平朔露天煤矿复垦区刺槐油松混交林凋落物量及动态特征

卢宁，李晋川，岳建英，郭春燕，王翔

（山西省生物研究所，山西太原030006）

平朔露天煤矿复垦区刺槐油松混交林凋落物量及动态特征

卢宁，李晋川，岳建英，郭春燕，王翔

（山西省生物研究所，山西太原030006）

为了解平朔露天煤矿复垦区刺槐油松混交林凋落物量及动态特征，采用野外凋落物收集器法，对平朔矿区刺槐油松混交林凋落物的年凋落量、组成以及年凋落物的月动态、不同组分的月动态进行研究。结果表明，刺槐油松混交林凋落物年凋落量为3 787.28 kg/hm2；各组分年凋落量差异极为悬殊，其中，落叶占77.47%，是该森林群落凋落物的主要组成成分，枝占11.15%，花占2.66%，果占6.81%，皮占1.52%，芽占0.20%，杂物占0.19%；总凋落量月动态变化呈单峰曲线，最大值出现在10月，达1 622.36 kg/hm2；各组分凋落量月动态有一定差别，其中，叶凋落物量与总凋落量变化规律一致，最大值出现在10月。

平朔露天煤矿；复垦区；刺槐油松混交林；凋落物；动态

森林凋落物（也称森林枯落物）是指森林生态系统内地表植被在生长发育过程中，通过新陈代谢产生并归还到林地表面，作为分解者和某些消费者的物质和能量来源，借以维持生态系统功能的所有有机物质的总称[1-2]，包括林内乔木和灌木的落叶、落枝、落皮及凋落的繁殖器官，野生动物残骸及代谢产物，林下枯死的草本植物及枯死植物的根。凋落物作为连接植物与土壤的“纽带”，是维持土壤生物生存的物质和能量来源，也是森林生态系统重要的碳库[3]，在维持森林生态系统的正常物质循环、能量流动和信息传递三大功能中发挥着作用。对凋落物的研究主要集中在凋落物的生物量、理化性质、分解和营养释放、对群落的影响以及对全球变化的响应等方面[4-5]。

我国学者自20世纪60年代初开始森林凋落物的研究，目前已对长白山阔叶红松林[6]、小兴安岭阔叶红松林[7]、磨盘山天然次生林[8]、天山云杉林[9]、北京密云麻栎、油松人工林[10-11]、太行山丘陵区刺槐人工林[12]、关帝山华北落叶松[13]、鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林和针阔叶混交林[14]、川西亚高山箭竹群落[15]、木论保护区喀斯特森林[16]、海南热带红树林[17]、尖峰岭热带山地雨林[18]等许多森林类型的凋落量动态、组成结构、化学组分、凋落叶分解速率和养分释放等进行了大量的研究，并且取得了丰硕的成果。但是对露天煤矿复垦区人工林凋落物还缺乏研究。

本试验以平朔露天煤矿复垦区刺槐油松混交林为研究对象，通过野外布点收集，室内分类测定，研究混交林凋落物产量、组成及动态特征，对认识人工林的生态功能具有重要意义，为探讨平朔露天煤矿复垦区人工林碳循环过程和评价人工林生态恢复效果提供数据支撑。

1 研究区域和研究方法

1.1 研究区概况

研究区域位于山西省朔州市平鲁区境内平朔露天煤矿南排土场。该区为黄土高原丘陵生态极度脆弱区，地理坐标为：东经112°10′～113°30′，北纬39°23′～39°37′。属典型的温带半干旱大陆性季风气候区，冬春干旱少雨，夏秋降水集中。年均降雨量为428.2～449.0 mm，年蒸发量为1 786.6～2 598.0 mm；年均气温为4.8～7.8℃，极端高温为37.9℃，极端低温为-32.4℃；空气平均绝对湿度为6.9 mb，平均相对湿度为54%；无霜期115～130 d；年均风速为2.5～4.2 m/s，最大风速20 m/s。原地貌植被覆盖率低，零星分布，属于干草原类型，土壤风化强烈，土质偏沙，为栗钙土与栗褐土的过渡类型。

