹林处于半自然状态，在春季进行人为挖笋，砍去六年生以上的毛竹；樱花林处于强度经营状态，每年施肥2次，秋季至翌年春季选取市场上需求规格的樱花苗木进行带土球出售，而后空地补植小苗。

表1 不同森林样地基本情况

1.3 样品采集与分析

在样地4个角和中心位置共布设5块1 m×1 m小样方，收集样方内全部枯落物，准确称重后，装入密封袋带回实验室。枯落物样品在85℃烘箱中烘干至恒重，计算自然含水率、枯落物储量。枯落物持水特性采用室内浸泡法测定[11]，并计算枯落物的持水量、持水速率和吸水速率。

在样地内的中心位置，挖取1个土壤剖面，按照0～20 cm土壤深度用200 cm3环刀取样，在实验室测定土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量[7]。

1.4 数据处理

利用Excel对数据进行统计整理，用SPSS软件对试验数据进行单因素方差分析，采用LSD法进行多重比较和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同森林枯落物储量及持水性能

2.1.1 枯落物储量。由图1可知，四明山区4种森林类型枯落物储量范围为1.64～13.26 t/hm2，黄山松林的枯落物储量最大，毛竹林次之（10.53 t/hm2），两者无显著性差异（P＞0.05）；樱花林枯落物储量最小，仅为1.64 t/hm2，为其他类型的12.4%～42.3%，显著低于其他 3 种类型（P＜0.05）。

图1 不同森林枯落物储量

2.1.2 枯落物持水过程。由图2可知，随着浸水时间延长，森林枯落物持水量增加均表现为快—缓慢—稳定的规律。在浸水1 h内，枯落物持水量急剧增加，而后缓慢增加，至浸泡5 h后持水量基本稳定，整体表现为黄山松林＞毛竹林＞马褂木林＞樱花林。由图3可知，森林枯落物持水速率在浸水1 h内最大，浸水1～4 h的持水速率急剧下降，浸水6 h后持水速率基本稳定，浸水12 h后枯落物持水速率曲线基本重叠，达饱和状态。

图2 不同森林枯落物持水量的变化

图3 不同森林枯落物持水速率的变化

由表2可知，经回归分析，4种类型枯落物持水量（y）与浸水时间（t）之间可用 y=a×lnt+b 的对数函数表示，森林枯落物吸水速率（y）与浸水时间（t）之间则可用 y=a×exp（-bt）的指数函数表示。

表2 不同森林枯落物持水量、吸水速率与浸水时间的回归方程

2.1.3 枯落物持水能力。由表3可知，4种森林类型枯落物自然含水率范围为16.5%～19.2%，类型间无显著差异；最大持水率介于156.3%～251.4%之间，其中毛竹林枯落物最大持水率显著高于黄山松林，与其他2种森林类型没有显著差异；枯落物最大持水量和有效拦蓄量均表现为毛竹林＞黄山松林＞马褂木林＞樱花林，不同森林类型间均存在显著差异。

表3 不同森林枯落物的持水能力

2.2 不同森林类型土壤物理性质及土壤持水性能

2.2.1 土壤物理性质。由表4可知，4种森林类型的土壤容重为0.8～1.1 g/cm3，土壤总孔隙度为59.9%～62.1%，毛管孔隙度为43.7%～49.9%，不同森林类型之间没有显著差异；土壤非毛管孔隙度大小范围为11.1%～16.7%，表现为毛竹林＞黄山松林＞马褂木林＞樱花林，其中毛竹林显著高于马褂木林、樱花林。

表4 不同森林土壤物理性质与持水量

2.2.2 土壤持水性能。由表4可知，4种森林类型的土壤最大持水量为1 198.1～1 242.2 t/hm2，毛管持水量为874.4～998.4 t/hm2，不同森林类型间没有显著差异；毛竹林土壤非毛管持水量为334.0 t/hm2，显著高于马褂木林、樱花林。

3 讨论与结论

森林枯落物是森林涵养水源的主要作用层之一，人为干扰显著影响枯落物的积累、分解和储量[11]。本研究表明，强度经营樱花林的枯落物储量显著低于其他3种森林类型，其储量分别仅占马褂木林、毛竹林和黄山松林的42.3%、15.6%、12.4%。这主要是由于樱花属于小乔木，树冠小，且叶片薄而易腐烂，加之人为化学除草等措施又减少了地表灌草植物的枯落物储量，导致樱花林枯落物储量远远低于其他3种干扰强度小的森林类型。这与樟子松林受到人为干扰后，其凋落物储量降低的结果相似[11]，也与人为经营后毛竹林枯落物储量减少的结果一致[10]。樱花林枯落物最大持水量、有效拦蓄量也显著低于其他3种森林类型，其中枯落物有效持水量仅分别占马褂木林、毛竹林和黄山松林的41.1%、15.2%、11.1%，这与阔叶林改造为山核桃林后枯落物最大持水量和有效拦蓄量均下降的研究结果[12]相似。本研究中，四明山区4种森林类型枯落物有效拦蓄量表现为毛竹林＞黄山松林＞马褂木林＞樱花林，呈现出毛竹林、针叶林大于阔叶林的结果，这与孙欧文等[13]、廖文海等[14]对不同森林类型枯落物持水性能研究结果有所差异，这可能与不同地域及取样季节有关。四明山区常年多雨潮湿，阔叶林枯落物易腐烂，而竹林和针叶林的枯落物不易腐烂，在地表有一定的累积效应，这也是竹林和针叶林枯落物储量显著大于阔叶林的原因。

因为在区域尺度上具有相同的气候和水文条件，四明山区域4种森林类型土壤的物理性质基本一致。说明区域范围内短时间改变土壤的利用类型不会对土壤物理性质产生特别大的影响，这和李静鹏等[15]、姜仕昆等[16]对不同土壤利用类型研究的结果基本一致。樱花林地因人为经营，土壤有容重增加、非毛管孔隙度降低的趋势，这与张金波等[17]、龙 健等[18]的研究结论一致。土壤非毛管孔隙在调蓄水方面发挥着重要作用，非毛管孔隙度和非毛管持水量的大小直接反映了森林土壤涵养水源的生态功能[19]。本文4种森林类型土壤最大持水量没有显著差异，但樱花林土壤非毛管孔隙度和非毛管持水量在4种森林类型中均最小，显著低于毛竹林。这主要是由于樱花林地人为干扰活动多，化学除草等措施增加了土壤表层的紧实度，且种植的樱花品种苗木根系普遍不发达，从而造成非毛管孔隙度较少，导致非毛管持水量低于其他森林类型。毛竹林有强大的鞭根系统，随着林龄的增加，鞭根死亡后将会形成大量的非毛管孔隙，从而提高了非毛管持水量。这与人工经营山核桃林的非毛管孔隙度及持水量显著低于阔叶林的研究结果[12]一致。

综上所述，改种樱花等花木林并进行高强度经营活动显著降低了森林枯落物的储量和持水能力，但对土壤的持水能力和水源涵养功能并未造成显著影响。但是森林枯落物的急剧减少易引发林地表层土壤随地表径流流失，并影响山下水库饮用水源的质量，建议花木林地套种绿肥等草本植物增加林地枯落物储量，以达到改良土壤、固土净水的目的。