滇南亚热带地区典型公益林与商品林凋落物储量及持水特性

刘蔚漪，喻庆国，罗宗伟，张昌顺

1. 西南林业大学林学院，云南 昆明 650224；2. 江城县勐烈镇林业服务中心，云南 江城 676299；3. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101

滇南亚热带地区典型公益林与商品林凋落物储量及持水特性

刘蔚漪1，喻庆国1，罗宗伟2，张昌顺3*

1. 西南林业大学林学院，云南 昆明 650224；2. 江城县勐烈镇林业服务中心，云南 江城 676299；3. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101

为探讨滇南亚热带地区公益林凋落物水文生态效应，以普洱市 7种典型林分类型的公益林——A0常绿阔叶林、A1思茅松（Pinus kesiya）纯林、A2混思茅松林（8:2）、A3混栎类（2:8）、A4黄竹林（Dendrocalamus membranceus）、A5灌木林地、A6宜林地）为研究对象，以同种类型商品林，另加橡胶林（Rubber plantation）和桉树林（Eucalyptus robusta）作对比，通过野外调查、室内浸水法对其凋落物储量、持水特性、对降雨的拦蓄性能等进行定量研究，结果表明，（1）公益林中，思茅松纯林的凋落物储量最大(21.30±2.10) t∙hm-2，常绿阔叶林最小(12.47±1.31) t∙hm-2；商品林中，黄竹林凋落物储量最大(14.30±2.41) t∙hm-2，橡胶林最小(2.83±0.12) t∙hm-2。（2）各林分凋落物持水量的变化规律基本一致，持水量随着时间的变化而增大，1.5内，持水量增幅较大，5.5 h后增幅相对平稳。24 h后，公益林中常绿阔叶林的凋落物持水量最大（0.841 mm），灌木林最小（0.449 mm）；商品林中，橡胶树凋落物持水量最大（0.795 mm），思茅松纯林最小（0.505 mm）。总的趋势为阔叶树种的凋落物持水量大于针叶树种。凋落物持水量与浸泡时间呈对数关系（Y=alnt+b）。（3）同种林分的公益林与商品林的凋落物吸水速率，除混栎类几乎相同，其他类型公益林的凋落物吸水速率高于同类型商品林，各林分凋落物吸水速率与浸水时间之间的关系呈幂函数关系（Y=at-b）。（4）公益林中，因思茅松纯林凋落物储量较大，其最大持水量（3.416 mm）也较常绿阔叶林（2.686 mm）大，对降雨的拦蓄能力也最好（2.033 mm）；商品林中，黄竹林凋落物有效拦蓄量最高（1.394 mm），受干扰程度最大的橡胶林凋落物有效拦蓄量最小（0.434 mm）。综合分析，滇南亚热带地区公益林凋落物的水文生态功能优于商品林。商品林因人为经营活动，其林下凋落物层的完整性遭到破坏，凋落物层的水文功能减弱，所以人为干扰是影响凋落物层水文功能的主要因素之一。

公益林、凋落物；持水量；吸水速率；有效拦蓄

生态公益林是以生态效益为主要产品的森林。基于其固有的公共属性，在国家的正确引领下，云南省是最早实施中央森林生态效益补偿机制的省份之一（赵书学，2013）。普洱市为云南省土地面积最大的一个州市，属亚热带季风气候区，冬无严寒，夏无酷暑，生物资源丰富。普洱市林业用地面积达327.81×104hm2，森林覆盖率达68.7%，活立木蓄积量达2.68×108m3，占云南省的14%，是云南省的重点林区、西南重要生态安全屏障（武建雷等，2012）和国家重要的商品林基地。普洱市于 1966年开始对全市森林进行公益林区划工作。经过多次区划调整，普洱市公益林规模、布局得到不断优化和完善。普洱市公益林面积达92.28×104hm2，占林业用地面积的 28.15%；主要分布在江河源头和两岸、自然保护区、边境线等，对云南省的生态建设，珍稀野生动植物保护起着非常重要的作用（袁亚飞，2014）。经过近 10年的建设，普洱市公益林的林分质量得到显著提高，林分平均蓄积量（107.7 m3∙hm-2）明显大于商品林（89.4 m3∙hm-2），公益林林分结构、林分质量得到了提高，其生态效益必然随之增加。

