刺槐黑松混交林枯落物層持水性能研究

井明偉，胡建朋，羅明達

（1.臨朐縣農業綜合開發辦公室，山東 臨朐 262600；2.山東農業大學，山東 泰安 271018）

林地枯落物層是林分發揮蓄水保土作用的第二個層次，不僅具有涵養水源的功能，還為土壤提供豐富的有機質，對土壤的水分物理性質產生積極的影響。枯落物層蓄水保土功能的強弱受枯落物層的積蓄量、枯落物的分解狀況、枯落物有效攔水量與枯落物和水的親和性等因素的影響。為進一步研究枯落物蓄水保土機理，以臨朐縣青龍山小流域的刺槐黑松混交林、刺槐純林、黑松純林3種林分類型為研究對象，探索枯落物層積蓄量與枯落物層的厚度、最大持水量、有效攔水量的關系。

試驗區布設在臨朐縣寺頭鎮石洪峪小流域內,地理位置東經 118°30′40″-118°31′58″, 北緯 36°15′07″-36°19′03″,海拔高度 340～450m,屬低山丘陵區。地表出露巖層為花崗片麻巖,土壤為棕壤,土層厚度20～30cm,質地松散,多礫石粗砂。石洪峪小流域氣候具有暖溫帶亞濕潤大陸性季風氣候的一般特征,多年平均降水量706.4mm,多年平均氣溫12.4℃,≥10℃活動積溫4108.0℃,多年平均日照時數2458.4h,多年平均無霜期196d。試驗區主要林分類型有刺槐、黑松和刺槐黑松混交林,1995年春季造林,采用穴狀整地,整地規格40cm×40cm×30cm,苗木為1年生苗,刺槐黑松混交林、刺槐純林、黑松純林的造林密度株行距均為2m×2m,2500株/hm2。試驗區概況統計見表1。

1 研究方法

表1 試驗地概況調查表

1.1 枯落物積蓄量的測定

在標準地的對角線上均勻布設5個50cm×50cm的樣方，用鋼尺測量枯落物的總厚度，未分解層、半分解層厚度。將收取的未分解層和半分解層的枯落物帶回實驗室用天平稱其鮮重，并用烘箱烘干（采用溫度85℃恒溫烘8h）稱其各自的干物質重，以干物質重量計算積蓄量。

1.2 枯落物持水性能的測定

用靜水浸泡法測定枯落物的持水量和吸水速率,將烘干的枯落物浸入水中后,分別稱其在0.25h、0.5 h、1h、2h、4h、8h、12h、24h 的吸水重量變化，來研究其吸水速度和吸水過程。每次取出稱重后所得的枯落物吸水重與其烘干重差值，即為枯落物浸水不同時間的持水量，該值與浸水時間的比值即為枯落物的吸水速率。

2 結果與分析

2.1 不同林分類型枯落物層積蓄量的研究

2.1.1 不同林分類型枯落物層積蓄量分析

枯落物層的積蓄量主要取決于林木的生物學特性及其生長量。林分的樹種組成不同，林分的生長狀況、林地內的水熱條件等都有所不同，而這些因素將影響到枯落物的輸入量、分解速度，從而影響到林內枯落物的積蓄量。不同林分類型枯落物積蓄量如表2所示。

表2 不同林分類型枯落物積蓄量

由表2可以看出，各林分枯落物積蓄量的范圍4.15～6.38t/hm2。刺槐純林的積蓄量最大，為6.38t/hm2,刺槐黑松混交林的次之，為6.08t/hm2，黑松純林的較小，為4.15t/hm2，對3種林分枯落物積蓄量進行單因素方差分析結果為F0.05=98.871 Sig.=0.000差異性顯著，表明三種林分枯落物積蓄量有明顯的差異；這主要是由于刺槐是闊葉樹種，葉片大而多，輸入量大。

對枯落物的總厚度與積蓄量進行相關性分析，結果表明，枯落物的總厚度與積蓄量顯著相關（相關系數r為0.995）。因此，枯落物的厚度與積蓄量存在密切相關性。

2.1.2 不同林分類型枯落物層積蓄量的多重比較

利用SPSS軟件（在0.05水平下）對3種林分類型下的枯落物積蓄量、枯落物厚度進行多重比較結果如表3、表4所示。

表3 不同林分總枯落物層積蓄量的多重比較

表4 不同林分總枯落物厚度的多重比較

由表3、表4可以看出，刺槐黑松混交林與刺槐純林、黑松純林的枯落物層積蓄量、枯落物厚度均呈現顯著性差異，表明刺槐黑松混交林比黑松純林具有更多的枯落物層積蓄量。

2.2 不同林分類型枯落物層最大持水量的研究

2.2.1 不同林分類型枯落物層最大持水量的分析

枯落物層的持水能力是由林下枯落物的蓄積量和枯落物的持水特性兩者共同決定。最大持水量是反映枯落物層持水性能的一個重要指標，它是枯落物的最大持水率和單位面積枯落物的蓄積量之積。經計算得出各林分枯落物層最大持水量如表5所示。

