辽西低山丘陵区针叶林与阔叶林枯落物持水性对比

吕刚，王磊，李叶鑫，傅昕阳，王凯

(辽宁工程技术大学环境科学与工程学院，123000，辽宁阜新)

辽西低山丘陵区针叶林与阔叶林枯落物持水性对比

吕刚，王磊，李叶鑫，傅昕阳，王凯

(辽宁工程技术大学环境科学与工程学院，123000，辽宁阜新)

为对比分析辽西低山丘陵区针叶林与阔叶林枯落物的持水性差异，为辽西森林植被恢复提供科学依据和技术支撑，选取3个针叶林(红松林、油松林、兴安落叶松林)和3个阔叶林(榆树林、山杨林、紫椴林)下的枯落物作为研究对象，采用野外现场采样与室内浸水相结合的方法对枯落物的持水特性进行测定。结果表明：针叶林平均蓄积量大于阔叶林，其中针叶林蓄积量在14.65～17.75 t/hm2，阔叶林在8.44～16.92 t/hm2；针叶林枯落物平均厚度(2.79 cm)大于阔叶林(2.44 cm)；针叶林最大持水率在148.88%～173.19%，阔叶林在145.42%～156.91%；针叶林有效拦蓄水量为19.47～25.59 t/hm2，阔叶林有效拦蓄水量为10.56～22.04 t/hm2，表现为针叶林下枯落物的拦蓄能力更强；针叶林半分解层拦蓄水量显著大于未分解层，阔叶林未分解层拦蓄水量大于半分解层；阔叶林未分解层吸水速率大于针叶林。

持水性； 针叶林； 阔叶林； 低山丘陵区； 辽西

森林枯落物是指植物发生物候现象而产生的枯枝落叶、动物粪便及其残体[1]，其覆盖于土壤表面，成为森林发挥水文功能的关键层次。由于枯落物层结构疏松、微生物及动物活动频繁，枯落物层具有良好的持水能力与透水能力，并在截持降雨[2]、减缓拦蓄径流[3]、减少水分蒸发[4]和改善土壤理化性质[5-6]等方面有关键作用。

辽西低山丘陵区处于科尔沁沙地南缘，又受到辽河半湿润季风气候区影响，属于风蚀水蚀交错地带和生态脆弱区，历史上以“平原松林”和“草原牧区”[7]而闻名；但近几十年由于人为活动影响，地表植被受到破坏，发生了严重的水土流失与荒漠化，水土流失面积一度达到总面积的84%[7]。为防止生态环境恶化给当地经济发展带来不良影响，当地林业局营建了以樟子松(Pinussylvestnisvar.)、油松(Pinustabulaeformis)为主体的水土保持林，面积达到人工林总面积的61.01%[8]，水土流失的势头得以控制并在近些年逐渐减缓。目前，国内外许多学者对不同区域内的多种林地类型下的枯落物水文特征进行了大量的研究，在不同区域、多种林地类型枯落物贮量的数学模型、枯落物截留水量及其数学模型以及枯落物截留降水机理研究等方面都取得了一定的成果[9-12]；但缺乏针对我国辽西地区典型林分枯落物水文特征的研究以及不同叶形林分枯落物水文特征差异性比较。笔者以辽西低山丘陵区典型林分为研究对象，从森林枯落物水文特征角度出发，比较并分析针叶林与阔叶林枯落物蓄积量与持水性的差异，揭示了针阔叶林枯落物蓄积量和持水性的不同变化特征，为进一步研究枯落物水文特征的影响因子提供新的思路。

1 研究区概况

具有辽西低山丘陵区植被类型特点的阜新老鹰窝自然保护区，位于阜蒙县东偏北部(E121°41′～121°58′，N 42°11′～42°15′)。总面积6 405.3 hm2，其中有林地面积5 251.7 hm2，森林覆盖率85.13%。该区地貌为侵蚀剥蚀低山丘陵，地势北部高耸，南部平缓，平均海拔300 m，最高峰海拔624.6 m。该区属中温带亚湿润半干旱大陆性季风气候，特点为春季较干旱且多风，夏日炎热且降雨较多，秋天气温适宜多西北风，冬季干燥寒冷，年均气温7.1 ℃，极端最高气温40.6 ℃(2000年)，极端最低气温-28.4 ℃(1992年)，最大冻土深度140 cm。≥10 ℃年积温3298.3 ℃，无霜期151 d。年均降水量550 mm，5—9月降水量461.2 mm，占全年的85.4%。土壤分褐土性土、褐土、淋溶褐土和棕壤性土、典型棕壤5个亚类，以褐土和幼年森林棕壤2个土类为主。该区天然林与人工林均有分布，植物以华北植物区系为主，兼有长白蒙古植物。