近年来很多学者已从各个方面对公益林的生态效益展开了研究（管杰然等，2012；周祥等，2011；曹鹤等，2009；黄进等，2010）。在生态公益林建设中，增加凋落物层蓄积量，能有效防止土壤侵蚀并起到涵养水源的作用（杨会等，2008），凋落物的归还和分解是森林生态系统地球化学循环的一个重要组成部分（Hansen et al.，2009）。凋落物不仅是碳和养分循环的关键因素（Mass et al.，2012；Bengtsson et al.，2012），还影响森林地被层呼吸（Ryan et al.，2005），同时凋落物的组成不同，导致土壤层的有机质含量不同，从而影响土壤的持水能力（Llek et al.，2015）。因此，关于凋落物层的水文效益研究一直以来是人们关注的重点。目前，关于云南森林类型的枯落物持水特性研究不多，刘芝芹等（2013）对云南高原不同林分类型枯落物储量及持水特性进行了研究，认为华山松（Pinus.armandi）+云南松（P. yunnanensis）+马桑（Coriaria nepalensis）混交林枯落物持水量最大，涵养水源的能力最强；段绍明（2012）对云南省景东县不同林分类型生态公益林的凋落物持水特性进行了研究，认为旱冬瓜（Alnus nepalensis）持水性比云南松和桉树（Eucalyptus robusta）强；罗新萍（2012）对云南泸水5种生态公益林凋落物物持水特性进行了研究，认为云南松-冷杉（Abies fabri）混交林凋落物持水速率最大。3位学者的研究方法基本一致，但刘芝芹的研究对象为人工林（商品林），段绍明、罗新萍的研究对象是公益林，并未对相同类型的人工林（商品林）与公益林凋落物持水特性进行比较，本文将首次展开这方面的比较研究。云南省生态公益林在生态保护建设中占有非常重要的作用和地位，公益林的生态作用是不可忽视的，但商品林作为云南山区的主要经济支柱，其生态价值和经济价值之间的差值也是值得我们去探讨的。本文以云南省亚热带地区普洱市公益林为代表，选取7种典型森林类型为主要研究对象，其中也包括云南景东地区的公益林，以同种类型商品林作对比，并对特殊森林类型黄竹（Dendrocalamus membranceus）林也进行了研究，对这些不同林分的凋落物层蓄积量、持水量、持水率、最大持水量、有效拦蓄量等水文因子展开研究，为今后系统开展云南省公益林管理、公益林生态补偿机制研究提供理论依据。

1 样地概况

试验地分散在普洱市各县，普洱市地处北纬22°02′～24°50′、东经 99°09′～102°19′，北回归线横穿其中部，全市海拔在317～3370 m之间，中心城区海拔1302 m，全市年均气温15～20.3 ℃，年无霜期在315 d以上，年降雨量1100～2780 mm，土壤类型主要以红壤和黄壤为主，土层比较深厚，土壤肥沃。常见的植被群落有思茅松（Pinus kesiya）、木荷（Schima superba）、思茅青冈（Cyclobalanopsis xanthotricha）、思茅锥（Castanopsis ferox）、高山锥（Castanopsis delavayi）、短刺锥（Castanopsis echidnocarpa）、锐齿槲栎（Quercus aliena）等天然林及人工林。各试验地的基本情况如表1所示，A类为公益林，B类为商品林。

