朝阳地区不同植被类型枯落物持水特性研究

林阳，王世忠，步兆东，刘利恒，荆烁

摘要：以朝阳地区典型的针叶、阔叶天然次生混交林和荆条以及其他天然次生混交灌丛为研究对象，探讨该区不同植被类型枯落物层的持水效应，结果表明：不同植被类型枯落物半分解部分的体积比和重量要不同程度高于未分解部分。天然次生混交林的枯落物厚度及储量要明显高于天然次生混交灌丛，阔叶与针叶天然次生混交林之间、荆条与其他天然次生混交灌丛之间差异不显著。针叶天然次生混交林枯落物最大持水率最高，阔叶天然次生混交林枯落物持水量最大。枯落物层越厚，持水性能越强，枯落物半分解层对整体持水效果的影响要比未分解层更大。不同植被类型枯落物层持水效应：阔叶天然次生混交林>针叶天然次生混交林>其他天然次生混交灌丛>荆条天然次生混交灌丛。

关键词：植被类型，枯落物，持水特性

Study on Litter Water-holding Characteristics of Different Vegetation Types in Chaoyang Area

LIN Yang1， WANG Shi-zhong1， BU Zhao-dong1， LIU Li-heng2， JING Shuo1

（1. Liaoning Institute of Dry-land Agriculture and Forestry， Chaoyang， 1220002. Chaoyang Sino-German Cooperative Ecological Afforestation Project Office， Chaoyang 122000）

Abstract： The water holding effect of litter layers of coniferous and broad-leaved natural secondary mixed forests and vitex and other natural secondary mixed shrubs in Chaoyang area had been researched in this paper. The results showed that： the volume ratio and weight of the litter semi-decomposed parts were higher than that of the undecomposed parts. The thickness and storage of litters in the natural secondary mixed forests were significantly higher than those in the natural secondary mixed forests， but there were no significant differences between the broad-leaved and coniferous forests， and between vitex and other natural secondary mixed shrubs.The maximum water holding rate of litters in coniferous natural secondary mixed forests was the highest， while the litter water holding capacity of broad-leaved natural secondary mixed forests was the largest.The thicker the litter layer， the stronger the water-holding capacity.The semi-decomposed parts of litters had a greater effect on the overall water holding effect than the undecomposed parts.Water holding effect of litter layers in different vegetation types：broad-leaved natural secondary mixed forests>coniferous natural secondary mixed forests>other natural secondary mixed shrubs>vitex natural secondary mixed shrubs.

Key words： vegetation types， litter， water holding characteristics

枯落物层可以截持降水、防止土壤溅蚀、阻延地表径流、抑制土壤水分蒸发、改善土壤理化性质、增强土壤抗冲性[1]，对于水土流失严重、生态环境脆弱的辽西地区来说，植被群落的枯落物持水效应对区域水土保持、水源涵养具有重要意义。国内对枯落物持水特性研究较多，但对同一地区不同植物群落的枯落物持水特性研究较少[2]，以往针对辽西地区不同植物群落枯落物持水特性的研究主要围绕油松蒙古栎林、不同密度油松人工林、低山丘陵区针叶林和阔叶林以及油松、糠椴、榆树、刺槐、山杨、山杏、柠条等典型森林植被展开，对天然次生混交林和混交灌丛的研究较少[3-7]。本文以朝阳地区典型的针叶、阔叶天然次生混交林和荆条以及其他天然次生混交灌丛为研究对象，探讨该区不同植被类型枯落物层的持水效应，旨在为辽西水土流失区的植被修复与生态治理提供参考依据。

1 研究区概况

研究区设在辽西地区的朝阳市，东经118°50'～121°20'，北纬40°35'～42°20'，海拔400～1200m。该区域属于北温带大陆性季风气候区，年平均气温8℃左右，无霜期142～190d，年平均日照时数2850～2950h，年平均降水量450～580mm，年均降水分布不均，年蒸发量1700mm，约为年降水量的3～4倍，风沙、干旱、霜冻等自然灾害频繁。土壤以褐土、棕壤为主。区域性植被为油松（Pinus tabulaefomis Carr.）、蒙古栎（Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.）、山杏（Armeniaca sibirica （L.） Lam）、刺槐（Robinia pseudoacacia L.）等，灌木以荆条（Vitex negundo L. var. heterophylla （Franch.） Rehd.）、酸棗（Ziziphus jujuba Mill. var. spinosa （Bunge） Hu ex H. F. Chow）、胡枝子（Lespedeza daurica （Laxm.） Schindl.）等为主。

