遼東山區古石河冰緣地貌苔蘚植物的持水特性

李 娟，張 華，侯 榮，弋靈均，熊丹陽

(遼寧師范大學 城市與環境學院，遼寧 大連 116029)

1 引言

苔蘚植物是一類植株矮小、結構簡單、由水生向陸生過渡的高等植物。由于苔蘚植物特有的變水現象，使其能夠根據環境濕度和水分情況迅速改變自身含水量，能夠吸收本身干質量幾倍甚至十幾倍的水分，具有很強的持水、保水能力[1]。因此，研究苔蘚植物的持水特性就成為森林生態系統中的重要內容。目前國外許多學者對不同區域的苔蘚特性進行了研究，在苔蘚植物分布與環境關系、苔蘚植物涵養水源作用等方面取得了一定成果[2]。國內學者對三峽庫區[3]、祁連山[4]、川西亞高山針闊混交林與針葉純林[5]、四川[6]、青藏高原東部針葉林[7]等地區的苔蘚植物持水性能進行了研究，但對遼東山區古石河冰緣地貌苔蘚植物的水文功能研究較少。

本文運用野外調查與室內分析相結合的方法，對遼東山地古石河冰緣地貌苔蘚植物的水文特性進行了定量研究，以期為今后冰緣地貌苔蘚植物的保護、森林生態系統的水文效應提供基礎數據和科學依據。

2 研究區概況

本研究選取的古石河位于遼東山地老禿頂子東坡場子溝。遼東山地老禿頂子位于遼寧省東部桓仁、新賓兩縣交界處，地理坐標為124°49′06″～124°57′08″E，41°16′38″～41°21′10N，主峰海拔1376.3 m，為遼寧第一峰。研究區內石海、石河及石流坡冰緣地貌廣布，其上礫石大小不一，堆積混雜無序，在地表徑流的作用下，具有潛在的移動性[8]。氣候屬于溫帶大陸性季風濕潤氣候，年平均氣溫6.0 ℃，年無霜期139 d，年降雨量651～1315 mm，年平均相對濕度72%；加上老禿頂子海拔過1000 m的山峰近百座，山地小氣候效應顯著，降水豐富，但發育河流規模不大，常形成地下暗河[8]，地帶性植被為溫性落葉闊葉林，植物區系屬長白植物區系的西南邊緣，兼有華北植物區系的過渡性，生物多樣性豐富，原生植被群落較完整且垂直分布明顯，存有古化石孑遺植物紫杉、天女木蘭，世界獨有孑遺植物雙蕊蘭[9]。

3 研究方法

3.1 野外樣方設置

于2014年6～7月，在遼寧最高峰老禿頂子東坡場子溝典型的古石河冰緣地貌上，按不同森林群落類型隨機設置9塊調查樣方(每塊樣方面積為20 m×30 m)，包括落葉闊葉林3塊，針闊混交林3塊，暗針葉林3塊。樣方信息詳見表1。

表1 樣方基本信息

注：A-落葉闊葉林，B-針闊混交林，C-暗針葉林。下同

3.2 苔蘚植物調查及采樣

在每塊森林群落調查樣方中隨機選取30塊礫石，測定每塊礫石表面著生苔蘚的厚度，估測每塊礫石表面著生苔蘚植物的覆蓋度(苔蘚著生面積與巖石出露總表面積的比例)。在每塊樣方中選擇胸徑大于15 cm的每一株喬木作為調查對象，估測樹生苔蘚植物的覆蓋度(樹基部和樹干表面苔蘚著生面積與總表面積的比例)，測定樹生苔蘚植物的厚度。9塊樣地共采集面積大小不等的石生苔蘚樣品32份、樹生苔蘚樣品28份，風干后稱其干重。

3.3 苔蘚植物持水性能浸泡實驗

將采集的苔蘚植物樣品自然風干，測定風干重，利用室內浸泡法，將苔蘚樣品分別浸泡在水中0.25 h、0.5 h、1 h、2 h、4 h、8 h、12 h、24 h，每次浸泡后拿出懸置1 min后測吸水樣本總質量M吸水,求得苔蘚的持水量、持水率和吸水速率。

M持水=M吸水-M干

(1)

W持水=(M持水/M干)×100%；

(2)

V吸水=(M持水/t)×100%；

(3)

