滇南亞熱帶地區典型公益林與商品林凋落物儲量及持水特性

劉蔚漪，喻慶國，羅宗偉，張昌順

1. 西南林業大學林學院，云南 昆明 650224；2. 江城縣勐烈鎮林業服務中心，云南 江城 676299；3. 中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101

滇南亞熱帶地區典型公益林與商品林凋落物儲量及持水特性

劉蔚漪1，喻慶國1，羅宗偉2，張昌順3*

1. 西南林業大學林學院，云南 昆明 650224；2. 江城縣勐烈鎮林業服務中心，云南 江城 676299；3. 中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101

為探討滇南亞熱帶地區公益林凋落物水文生態效應，以普洱市 7種典型林分類型的公益林——A0常綠闊葉林、A1思茅松（Pinus kesiya）純林、A2混思茅松林（8:2）、A3混櫟類（2:8）、A4黃竹林（Dendrocalamus membranceus）、A5灌木林地、A6宜林地）為研究對象，以同種類型商品林，另加橡膠林（Rubber plantation）和桉樹林（Eucalyptus robusta）作對比，通過野外調查、室內浸水法對其凋落物儲量、持水特性、對降雨的攔蓄性能等進行定量研究，結果表明，（1）公益林中，思茅松純林的凋落物儲量最大(21.30±2.10) t?hm-2，常綠闊葉林最小(12.47±1.31) t?hm-2；商品林中，黃竹林凋落物儲量最大(14.30±2.41) t?hm-2，橡膠林最小(2.83±0.12) t?hm-2。（2）各林分凋落物持水量的變化規律基本一致，持水量隨著時間的變化而增大，1.5內，持水量增幅較大，5.5 h后增幅相對平穩。24 h后，公益林中常綠闊葉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，橡膠樹凋落物持水量最大（0.795 mm），思茅松純林最小（0.505 mm）。總的趨勢為闊葉樹種的凋落物持水量大于針葉樹種。凋落物持水量與浸泡時間呈對數關系（Y=alnt+b）。（3）同種林分的公益林與商品林的凋落物吸水速率，除混櫟類幾乎相同，其他類型公益林的凋落物吸水速率高于同類型商品林，各林分凋落物吸水速率與浸水時間之間的關系呈冪函數關系（Y=at-b）。（4）公益林中，因思茅松純林凋落物儲量較大，其最大持水量（3.416 mm）也較常綠闊葉林（2.686 mm）大，對降雨的攔蓄能力也最好（2.033 mm）；商品林中，黃竹林凋落物有效攔蓄量最高（1.394 mm），受干擾程度最大的橡膠林凋落物有效攔蓄量最小（0.434 mm）。綜合分析，滇南亞熱帶地區公益林凋落物的水文生態功能優于商品林。商品林因人為經營活動，其林下凋落物層的完整性遭到破壞，凋落物層的水文功能減弱，所以人為干擾是影響凋落物層水文功能的主要因素之一。

公益林、凋落物；持水量；吸水速率；有效攔蓄

生態公益林是以生態效益為主要產品的森林。基于其固有的公共屬性，在國家的正確引領下，云南省是最早實施中央森林生態效益補償機制的省份之一（趙書學，2013）。普洱市為云南省土地面積最大的一個州市，屬亞熱帶季風氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，生物資源豐富。普洱市林業用地面積達327.81×104hm2，森林覆蓋率達68.7%，活立木蓄積量達2.68×108m3，占云南省的14%，是云南省的重點林區、西南重要生態安全屏障（武建雷等，2012）和國家重要的商品林基地。普洱市于 1966年開始對全市森林進行公益林區劃工作。經過多次區劃調整，普洱市公益林規模、布局得到不斷優化和完善。普洱市公益林面積達92.28×104hm2，占林業用地面積的 28.15%；主要分布在江河源頭和兩岸、自然保護區、邊境線等，對云南省的生態建設，珍稀野生動植物保護起著非常重要的作用（袁亞飛，2014）。經過近 10年的建設，普洱市公益林的林分質量得到顯著提高，林分平均蓄積量（107.7 m3?hm-2）明顯大于商品林（89.4 m3?hm-2），公益林林分結構、林分質量得到了提高，其生態效益必然隨之增加。