2 标准地设置及调查方法

选择朝阳县、建平县、喀左县、北票市、凌源市5个县市区，针叶、阔叶天然次生混交林，荆条以及其他天然次生混交灌丛4种植被类型设置标准地，每种植被类型设置8块标准地，标准地面积20m×20m，具体情况见表1。在标准地的四角及中心分别取5个面积30cm×30cm的枯落物样方，按照未分解层（原有色泽不变保持原有形态）和半分解层（外形破损，已辨不清原有形态甚至已全部分解成碎屑状）两层采样，编号装入塑封袋内，带回室内进行分析。将采集到的枯落物分层称取鲜重，在自然状态下风干，采用目测法，估算未分解及半分解部分体积比例，并分别称重，计算枯落物蓄积量。将风干后的枯落物样品装入纱袋浸入水中，24 h后取出样品，置于筛中静放20 min，当无水滴滴下时称重，然后在75℃下烘干称重，计算出枯落物最大持水率及持水量。采用Excel和SPSS软件对数据进行统计分析。

3 结果与分析

3.1  不同植被类型枯落物未分解、半分解层体积比及重量

如图1所示，不同植被类型枯落物未分解、半分解部分体积比差异不显著（P>0.05）。半分解部分的体积比要略高于未分解部分，差值在9.5%～24.0%之间。差值最大的是阔叶天然次生混交林，最小的是荆条天然次生混交灌丛，说明阔叶天然次生混交林枯落物分解较快，其次是以暴马丁香、绣线菊、黄榆、小叶白蜡为主的其他天然次生混交灌丛，荆条天然次生混交灌丛分解最慢。究其原因，可能与荆条灌丛多分布于立地条件较差的林地，土层石砾较多，土壤沙质明显，含水量偏低，土壤微生物匮乏有关。不同植被类型枯落物未分解、半分解重量差异显著（P<0.05）。单个样方收集到的枯落物平均半分解重量要不同程度高于未分解重量，差值在1.5g-144.8g之间。差值最大的是阔叶天然次生混交林，最小的是其他天然次生混交灌丛。其他天然次生混交灌丛半分解层与未分解层的体积差值不是最小的，但重量差值最小，说明该植被类型的枯落物质地较为松软。用重量差与体积差的比值间接表征不同植被类型枯落物半分解层单位体积重的差异程度，阔叶天然次生混交林单位体积重最大（6.0），其次是针叶天然次生混交林（2.9）和荆条天然次生混交灌丛（1.9），其他天然次生混交灌丛最小（0.1）。由此进一步说明阔叶天然次生混交林枯落物半分解层质地较为紧实，其次是针叶天然次生混交林，分别以暴马丁香、绣线菊、黄榆、小叶白蜡为主的其他天然次生混交灌丛枯落物半分解层质地最为松软。

3.2  不同植被类型枯落物储量、最大持水率及持水量

由图2可见，不同植被类型枯落物储量、最大持水率及持水量差异显著（P<0.05）。阔叶天然次生混交林枯落物储量最大（51.3t/hm2），其次是针叶天然次生混交林（26.4t/hm2），荆条天然次生混交灌丛和其他天然次生混交灌丛的枯落物储量相对较小（约10t/hm2），二者数值相差0.44t/hm2，差异不显著，说明天然次生混交林的枯落物储量要明显高于天然次生混交灌丛，且不同混交灌丛间枯落物储量相差不大。针叶天然次生混交林枯落物最大持水率最高（161.40%），其次是阔叶天然次生混交林（124.29%），天然次生混交灌丛数值均较低（90.75%～119.95%），荆条灌丛枯落物的最大持水率要略低于以暴马丁香、绣线菊、黄榆、小叶白蜡为主的其他天然次生混交灌丛。阔叶天然次生混交林因其枯落物储量及最大持水率均数值最高，所以枯落物持水量最大（146.77t/hm2），其次是针叶天然次生混交林（57.64t/hm2），其他天然次生混交灌丛和荆条混交灌丛的数值均较低，分别为13.32t/hm2、7.74t/hm2。针叶天然次生混交林的枯落物厚度为3.04cm，略高于阔叶天然次生混交林（2.77cm），但其枯落物储量要低于后者，究其原因与枯落物质地和分解速率有关，阔叶天然次生混交林枯落物分解相对较快，枯落物较紧实。荆条和其他天然次生混交灌丛枯落物厚度分别为1.19cm、1.26cm，较天然次生混交林明显偏薄，因此其枯落物储量、持水量均偏低。荆条天然次生混交灌丛除枯落物储量外，厚度、最大持水率、持水量均低于其他天然次生混交灌丛，初步推断荆条枯落物质地的单位体积持水效果稍差一些。