2 材料与方法

2.1 样地布设

根据研究目的与辽西低山丘陵区植被类型特点，2016年8月在研究区进行踏勘后，选择6种人工林林分作为研究对象，其中有油松(Pinustabulaeformis)、红松(Pinuskoraiensis)、兴安落叶松(Larixgmelini)、紫椴(Tiliaamurensis)、榆树(Ulmuspumila)和山杨(Populusdavidiana)人工林。

综合考虑地形、坡向、林木冠幅、林龄等因素，保证立地条件基本一致的前提下，在每个林分下分别布设1个20 m×20 m标准地，各个样地林分在23～26年之间，观测枯落物厚度、上层木郁闭度，对样地内胸径>5 cm的林木每木检尺，测量其胸径、树高、冠幅等。各样地基本情况见表1。

表1 各样地基本概况Tab.1 Basic profile of the plots

2.2 枯落物蓄积量测定

在标准地内按对角线设置3个0.2 m×0.2 m样方，用直尺测定枯落物层总厚度以及未分解和半分解层的厚度；再按照2个分解层收集其样品，并现场称量其鲜质量，带回实验室称量枯落物层的干质量(恒温85 ℃条件下烘干24 h)并计算枯落物含水率。在每个样地内选择具有代表性的1 m×1 m样方，尽可能保持枯落物原有结构特征分层收集各分解层枯落物，实验室内烘干称量，用以推算各林分枯落物蓄积量。

2.3 枯落物持水性测定

采用室内静水浸泡法[13]，分别测定在浸泡2、4、6、8、10、24 h后未分解和半分解层质量，观测其每个时间点的累积持水量并计算各时段的平均吸水速率。其中认为浸泡24 h后枯落物的持水量为最大持水量[14]，此时的持水率称为最大持水率，枯落物层最大持水量则根据枯落物蓄积量与最大持水率进行计算。

Rhmax=(G24-Gd)/Gd×100%；
R0=(G-Gd)/Gd×100%；
Rsmax=Rhmax-R0；
Whmax=Rhmax×M；
Gs=Gi-Gj；
V=Gs/t。

式中：Gd,G24为烘干后枯落物的质量和浸泡24 h后枯落物的质量，g；Rhmax、Rsmax、R0分别为枯落物最大持水率、最大拦蓄率、自然持水率，%；M、Whmax、Wsmax分别为枯落物层蓄积量、最大持水量、最大拦蓄量，t/hm2；Gs、Gi、Gj分别为某时间段持水量、第i个时间点样品质量、第j个时间点样品质量，g；V为吸水速率，g/(kg·h)；t为吸水持续时间，h。

实验室测得的最大持水量并不能够客观的反映实际枯落物对于降雨径流的拦蓄能力，有效拦蓄水量可用来估算实际拦蓄水量[15-16]

Mi=(0.85Rsmax-R0)M。

式中：Mi为有效拦蓄水量，t/hm2；R0为自然持水率，%。

运用SPSS数据分析软件对分析统计，在P<0.05水平下单因素两两比较，分析典型林分间差异性水平。

3 结果与分析

3.1 枯落物的蓄积量差异分析

枯落物的分解程度与诸多因素有关。对各个样地1 m×1 m样方内各层次枯落物称量后，得出各样地林分下枯落物厚度和蓄积量，详见表2。

由表2可知，研究地枯落物蓄积量为8.44～17.75 t/hm2。其中：从枯落物平均蓄积量来看，针叶林16.12 t/hm2明显大于阔叶林12.56 t/hm2，结果与刘少冲等[17]在莲花湖所得结果一致；从枯落物平均厚度来看，针叶林平均厚度2.78 cm大于阔叶林2.44 cm；从各分解层所占比例来看，针叶林半分解层远高于未分解层，阔叶树种则正好相反，其中针叶树种中油松林半分解层占72.42%，阔叶林中紫椴未分解层占76.33%。