A0常绿阔叶林（纯栎类）主要树种有思茅栲Castanopsis ferox、桤木Alnus cremastogyne、思茅青冈 Cyclobalanopsis xanthotricha、枹丝锥Castanopsis calathiformis，林下主要树种有南烛Vaccinium bracteatum、十大功劳Mahonia fortunei、悬钩子Rubus corchorifolius、紫茎泽兰Eupatorium adenophora；A1思茅松纯林林下主要树种有虎皮楠Daphniphyllum oldhami、思茅锥 Castanopsis ferox、石松Lycopodium japonicum、羊耳菊Inula cappa、筐条菝葜 Smilax corbularia、黑面神 Breynia fruticosa；A2混思茅松林（8:2）、A3混栎类（2:8）主要树种有思茅松、银木荷Schima argentea、黄檀Dalbergia hupeana，林下主要树种有南烛山胡椒Lindera glauca、野牡丹Melastoma candidum、莠竹Microstegium nodosum、破坏草 Eupatorium coelestinum、筐条菝葜；A4黄竹林林下主要树种有斑鸠菊Vernonia esculenta、凤尾蕨Pteris cretica、银柴Aporosa dioica、山芝麻Helictercs angustifolia。B1思茅松纯林林下主要树种有南烛 Vaccinium bracteatum、菝葜、野姜菊、长穗兔耳风 Ainsliaea henvyi；B2混思茅松林（8:2）林下主要树种有饿蚂蟥Desmodium multiflorum、香乳；B3混栎类（2:8）林下主要植被为沿阶草、野姜、紫茎泽兰；B4黄竹林林下主要植被为乌饭子Vaccinium bracteatum、沿阶草、紫茎泽兰；B5桉树林林下主要树种有茶梨、算盘子 Glochidion puberum、美丽崖豆藤 Millettia speciosa；B6橡胶林林下主要树种有弓果黍Cyrtococcum patens、飞机草Eupatorium odoratum、毛蕨Cyclosorus interruptus。

表1 样地基本概况Table 1 Background information of sample plots

2 研究方法

于2015年8月上旬—11月末，在普洱市公益林、商品林生态效益普遍调查的基础上，分别选择具有代表性的7种公益林和6种商品林进行凋落物水文效益研究，样地类型分别为：A0常绿阔叶林（纯栎类）、A1思茅松纯林、A2混思茅松林（思茅松8：其他阔木2）、A3混栎类（思茅松2：其他栎类8）、A4黄竹林、A5灌木林地、A6宜林地、B1思茅松纯林、B2混思茅松林（8:2）、B3混栎类（2:8）、B4黄竹林、B5桉树林、B6橡胶林。根据森林资源二类调查规程，在各林分内随机设置3块 28.28 m×28.28 m调查样地（面积约等于 0.1 hm2）进行每木检尺（起测径阶为5 cm），分别调查树高、胸径、郁闭度、林分密度等因子，并对样地的坡度、坡位和坡向等基本情况进行记录（表1）。在样地内设置5个面积为1 m×1 m的小样方，用钢尺测量并记录凋落物层总厚度，调查凋落物鲜重，并采集500 g左右凋落物样品，带回实验室进行持水特性试验。

凋落物持水量和吸水速率的测定：参考张昌顺等（2010）实验方法，采用室内浸泡法测定林下凋落物的持水量和吸水速率。每个样方取10.0 g左右样品，自然风干，3次重复。用尼龙网兜装好凋落物样品，将其完全浸入清水中，分别浸泡0.25、0.5、1、1.5、2.5、3.5、5.5、7.5、9.5、11.5、20、24 h后，取出后静置10 min左右，直至凋落物不滴水为止，迅速用电子天平测定凋落物连网兜的湿重。实验结束后洗净尼龙网兜并称其湿重。凋落物湿重与其烘干重和网兜湿重的差值，即为凋落物浸泡不同时间的持水量，该差值与浸泡时间的比值为凋落物的吸水速率。

计算公式如下：

式中，M0、M2、M3和 M24分别为枯落物样品烘干质量（g）、自然状态鲜质量（g）、用于浸泡实验枯落物干质量（g）、浸水24 h后枯落物质量（g）；M1和M分别是枯落物鲜质量储量和干质量储量（t∙hm-2）；R0、Rmax、Ryx分别为枯落物自然持水率、最大持水率和有效拦蓄率（%）；Mt为浸水t小时后M3的持水量（mm）；H0、Hmax、Hyx、Ht和Vt分别为枯落物层自然持水量（mm）、最大持水量（mm）、有效拦蓄水量（mm）、浸水t小时后的累积持水量（mm）和累积吸水速率（mm∙h-1）（张昌顺等，2010；陈伟光等，2014）。

