不同抚育强度下枯落物持水性的研究

张树森

(黑龙江省尚志国有林场管理局，黑龙江 尚志 150600)

不同抚育强度下枯落物持水性的研究

张树森

(黑龙江省尚志国有林场管理局，黑龙江 尚志 150600)

用材林抚育间伐后林木生长、蓄积、冠层以及苗木生长和光合的变化情况，将对提高林木的产量和质量产生重大影响。本次研究对象为大兴安岭落叶松针叶林，参照立地条件相同的原始林进行样地比较，选取不同抚育强度共20个样地，对半分解及未分解两类枯落物进行收集，计算枯落物在不同浸水时间的持水率，持水量和吸水速率。数据显示，半解层枯落物的蓄积量取值范围在0.709～5.288 t/hm2，未分解层枯落物的蓄积量取值范围为0.326～7.395t/hm2，说明半分解层枯落物在蓄积量方面，在不同抚育强度的情况下，比未分解层枯落物大。抚育强度是40.01%时,蓄积量上升到最高点，样地枯落物此时达到了最佳的保持水土能力。抚育强度达到50.61%的这块样地，达到了最大的有效拦蓄量，也表现出了最好的保水蓄水效果。研究结果表明，抚育强度为40.01%时，枯落物蓄积量最大，为56.51%时，自然持水率最高，有效拦蓄量最大。综合评价结论是抚育强度在40.01%～56.51%时的抚育效果最好。

大兴安岭 抚育强度 枯落物层 持水性

抚育间伐作业作为森林经营的主要措施，能够改变林分结构，从而影响到森林生态系统内部环境的变化，如林内光照、水分、气温等状况的改善，在一定程度上为林木创造了良好的生长环境，促使林下植被繁殖速率和土壤中分解酶活性发生改变，进而影响用材林林木生长、林分蓄积以及更新苗木的生长发育等[1-2]。国内外对抚育间伐方面做了深入研究，在国内方面，林祖建对闽东沿海桐棉松人工林实施抚育间伐后的生长进行了研究，经研究表明，抚育间伐可以充分提高桐棉松人工林分的树高并促进其胸径的生长。张振明等人也针对八达岭林场四种林分枯落物层的持水能力、蓄积量、减流减沙效应和阻滞径流速度进行了研究。李超[3]等曾研究了大兴安岭在林窗及带状两种改造方法的枯落物持水性。陈东莉[4]等对不同强度间伐后20a生华北落叶松人工林进行了研究，结果表明：在稀释后的华北落叶松人工林分平均胸径和高增长方面发挥了重要作用,尤其是高强度抚育间伐后林分的胸径、树高生长变化最显著。在国外方面，Richard等认为地面覆盖降雨量的拦截,取决于水的内容存储容量。Clutter[5]等研究得出抚育间伐对林分蓄积量没有明显影响，也有人认为抚育间伐减少林分蓄积量，如Knoebol[6]等通过不同间伐美国鹤掌楸后，研究指出：抚育间伐降低了鹤掌楸的收获量；但大多数学者都指出合理间伐能够促进收获量增加，如Zachara[7]对欧洲赤松林进行了不同强度的择伐，结果表明：低强度间伐对林分结构影响不明显，而中等强度间伐能够有效调整林分结构和促进林木生长。

总之，大部分的文章思想都仅仅是针对分析次生林及人工林的枯落物所拥有的持水性，而关于地表水在材林抚育改造后的水质综合评价报道还未曾出现。因此，本文特针对新林林业局用材林不同抚育强度下枯落物持水能力方面进行综合、客观的评价。以便日后为大兴安岭新林林业局的森林经营及蓄水保水措施提出客观的理论和合理的建议，以助于参考。