近年來很多學者已從各個方面對公益林的生態效益展開了研究（管杰然等，2012；周祥等，2011；曹鶴等，2009；黃進等，2010）。在生態公益林建設中，增加凋落物層蓄積量，能有效防止土壤侵蝕并起到涵養水源的作用（楊會等，2008），凋落物的歸還和分解是森林生態系統地球化學循環的一個重要組成部分（Hansen et al.，2009）。凋落物不僅是碳和養分循環的關鍵因素（Mass et al.，2012；Bengtsson et al.，2012），還影響森林地被層呼吸（Ryan et al.，2005），同時凋落物的組成不同，導致土壤層的有機質含量不同，從而影響土壤的持水能力（Llek et al.，2015）。因此，關于凋落物層的水文效益研究一直以來是人們關注的重點。目前，關于云南森林類型的枯落物持水特性研究不多，劉芝芹等（2013）對云南高原不同林分類型枯落物儲量及持水特性進行了研究，認為華山松（Pinus.armandi）+云南松（P. yunnanensis）+馬桑（Coriaria nepalensis）混交林枯落物持水量最大，涵養水源的能力最強；段紹明（2012）對云南省景東縣不同林分類型生態公益林的凋落物持水特性進行了研究，認為旱冬瓜（Alnus nepalensis）持水性比云南松和桉樹（Eucalyptus robusta）強；羅新萍（2012）對云南瀘水5種生態公益林凋落物物持水特性進行了研究，認為云南松-冷杉（Abies fabri）混交林凋落物持水速率最大。3位學者的研究方法基本一致，但劉芝芹的研究對象為人工林（商品林），段紹明、羅新萍的研究對象是公益林，并未對相同類型的人工林（商品林）與公益林凋落物持水特性進行比較，本文將首次展開這方面的比較研究。云南省生態公益林在生態保護建設中占有非常重要的作用和地位，公益林的生態作用是不可忽視的，但商品林作為云南山區的主要經濟支柱，其生態價值和經濟價值之間的差值也是值得我們去探討的。本文以云南省亞熱帶地區普洱市公益林為代表，選取7種典型森林類型為主要研究對象，其中也包括云南景東地區的公益林，以同種類型商品林作對比，并對特殊森林類型黃竹（Dendrocalamus membranceus）林也進行了研究，對這些不同林分的凋落物層蓄積量、持水量、持水率、最大持水量、有效攔蓄量等水文因子展開研究，為今后系統開展云南省公益林管理、公益林生態補償機制研究提供理論依據。

1 樣地概況

試驗地分散在普洱市各縣，普洱市地處北緯22°02′～24°50′、東經 99°09′～102°19′，北回歸線橫穿其中部，全市海拔在317～3370 m之間，中心城區海拔1302 m，全市年均氣溫15～20.3 ℃，年無霜期在315 d以上，年降雨量1100～2780 mm，土壤類型主要以紅壤和黃壤為主，土層比較深厚，土壤肥沃。常見的植被群落有思茅松（Pinus kesiya）、木荷（Schima superba）、思茅青岡（Cyclobalanopsis xanthotricha）、思茅錐（Castanopsis ferox）、高山錐（Castanopsis delavayi）、短刺錐（Castanopsis echidnocarpa）、銳齒槲櫟（Quercus aliena）等天然林及人工林。各試驗地的基本情況如表1所示，A類為公益林，B類為商品林。