由表5可以看出，刺槐純林的枯落物未分解層的最大持水率最大，為316.7%，黑松純林的最小，為201.5%；半分解層枯落物的最大持水率也是刺槐純林最大,為347.3%，黑松純林的最小,為236.3%。比較各林分類型枯落物層的最大持水率可以看出，無論是半分解層還是未分解層均是刺槐純林最大，黑松純林最小，對3種林分下枯落物平均最大持水率進行單因素方差分析結果為F0.05=394.685Sig.=0.000差異性顯著，表明三種林分枯落物平均最大持水率有明顯的差異。

以各林分枯落物未分解層積蓄量和未分解層最大持水量進行相關性分析，結果表明，枯落物未分解層積蓄量和未分解層最大持水量具有顯著相關性（相關性系數r=0.992）；以各林分枯落物半分解層積蓄量和半分解層最大持水量進行相關性分析，結果表明：枯落物半分解層積蓄量和半分解層最大持水量具有顯著相關性（相關性系數r=0.917）；以各林分枯落物層總積蓄量和總最大持水量進行相關性分析，結果表明：枯落物層總積蓄量和總最大持水量具有顯著相關性（相關性系數r=0.983）；這說明枯落物層的最大持水量與枯落物的積蓄量具有顯著相關性。

表5 不同林分類型枯落物層最大持水量

2.2.2 不同林分類型最大持水量的多重比較

利用SPSS軟件（在0.05水平下）對3種林分類型下的最大持水率、最大持水量進行多重比較。

結果顯示，刺槐黑松混交林與刺槐純林、黑松純林的枯落物層最大持水率、最大持水量均呈現顯著性差異，表明刺槐黑松混交林比黑松純林的枯落物層具有更大的持水率和持水量。

2.3 不同林分類型枯落物層對降雨的有效攔蓄量

2.3.1 不同林分類型對降雨有效攔蓄量的分析

最大持水量一般只能反映枯落物層持水能力的大小，當日降雨達到20～30mm以后，不論枯落物層含水量高低，實際持水率約為最大持水率的85%左右。所以用最大持水率來估算枯落物層對降雨的攔蓄能力則偏高，一般用有效攔蓄量估算枯落物對降雨的實際攔蓄量，即：

式中：W—有效攔蓄量（t/hm2）；RM—最大持水率（%）；R0—現有含水率（%）；M—枯落物層積蓄量（t/hm2）。

不同林分枯落物最大持水率間的差異受枯落物組成、林分類型、林齡、枯落物分解、積累、前期水分含量、降雨量和降雨強度等多種因素的影響，因而不同林分類型最大持水率間的相對大小比較復雜。由于有效持水率是根據最大持水率和重量含水率計算出來的，枯落物的持水能力由林地枯落物的積蓄量和枯落物的持水特性兩者共同決定的。

分析顯示，枯落物有效攔蓄量排列順序為：刺槐純林的最大，為17.41t/hm2；刺槐黑松混交林次之,為14.20t/hm2;黑松純林的最小,為7.31t/hm2;對3種林分枯落物層的有效攔蓄量進行單因素方差分析結果為F0.05=394.685Sig.=0.000差異性顯著，表明3種林分枯落物總的持水量有明顯的差異。

對枯落物的積蓄量與其有效攔蓄量進行相關性分析，結果表明，不同林分類型枯落物的積蓄量與其有效攔蓄量呈極顯著相關 （相關系數r為0.982），因此，不同林分類型枯落物的有效攔蓄量與其積蓄量具有非常密切的關系。

2.3.2 不同林分類型對降雨有效攔蓄量的多重比較

利用SPSS軟件（在0.05水平下）對3種林分類型枯落物層的有效攔蓄量進行多重比較。

結果顯示，刺槐黑松混交林與刺槐純林、黑松純林的枯落物層有效攔蓄量呈現顯著性差異，表明刺槐黑松混交林比黑松純林的枯落物層具有更大的有效攔蓄量，對減少地表徑流對地表土壤的侵蝕有良好的保護效果。

3 結 論

1）不同林分類型枯落物層的積蓄量從大到小的排序為刺槐純林、刺槐黑松混交林、黑松純林，針闊混交林的枯落物的積蓄量高于針葉純林；枯落物層的積蓄量與枯落物層的厚度呈極顯著相關性，為此，可以通過測定枯落物厚度來反映枯落物的積蓄量。

2）不同林分類型枯落物層的最大持水率與最大持水量具有相同的特點，各林分差異性顯著，均是刺槐純林最大，刺槐黑松混交林次之，黑松純林最小；枯落物層最大持水量與積蓄量呈顯著性相關，表明刺槐黑松混交林比黑松純林的枯落物層具有更大的持水率和持水量。

3）不同林分類型枯落物層有效攔蓄量與枯落物層積蓄量呈極顯著相關性；不同林分類型差異顯著，刺槐純林最大，刺槐黑松混交林次之，黑松純林最小，表明刺槐黑松混交林比黑松純林具有更大的有效攔蓄量，對減少地表徑流對地表土壤的侵蝕有良好的保護效果。

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