老虎岭库区不同林型凋落物特征

彭玉华，黄小荣，申文辉，何琴飞，张合平

(1.广西林业科学研究院，广西 南宁 530002； 2.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；3.国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁 530002； 4.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004)

老虎岭库区不同林型凋落物特征

彭玉华1,2,3，黄小荣1,2,3，申文辉1,2,3，何琴飞1,2,3，张合平4

(1.广西林业科学研究院，广西 南宁 530002； 2.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；3.国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁 530002； 4.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004)

林型；凋落物特征；持水能力；养分；老虎岭库区

研究了老虎岭库区4种典型林型(马尾松林、马尾松-红锥林、马尾松-红锥-椆木林、红锥-大叶栎林)的林下凋落物特征及持水能力，结果表明：不同林型对凋落物特征均存在显著的影响，各林型凋落物现存量在2.83～6.40 t/hm2之间，以马尾松-红锥林最大，马尾松林最小；各林型最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率分别在197.86%～302.43%、169.25%～281.36%、139.28%～236.00%之间，其中红锥-大叶栎林各指标均明显大于其他3种林型；各林型最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量分别在5.64～12.70、4.78～11.27、3.93～9.67 t/hm2之间，均表现为针阔混交林>针叶纯林；凋落物碳含量在433.45～479.66 g/kg之间，各林型差异不显著；氮含量、磷含量、钾含量分别在8.24～15.23、0.32～0.46、0.98～1.66 g/kg之间，均表现为混交林>针叶纯林。林型差异对凋落物持水性能的影响大于对凋落物养分的影响。

凋落物是森林植物在生长发育过程中新陈代谢的产物，是森林生产力的重要组成部分，它的生产和分解是生态系统物质循环的主要途径，可促使植物群落发生结构改变，对植被天然更新有重要影响[1-2]。凋落物层依靠其强大的表面积和疏松多孔的性质，具有明显的截持降水、调节阻抑地表径流、减少土壤流失及改善土壤理化性质的功能，成为森林生态系统调节水分分配的第二功能层，在涵养水源、保持水土，以及促进森林生态系统物质循环和养分平衡方面有着不可替代的作用[3]。凋落物层蓄积量和持水能力在不同地区、不同森林类型、不同林分类型差异很大：寒温带和西部亚高山针叶林和落叶阔叶林凋落物的持水能力大于热带亚热带森林[4]；兴隆山的针叶林凋落物蓄积量大于阔叶林，但针叶林的有效拦蓄率低于阔叶林[5]；桂西北典型喀斯特区次生林凋落物的持水量大于原生林，但原生林凋落物的持水率与吸水速率大于次生林[6]。

库区的植物群落是以涵养水源、保持水土为主要目的的防护林。在防护林生长过程中，由于不同林型的生物学特性与林分结构不同，造成其地表凋落物储存量与性质的差异,使其凋落物层的水文生态功能及其养分含量也存在差异[7]。为此，本研究以位于广西南宁老虎岭库区4种最典型的林型即马尾松(Pinusmassoniana)林、马尾松-红锥(P.massoniana-Castanopsishystrix)林、马尾松-红锥-椆木(P.massoniana-C.hystrix-Lithocarpusthalassica)林、红锥-大叶栎(C.hystrix-Castanopsisfissa)林为研究对象，分析不同林型的凋落物特征，探讨不同林型对凋落物特征的影响，以揭示该库区不同林型凋落物层的现存量、持水特性及养分储量，为客观评价该库区不同林型凋落物层水文生态功能，合理调整该库区林分结构布局，促进防护林的可持续经营提供理论依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于老虎岭库区(108°56′E，22° 56′N)，处于广西南宁市北郊，该水库是以供水为主，兼顾灌溉、防洪等综合利用的小型水库，水库总库容640万m3。研究区海拔为90—250 m，年均气温21.7 ℃左右，极端最高气温40.4 ℃，极端最低气温-1.5 ℃，最冷的1月平均气温12.8 ℃，最热的7、8月平均气温28.2 ℃，≥10 ℃年积温7 200 ℃；年均降水量为1 347.2 mm，平均相对湿度80%，5—9月为雨季，月均降水量100 mm以上，10月至翌年4月为旱季，月均降水量80 mm以下。土壤为砖红壤性红壤，pH值5～6，肥力中等。地带性植被为亚热带常绿季雨林。

