海南省典型水土流失區(qū)不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)過程研究

摘要： 為研究海南省典型水土流失區(qū)不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)特征，采用室內(nèi)浸泡法及模擬失水試驗(yàn)定量分析了海南省螞蝗嶺小流域3種混交林的枯落物持水能力和水源涵養(yǎng)能力，結(jié)果表明：①不同混交林枯落物厚度為4.67～5.87 cm，儲(chǔ)量為8.01～12.30 t/hm2，表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林大于其他混交林。②不同混交林枯落物最大持水量為17.16～29.32 t/hm2，有效持水量為13.07～22.68 t/hm2，均表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林gt;馬占相思×桉樹混交林gt;馬占相思×橡膠樹混交林。③不同混交林枯落物持水量動(dòng)態(tài)過程表現(xiàn)為2 h內(nèi)增幅較大，2～8 h內(nèi)增幅減緩，8 h后趨于平穩(wěn)，至24 h趨于穩(wěn)定；不同混交林枯落物吸水速率動(dòng)態(tài)過程表現(xiàn)為1 h內(nèi)迅速下降，1～4 h內(nèi)降幅減緩，4 h后趨于平穩(wěn)，至24 h趨于穩(wěn)定。④不同混交林枯落物水分含水量在0.25 h內(nèi)急劇下降，隨后逐漸減緩，到72 h時(shí)基本恢復(fù)到自然狀態(tài)。⑤不同混交林枯落物失水速率隨失水時(shí)間的延長而減小，在1 h之內(nèi)急劇下降，6 h后下降趨勢變緩，至72 h下降趨勢基本停止。⑥不同混交林枯落物持水能力隨時(shí)間增加而逐漸恢復(fù)，在12 h時(shí)大約恢復(fù)到50%，在48 h時(shí)恢復(fù)到84%以上。研究認(rèn)為，馬占相思×桉樹×竹混交林的枯落物持水能力較優(yōu)，建議該區(qū)域營造水土保持林時(shí)選用多樹種組成的混交林，以促進(jìn)區(qū)域水土保持林發(fā)揮更強(qiáng)的涵養(yǎng)水源功能。

關(guān)鍵詞： 持水能力；恢復(fù)過程；枯落物；混交林；水土流失區(qū)；螞蝗嶺小流域；海南省

中圖分類號： S715.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.04.019

引用格式： 黃艷萍，洪德偉，韓宇杰，等.海南省典型水土流失區(qū)不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)過程研究[J].中國水土保持，2025（4）：75-79.

植被恢復(fù)是侵蝕區(qū)生態(tài)環(huán)境改善的重要措施，能夠顯著提高區(qū)域保水固土能力[1-2]。枯落物層在森林水文循環(huán)過程中發(fā)揮著重要作用，通過削弱雨滴動(dòng)能，減輕降雨對土壤的破壞，增強(qiáng)入滲，延緩徑流匯流，進(jìn)而發(fā)揮著重要的水文效應(yīng)[3-4]。目前，關(guān)于不同植被類型的枯落物持水能力已有大量研究，但對于枯落物持水能力恢復(fù)過程的研究較少[5-7]。研究表明枯落物水分蒸發(fā)量、下滲量和失水速率受到不同區(qū)域、不同植被類型的影響[8-9]，因而研究不同植被類型枯落物持水能力恢復(fù)過程，對進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)枯落物的調(diào)蓄水分能力及保水能力具有重要意義。

海南省儋州螞蝗嶺小流域因水土流失嚴(yán)重而被稱為“海南黃土高原”，是典型的水土流失區(qū)[10-11]。目前對該區(qū)域桉樹等人工純林枯落物層的水文功能已有研究[10]，但對混交林枯落物持水能力恢復(fù)過程的研究尚不足，無法深入認(rèn)識(shí)該區(qū)域混交林的涵養(yǎng)水源功能。因此，本研究以螞蝗嶺小流域不同混交林為研究對象，探究其枯落物持水能力恢復(fù)過程，以期揭示不同混交林的涵養(yǎng)水源功能，為區(qū)域植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于海南螞蝗嶺小流域，地理位置為19°41′～19°47′N，109°24′～109°30′E，屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降雨量1 815 mm，年均氣溫23.5 ℃，最高海拔161.6 m。土壤類型主要是磚紅壤，沙性大、透水能力強(qiáng)。區(qū)域內(nèi)混交林主要有馬占相思×桉樹混交林、馬占相思×橡膠樹混交林、馬占相思×桉樹×竹混交林等；林下灌木、草本植物較為稀少。選取螞蝗嶺小流域內(nèi)馬占相思×桉樹混交林、馬占相思×橡膠樹混交林、馬占相思×桉樹×竹混交林3種混交林為研究對象，設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地塊，于2023年3月進(jìn)行樣地調(diào)查，基本概況見表1。表1樣地基本概況植被類型林齡/a海拔/m坡度/（°）坡向平均樹高/m平均胸徑/cm郁閉度冠幅/m馬占相思×桉樹混交林24502～5半陽坡13.01±3.0816.78±5.750.754.48±0.84馬占相思×橡膠樹混交林24502～5半陽坡11.41±1.9216.32±5.370.865.82±0.34馬占相思×桉樹×竹混交林24652～5半陽坡8.21±5.8612.01±8.870.623.92±0.58