采用SPSS 13.0中的单因素方差分析对不同林分类型凋落物相关性状进行差异显著性检验（α=0.05），采用Excel 2010进行制图。

3 结果分析

3.1 凋落物储量与持水量

由表2可知，不同林分凋落物储量差异较大，公益林的凋落物储量总体比同种林分类型的商品林凋落物储量大；除黄竹林外，相同林分类型的公益林与商品林之间的凋落物储量差异显著（P＜0.05）。公益林中，凋落物储量排序为：思茅松纯林(21.30±2.10) t∙hm-2＞混栎类(20.33±0.99) t∙hm-2＞混思茅松(17.22±2.34) t∙hm-2＞宜林地(15.39±1.37)t∙hm-2＞ 黄 竹 林 (15.10±1.56) t∙hm-2＞ 灌 木 林 地(13.53±1.37) t∙hm-2＞常绿阔叶林(12.47±1.31) t∙hm-2。商品林凋落物储量排序为：黄竹林(14.30±2.41)t∙hm-2＞桉树(9.25±1.33) t∙hm-2＞混栎类(8.12±0.39)t∙hm-2＞ 混 思 茅 松 (8.08±0.72) t∙hm-2＞ 纯 思 茅 松(7.75±0.88) t∙hm-2＞橡胶树(2.83±0.12) t∙hm-2。公益林中的思茅松纯林凋落物储量最大，灌木林地凋落物储量最少，黄竹林、灌木林地、宜林地凋落物储量差异不显著（P＞0.05）；商品林中黄竹林凋落物储量最大，橡胶林凋落物储量最少，不同类型林分凋落物储量差异显著（P＜0.05）。结合表1分析，该现象可能与林分的密度、林下植被生物多样性及树叶凋落的季节有关。

表2 不同林地凋落物储量Table 2 The litter amount in the different forest stands

各林分凋落物持水量的变化规律基本一致，持水量随着时间的延长而增大，1.5内，持水量增幅较大，5.5 h时增加比例相对平稳。由表3可知，常绿阔叶林24 h后的持水量是各林分中最大的，而同种林分的不同公益林与商品林相比，公益林的凋落物持水量大于商品林。公益林中，凋落物24 h后的持水量排序为：常绿阔叶林（0.841 mm）＞混思茅松（0.808 mm）＞思茅松纯林（0.791 mm）＞黄竹林（0.748 mm）＞混栎类（0.583 mm）＞宜林地（0.532 mm）＞灌木林地（0.449 mm）；商品林中，凋落物24 h后的持水量排序为：橡胶树（0.795 mm）＞桉树（0.769 mm）＞混思茅松（0.660 mm）＞黄竹林（0.584 mm）＞混栎类（0.578 mm）＞思茅松纯林（0.505 mm）。

对各林分凋落物持水量与浸泡时间关系进行拟合分析，得到凋落物持水量与浸泡时间的动态关系为：

式中，Y为凋落物持水量（mm），t为浸泡时间（h），a为方程系数，b为方程常数项，其模型拟合优度都达到了 0.88以上（P＜0.001），与张昌顺等（2010）研究结果一致。

3.2 凋落物吸水速率

如图1所示，1.5 h前，各林分凋落物吸水速率相对较高；2 h后，吸水速率下降速度减缓；7.5 h后，持水接近饱和，之后基本趋于动态平缓状态。

表3 不同林分类型凋落物持水量（mm）与浸泡时间（h）的关系Table 3 The relation between water holding capacity of litter (mm) and immersion time (h)

图1 凋落物吸水速率与浸泡时间的关系Fig. 1 Relationship between holding water rate and immersed time

用SPSS统计软件拟合各类型林分凋落物吸水速率与浸泡时间的关系，发现凋落物吸水速率与浸泡时间的动态关系为：

式中，Y为凋落物吸水速率，mm∙h-1；t为凋落物吸水时间h；a为方程回归系数；b为指数。如图1所示，各林分凋落物吸水速率与浸水时间之间的关系呈幂函数方程变化（P＜0.001），这与许多学者的研究结果一致（刘芝芹等，2013；陈波等，2012）。