表2 各林分类型下枯落物厚度及蓄积量Tab.2 Thickness and storage volume of litter under different stands

图1 各林分类型下不同层次枯落物的持水能力Fig.1 Water-holding capacities of litters at different layers under different stand types

3.2 枯落物的持水能力特性分析

枯落物持水特性是影响森林水文过程的关键因素之一，各样地最大持水率和持水量见图1。

由图1可以看出，各林分枯落物最大持水率具有不同特征及规律。其中：半分解层最大持水率表现为兴安落叶松林>油松林>红松林>榆树林>紫椴林>山杨林；未分解层最大持水率表现为山杨林>榆树林>紫椴林>油松林>兴安落叶松>红松林。由于各分解层次蓄积量所占比例不同，加权平均后各林下枯落物的最大持水率排序是兴安落叶松(173.19%)>油松林(162.93%)>榆树林(156.91)>山杨林(152.63%)>红松林(148.88%)>紫椴林(145.42%)。针叶林半分解层最大持水率显著大于阔叶林(P<0.05)；针叶林半分解层最大持水率均显著大于未分解层。

半分解层最大持水量为兴安落叶松>油松林>红松林>榆树林>紫椴林>山杨林，未分解层最大拦蓄水量为榆树林>紫椴林>山杨林>兴安落叶松>红松林>油松林；加权平均林分各枯落物层最大拦蓄水量大小为兴安落叶松(30.74 t/hm2)>榆树林(26.55 t/hm2)>油松林(23.87 t/hm2)>红松林(23.70 t/hm2)>紫椴林(17.81 t/hm2)>山杨林(12.88 t/hm2)；针叶林半分解层最大持水量大于未分解层，阔叶林未分解层最大持水量大于半分解层。

3.3 枯落物拦蓄特征分析

研究发现，用最大持水量来衡量枯落物层的实际拦蓄情况偏大，需要对其进行修正[18]。枯落物的有效拦蓄率和有效拦蓄水量见表3。

表3 各样地不同层次拦蓄率及拦蓄水量Tab.3 Interception rate and interception volume at different layers of the plots

由表3可知，枯落物的加权平均拦蓄率大小依次为兴安落叶松>油松林>榆树林>山杨林>红松林>紫椴林，枯落物的有效拦蓄水量为兴安落叶松(25.59 t/hm2)>榆树林(22.04 t/hm2)>油松林(19.68 t/hm2)>红松林(19.47 t/hm2)>紫椴林(14.49 t/hm2)>山杨林(10.56 t/hm2)，二者变化有所不同，但均表现为针叶林树种的拦蓄能力更强。所得结果与马正锐关于宁夏森林枯落物研究结果[12]较一致；但针叶林拦蓄水量较马正锐研究少，与研究地点为国有林场人工林分有关，枯落物层可能受到人为活动的影响，导致枯落物蓄积量减少。通过对比2个分解层次的有效拦蓄水量发现，针叶林半分解层拦蓄水量远大于未分解层，具有显著差异(P<0.05)。阔叶林未分解层拦蓄水量大于半分解层，具有显著差异(P<0.05)。

3.4 枯落物持水过程特征分析

3.4.1 枯落物持水量特征分析 不同林下枯落物持水量随时间的延长而不断累加，直至接近饱和。不同林分、不同分解层的持水量特征也不尽相同，按照时间顺序记录半分解层、未分解层、枯落物层的持水量变化过程累积量，得图2。

图2 各林分类型下不同层次枯落物持水过程Fig.2 Water-holding process of litter at different layers under different stand types