1.2 研究方法

选取库区最典型的4种林型(均为人工林)进行林下凋落物水文特性研究，分别为：Ⅰ.马尾松林；Ⅱ.马尾松-红锥林；Ⅲ.马尾松-红锥-椆木林；Ⅳ.红锥-大叶栎林。每种林型选择坡向、坡度、海拔等基本相同或相似的坡中下位分别设3个20 m×20 m的样方，在每个样方内按S形设置5个25 cm×25 cm的收集点收集凋落物，混合后入袋封装。凋落物带回实验室后，先称其自然状态质量，然后在80 ℃下烘至恒定质量，称其干质量，以干物质质量推算不同植物群落凋落物现存量。采用室内浸泡法测定凋落物持水能力，并参照常雅军等[7]公式计算其自然含水率、最大持水率、最大持水量、最大拦蓄率、最大拦蓄量和有效拦蓄率、有效拦蓄量。采用KCr2O7-H2SO4氧化法测定全碳含量，用H2SO4-H2O2消煮后利用凯氏法测定全氮含量，用钼锑抗比色分光光度法测定全磷含量，用原子吸收分光光度法测定全钾含量。

1.3 数据处理

运用Excel和SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同林型凋落物厚度、现存量及含水率

不同林型的凋落物厚度、现存量及含水率差异极显著，见表1。由表1可知，不同林型凋落物的厚度在19.50～58.11 mm之间，以马尾松-红锥林的厚度最大(58.11 mm)，显著大于其他林型，马尾松-红锥-椆木林次之，红锥-大叶栎林和马尾松林较小。4种林型的凋落物现存量在2.83～6.40 t/hm2之间，按现存量排序为马尾松-红锥林>马尾松-红锥-椆木林>红锥-大叶栎林>马尾松林，其中马尾松-红锥林的凋落物现存量显著大于其他林型，比最少的马尾松林大1.26倍。凋落物自然含水率马尾松林显著大于其他林型，马尾松-红锥林和红锥-大叶栎林次之，马尾松-红锥-椆木林最小。

表1 不同林型凋落物现存量、厚度及含水率

注：同列数据后标有相同字母表示在0.05水平上没有显著差异，不同字母表示有差异显著(Tukey检验)，下同。

2.2 不同林型凋落物持水特性

不同林型凋落物的最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率有明显的差异(表2)，变幅分别在197.86%～302.43%、169.25%～281.36%、139.28%～236.00%之间，其中红锥-大叶栎林的凋落物最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率均显著大于其他3种林型，这可能与树种组成有关，其他3种林型的组成均有针叶树马尾松。可见，在不同林分类型中，阔叶树种凋落物的持水率、拦蓄率比针叶树种大。不同林型凋落物的最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量差异极显著，分别在5.64～12.70、4.78～11.27、3.93～9.67 t/hm2之间。凋落物最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量是由其持水率、拦蓄率及其现存量决定的，虽然马尾松-红锥林的最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率均较小，但因其凋落物现存量最大，故其最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量均为最大，分别为12.70、11.27、9.67 t/hm2，均明显大于最小的马尾松林。可见，凋落物的现存量对持水量、拦蓄量的大小起了决定作用。

2.3 不同林型凋落物养分特征

如表3所示，4种林型凋落物的碳含量在433.45～479.66 g/kg之间，差异不显著；4种林型凋落物的氮含量、磷含量、钾含量有明显的差异，分别在8.24～15.23、0.32～0.46、0.98～1.66 g/kg之间，红锥-大叶栎林的凋落物氮含量、磷含量、钾含量均显著大于马尾松林，分别大了84.83%、43.75%、69.39%。

表2 不同林型凋落物持水特性

2.4 不同林型对凋落物特征的影响

不同林型凋落物特征主成分分析表明(表4)，马尾松林、马尾松-红锥林前4个主成分，马尾松-红锥-椆木林前3个主成分，红锥-大叶栎林前2个主成分的方差解释累积贡献率分别达到97.22%、92.60%、90.13%、91.82%，各主成分的贡献率均较高，表明在小尺度范围内不同林型对凋落物特征的影响有一定的稳定性。

表3 不同林型凋落物养分特征 g/kg

含有针叶林的马尾松林、马尾松-红锥林和马尾松-红锥-椆木林对凋落物特征的影响基本一致，第1主成分的载荷量基本以最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量较大，其次为凋落物现存量；第2主成分的载荷量以持水率、拦蓄率较大；第3主成分中马尾松林、马尾松-红锥-椆木林以磷含量的载荷量最大，马尾松-红锥林以氮含量的载荷量最大。阔叶混交林(红锥-大叶栎林)第1主成分的载荷量以凋落物现存量、自然含水率、持水率、拦蓄率较大，其次为磷含量，第2主成分以碳含量、氮含量、钾含量的载荷量较大。这表明凋落物的持水能力、拦蓄能力、现存量最易受不同林型的影响；林型差异对凋落物持水性能的影响大于对凋落物养分的影响。