1.2研究方法

1.2.1枯落物持水能力測定

于2023年3月在不同混交林樣地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)5個(gè)枯落物樣方（面積均為0.5 m×0.5 m），取枯落物樣品并稱量，測量各枯落物層厚度。 黃艷萍等：海南省典型水土流失區(qū)不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)過程研究將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，烘干至恒定質(zhì)量，計(jì)算枯落物儲(chǔ)量?？萋湮锍炙芰Σ捎檬覂?nèi)浸泡法測定，即取枯落物樣品（3個(gè)重復(fù)）放置尼龍袋浸入水中后，分別在0.25、0.5、1、2、4、6、8、12、24 h時(shí)取出，待不再滴水時(shí)測定樣品質(zhì)量，計(jì)算枯落物最大持水量及有效持水量，計(jì)算公式[10]為

W_max=M₂₄-M （1）

R_max=W_max/M×100% （2）

W_h=（0.85R_max-R₀）×M₀ （3）

式中：W_max為枯落物最大持水量，單位g；M₂₄為浸水24 h后的枯落物質(zhì)量，單位g；M為烘干后枯落質(zhì)量，單位g；R_max為枯落物最大持水率；W_h為枯落物有效持水量，單位t/hm²；0.85為有效持水系數(shù)；R₀為枯落物自然含水率；M₀為枯落物儲(chǔ)量，單位t/hm²。

1.2.2枯落物持水能力恢復(fù)過程測定

將持水24 h的枯落物取出后，模擬野外自然條件，將枯落物放置于沙盆中，使其自然失水，分別在0.25、0.5、1、2、4、6、12、24、36、48、72 h時(shí)測定樣品質(zhì)量，計(jì)算枯落物水分蒸發(fā)量、下滲量，用枯落物最大持水量與不同時(shí)間段蒸發(fā)量、下滲量的差值來反映其可持水量，用二者差值與最大持水量的比值來反映其持水能力恢復(fù)過程[8]。

1.2.3數(shù)據(jù)處理和分析

利用Excel 2010對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，運(yùn)用SPSS 25.0軟件分析不同混交林枯落物持水能力的差異顯著性（α=0.05），采用Origin 2022制圖。

2結(jié)果和分析

2.1不同混交林枯落物厚度及儲(chǔ)量特性

圖1為不同混交林枯落物厚度及儲(chǔ)量。由圖1可知，不同混交林枯落物厚度存在一定差異，表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林（5.87 cm）gt;馬占相思×橡膠樹混交林（5.33 cm）gt;馬占相思×桉樹混交林（4.67 cm），但差異不顯著（p＞0.05）。3種混交林枯落物儲(chǔ)量為8.01～12.30 t/hm2，馬占相思×桉樹×竹混交林與馬占相思×桉樹混交林之間差異不顯著（pgt;0.05），但二者均顯著大于馬占相思×橡膠樹混交林（plt;0.05）。這可能是因?yàn)轳R占相思×橡膠樹混交林中橡膠樹為落葉樹種，該區(qū)域橡膠樹每年2月中旬會(huì)落葉，且其葉片分解速率快于桉樹、竹的葉片，所以馬占相思×桉樹×竹混交林、馬占相思×桉樹混交林枯落物儲(chǔ)量較高。

2.2不同混交林枯落物持水量特性

圖2為不同混交林枯落物最大持水量及有效持水量。由圖2（a）可知，3種混交林枯落物最大持水量表現(xiàn)為：馬占相思×桉樹×竹混交林（29.32 t/hm2）gt;馬占相思×桉樹混交林（23.48 t/hm2）gt;馬占相思×橡膠樹混交林（17.16 t/hm2）。由圖2（b）可知，不同混交林枯落物有效持水量表現(xiàn)為：馬占相思×桉樹×竹混交林（22.68 t/hm2）gt;馬占相思×桉樹混交林（18.00 t/hm2）gt;馬占相思×橡膠樹混交林（13.07 t/hm2），3種混交林可分別攔蓄2.27、1.80、1.31 mm的降雨，馬占相思×桉樹×竹混交林的持水能力最強(qiáng)。3種混交林枯落物最大持水量和有效持水量存在差異，這主要與不同混交林枯落物層厚度及儲(chǔ)量存在差異有關(guān)。