图2 不同林分类型凋落物持水特性Fig. 2 Litter water holding rate of different stand types

3.3 不同林分类型凋落物持水量和拦蓄量性能

由图2可知，公益林的凋落物最大持水量及有效拦蓄量都比商品林高，同时说明，人为干扰对凋落物的涵养水源作用影响也很大。公益林中，因思茅松类的林分凋落物储量较大，其最大持水量也较常绿阔叶林大，最大持水量排序为：思茅松纯林（3.416 mm）＞混思茅松（3.264 mm）常绿阔叶林（2.686 mm）＞灌木林地（2.586 mm）＞黄竹林（2.392 mm）＞混栎类（2.386 mm）＞宜林地（1.950 mm）；公益林对降雨的拦蓄能力也优于商品林，当降水量少于1.34 mm时，公益林能起到一定的拦蓄作用，而不产生下渗地表径流，在实际应用中，可以有效拦蓄量来估算凋落物对降雨的实际拦蓄效果和能力（赵磊等，2013）。各林分能拦蓄的降水深度表现为：思茅松纯林（2.033 mm）＞混思茅松（2.026 mm）＞混栎类（1.760 mm）＞灌木林地（1.735 mm）＞常绿阔叶林（1.614 mm）＞宜林地（1.424 mm）＞黄竹林（1.342 mm）。商品林中以黄竹林的凋落物最大持水量和有效拦蓄量最高，其次是桉树林，商品林对降雨的有效拦蓄量排序为：黄竹林（1.394 mm）＞桉树林（1.345 mm）＞混思茅松（0.858 mm）＞思茅松纯林（0.730 mm）＞混栎类（0.590 mm）＞橡胶林（0.434 mm）。

如图2所示，阔叶树种林分中的常绿阔叶林、桉树林、橡胶树林，其最大持水率和有效拦蓄率都比思茅松林大，公益林最大持水率排序为：常绿阔叶林（215.28%）＞灌木林地（191.11%）＞混思茅松（189.58%）＞思茅松纯林（160.37%）＞黄竹林（158.47%）＞宜林地（126.71%）混栎类（117.33%）；有效拦蓄率排序为：常绿阔叶林（129.38%）＞灌木林地（128.19%）＞混思茅松（117.70%）＞思茅松纯林（95.44%）＞宜林地（92.56%）＞黄竹林（88.87%）＞混栎类（86.53%）。松树针叶凋落物含有较多的油脂，不容易分解，其吸水率和有效吸水量往往没有阔叶树种的凋落物高（薛立等，2005）。

4 讨论

4.1 不同林分凋落物储量的比较

同种林分类型，公益林凋落物储量比商品林大，两种类型思茅松林分差异尤其明显。思茅松主要分布于云南中南部和西南部，是我国南亚热带地区特有的暖热性针叶树种，也是云南主要的速生用材和采脂树（陈庆等，2014）。公益林思茅松林内人为活动较少，对林分内的凋落物层破坏也很小；而由思茅松组成的商品林林分，受人为活动影响较为频繁（松脂割采），对林下凋落物层的破坏也很大，即储量就相对较小。未受到破坏的公益林思茅松林的凋落物储量大于常绿阔叶林，这也符合前人的研究结果（段绍明，2012）。常绿阔叶林的凋落物储量(12.47±1.31) t∙hm-2接近中亚热带格氏栲（Castanopsis Kawakamii）天然林（11.01 t∙hm-2）（杨玉盛等，2003）；就全球森林类型来看，温带常绿阔叶林的年凋落物量小于温带针叶林的年凋落物量（Zhang et al.，2014），且松针中含有较多的纤维素和脂类物质，微生物很难将其降解，难以分解。

竹林能够有效保证林下生物多样性、凋落物量以及土壤有机物含量（Christanty et al.，1996），以黄竹林为主的林分类型中，商品林黄竹林凋落物储量(14.30±2.41) t∙hm-2与公益林黄竹林凋落物储量(15.10±1.56) t∙hm-2相差不大，这是因为商品林黄竹林虽然受人为干扰大于公益林，但由于人们追求经济利益，林内存在人为施肥耕作的现象，使得商品黄竹林的林分密度高达1525 plant∙hm-2，而作为公益林的黄竹林，未经过人为干预，其林分密度仅为913 plant∙hm-2，且商品黄竹林的平均胸径、平均树高、郁闭度等指标上都高于公益林黄竹林。所以，受到林分密度、林分质量的影响，商品黄竹林凋落物层的储量仍能保持一定的数量。