表4 不同林型凋落物特征主成分分析

3 讨论与结论

凋落物现存量主要取决于植物群落生产力，同时依赖于气候、物种组成等因素[8]，而且不同区域、不同林型间或同一区域不同林型、同一林型不同区域间的凋落物现存量差异很大。本研究中不同林型的凋落物现存量在2.38～6.40 t/hm2之间，这与甘肃兴隆山[5]6种森林类型和秦岭西部山地[9]4种林分的凋落物现存量差异很大。可能在大尺度上，气候是影响凋落物产量的主要因子，甘肃兴隆山和小陇山在我国西北部地区，降水量、有效积温少，海拔高，凋落物分解较慢。有研究表明[10-12]，针阔混交林凋落物现存量明显高于纯林。本研究也表明凋落物现存量以马尾松-红锥林最大，马尾松林最小。这可能是由于混交林乔木层生物生长量大、层次多的缘故。可见，在小尺度上，森林类型是影响凋落物产量的主要因子[13]。凋落物现存量反映了凋落物凋落、持水特性、分解之间的动态平衡，因此研究林型间凋落物现存量可对库区人工造林树种的选择或林分改造提供理论依据。

老虎岭库区不同林型凋落物最大持水率为197.86%～302.43%，与甘肃兴隆山[5]温带和六盘山[14]温带的研究结果相似，但远低于寒温带[15]的研究结果，这可能是树种组成、森林类型、生境影响不同所致。老虎岭林区4种林型凋落物最大持水率以红锥-大叶栎林最大，显著大于有松树林的其他3个林型，与时忠杰[14]等的研究结果阔叶林大于针叶林一致，这可能是针叶树凋落叶细小、含油脂较高所致，具体原因还有待进一步研究。不同林型最大持水量为5.64～12.70 t/hm2，远低于常雅军[9]等的研究结果，这与凋落物现存量差异有关，凋落物持水量的大小主要取决于凋落物持水率和现存量，持水量随着现存量的增加而增加。同区域不同林型研究结果也表明，马尾松-红锥林具有较大的凋落物现存量，其最大持水量也最大。

老虎岭林区4种林型间凋落物拦蓄能力有差异，3种混交林林型的拦蓄率和拦蓄量均大于纯林(马尾松林)，这可能是混交林相对于纯林有更多的凋落物现存量，而凋落物拦蓄能力与凋落物现存量密切相关，虽然马尾松-红锥林与马尾松的拦蓄率差别不明显，但马尾松-红锥林凋落物蓄积量很大，因此马尾松-红锥林的拦蓄量明显大于马尾松林。魏强等[5]研究表明，阔叶林凋落物拦蓄率高于针叶林，但针叶林凋落物现存量大于阔叶林，因此针叶林拦蓄量高于阔叶林。这可能与研究尺度有关，因为在大尺度上，气候是影响凋落物产量的主要因子，而在小尺度上，森林类型是影响凋落物产量的主要因子。

凋落物的主要养分含量直接影响养分归还的质量和速率，间接影响植物根系的吸收，在陆地生态系统的养分循环中扮演重要角色[16]。老虎岭库区不同林型间凋落物氮含量、磷含量、钾含量差异显著，均以红锥-大叶栎林含量最大，其次为马尾松-红锥-椆木林，马尾松林含量最小；碳含量差异不显著。这与陈法霖[17]等研究结果针阔混交林凋落物养分含量大于针叶林吻合。可能是由于针叶林枯落物角质层较厚和难以紧贴地面等，使其分解速率远低于阔叶林枯落物，造成其氮磷钾含量也较低[18]。

不同林型对凋落物不同特征的影响不同，林型差异对凋落物持水性能的影响大于对凋落物养分的影响。这表明在小尺度上，不同林型是影响凋落物持水能力的主要因子，林型的变化可以改变凋落物水文生态功能。因此，进行库区营林生态优化设计时，因地制宜选择凋落物蓄积量大、持水性能好、养分高的林型进行人工种植或林分改造，可增强水土保持和水源涵养生态功能。

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(责任编辑 徐素霞)

国家林业公益性行业科研专项(201204512)；广西林业科技项目(桂林科字〔2012〕第7号)

S718.52

A

1000-0941(2015)06-0056-04

彭玉华(1963—)，女，广西横县人，高级工程师，学士，主要从事森林生态和森林栽培研究；通信作者张合平(1965—)，男，湖南常德市人，教授，博士生导师，主要从事景观生态学教学与科研工作。

2014-08-20