A0常綠闊葉林（純櫟類）主要樹種有思茅栲Castanopsis ferox、榿木Alnus cremastogyne、思茅青岡 Cyclobalanopsis xanthotricha、枹絲錐Castanopsis calathiformis，林下主要樹種有南燭Vaccinium bracteatum、十大功勞Mahonia fortunei、懸鉤子Rubus corchorifolius、紫莖澤蘭Eupatorium adenophora；A1思茅松純林林下主要樹種有虎皮楠Daphniphyllum oldhami、思茅錐 Castanopsis ferox、石松Lycopodium japonicum、羊耳菊Inula cappa、筐條菝葜 Smilax corbularia、黑面神 Breynia fruticosa；A2混思茅松林（8:2）、A3混櫟類（2:8）主要樹種有思茅松、銀木荷Schima argentea、黃檀Dalbergia hupeana，林下主要樹種有南燭山胡椒Lindera glauca、野牡丹Melastoma candidum、莠竹Microstegium nodosum、破壞草 Eupatorium coelestinum、筐條菝葜；A4黃竹林林下主要樹種有斑鳩菊Vernonia esculenta、鳳尾蕨Pteris cretica、銀柴Aporosa dioica、山芝麻Helictercs angustifolia。B1思茅松純林林下主要樹種有南燭 Vaccinium bracteatum、菝葜、野姜菊、長穗兔耳風 Ainsliaea henvyi；B2混思茅松林（8:2）林下主要樹種有餓螞蟥Desmodium multiflorum、香乳；B3混櫟類（2:8）林下主要植被為沿階草、野姜、紫莖澤蘭；B4黃竹林林下主要植被為烏飯子Vaccinium bracteatum、沿階草、紫莖澤蘭；B5桉樹林林下主要樹種有茶梨、算盤子 Glochidion puberum、美麗崖豆藤 Millettia speciosa；B6橡膠林林下主要樹種有弓果黍Cyrtococcum patens、飛機草Eupatorium odoratum、毛蕨Cyclosorus interruptus。

表1 樣地基本概況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、商品林生態效益普遍調查的基礎上，分別選擇具有代表性的7種公益林和6種商品林進行凋落物水文效益研究，樣地類型分別為：A0常綠闊葉林（純櫟類）、A1思茅松純林、A2混思茅松林（思茅松8：其他闊木2）、A3混櫟類（思茅松2：其他櫟類8）、A4黃竹林、A5灌木林地、A6宜林地、B1思茅松純林、B2混思茅松林（8:2）、B3混櫟類（2:8）、B4黃竹林、B5桉樹林、B6橡膠林。根據森林資源二類調查規程，在各林分內隨機設置3塊 28.28 m×28.28 m調查樣地（面積約等于 0.1 hm2）進行每木檢尺（起測徑階為5 cm），分別調查樹高、胸徑、郁閉度、林分密度等因子，并對樣地的坡度、坡位和坡向等基本情況進行記錄（表1）。在樣地內設置5個面積為1 m×1 m的小樣方，用鋼尺測量并記錄凋落物層總厚度，調查凋落物鮮重，并采集500 g左右凋落物樣品，帶回實驗室進行持水特性試驗。

凋落物持水量和吸水速率的測定：參考張昌順等（2010）實驗方法，采用室內浸泡法測定林下凋落物的持水量和吸水速率。每個樣方取10.0 g左右樣品，自然風干，3次重復。用尼龍網兜裝好凋落物樣品，將其完全浸入清水中，分別浸泡0.25、0.5、1、1.5、2.5、3.5、5.5、7.5、9.5、11.5、20、24 h后，取出后靜置10 min左右，直至凋落物不滴水為止，迅速用電子天平測定凋落物連網兜的濕重。實驗結束后洗凈尼龍網兜并稱其濕重。凋落物濕重與其烘干重和網兜濕重的差值，即為凋落物浸泡不同時間的持水量，該差值與浸泡時間的比值為凋落物的吸水速率。

計算公式如下：

式中，M0、M2、M3和 M24分別為枯落物樣品烘干質量（g）、自然狀態鮮質量（g）、用于浸泡實驗枯落物干質量（g）、浸水24 h后枯落物質量（g）；M1和M分別是枯落物鮮質量儲量和干質量儲量（t?hm-2）；R0、Rmax、Ryx分別為枯落物自然持水率、最大持水率和有效攔蓄率（%）；Mt為浸水t小時后M3的持水量（mm）；H0、Hmax、Hyx、Ht和Vt分別為枯落物層自然持水量（mm）、最大持水量（mm）、有效攔蓄水量（mm）、浸水t小時后的累積持水量（mm）和累積吸水速率（mm?h-1）（張昌順等，2010；陳偉光等，2014）。