1 研究区域概况

实验样地位于大兴安岭新林林业局的新林林场，选于106、107、108、109四个林班内，具体在北纬51°20′～52°10′，东经123°41′～125°25′。大兴安岭林区地处我国东北部地区，目前是我国面积最大的林区之一。大兴安岭林区的东北面以及北面直至黑龙江，是与俄罗斯隔江而望的，且与之相连的，松嫩平原在其东面，呼伦贝尔草原在其西面，阿尔山地区在其南面。大兴安岭地区的占地区域横跨了北纬46°26′～53°34′，东经119°30′～127°。据观测，大兴安岭林区的南北向纵深是大于东西向宽度的，整体呈现出狭长状态，且形状北宽南窄。该地区所拥有的温带大陆性气候，让该地区终年长期寒冷湿润，且降水期相对较短，年降水量的范围大致为513.9～646mm，7、8月份为该地区的主要雨期。年均气温约为-2.6℃，年平均积温大致约为1600℃；全年日照时间在2357h左右，日照的百分率大致在51%～56%之间。春秋冬季寒冷并持续很长,白天温差较大伴随着强风[8]。

2 研究方法

2.1 样地设置

实验选取了20块抚育强度不同的实验样地，编号设置为1～20，其中1号样地被设为对照样地，不进行抚育操作。2～20号样地为实验样地，其抚育强度分别如下:2号(3.42%)、3号(6.23%)、4号(12.52%)、5号(13.74%)、6号(16.75%)、7号(19.00%)、8号(20.86%)、9号(25.48%)、10号(27.85%)、11号(34.38%)、12号(40.01%)、13号(47.87%)、14号(49.63%)、15号(50.61%)、16号(51.48%)、17号(53.09%)、18号(56.51%)、19号(59.92%)、20号(67.25%)，每块样地的规模都设为20m×20m，面积为0.04 hm2，各样地坐标见表1。本次研究将每个样方内按未分解层、半分解层分层收集枯枝落叶取回。

表1 各样地坐标及抚育强度

2.2 枯落物测定

根据枯落物的分解状态可分为三层：未分解层，由新鲜的叶、枝、皮、果等调落至地面而组成，颜色无过多的变化，外表无分解的痕迹；半分解层，颜色变化较大；外形轮廓已经不完整，但仍能分辨出原型；已分解层，颜色发黑，基本上已经分解至不能辨识原型[9-11]。本次研究将每个样方内按未分解层、半分解层分层收集枯枝落叶取回。将取回的枯落物迅速用电子天平秤称鲜重，然后在85℃下烘干大约8h以后称其干重，以干物质质量推算枯落物的蓄积量。测定枯枝落叶层的持水量和持水率：采用室内浸泡法，将烘干后的枯落物装入网袋，将其放入盛有清水的容器中浸泡24h，然后称重,计算最大持水量，由最大持水量和枯落物量计算得出最大持水率。测定枯落物的吸水速度：釆用室内浸泡法，取未分解层、半分解层试样，称重后分别装入网袋，浸没于清水中，在分别浸泡0.25、0.5、1、2、 4、8、24h后称重，每次取出后静置直至枯落物不滴水为止，迅速称枯落物的湿重并进行记录，由此计算枯落物在不同浸水时间的持水率，持水量和吸水速率。

设m1为枯落物的鲜质量，m2为枯落物烘干后的质量，枯落物的自然持水量为K0=m1-m2，枯落物的自然持水率为K′O=((m1-m2)/m2)*100%。在本次实验中，枯落物在进行24h的浸泡以后，其持水量就不再发生变化了,因此，将其在24h时测量的持水量定为最大持水量(Km)，将其在24h时测量的的持水率定为最大持水率(K′m)。把其浸泡24h后不再滴水时的质量设为m3，根据Km=m3-m2，和K′m=((m3-m2)/m2)*100%两个公式，即可得出其最大持水量及最大持水率的数值。设M为枯落物蓄积量,即可得出，有效拦蓄量W=(0.85K′m-K′O)M。