由图2可知：半分解层中，针叶林和阔叶林枯落物持水量在0～4 h内迅速增加，后逐渐达到峰值；未分解层中，针叶林与阔叶林持水量在0～4 h内迅速增加，针叶林在5～7 h，阔叶林在4～6 h接近饱和，与赵阳等[19]在河北省围场县典型森林枯落物的研究结果一致；在枯落物半分解层，各个时段持水累加量符合针叶林持水量大于阔叶林的规律，枯落物层总持水量为兴安落叶松>油松林>榆树林>山杨林>红松林>紫椴林。

3.4.2 枯落物吸水速率特征分析 枯落物的吸水速率是反映森林水文效应的指标之一。按照时间点分别计算各林分半分解层、未分解层、枯落物的吸水速率变化规律，得图3。

由图3可以发现，6种林分样地的枯落物吸水速率均为由快逐渐减缓并最终趋于0，用对数函数拟合效果较好。通过对各层次吸水速率的对比分析发现：不同林分吸水速率均在0～4 h急剧下降，未分解层阔叶林起始吸水速率大于阔叶林，经过加权平均后，计算出各个林分枯落物初始吸水速率(前2 h平均吸水速率)大小排列顺序为榆树林(508.25 g/(kg·h))>兴安落叶松(498.74 g/(kg·h))>山杨林(476.08 g/(kg·h))>油松林(468.77 g/(kg·h))>紫椴林(449.32 g/(kg·h))>红松林(410.92 g/(kg·h))，结果与姜海燕等[15]在大兴安岭岭南对土壤水文功能的研究较为一致。

4 结论与讨论

1)针叶林和阔叶林枯落物蓄积量及厚度存在分异性。针叶类树种林枯落物平均蓄积量大于阔叶类树种平均蓄积量，具有显著性差异；针叶树种半分解层所占比例高于未分解层，阔叶树种半分解层所占比例低于未分解层；针叶林枯落物层紧密程度一般高于阔叶林枯落物层。枯落物的拦蓄水量与其蓄积量显著相关：针叶林半分解层拦蓄水量显著大于未分解层，阔叶林未分解层拦蓄水量大于半分解层。

图3 各林分类型下不同层次枯落物吸水过程Fig.3 Water-absorbing process of litter at different layers under different stand types

2)针叶林与阔叶林持水能力分异特征与枯落物分解层次所占比例相关。其中针叶林半分解层最大持水率显著高于未分解层，阔叶林分解层无显著差异。不同林分枯落物最大拦蓄水量为兴安落叶松>榆树林>油松林>红松林>紫椴林>山杨林；针叶林半分解层最大拦蓄水量显著大于未分解层，阔叶林未分解层最大拦蓄水量大于半分解层。

3)针叶林最大持水量在1 485.70～1 732.36 g/kg，阔叶林最大持水量在1 110.39～1 569.09 g/kg。针叶林未分解层较半分解层饱和速度快，阔叶林半分解层较未分解层饱和速度快。半分解层吸水速率在0～4 h急剧下降，阔叶林尤为显著；未分解层阔叶林起始吸水速率大于阔叶林，不同林分均在6 h后逐渐趋向于0。

本文研究针叶林与阔叶林枯落物层水文功能，从持水能力、蓄积量、拦蓄水量以及持水过程等方面进行试验分析，发现了其中的变化规律，辽西地区针对枯落物的研究集中在森林枯落物持水特性与林下土壤物理特性。吕刚等[10]研究发现辽宁阜新海棠山针叶林枯落物蓄积量大于阔叶林，针叶林的土壤贮水能力大于阔叶林；魏晶等[20]在辽西大凌河流域对植被截留降雨能力研究分析后，得出针叶林油松林的截留效果差于沙棘林，森林对于涵养水源，改良土壤有着积极作用。在参考其他地区有关枯落物持水性的文献后发现，研究人员对于不同森林林下枯落物持水特性研究的试验结果不尽相同。马正锐等[11]发现宁夏地区植被林分枯落物半分解层持水率均高于未分解层，且未分解层为117.82%～208.05%，半分解层为169.34%～302.85%，针叶林有效拦蓄水量明显大于阔叶林，这些研究与笔者结论相一致。姜海燕等[15]大兴安岭测得林下枯落物持水率变化范围565.66%～676.36%，远大于本次研究所测得结果。莫菲等[21]在六盘山研究所得林下枯落物持水率83.3%～96.2%，小于本研究所得。贾剑波等[22]在北京密云研究得出阔叶林持水量与持水率大于针叶林。出现以上结果，一方面是由于不同地区的水热条件不同，林下枯落物层的物质组成、分解程度等各项物理指标不同，另一方面针对枯落物持水性研究集中在其表征量观测，缺乏机理性研究。而相比于国外研究人员，针对枯落物的持水性，他们不仅局限于某一区域某一林分枯落物持水性的表征观测上，而且着力分析研究影响枯落物持水性的相关因素，即机理性研究。例如：Sato Yoshinobu等[23]，研究了不同降雨条件以及叶形对于枯落物持水性的影响；V.Kavvadias等[24]针对枯落物的分解速率的影响因素进行了分析研究，发现不同水热条件下不同林分枯落物分解分异规律对枯落物持水性的影响。