采用SPSS 13.0中的單因素方差分析對不同林分類型凋落物相關性狀進行差異顯著性檢驗（α=0.05），采用Excel 2010進行制圖。

3 結果分析

3.1 凋落物儲量與持水量

由表2可知，不同林分凋落物儲量差異較大，公益林的凋落物儲量總體比同種林分類型的商品林凋落物儲量大；除黃竹林外，相同林分類型的公益林與商品林之間的凋落物儲量差異顯著（P＜0.05）。公益林中，凋落物儲量排序為：思茅松純林(21.30±2.10) t?hm-2＞混櫟類(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＞ 黃 竹 林 (15.10±1.56) t?hm-2＞ 灌 木 林 地(13.53±1.37) t?hm-2＞常綠闊葉林(12.47±1.31) t?hm-2。商品林凋落物儲量排序為：黃竹林(14.30±2.41)t?hm-2＞桉樹(9.25±1.33) t?hm-2＞混櫟類(8.12±0.39)t?hm-2＞ 混 思 茅 松 (8.08±0.72) t?hm-2＞ 純 思 茅 松(7.75±0.88) t?hm-2＞橡膠樹(2.83±0.12) t?hm-2。公益林中的思茅松純林凋落物儲量最大，灌木林地凋落物儲量最少，黃竹林、灌木林地、宜林地凋落物儲量差異不顯著（P＞0.05）；商品林中黃竹林凋落物儲量最大，橡膠林凋落物儲量最少，不同類型林分凋落物儲量差異顯著（P＜0.05）。結合表1分析，該現象可能與林分的密度、林下植被生物多樣性及樹葉凋落的季節有關。

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

各林分凋落物持水量的變化規律基本一致，持水量隨著時間的延長而增大，1.5內，持水量增幅較大，5.5 h時增加比例相對平穩。由表3可知，常綠闊葉林24 h后的持水量是各林分中最大的，而同種林分的不同公益林與商品林相比，公益林的凋落物持水量大于商品林。公益林中，凋落物24 h后的持水量排序為：常綠闊葉林（0.841 mm）＞混思茅松（0.808 mm）＞思茅松純林（0.791 mm）＞黃竹林（0.748 mm）＞混櫟類（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后的持水量排序為：橡膠樹（0.795 mm）＞桉樹（0.769 mm）＞混思茅松（0.660 mm）＞黃竹林（0.584 mm）＞混櫟類（0.578 mm）＞思茅松純林（0.505 mm）。

對各林分凋落物持水量與浸泡時間關系進行擬合分析，得到凋落物持水量與浸泡時間的動態關系為：

式中，Y為凋落物持水量（mm），t為浸泡時間（h），a為方程系數，b為方程常數項，其模型擬合優度都達到了 0.88以上（P＜0.001），與張昌順等（2010）研究結果一致。

3.2 凋落物吸水速率

如圖1所示，1.5 h前，各林分凋落物吸水速率相對較高；2 h后，吸水速率下降速度減緩；7.5 h后，持水接近飽和，之后基本趨于動態平緩狀態。

表3 不同林分類型凋落物持水量（mm）與浸泡時間（h）的關系Table 3 The relation between water holding capacity of litter (mm) and immersion time (h)

圖1 凋落物吸水速率與浸泡時間的關系Fig. 1 Relationship between holding water rate and immersed time

用SPSS統計軟件擬合各類型林分凋落物吸水速率與浸泡時間的關系，發現凋落物吸水速率與浸泡時間的動態關系為：

式中，Y為凋落物吸水速率，mm?h-1；t為凋落物吸水時間h；a為方程回歸系數；b為指數。如圖1所示，各林分凋落物吸水速率與浸水時間之間的關系呈冪函數方程變化（P＜0.001），這與許多學者的研究結果一致（劉芝芹等，2013；陳波等，2012）。