广西地区桉树人工林连续年龄林地凋落物储量在 0.35～10.98 t∙hm-2之间，随着年龄的增大呈递增趋势（黄承标等，2011）。本研究测得凋落物储量为 5年生桉树林，凋落物储量为(9.25±1.33)t∙hm-2，与黄承标（2011）所得数据（8.92～10.23 t·hm-2）相比，储量差异不大，相对较小，可能与两地经营水平有关系。广西地区桉树林经营方式为集约经营，每年定期施肥，而云南地区的桉树林多为粗放经营，其林分质量没有广西地区的优良。

本研究中橡胶林（中龄）凋落物储量为(2.83±0.12 ) t∙hm-2，小于卢洪健等（2011）测得的西双版纳地区橡胶凋落物储量（8.896 t∙hm-2），并小于40年生老龄（过熟）林（6.181 t∙hm-2），接近周卫卫等（2009）研究得出海南琼中 15年生橡胶林凋落物储量（3.25 t∙hm-2），可能与取样时间的差异有关。卢洪健取样时间为3月，经历第1个凋落高峰期，凋落物获得较大输入量，且在当年所受人为管理活动还较少；周卫卫取样时间为7月，凋落物基本处于分解和半分解状态；本研究取样时间为10月，当年凋落物处于分解后期，故凋落物储量较少。

从长远来看，生态公益林的凋落物量会随着树龄的增加而增加，通过凋落物分解形成的大量土壤腐殖质，显著改善了土壤结构，增加土壤非毛管孔隙度，提高了土壤的持水能力（梁永强等，2007）。

4.2 不同林分持水特性分析

研究发现，未分解和半分解凋落物的持水量及吸水速率可用于模拟森林凋落物对雨水的吸持过程，以了解不同林分类型凋落物的持水动态（顾宇书等，2013）。目前为止，几乎所有的研究都证明未分解和半分解枯落层的持水动态均有相同的变化趋势（莫菲等，2009），所以本研究未进行分层处理，并且，在自然界中，凋落物的持水特性也不可能分层起作用。所以，本研究凋落物持水特性为整个凋落物层的持水特性，而不是某一个分解层的。各试验样地的取样重量大致相等，为500 g左右，用于持水实验的重量为10 g左右，各林分持水量不同，与凋落物的组成直接相关；此外，凋落物的蓄积量也是影响持水量的主要因素（潘明亮等，2011）。公益林中，纯思茅松林分的凋落物储量远远超过常绿阔叶林，但常绿阔叶林的持水量大于纯思茅松林，凋落物越厚，蓄积量越大，其持水性能应该是越好的，凋落物持水量可以达到自身干重的2～3倍（刘世荣等，2003）。人为干扰是影响凋落物持水量大小的一个关键因子，同种林分类型的公益林与商品林相比，由于商品林受人为干扰较大，其凋落物持水量相对较小，而商品林混栎类，虽然为商品林，但由于人为活动相对较少，其凋落物持水量和公益林混栎类相差不大。值得一提的是，橡胶树林凋落物持水量在商品林中是最大的，而储量却是最小的（与取样时间有关），说明阔叶树种的凋落物持水性能优于针叶树种。

公益林与商品林各林分凋落物吸水速率变化趋势基本一致，1.5 h前，各林分凋落物吸水速率相对较高，2 h后，吸水速率下降速度减缓，7.5 h后，持水接近饱和，之后基本趋于动态平缓状态。由此说明，枯枝落叶的枝叶表面或死细胞间水势差很大（樊登星等，2008），在降雨初期，枯枝落叶迅速吸水，起到了很好的截持和阻滞作用，同种林分的公益林与商品林，除混栎类林分几乎相同，其他类型公益林的凋落物吸水速率高于商品林。两种类型的混栎类林分凋落物的初始吸水速率和最后的吸水速率都相对一致（这与两种类型林分的林分结构和林地干扰度相对一致有关），其他类型的林分中，常绿阔叶林的凋落物吸水速率是最大的，说明公益林常绿阔叶林凋落物的持水能力最强，水源涵养功能最好（陈水莲等，2010；闫俊华等，2001）。