式(1)、(2)、(3)中：M干為苔蘚風干質量，單位(g)；M吸水為苔蘚吸水后的質量，單位(g)；M持水為苔蘚吸水后的質量減去風干質量，單位(g)；W持水為苔蘚持水速率，單位(倍)；V吸水為苔蘚吸水速率，單位(倍/h)；t為苔蘚浸泡時間，單位(h)。

4 結果與分析

4.1 石生、樹生苔蘚持水量

由表2可知：3種林型中石生苔蘚持水量為422.8～1059.5 g/m2，排序為：落葉闊葉林>暗針葉林>針闊混交林。

3種林型中樹生苔蘚持水量276.32～587.52 g/m2，排序為：針闊混交林>暗針葉林>落葉闊葉林。

4.2 石生、樹生苔蘚持水率

由表3可知：3種林型石生苔蘚持水率為6.48～12.75倍，次序為暗針葉林>針闊混交林>落葉闊葉林。樹生苔蘚持水率10.68～18.2倍，次序為：針闊混交林>落葉闊葉林>暗針葉林。

表2 石生、樹生苔蘚持水量 g/m2

3種林型中石生、樹生苔蘚變化趨勢大體一致，均為持水率隨浸泡時間的增加而增大。浸泡0.25 h時，石生苔蘚持水率最小，0.25～2 h持水率迅速增高，4～8 h持水率增加緩慢，8～12持水率增加漸趨平緩，24 h時達到最大值。

運用回歸分析中的曲線模型，對石生、樹生苔蘚持水率W(倍)與浸泡時間t(h)的關系進行回歸分析，得出，苔蘚持水率W(倍)與浸泡時間t(h)呈對數關系，公式為：

W=a+blnt

(4)

式(4)中：W為石生、樹生苔蘚持水率(倍)，t為浸泡時間(h)，a、b為常數。

表3 石生、樹生苔蘚持水率 倍

4.3 石生、樹生苔蘚吸水速率

由表4可知：石生苔蘚吸水速率最大為35.34～3258.64倍/h，次序為落葉闊葉林>暗針葉林>針闊混交林。樹生苔蘚吸水速率15.40～2016.88倍/h，次序為落葉闊葉林>暗針葉林>針闊混交林。

3種林型中石生、樹生苔蘚吸水速率隨浸泡時間的增加而逐漸降低，0.25 h時最高，0.25～2 h吸水速率下降最迅速，2～8 h吸水速率下降速度減緩，8～24 h吸水速率下降速度緩慢。

運用回歸分析中的曲線模型，對石生、樹生苔蘚持水率W(倍)與浸泡時間t(h)的關系進行分析，得出，石生、樹生苔蘚吸水速率V(倍/h)與浸泡時間t(h)呈冪函數數關系，公式為：

V=a+tb

(5)

式(5)中：V為石生、樹生苔蘚吸水速率(倍/h)，t為浸泡時間(h)，a、b為常數。

4 結論

(1)古石河冰緣地貌3種林型石生苔蘚持水量為422.8～1059.5 g/m2，次序為：落葉闊葉林>暗針葉林>針闊混交林；樹生苔蘚持水量為276.32 ～587.52 g/m2，次序為：針闊混交林落葉闊葉林>暗針葉林>落葉闊葉林。

表5 石生、樹生苔蘚吸水速率 倍/h

(2)3種林型石生苔蘚持水率為6.48～12.75倍，樹生苔蘚水率為10.68～18.2倍。石生、樹生苔蘚持水率變化趨勢一致，均為持水率隨浸泡時間的增加而增大，石生、樹生苔蘚持水率均與浸泡時間呈對數關系。

(3)3種林型石生苔蘚吸水速率為35.34～3258.64倍/h，樹生苔蘚植物吸水速率15.4～2016.88倍/h。石生、樹生苔蘚吸水速率隨浸泡時間的增加而逐漸降低，石生苔蘚、樹生苔蘚吸水速率與浸泡時間均呈冪數函數關系。

6 結語

本文僅對遼東山地古石河冰緣地貌3種林型苔蘚持水量、持水率和吸水速率等方面進行了探討，表明古石河冰緣地貌3種林型石生、樹生苔蘚植物具有較好的水源涵養作用，為進一步系統研究這一地區森林生態水文過程的影響奠定了基礎。