圖2 不同林分類型凋落物持水特性Fig. 2 Litter water holding rate of different stand types

3.3 不同林分類型凋落物持水量和攔蓄量性能

由圖2可知，公益林的凋落物最大持水量及有效攔蓄量都比商品林高，同時說明，人為干擾對凋落物的涵養水源作用影響也很大。公益林中，因思茅松類的林分凋落物儲量較大，其最大持水量也較常綠闊葉林大，最大持水量排序為：思茅松純林（3.416 mm）＞混思茅松（3.264 mm）常綠闊葉林（2.686 mm）＞灌木林地（2.586 mm）＞黃竹林（2.392 mm）＞混櫟類（2.386 mm）＞宜林地（1.950 mm）；公益林對降雨的攔蓄能力也優于商品林，當降水量少于1.34 mm時，公益林能起到一定的攔蓄作用，而不產生下滲地表徑流，在實際應用中，可以有效攔蓄量來估算凋落物對降雨的實際攔蓄效果和能力（趙磊等，2013）。各林分能攔蓄的降水深度表現為：思茅松純林（2.033 mm）＞混思茅松（2.026 mm）＞混櫟類（1.760 mm）＞灌木林地（1.735 mm）＞常綠闊葉林（1.614 mm）＞宜林地（1.424 mm）＞黃竹林（1.342 mm）。商品林中以黃竹林的凋落物最大持水量和有效攔蓄量最高，其次是桉樹林，商品林對降雨的有效攔蓄量排序為：黃竹林（1.394 mm）＞桉樹林（1.345 mm）＞混思茅松（0.858 mm）＞思茅松純林（0.730 mm）＞混櫟類（0.590 mm）＞橡膠林（0.434 mm）。

如圖2所示，闊葉樹種林分中的常綠闊葉林、桉樹林、橡膠樹林，其最大持水率和有效攔蓄率都比思茅松林大，公益林最大持水率排序為：常綠闊葉林（215.28%）＞灌木林地（191.11%）＞混思茅松（189.58%）＞思茅松純林（160.37%）＞黃竹林（158.47%）＞宜林地（126.71%）混櫟類（117.33%）；有效攔蓄率排序為：常綠闊葉林（129.38%）＞灌木林地（128.19%）＞混思茅松（117.70%）＞思茅松純林（95.44%）＞宜林地（92.56%）＞黃竹林（88.87%）＞混櫟類（86.53%）。松樹針葉凋落物含有較多的油脂，不容易分解，其吸水率和有效吸水量往往沒有闊葉樹種的凋落物高（薛立等，2005）。

4 討論

4.1 不同林分凋落物儲量的比較

同種林分類型，公益林凋落物儲量比商品林大，兩種類型思茅松林分差異尤其明顯。思茅松主要分布于云南中南部和西南部，是我國南亞熱帶地區特有的暖熱性針葉樹種，也是云南主要的速生用材和采脂樹（陳慶等，2014）。公益林思茅松林內人為活動較少，對林分內的凋落物層破壞也很小；而由思茅松組成的商品林林分，受人為活動影響較為頻繁（松脂割采），對林下凋落物層的破壞也很大，即儲量就相對較小。未受到破壞的公益林思茅松林的凋落物儲量大于常綠闊葉林，這也符合前人的研究結果（段紹明，2012）。常綠闊葉林的凋落物儲量(12.47±1.31) t?hm-2接近中亞熱帶格氏栲（Castanopsis Kawakamii）天然林（11.01 t?hm-2）（楊玉盛等，2003）；就全球森林類型來看，溫帶常綠闊葉林的年凋落物量小于溫帶針葉林的年凋落物量（Zhang et al.，2014），且松針中含有較多的纖維素和脂類物質，微生物很難將其降解，難以分解。

竹林能夠有效保證林下生物多樣性、凋落物量以及土壤有機物含量（Christanty et al.，1996），以黃竹林為主的林分類型中，商品林黃竹林凋落物儲量(14.30±2.41) t?hm-2與公益林黃竹林凋落物儲量(15.10±1.56) t?hm-2相差不大，這是因為商品林黃竹林雖然受人為干擾大于公益林，但由于人們追求經濟利益，林內存在人為施肥耕作的現象，使得商品黃竹林的林分密度高達1525 plant?hm-2，而作為公益林的黃竹林，未經過人為干預，其林分密度僅為913 plant?hm-2，且商品黃竹林的平均胸徑、平均樹高、郁閉度等指標上都高于公益林黃竹林。所以，受到林分密度、林分質量的影響，商品黃竹林凋落物層的儲量仍能保持一定的數量。