今后我国针对于枯落物持水性的研究应逐渐加强对其持水机理的研究，揭示影响枯落物持水性能的主要因素，如叶形、枯落物分解累计速率、枯落物堆积层结构等，以求建立枯落物持水模型，为森林土壤层水文运动过程的研究提供科学依据。

[1] ODUM E P.Fundamentals of ecology[M].Philadelphia and London:W B Saunders Company,1971:109.

[2] FUJIEDA M，KUDOH T，CICCO V D，et al.Hydrological processes at two subtropical forest catchments:the Serra do Mar,Säo Paulo,Brazil [J].Journal of Hydrology,1997,196:26.

[3] 薛立,何跃君,屈明,等.华南典型人工林凋落物的持水特性[J].植物生态学报,2005,29(3):415.XUE Li,HE Yuejun,QU Ming,et al.Water holding characteristics litter in plantations in south China[J].Acta Phytoecologica Sinica,2005,29(3):415.

[4] TAMAI K,ABE T,ARAKI M,et al.Radiation budget,soil heat flux and latent heat flux at the forest floor in warm,temperate mixed forest[J].Hydrologic Processes,1998,6:455.

[5] 李学斌,陈林,樊瑞霞,等.围封条件下荒漠草原4种典型植物群落枯落物输入对土壤理化性质的影响[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2015,41(1):101.LI Xuebin,CHEN Lin,FAN Ruixia,et al.Effects of four typical plant community litter input on soil physical and chemical properties under the fenced condition in desert steppe [J].Journal of Zhejiang University (Agric.& Life Sci.),2015,41(1):101.

[6] 李茜.黄土高原不同树种枯落叶混合分解对土壤性质的影响[D].陕西杨凌：西北农林科技大学,2013:5.LI Qian.Effects of mixed litter decomposition from different tree species on soil properties in the loess plateau [D].Shannxi Yangling:Northwest A&F University,2013:5.

[7] 张丽霞.辽西水土流失区退耕还林中的问题及建议[J].北方果树,2005(3):44.ZHANG Lixia.Regions of returning farmland to forest namely soil erosion areas in western Liaoning problem and suggestion [J].Northern Fruits,2005(3):44.

[8] 王健,刘作新.辽西人工林资源状况分析[J].干旱地区农业研究,2003,21(1):129.WANG Jian,LIU Zuoxin.Analysis on plantation resources in west Liaoning province[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2003,21(1):129.

[9] 吕刚,曹小平,卢慧,等.辽西海棠山森林枯落物持水与土壤贮水能力研究[J].水土保持学报,2010,24(3)：203.LYU Gang,CAO Xiaoping,LU Hui,et al.Study on water-holding capacity of forest litter and soil in Haitang Mountain of western Liaoning Province [J].Journal of Soil and Water Conservation,2010,24(3)：203.

[10] MIRITI J,KIRONCHI G,ESILABA A,et al.The effects of tillage systems on soil physical properties and water conservation in a sandy loam in eastern Kenya[J].Journal of Science and Environmental Management,2013,4(7):146.

[11] 马正锐,程积民,班松涛,等.宁夏森林枯落物储量与持水性能分析[J].水土保持学报,2012,26(4)：199.MA Zhengrui,CHENG Jimin,BAN Songtao,et al.Litter storage and water-holding characteristics of typical forest types in Ningxia[J].Journal of Soil and Water Conservation,2012,26(4)：199.

