木兰林场不同植被类型枯落物层水文效应研究

河北省木兰围场国有林场 周长亮 李惠丽

森林枯落物是森林生态系统的重要组成部分 ,是森林水文效应的第二活动层[1],在截持降水、防止土壤溅蚀、阻延地表径流、抑制土壤水分蒸发、增强土壤抗冲性等方面具有重要意义[2]。 森林枯落物层和土壤层相比更疏松 ，孔隙更大[3]，对降水的截留 ，水分的保持作用更大[4]，还能减少水分的蒸发 ，促进土壤对水分的渗透[5]。因此对森林枯落物水文效应的研究具有重要的意义[6]。而木兰林场处于京 、津、冀地区连接的重要位置，其生态环境的好坏 ，水源涵养和水土保持作用的强弱直接关系到京津冀地区生态环境的平衡[7]。因此，对木兰林场森林水文效应进一步的研究，能使其充分发挥水源涵养和水土保持作用 ，对保持京津冀地区生态环境的平衡有重要的现实意义。

1 研究区概况

河北省木兰围场国有林场属滦河上游地区，区域地理坐标为北纬41°35′～42°40′，东经116°32′～117 °14′，海拔高度750～1998米[7]。主要植被类型是落叶阔叶林、针阔混交林和草原草甸，主要乔木树种有华北落叶松(Larixprincipis-rupprechti)、油松 (Pinustabulae) 等 。 灌木主要有荆条（VitexnegundoL.)、沙棘 (HippophaerhamnoidesLinn)、胡枝子 (LespedezabicolorTurce)、绣线菊(SpiraeasalicifoliaL)等[8]。

2 研究方法

2.1 标准地的设置

在木兰林场内， 选择具有代表性的四种植被类型：荆条灌丛 、胡枝子灌丛 、绣线菊灌丛和落叶松林 ，各设置六块标准地 ，面积为（20m×20m），并要求坡度及土壤性质等一致。

2.2 枯落物水文效应测定

（1）枯落物蓄积量的测定

在每种植被类型标准地内设置3块0.5m×0.5m的样方，测量枯落物的总厚度，分别收取枯落物并称其鲜重，带回实验室烘干称其干重，然后测其自然含水率及蓄积量。

（2）枯落物的持水过程的测定

运用室内浸泡法进行测定，根据相关公式计算出各浸泡时间枯落物持水量、持水率及吸水速率，其中枯落物最大持水量为浸泡24h的持水量，此时的持水率为最大持水率。

（3）枯落物有效拦蓄量的测定

有效拦蓄量可用来估算枯落物对降雨的实际拦蓄量, 即： W= (0.85Rn—RO)×M

式中 ： W为有效拦蓄量(t/hm2,)；Rm为最大持水率(%)；RO为平均自然含水率(%)；M为枯落物蓄积量(t/hm2)。

3 结果

3.1 不同植被类型枯落物蓄积量比较

由图1可知在不同植被类型中枯落物的蓄积量不同，其中排序为落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞ 绣线菊灌丛。由于植被类型不同，生长状况不同，生长环境有差异等原因导致不同植被类型枯落物的蓄积量不同。

3.2 不同植被类型枯落物最大持水量比较

枯落物干物质的最大持水量和最大持水率是评价枯落物水源涵养的重要指标，它反映了枯落物的持水能力。从表1中，可看出四种植被类型枯落物的最大持水量最大的为落叶松林 ，最小的为绣线菊灌丛。这种差异主要是由于植被类型不同、枯落物组成不同、枯落物分解程度不同等原因造成的。

3.3 不同植被类型枯落物持水量与浸水时间关系

枯落物与浸水时间的关系也是评价枯落物持水特征的重要指标，由图2可知，四种不同植被类型枯落物的持水量都是随浸泡时间的推移呈现增长的趋势，前4h，枯落物的持水量增加的速度较快，之后，基本不再增加，这种状况是由枯落物的干燥程度决定的。这种结论其实和枯落物对降雨的拦蓄过程一致，在降雨前，枯落物干燥，此时对降雨的吸收 ，对水分的保持能力最强，当枯落物的湿度达到一定程度时 ，对降雨 、对水分的保持能力则降低。图中可看出枯落物持水量大小依次是：落叶松林、荆条灌丛、胡枝子灌丛、绣线菊灌丛。

对四种植被类型枯落物持水量和浸泡时间的关系进行拟合，得出表2的关系式，可以看出枯落物的持水量和浸水时间呈对数关系，而R2也接近0.9，呈较显著关系。

表2枯落物持水量与浸水时间关系式

3.4 不同植被类型枯落物吸水速率与浸水时间关系

枯落物吸水速率越快则对降雨中吸收的地表水的效率也就越高，保持水土的能力也越大，由图3可看出，四种不同植被类型枯落物的吸水速率随时间的推移都呈现降低的趋势，在前4h内的降低速度较快，这也与枯落物的干燥程度有关，而且在各个时间段内四种枯落物的吸水速率快慢依次是：落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞ 绣线菊灌丛。 对四种不同植被类型枯落物吸水速率与浸水时间的关系进行拟合得到表3的关系式，从表中可看出枯落物吸水速率与浸水时间呈指数关系 ，R2都接近0.9呈较显著关系。

图3吸水速率与浸水时间关系

表3吸水速率与浸水时间关系式

3.5 不同植被类型枯落物有效拦蓄量比较

在实际中，枯落物对降水的吸收能力并不能达到最大持水量，要想真实地反映出枯落物对降雨的拦蓄量和拦蓄能力还是要靠有效拦蓄量来表达。由表4可看出四种不同植被类型枯落物的有效拦蓄量排序为：落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞绣线菊灌丛。

表4不同植被类型枯落物的有效拦蓄量

4 结论

木兰林场内四种不同植被类型枯落物层的蓄积量排序为落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞ 绣线菊灌丛，枯落物层最大持水量排序为落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞ 绣线菊灌丛，最大持水率排序为落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞ 绣线菊灌丛；有效拦蓄量为落叶松林 ＞ 荆条灌丛 ＞ 胡枝子灌丛 ＞绣线菊灌丛，由以上几个结论可看出，无论是枯落物蓄积量还是枯落物最大持水量和有效拦蓄量，落叶松林都比其他三种灌丛要高，因此就这四种植被类型来说，落叶松林枯落物层的水文效应最好，持水能力最强。