廣西地區桉樹人工林連續年齡林地凋落物儲量在 0.35～10.98 t?hm-2之間，隨著年齡的增大呈遞增趨勢（黃承標等，2011）。本研究測得凋落物儲量為 5年生桉樹林，凋落物儲量為(9.25±1.33)t?hm-2，與黃承標（2011）所得數據（8.92～10.23 t·hm-2）相比，儲量差異不大，相對較小，可能與兩地經營水平有關系。廣西地區桉樹林經營方式為集約經營，每年定期施肥，而云南地區的桉樹林多為粗放經營，其林分質量沒有廣西地區的優良。

本研究中橡膠林（中齡）凋落物儲量為(2.83±0.12 ) t?hm-2，小于盧洪健等（2011）測得的西雙版納地區橡膠凋落物儲量（8.896 t?hm-2），并小于40年生老齡（過熟）林（6.181 t?hm-2），接近周衛衛等（2009）研究得出海南瓊中 15年生橡膠林凋落物儲量（3.25 t?hm-2），可能與取樣時間的差異有關。盧洪健取樣時間為3月，經歷第1個凋落高峰期，凋落物獲得較大輸入量，且在當年所受人為管理活動還較少；周衛衛取樣時間為7月，凋落物基本處于分解和半分解狀態；本研究取樣時間為10月，當年凋落物處于分解后期，故凋落物儲量較少。

從長遠來看，生態公益林的凋落物量會隨著樹齡的增加而增加，通過凋落物分解形成的大量土壤腐殖質，顯著改善了土壤結構，增加土壤非毛管孔隙度，提高了土壤的持水能力（梁永強等，2007）。

4.2 不同林分持水特性分析

研究發現，未分解和半分解凋落物的持水量及吸水速率可用于模擬森林凋落物對雨水的吸持過程，以了解不同林分類型凋落物的持水動態（顧宇書等，2013）。目前為止，幾乎所有的研究都證明未分解和半分解枯落層的持水動態均有相同的變化趨勢（莫菲等，2009），所以本研究未進行分層處理，并且，在自然界中，凋落物的持水特性也不可能分層起作用。所以，本研究凋落物持水特性為整個凋落物層的持水特性，而不是某一個分解層的。各試驗樣地的取樣重量大致相等，為500 g左右，用于持水實驗的重量為10 g左右，各林分持水量不同，與凋落物的組成直接相關；此外，凋落物的蓄積量也是影響持水量的主要因素（潘明亮等，2011）。公益林中，純思茅松林分的凋落物儲量遠遠超過常綠闊葉林，但常綠闊葉林的持水量大于純思茅松林，凋落物越厚，蓄積量越大，其持水性能應該是越好的，凋落物持水量可以達到自身干重的2～3倍（劉世榮等，2003）。人為干擾是影響凋落物持水量大小的一個關鍵因子，同種林分類型的公益林與商品林相比，由于商品林受人為干擾較大，其凋落物持水量相對較小，而商品林混櫟類，雖然為商品林，但由于人為活動相對較少，其凋落物持水量和公益林混櫟類相差不大。值得一提的是，橡膠樹林凋落物持水量在商品林中是最大的，而儲量卻是最小的（與取樣時間有關），說明闊葉樹種的凋落物持水性能優于針葉樹種。

公益林與商品林各林分凋落物吸水速率變化趨勢基本一致，1.5 h前，各林分凋落物吸水速率相對較高，2 h后，吸水速率下降速度減緩，7.5 h后，持水接近飽和，之后基本趨于動態平緩狀態。由此說明，枯枝落葉的枝葉表面或死細胞間水勢差很大（樊登星等，2008），在降雨初期，枯枝落葉迅速吸水，起到了很好的截持和阻滯作用，同種林分的公益林與商品林，除混櫟類林分幾乎相同，其他類型公益林的凋落物吸水速率高于商品林。兩種類型的混櫟類林分凋落物的初始吸水速率和最后的吸水速率都相對一致（這與兩種類型林分的林分結構和林地干擾度相對一致有關），其他類型的林分中，常綠闊葉林的凋落物吸水速率是最大的，說明公益林常綠闊葉林凋落物的持水能力最強，水源涵養功能最好（陳水蓮等，2010；閆俊華等，2001）。