[12] 吕刚,吴祥云,雷泽勇,等.辽西半干旱低山丘陵区人工林地表层土壤水文效应[J].水土保持学报,2008,22(5):204.LYU Gang,WU Xiangyun,LEI Zeyong,et al.Hydrology effect of artificial woodland surface soil in semi-arid low mountainous upland region of western Liaoning Province[J].Journal of Soil and Water Conservation,2008,22(5):204.

[13] 张振明,余新晓,牛健植,等.不同林分枯落物层的水文生态功能[J].水土保持报,2006,19(3):139.ZHANG Zhenming,YU Xinxiao,NIU Jianzhi,et al.Ecohydrological functions of litter on different forest stands [J].Journal of Soil and Water Conservation,2006,19(3):139.

[14] 饶良懿,朱金兆,毕华兴．重庆四面山森林枯落物和土壤水文效应[J]．北京林业大学学报,2005,27(1):33.RAO Liangyi,ZHU Jinzhao,BI Huaxing.Hydrological effects of forest litters and soil in the Simian Mountain of Chongqing City[J].Journal of Beijing Forestry University,2005,27(1):33.

[15] 姜海燕,赵雨森,陈祥伟,等．大兴安岭岭南几种主要森林类型土壤水文功能研究[J].水土保持学报,2007,21(3):149.JIANG Haiyan,ZHAO Yusen,CHEN Xiangwei,et al.Research on soil hydrology characteristics of some main forest type in south part of Daxing anling[J].Journal of Soil and Water Conservation,2007,21(3):149.

[16] 胡淑萍,余新晓.北京百花山森林枯落物层和土壤层水文效应研究[J].水土保持学报,2008,22(1):146.HU Shuping,YU Xinxiao,YUE Yongjie.Hydrological effects of forest litters and soil in Baihua Mountain [J].Journal of Soil and Water Conservation,2008,22(1):146.

[17] 刘少冲,段文标,赵雨森.莲花湖库区几种主要林型枯落物层的持水性能[J].中国水土保持科学,2005,3(2):81.LIU Shaochon,DUAN Wenbiao,ZHAO Yusen.Water-holding capacity of litter layer for various major forest types in Lianhua Lake reservoir area[J].Science of Soil and Water Conservation,2005,3(2):81.

[18] 赵芳,李雪云,赖国桢,等.飞播马尾松林不同林下植被类型枯落物及土壤水文效应[J].2016,14(4):28.ZHAO Fang,LI Xueyun,LAI Guozhen,et al.Hydrological effects of forest litters and soil in different types of understory vegetation in aerially-seededPinusmassonianaplantation[J].Science of Soil and Water Conservation,2016,14(4):28.

[19] 赵阳,余新晓,吴海龙,等.华北土石山区典型森林枯落物层和土壤层水文效应[J].水土保持学报,2011,25(6):148.ZHAO Yang,YU Xinxiao,WU Hailong,et al.Hydrological effects of forest litters and soil in rocky mountain area of northern China[J].Journal of Soil and Water Conservation,2011,25(6):148.

[20] 魏晶,吴钢.辽西低山丘陵区人工油松林和沙棘林的水文生态效应[J].生态学报,2006,26(7):2088.WEI Jing,WU Gang.Hydro-ecological effects of artificialPinustabulaeformisCarr.andHippophaerhamnoidesstands in low mountainous upland of western Liaoning Province,China[J].Acta Ecologica Sinica,2006,26(7):2088.

[21] 莫菲,于澎涛,等.六盘山华北落叶松林和红桦林枯落物持水特征及其截持降雨过程[J].生态学报,2009,29(6):2870.MO Fei,YU Pengtao,et al.The water-holding capacity of litter layers in the forests ofLarixprincipis-rupprechtiiandBetulaalbo-sinensisin Liupan Mountain and their rainfall interception process[J].Acta Ecologica Sinica,2009,29(6):2870.