平朔矿区是我国最大的露天煤矿，目前已形成的复垦区超过0.2万hm2。山西省生物研究所矿区土地复垦与生态修复项目组在对平朔露天煤矿复垦区20多年跟踪研究的基础上，于2010年结合海拔、立地条件、复垦植被模式、地貌、坡向等因素，利用全站仪建设了永久性观测样地。本试验以刺槐油松混交林样地为研究对象，样地面积1 hm2，在样地内又划分为100个10 m×10 m的样方，对每个样方内乔木进行定位并挂牌，同时测定其高度、胸径、冠幅、枝下高，并对灌木以及草本进行高度、多度、盖度、生活力调查。

刺槐油松混交林样地海拔1 360 m，立地条件为土石混排，植被类型为刺槐、油松混交，林龄为21 a，地形为斜坡，平均树高为6.84 m，平均胸径为8.75 cm，凋落物层厚度为5 cm，林下优势草本植物为阿尔泰狗娃花、大籽蒿、无芒雀麦。

1.2 研究方法

在刺槐油松混交林样地内，于2013年4月底布置5个凋落物收集器，规格为100 cm×100 cm× 30 cm，底部距地面30 cm。于2013年5—12月，每月月底收集一次；2014年的1—4月收集一次（由于降雪等原因无法按月进行收集），共收集9次。将收集到的凋落物按枝、叶、花、果、皮、芽、杂物（鸟粪、虫粪、昆虫残体等）进行分类，在80℃恒温条件下烘至恒质量，用精度0.001 g的电子天平称质量，并做好记录。

1.3 数据处理

森林凋落物年凋落量采用2013年5月至2014年4月收集到的凋落量总和来表示。利用Excel 2007和SPSS17.0统计软件对结果进行分析。由于收集到的各组分凋落量差异明显，落叶量明显高于其他各组分的凋落量，所以，本研究将落叶量与凋落物总量的月动态放在同一个图中进行比较，将枝、花、果的月动态以及皮、芽、杂物的月动态分别进行比较。

2 结果与分析

2.1 刺槐油松混交林年凋落物总量及组成分析

刺槐油松混交林年凋落物总量3 787.28 kg/hm2，按枝、叶、花、果、皮、芽及杂物7种成分分别进行汇总，结果表明，各组分年凋落量差异极为悬殊。其中，落叶量占年凋落总量的比例最大，达77.47%，是该森林群落凋落物的主要组分；其次为枝，占11.15%；其他组分合计仅占11.38%，杂物含量最小，仅占凋落总量的0.19%（表1）。

表1 刺槐油松混交林年凋落量及组成

2.2 刺槐油松混交林凋落物月动态分析

2.2.1 总凋落量的月动态变化从图1可以看出，群落凋落物月动态变化呈单峰曲线，从5月开始，月凋落量逐渐上升，最大值出现在10月，达到1 622.36 kg/hm2；11月次之，达661.22 kg/hm2，2个月累计凋落量（2 283.58 kg/hm2）占全年凋落总量的60.30%，凋落量最大值（10月）约是最小值（12月，18.55 kg/hm2）的87倍。

2.2.2 不同组分凋落量的月动态变化从各组分凋落量月动态变化看，不同组分凋落量季节变化规律有一定差别，其中，叶凋落物月动态与总凋落量变化规律一致，凋落叶峰值出现在10月，达到1 522.77 kg/hm2，为最低值12月14.90 kg/hm2的102倍，9—11月落叶量约占全年凋落叶收集总量的83.33%，占年凋落物总量的64.56%（图1）；落枝量在8月份出现高峰，达130.30 kg/hm2；落花量月动态呈单峰型，最大值为80.62 kg/hm2，出现在6月；落果量月动态呈多峰型，最大值为67.35 kg/hm2，出现在9月；皮凋落量最大值为30.79 kg/hm2，出现在1—4月；芽凋落量最大值为5.76 kg/hm2，出现在5月；杂物凋落量最大值为4.46 kg/hm2，出现在6月（图2）。