3.3  不同植被类型枯落物厚度及部分指标之间的相关性

如图3所示，天然次生混交林枯落物平均厚度2.8～3cm，天然次生混交灌丛枯落物平均厚度1.2～1.3cm，前后两者之间差异显著，天然次生混交灌丛枯落物层明显偏薄，不到天然次生混交林厚度的一半。阔叶与针叶天然次生混交林之间、荆条与其他天然次生灌丛之间差异不显著，前者彼此相差0.27cm，后者彼此相差0.07cm。对枯落物厚度、未分解重量、半分解重量、枯落物储量、最大持水率、枯落物持水量指标之间进行了相关性分析，结果如表2所示。枯落物储量与枯落物厚度、未分解重量、半分解重量极显著正相关，最大持水率与枯落物厚度中度显著正相关，枯落物持水量与枯落物厚度、半分解重量、枯落物储量、最大持水率极显著正相关。以上结果表明枯落物厚度与枯落物整体的分解速率、持水效果关系密切，枯落物层越厚，持水性能越强，枯落物半分解层对整体持水效果的影响要比未分解层更大。

4  结论

不同植被类型枯落物半分解部分的体积比和重量要不同程度高于未分解部分，阔叶天然次生混交林枯落物半分解层质地较为紧实，其他天然次生混交灌丛枯落物半分解层质地最为松软。阔叶天然次生混交林枯落物分解较快，其次是其他天然次生混交灌丛，荆条天然次生混交灌丛分解最慢。天然次生混交林的枯落物厚度及储量要明显高于天然次生混交灌丛，阔叶与针叶天然次生混交林之间、荆条与其他天然次生混交灌丛之间差异不显著。针叶天然次生混交林枯落物最大持水率最高，其次是阔叶天然次生混交林，荆条灌丛枯落物的最大持水率要略低于其他天然次生混交灌丛。阔叶天然次生混交林枯落物持水量最大，其次是针叶天然次生混交林，荆条枯落物质地的单位体积持水效果稍差一些。枯落物厚度与枯落物整体的分解速率、持水效果关系密切，枯落物层越厚，持水性能越强，枯落物半分解层对整体持水效果的影响要比未分解层更大。综上所述，不同植被类型枯落物层持水效应：阔叶天然次生混交林>针叶天然次生混交林>以暴马丁香、绣线菊、黄榆、小叶白蜡为主的其他天然次生混交灌丛>荆条天然次生混交灌丛。

参考文献：

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[2] 刘尚华，冯朝阳，吕世海，等.京西百花山区6种植物群落凋落物持水性能研究[J].水土保持学报，2007，21（6）：179-182.

[3] 崔建国，镡娟.辽西油松蒙古栎林下凋落物现存量及持水能力的研究[J].水土保持研究，2008，15（2）：154-155，158.

[4] 郑璐.不同密度油松人工林水源涵养功能研究[J].辽宁林业科技，2019（5）：13-16，23.

[5] 吕刚，王磊，李叶鑫，等.辽西低山丘陵区针叶林与阔叶林枯落物持水性对比[J].中国水土保持科学，2017，15（4）：51-59.

[6] 刘红民.辽西半干旱区典型森林植被枯落物持水性分析[J].辽宁林业科技，2015（1）：23-25，65.

[7] 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].水土保持學报，2010，24（3）：203-208.

第一作者简介：林阳（1984-），女，辽宁朝阳人，本科，高级工程师，主要从事森林生态方面的研究工作。Email：catlyly@163.com，联系电话：13795030902