[22] 贾剑波,刘文娜,余新晓,等.半城子流域3种林地枯落物的持水能力[J].中国水土保持科学,2015,13(6):26.JIA Jianbo,LIU Wenna,YU Xinxiao,et al.Water-holding characteristics of litters in three types of forest in the upper reaches of Banchengzi Basin[J].Science of Soil and Water Conservation,2015,13(6):26.

[23] SATO Yoshinobu,KUMAGAI Tomo’omi,KUME,et al.Experimental analysis of moisture dynamics of litter layers-The effects of rainfall conditions and leaf shapes[J].Hydrological Processes,2004,18(16):3007.

[24] KAVVADIAS V,ALIFRAGIS D,TSIONTSIS A,et al.Litterfall,litter accumulation and litter decomposition rates in four forest ecosystems in northern Greece[J].Forest Ecology and Management,2001,144(1/2/3):113.

Comparison of litter water-holding capacity between coniferous and broadleaf forests in low mountainous and hilly areas of western Liaoning

LÜ Gang，WANG Lei，LI Yexin，FU Xinyang，WANG Kai

(School of Environmental Science and Engineering,Liaoning Technical University,123000,Fuxin,Liaoning,China)

[Background] Domestic and foreign scholars have conducted a lot of researches on the litter hydrological characteristics of different forest types in different regions,mathematical model of litter storage,mathematical model of litter interception and its mechanism.However,it is lack of study on the hydrological characteristics of typical forests’ litters in western Liaoning area of China and the differences of hydrological characteristics of litter in different leaf shapes,to compare and analyze the water-holding capacity of litter of coniferous forest and of broadleaf forest in low-mountainous and hilly areas of western Liaoning,and provide the scientific basis and technical support for forest vegetation restoration,[Methods]Three coniferous forests (Pinuskoraiensisforest,Pinustabulaeformisforest andLarixgmeliniforest) and three broadleaf forests (Ulmuspumilaforest,Populusdavidianaforest andTiliaamurensisforest) were selected as the study objects,and took 3 samples along a single diagonal line of every forest’s sample plot.Maximum water-holding rate,maximum water-holding capacity,accumulated water-holding capacity,and water absorption rate were measured by indoor water immersion and related calculation.[Results] The average storage volume of coniferous forests was larger than that of broadleaf forests,and the storage volume of coniferous forests was between 14.65 t/hm2and 17.75 t/hm2,while that of broadleaf forests was in the range of 8.44-16.92 t/hm2.The average thickness of litter in coniferous forests (2.79 cm) was larger than that in broadleaf forests (2.44 cm).The maximum water-holding capacity of coniferous forests was 148.88%-173.19%,while that of broadleaf forests was 145.42%-156.91%.The modified interception volume of coniferous forests was 19.47-25.59 t/hm2,and that of broadleaf forests was 10.56-22.04 t/hm2.The water absorption rate of coniferous forests was (410.92-498.74 g/(kg·h)),while that of broadleaf forests was (449.32-508.25 g/(kg·h)).[Conclusions] There are differences between litter storage volume and thickness of coniferous and broadleaf forests.Water-holding capacity differentiation characteristics of coniferous forests and broadleaf forests are related to the proportion of litter decomposition layers.The ability of interception of coniferous forests is stronger than broadleaf forests.The interception volumes of semi-decomposed layer of coniferous forests are significantly larger than those of undecomposed layer,while the interception volumes of undecomposed layers of broadleaf forests are greater than that of semi-decomposed layer.The water absorption rate of undecomposed layer of coniferous forest is faster than that of semi-decomposed layer,and the semi-decomposing layer of broadleaf forest is faster than that of undecomposed layer.The water absorption rate of semi-decomposed layer decreased sharply in 0-4 h,especially in broadleaf forest.

water holding capacity; coniferous forest； broadleaf forest； low mountain and hilly areas； western of Liaoning

2016-11-23

2017-02-17

项目名称：国家自然科学基金”干旱胁迫下科尔沁沙地主要防护林树种CNP化学计量特征及其影响机制”(31400613)

吕刚(1979─)，男，博士，副教授。主要研究方向：土壤侵蚀与土壤水文。E-mail:lvgang2637@126.com

S157.2

A

2096-2673(2017)04-0051-09

10.16843/j.sswc.2017.04.007