3 结果与分析

3.1 实验数据

实验采用了枯落物浸泡和枯落物烘烤两组数据进行对比的形式进行验证，将20组未分解枯落物和20组半分解枯落物分别装于40个带有编号的网袋之内，对这40个网袋进行下水浸泡，用精确度为1克的电子秤进行称重，在第0.25、0.5、1、2、4、8、24h分别对40个网袋进行称重，分别记录数据，看枯落物持水性的数据变化。同时，将另外40组枯落物放进信封，将这40组枯落物放进烤箱进行烘干，将40组浸泡入水中的数据变化和进行烘干的40组数据变化对比，从蓄积量，抚育强度，自然持水率，最大持水率，有效拦蓄量这五组数据的走势来进行不同抚育强度下枯落物持水性的研究。

实验数据见表2，表2为未分解20组数据的抚育强度，蓄积量，自然持水率，以及浸泡0.25、05、1h时分别的重量。未分解另外一部分数据见表3，为20组枯落物在浸泡第2h、4h、8h和24h的称重重量，以及枯落物的最大持水率和有效拦蓄量。半分解具体数据见表4及表5。图1和图2为20袋半分解枯落物网袋以及20袋未分解枯落物网袋的称重情况。

表2 不同抚育强度下未分解枯落物数据1

注：表中百分比值为同一样地中未分解层所占总样地比例。

图1 未分解枯落物称重变化曲线

表3 不同抚育强度下未分解枯落物数据2

表4 不同抚育强度下半分解枯落物蓄积量

注：表中百分比值为同一样地中半分解层所占总样地比例。

表5 不同抚育强度下半分解枯落物拦蓄量

图2 半分解枯落物称重变化曲线

3.2 持水性数据分析

由表1和表3数据可以得到20块样地未分解枯落物在蓄积量这项数据上从小到大的顺序如下：20<18<4<7<19<6<14<17<8<1<13<16<3<15<2<10<9号<5<11<12，半分解枯落物蓄积量由小到大顺序为20<10<8<19<18<1<16<15<17<14<9<2<3<7<4<13<5<12<6<11。两者的最大值均出现在抚育强度为67.25%时，此时枯落物的蓄积量最小。与1号对照样地进行对比，由于移出了那些较差林分以及其林下灌木，使得生长较好的林分获得的生存空间扩大，对林木冠层的生长起到了促进作用，使树木的冠幅提高，枯落物的来源也因此增多，大多数样地的蓄积量均有提升。根据表中显示的百分比值得出，未分解层含量的数值均小于半分解层的蓄积量，且半分解层蓄积量先随抚育强度的增加而增加，在34.38%处达到最大，而后未分解层蓄积量随抚育强度的增加而减小，呈现双峰态势。枯落物的分解速度随抚育强度的增加而逐渐加快，有助于提供土壤肥力。但当抚育强度的大小超过40.01%时，一方面会对土壤养分的蓄积造成不利影响，另一方面也会使土壤中微生物的数量以及酶活性降低，从而减慢枯落物的分解速率。与1号未抚育参照样地进行对比，各实验样地的枯落物蓄积量均有明显增加，因此得出，适当的进行抚育采伐，有助于枯落物蓄积量的增加，且提供充足的土壤肥力。

最大持水量(率)为枯落物24h浸泡后测得的质量,通常认为枯落物在24h之内吸水达到饱和，这一数值并不能说明枯落物的蓄水能力，仅代表该样地具有的涵养水源潜力，而有效拦蓄量则实际的体现出枯落物的拦蓄能力。表中数据显示经抚育改造后枯落物的保水蓄水能力呈不规则变化。枯落物在浸泡24h后测量所得的质量为最大持水量(率)，虽然通常认为枯落物在浸泡24h之后吸水量达到饱和，但枯落物的蓄水能力并不能根据这一数值体现，该数值仅代表样地具有的涵养水源潜力。而实际代表枯落物拦蓄能力的数值为有效拦蓄量。据表中数据表明，枯落物经抚育改造之后，其保水蓄水能力呈现出不规则变化。枯落物在抚育强度为56.51%，蓄水能力最好的,而不是根据这个想法，以抚育强度56.51%是最好的生态转换方式,所以，仍然需要进一步的调查。