4.3 不同林分凋落物对降雨的拦蓄性能的分析

凋落物对降雨的拦蓄能力一般用最大持水量和有效拦蓄量表示，最大持水量反映的是扣除凋落物层本身含水量占据的持水容量以外的凋落物层持水能力大小，代表最大可能的降雨截留量（时忠杰等，2009），反映的是一个潜在的持水能力（肖石红等，2016），森林凋落物的最大持水量与凋落物的组成和储量有关。本研究常绿阔叶林凋落物最大持水量（2.656 mm）大于广东地区3种不同阔叶林的凋落物最大持水量（1.34～1.77 mm）（彭耀强等，2006），广东地区的3种阔叶林的凋落物持水量表现为黧蒴（Castanopsis fissa）林地＞荷木（Schima spp.）林地＞火力楠（Michelia macclurei）林，其中黧蒴林为栎类林地，而本研究中的常绿阔叶林以栎类为主，且林分成熟，郁闭度较高，这可能是其最大持水量较高的原因。本研究桉树凋落物含水率为25.07%，大于黄承标等（2011）研究结果（12.3%～ 13.6%），凋落物最大持水率（228.27%）接近黄承标等（2011）研究结果中幼龄桉树林的凋落物最大持水率（295.3%～414.9%），小于尾叶桉林凋落物最大持水率351%，但高于松树林。

最大持水量反映的是扣除枯落物本身含水量以外的最大可能降雨截留量，有效拦蓄量表示的是对实际降雨的拦截状况（卢振启等，2014）。本研究桉树林平均林龄为 5年，其有效拦蓄量为 1.34 mm，接近黄承标等（2011）研究 5年桉树林凋落物有效拦蓄量（1.96 mm）。然而，因橡胶树的凋落物蓄积量太少，其对降雨的有效拦蓄量小于思茅松林。灌木林地凋落物对降水的有效拦蓄量（1.735 mm）小于祁连山 5种灌丛林的有效拦蓄量（3.79～9.17 mm）（张学龙等，2015），可能与林下主要植被紫茎泽兰（Eupatorium adenophora）有关。商品林中，受干扰程度相对较小的黄竹林的凋落物最大持水量和有效拦蓄量最高。赵雨虹等（2015）研究得出，江西地区毛竹林在储量和持水能力方面均显著优于常绿阔叶林，这可能与竹林凋落物归还量较大有关。黄竹林是云南特有的、天然分布面积最大的中大型丛生竹，目前，景洪至思茅段的澜沧江河谷两岸是我国天然黄竹林发育最典型的区域之一；天然黄竹林对维系澜沧江河谷的脆弱生态系统具有重要作用（杨正斌等，2013）。

5 结论

通过对普洱市典型的公益林及商品林的凋落物储量、持水性能、拦蓄性能的定量研究发现，公益林凋落物层的水文生态功能优于同种类型的商品林。凋落物的组成、质地，林分的密度，林下生物多样性等会影响凋落物的水文功能，对于同一种类型的林分，人为干扰是影响凋落物层水文功能的主要因素之一。公益林因人为干扰较少，其凋落物层的完整性得到了很好的保持，凋落物的持水性能更强，且养分归还率更高，土壤层的水源涵养功能也更强。

云南多为山区，干湿季节明显，夏季容易发生泥石流、山体滑坡等事故，冬季又容易受到干旱的影响，且公益林多分布在江河源头和两岸，因此，加强公益林事业对于防止水土流失、涵养水源具有重要的意义。

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Litter Storage and Water-Holding Capacity Characteristics of Typical Public Welfare and Commercial Forests in the Subtropical Region of South Yunnan Province

LIU Weiyi1, YU Qingguo1, LUO Zongwei2, ZHANG Changshun3*
1. Forestry Collage, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China;
2. The Jiangcheng County Meng Lie Town Forestry Service Center, Jiangcheng 676214, China;
3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