3 结论与讨论

3.1 刺槐油松混交林年凋落物总量和组分结构情况

有研究表明，森林年凋落物量随地理气候区和森林类型的不同而有很大差异，全球森林的年凋落物总量平均为1.6×103～9.2×103kg/hm2，落叶年凋落量为1.4×103～5.8×103kg/hm2，其他组分为0.6×103～3.8×103kg/hm2[1，19-20]。本研究结果表明，刺槐油松混交林年凋落量达3 787.28 kg/hm2，低于太行山丘陵区刺槐人工林（5 306.34 kg/hm2），高于北京密云油松人工林（2 193.75 kg/hm2），说明同一区域不同类型森林年凋落量差异较大。该群落凋落物主要由枝、叶、花、果、皮、芽、杂物组成，其中叶为主要成分。叶凋落物在森林生态系统中的凋落物归还中占主导地位，一般占凋落物总量的60%～80%[1]。本研究结果表明，落叶量占总凋落量的77.47%，可见，落叶量在一定程度上主导着该地区人工林的凋落总量。

3.2 凋落物月动态分析

森林凋落物月动态具有明显的季节变化规律，其季节动态模式主要分为单峰型、双峰型和不规则类型3种模式。林分组成树种的生物学特性决定了其季节动态的模式[21]。

本研究结果表明，刺槐油松混交林月凋落总量在一年中呈单峰型曲线变化，峰值出现在10月，该月凋落量占全年总凋落量的42.84%。磨盘山天然次生林[8]、关帝山华北落叶松林[13]、太行山丘陵区刺槐人工林[12]、天山云杉林[9]、长白山阔叶红松林[6]、湖南亚热带枫香林[22]凋落物月动态均呈单峰型曲线，但其峰值分别出现在9，10，10，9，9—10，10月，说明不同类型森林虽然凋落物季节变化规律一致，但其峰值出现的时间可能不同。叶凋落物月动态与凋落物总量月动态变化规律一致，均在10月达到峰值。枝凋落物量在8月出现峰值，范春楠等[8]研究认为，与叶片凋落过程不同，枝的凋落存在一定的不确定性，树枝自然脱落需较长时间且较为均匀，但在外界条件干扰（如风、雨、持续干旱等）下会使其凋落量增大。花凋落物量峰值出现在6月份，芽凋落物峰值出现在5月份，这主要是由树种的生物学特性所决定的；皮、果、杂物的凋落进程受外界干扰影响很大。森林凋落物的季节动态模式，不仅依赖于林分组成树种的生物学特性，还受气候条件、地理位置等因素影响[19]。

森林凋落物的数量和动态变化，主要受气候条件、林分组成树种的生物学特性和群落发育阶段等因素的影响而存在差异。为了更深入地了解平朔矿区人工林凋落物数量及其动态变化规律，还需对矿区内其他森林类型进行研究，从而为平朔矿区复垦区生态修复提供理论参考。

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Amount and Dynamic Characteristics of Litter Fall in Robinia pseudoacacia×Pinus taebelaefolius Mixed Forest in Reclamation Region of Pingshuo Opencast Coal Mine

LU Ning，LI Jin-chuan，YUE Jian-ying，GUO Chun-yan，WANG Xiang
（Institute of Shanxi Biology，Taiyuan 030006，China）

To find out the amount and dynamic characteristics of litter fall in Robinia pseudoacacia×Pinus taebelaefolius mixed forest in reclamation region in Pingshuo opencast coal mine,the paper investigated the annual litter fall amount and composition,month dynamic of litter production and component production,using field collection container.The results showed that the annual litter fall amount was 3 787.28 kg/hm2,there were significant differences of litter fall composition,of which 77.47%was for leaves,among which the greatest component was leaves litter fall,11.15%for twigs,2.66%for flowers,6.81%for fruits,1.52%for barks,0.20%for buds, 0.19%for others.Furthermore,the month dynamic of litter production appeared to be single climax curve,in which the highest point occurred in October（1 622.36 kg/hm2）.The different components had different flopping process,the leaf litter was consistent with the trend of the total litter production,which the highest point occurred in October.

Pingshuo opencast coal mine;reclamation region;Robinia pseudoacacia×Pinus taebelaefolius mixed forest;litter fall; dynamic

S714

A

1002-2481（2016）01-0036-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.01.11

2015-10-28

国家“十二五”科技支撑计划项目（2012BAC10B04）；山西省科技重大专项（20121101007）；山西省青年科技研究基金项目（2013021030-4）

卢宁（1984-），男，山西阳城人，助理研究员，主要从事矿区土地复垦与生态修复研究工作。李晋川为通信作者。