4 结论

作为生态大自然重要的部分，森林与水相互依存，水在森林生态系统的循环过程中，起着至关重要的作用，水质等级对森林系统的可持续发展具有举足轻重的地位。对于森林生态系统水文效应的研究方面，许多专家为此做出了众多贡献。

通过比较数据，得出结论如下。未分解层对于半分解层在吸水特性方面是统一的。具体表现在吸水的速率以及吸水量趋势基本一致，并且速度最快的时间是在15min内，而后慢慢减缓了吸水的速率。这与韩友志等研究结果相同，枯落物在最初2h内持水量迅速增长，并且在出现最大吸水率后减缓。半分解层枯落物的蓄积量取值范围在0.709～5.288 t/hm2，未分解层枯落物的蓄积量取值范围为0.326～7.395t/hm2，说明半分解层枯落物的在蓄积量方面，在不同抚育强度的情况下，比未分解层枯落物大，由于林地在采伐抚育之后减小了郁闭度，林冠下层就更多的接收到了光线，而且，光线的增加会加快下层植物的生长速率，也使枯落物蓄积量得到增加，升温也助于加快枯落物分解的速度。枯落物的作用主要有对雨滴的力量进行缓冲、对于降雨对地面冲刷进行减少等，抚育强度是40.01%时，蓄积量上升到最高点，样地枯落物此时达到了最佳的保持水土能力。有效的数量显示在森林生态循环的过程中,枯落物的拦蓄水,净化能力。抚育强度达到50.61%的这块样地，达到了最大的有效拦蓄量，也表现出了最好的保水蓄水效果。

通过研究结果发现，抚育强度是40.01%时,蓄积量上升到最高点，样地枯落物此时达到了最佳的保持水土能力。抚育强度达到50.61%的这块样地，达到了最大的有效拦蓄量，也表现出了最好的保水蓄水效果。因此，研究结果表明，抚育强度为40.01%时，枯落物蓄积量最大，为56.51%时，自然持水率最高，有效拦蓄量最大，综合评价结果是抚育强度在40.01%～56.51%时的抚育效果最好。

[1]陈东莉,郭晋平,杜宁宁,等.间伐强度对华北落叶松人工林生长效应的研究内.山西林业科技,2010,39(4):9-11.

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责任编辑：徐永飞

校 对：王 卉

The Litter Under Different Intensity of Tending the Water Research

Zhang Shu-sen

(

Administration of fashion view state-owned forest farm in heilongjiang province, Shangzhi 150600, heilongjiang,China)

The change of forest growth, accumulation, canopy, seedling growth and photosynthesis after timber forest tending thinning will have a significant role in solving the problem. The study object is the greater Daxing’an mountains larch coniferous forest which is compared with the original forest with the same site condition. The study select 20 samples of different tending intensity, collect of half-and-half decomposition and not decomposed litter, and calculate the water holding capacity, water holding capacity and water absorption rate of litter at different immersion times. The data reveal that half the volume value range of litter decomposition layers in 0.709～5.288 t/hm2, not the volume value range of litter decomposition level is 0.326～7.395 t/hm2, explain half of litter decomposition layers in terms of volume, in the case of different tending intensity, larger than not litter decomposition layers. Tending intensity is 40.01%, the volume up to the highest point. Tending intensity reached 50.61% of the sample area, reached the maximum amount of effective held, also showed the best effect of water storage. The research results indicate that tending intensity was 40.01%, litter volume the biggest, and tending intensity was 56.51%, natural hold water rate the highest, most effective held. The comprehensive evaluation conclusion is that the tending intensity is 40.01% to 56.51% when the tending effect is the best.

Daxing’an Mountains；Fostering intensity；Litter；Water binding capacity

张树森，学士，高级工程师。研究方向：森林经营。Emali:zssymp@126.com

2017-06-02