This study aimed to determine the litter hydrological characteristics of ecological public welfare forests in the subtropical region of Pu’er City, Yunnan Province, China. Factors, such as total volume of litter layer, water-holding characteristics, and reducing surface runoff, of seven typical stands of ecological public welfare forests(A0-evergreen broad-leaved forests (pure Oak),A1-pure stands of Pinus kesiya, A2-mixed forest of Pinus kesiya (8:2), A3-mixed forest of Oak (2:8) A4-Dendrocalamus membranceus forests, A5-shrub land, A6-suitable forest land) were studied and were compared with those of the same type of commercial forests through field investigation and soaking experiment. Results showed that (1) in public welfare forests, the Pinus kesiya pure forest displayed the maximum total volume of litter layer[(21.30±2.10) t∙hm-2], whereas the evergreen broad-leaved forest showed the minimum[(12.47±1.31) t∙hm-2]. In commercial forests, Dendrocalamus membranaceus had the maximum total volume of litter layer[(14.30±2.41) t∙hm-2], whereas the minimum volume [(2.83±0.12) t∙hm-2] was observed in Hevea brasiliensis.(2) The variation of water-holding capacity of litter in the different forest stands was generally consistent. The water-holding capacity of the litter layer was increasing rapidly within1.5 h, whereas the increase rate became stable after 5.5 h. After 24 h, the water-holding capacity of the evergreen broad-leaved forest showed the highest (0.841 mm) in each stand of public welfare forest.The lowest water-holding capacity (0.449 mm) was observed in shrub forests. H. brasiliensis showed the highest water-holding capacity (0.795 mm) amongsix commercial forests, whereas the P. kesiya pure forest expressed the lowest. The overall trend was that the water-holding capacity of the broad-leaved tree species was greater than that of the coniferous tree species. The relationship between litter water-holding capacity and soaking time was logarithmic, Y=alnt+b. (3) The litter water-holding rate of public welfare forests was higher than that of commercial forests, except for the mixed oak forest. A logarithmic relationship was observed between water-holding capacity and soak time (Y=at-b). (4) The rainfall interception capacity of P. kesiya pure forest was the best (2.033 mm)because of its maximum total volume litter layer among the other forest stands. The maximum water-holding capacity (3.416 mm) of the P. kesiya pure forest was also higher than that of the evergreen broad-leaved forest (2.686 mm). When rainfall was less than 1.34 mm, all types of public welfare forests could play a certain role in storing without infiltration and surface runoff. In commercial forests, the highest (1.394 mm) modified interception was observed in D. membranaceus, whereas H. brasiliensis showed the lowest caused by severe disturbance. In summary, the ecohydrological function of the forest floor in public welfare forests was better than that of commercial forests. The hydrological function of the litter layer is influenced by the composition, texture, density, and the diversity of the forest. Man-made activities cause degradation of the integrity of forest litter layer, resulting in a decreased hydrological function of the litter layer. For the same type of stand, human disturbance is one of the main factors that affect the hydrological function of litter layers.

public welfare forest; litter; water capacity; water absorption rate; modified interception

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.10.011

S718.5; X171.4

A

1674-5906（2017）10-1719-09

刘蔚漪, 喻庆国, 罗宗伟, 张昌顺. 2017. 滇南亚热带地区典型公益林与商品林凋落物储量及持水特性[J]. 生态环境学报, 26(10): 1719-1727.

LIU Weiyi, YU Qingguo, LUO Zongwei, ZHANG Changshun. 2017. Litter storage and water-holding capacity characteristics of typical public welfare and commercial forests in the subtropical region of South Yunnan Province [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(10): 1719-1727.

国家自然科学基金项目（31660173）；西南林业大学云南省省级重点学科（林学）（2012BAD23B04）；云南省林学一流学科建设项目（51600625）；云南省教育厅重点项目（515006009）；普洱市林业局委托项目（215660）

刘蔚漪（1982年生），女，讲师，博士，主要从事森林生态与培育研究。

*通信作者：张昌顺（1977年生），男，博士，主要从事森林生态系统结构与功能研究。E-mail: zhangcs@igsnrr.ac.cn

2017-08-08