4.3 不同林分凋落物對降雨的攔蓄性能的分析

凋落物對降雨的攔蓄能力一般用最大持水量和有效攔蓄量表示，最大持水量反映的是扣除凋落物層本身含水量占據的持水容量以外的凋落物層持水能力大小，代表最大可能的降雨截留量（時忠杰等，2009），反映的是一個潛在的持水能力（肖石紅等，2016），森林凋落物的最大持水量與凋落物的組成和儲量有關。本研究常綠闊葉林凋落物最大持水量（2.656 mm）大于廣東地區3種不同闊葉林的凋落物最大持水量（1.34～1.77 mm）（彭耀強等，2006），廣東地區的3種闊葉林的凋落物持水量表現為黧蒴（Castanopsis fissa）林地＞荷木（Schima spp.）林地＞火力楠（Michelia macclurei）林，其中黧蒴林為櫟類林地，而本研究中的常綠闊葉林以櫟類為主，且林分成熟，郁閉度較高，這可能是其最大持水量較高的原因。本研究桉樹凋落物含水率為25.07%，大于黃承標等（2011）研究結果（12.3%～ 13.6%），凋落物最大持水率（228.27%）接近黃承標等（2011）研究結果中幼齡桉樹林的凋落物最大持水率（295.3%～414.9%），小于尾葉桉林凋落物最大持水率351%，但高于松樹林。

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，有效攔蓄量表示的是對實際降雨的攔截狀況（盧振啟等，2014）。本研究桉樹林平均林齡為 5年，其有效攔蓄量為 1.34 mm，接近黃承標等（2011）研究 5年桉樹林凋落物有效攔蓄量（1.96 mm）。然而，因橡膠樹的凋落物蓄積量太少，其對降雨的有效攔蓄量小于思茅松林。灌木林地凋落物對降水的有效攔蓄量（1.735 mm）小于祁連山 5種灌叢林的有效攔蓄量（3.79～9.17 mm）（張學龍等，2015），可能與林下主要植被紫莖澤蘭（Eupatorium adenophora）有關。商品林中，受干擾程度相對較小的黃竹林的凋落物最大持水量和有效攔蓄量最高。趙雨虹等（2015）研究得出，江西地區毛竹林在儲量和持水能力方面均顯著優于常綠闊葉林，這可能與竹林凋落物歸還量較大有關。黃竹林是云南特有的、天然分布面積最大的中大型叢生竹，目前，景洪至思茅段的瀾滄江河谷兩岸是我國天然黃竹林發育最典型的區域之一；天然黃竹林對維系瀾滄江河谷的脆弱生態系統具有重要作用（楊正斌等，2013）。

5 結論

通過對普洱市典型的公益林及商品林的凋落物儲量、持水性能、攔蓄性能的定量研究發現，公益林凋落物層的水文生態功能優于同種類型的商品林。凋落物的組成、質地，林分的密度，林下生物多樣性等會影響凋落物的水文功能，對于同一種類型的林分，人為干擾是影響凋落物層水文功能的主要因素之一。公益林因人為干擾較少，其凋落物層的完整性得到了很好的保持，凋落物的持水性能更強，且養分歸還率更高，土壤層的水源涵養功能也更強。

云南多為山區，干濕季節明顯，夏季容易發生泥石流、山體滑坡等事故，冬季又容易受到干旱的影響，且公益林多分布在江河源頭和兩岸，因此，加強公益林事業對于防止水土流失、涵養水源具有重要的意義。

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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

劉蔚漪, 喻慶國, 羅宗偉, 張昌順. 2017. 滇南亞熱帶地區典型公益林與商品林凋落物儲量及持水特性[J]. 生態環境學報, 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.

國家自然科學基金項目（31660173）；西南林業大學云南省省級重點學科（林學）（2012BAD23B04）；云南省林學一流學科建設項目（51600625）；云南省教育廳重點項目（515006009）；普洱市林業局委托項目（215660）

劉蔚漪（1982年生），女，講師，博士，主要從事森林生態與培育研究。

*通信作者：張昌順（1977年生），男，博士，主要從事森林生態系統結構與功能研究。E-mail: zhangcs@igsnrr.ac.cn

2017-08-08