2.3不同混交林枯落物持水量變化動(dòng)態(tài)過程

圖3為不同混交林枯落物水分動(dòng)態(tài)過程。由圖3（a）可知，不同混交林枯落物持水動(dòng)態(tài)過程趨勢一致，即枯落物持水量隨著持水時(shí)間的增加而增加，具體表現(xiàn)為2 h內(nèi)增幅較大，2～8 h內(nèi)增幅減緩，8 h后趨于平穩(wěn)，至24 h趨于穩(wěn)定。整個(gè)枯落物持水過程表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林gt;馬占相思×橡膠樹混交林gt;馬占相思×桉樹混交林。枯落物持水量與持水時(shí)間之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系（R2gt;0.87）。

由圖3（b）可知，3種混交林枯落物吸水速率動(dòng)態(tài)過程趨勢一致，即枯落物吸水速率隨著持水時(shí)間的增加而下降，具體表現(xiàn)為1 h內(nèi)迅速下降，1～4 h內(nèi)降幅減緩，4 h后降幅趨于平穩(wěn)，至24 h趨于穩(wěn)定。整個(gè)枯落物吸水速率表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林gt;馬占相思×橡膠樹混交林gt;馬占相思×桉樹混交林?？萋湮镂俾逝c持水時(shí)間之間呈冪函數(shù)關(guān)系（R2gt;0.88）。

2.4不同混交林枯落物含水量變化動(dòng)態(tài)過程

一般來說，水分的蒸發(fā)、下滲為枯落物含水量發(fā)生變化的主要原因。圖4為不同混交林枯落物水分蒸發(fā)、下滲量動(dòng)態(tài)過程。由圖4可知，不同混交林枯落物水分蒸發(fā)、下滲量動(dòng)態(tài)過程基本一致，即隨著時(shí)間的增加而逐漸下降。不同混交林枯落物水分蒸發(fā)、下滲量在0.25 h內(nèi)急劇下降，隨后逐漸減緩，到72 h時(shí)基本恢復(fù)到自然狀態(tài)。在12 h時(shí)，馬占相思×桉樹混交林、馬占相思×橡膠樹混交林、馬占相思×桉樹×竹混交林枯落物的持水量分別為最大持水量的54.54%、50.57%、43.51%，到72 h時(shí)基本恢復(fù)到自然狀態(tài)?？萋湮锖颗c失水時(shí)間關(guān)系符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系（R2＞0.73） （見圖4）。

2.5不同混交林枯落物失水速率變化動(dòng)態(tài)過程

不同混交林枯落物失水速率隨失水時(shí)間的變化見圖5。由圖5可知，在1 h之內(nèi)不同混交林枯落物失水速率急劇下降，6 h后隨著失水時(shí)間的延長，枯落物可供釋放的水分減少，枯落物失水速率下降趨勢變緩，至72 h下降趨勢基本停止，失水速率平均值為0.036 t/（hm2·h）。3種混交林枯落物的初始失水速率存在差異，馬占相思×桉樹×竹混交林[113.30 t/（hm2·h）] gt;馬占相思×桉樹混交林[91.14 t/（hm2·h）]gt;馬占相思×橡膠樹混交林[68.23 t/（hm2·h）]，馬占相思×桉樹×竹混交林枯落物失水速率較大，可能是3種樹種枯落物中的葉片與葉片之間有較多的空隙，有利于水分流失。3種混交林枯落物失水速率與失水時(shí)間之間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系（R2gt;0.99） （見圖5）。

2.6不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)過程

圖6為不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)過程。由圖6可知，枯落物持水能力在36 h之前，表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林gt;馬占相思×橡膠樹混交林gt;馬占相思×桉樹混交林，而36～72 h時(shí)段內(nèi)表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林gt;馬占相思×桉樹混交林gt;馬占相思×橡膠樹混交林。不同混交林枯落物持水能力隨著時(shí)間的增加逐漸恢復(fù)。在12 h時(shí)，馬占相思×桉樹混交林、馬占相思×橡膠樹混交林、馬占相思×桉樹×竹混交林枯落物的持水能力分別恢復(fù)到45.01%、49.19%、55.58%，即恢復(fù)到50%左右；在48 h時(shí)，分別恢復(fù)到87.48%、84.45%、89.91%，即所有植被類型枯落物持水能力基本恢復(fù)到84%以上。總體來說馬占相思×桉樹×竹混交林枯落物的持水能力恢復(fù)程度優(yōu)于其他2種混交林。

3討論

枯落物層在森林水文循環(huán)過程中發(fā)揮著重要作用，其涵養(yǎng)水源功能主要表現(xiàn)在枯落物儲(chǔ)量和持水量兩方面[2]?？萋湮飪?chǔ)量反映了枯枝落葉凋落與分解之間的動(dòng)態(tài)平衡[3]。研究表明，不同混交林間枯落物儲(chǔ)量差異顯著，這主要是不同植被類型枯落物的數(shù)量與質(zhì)量所決定的[4-6]。馬占相思×桉樹×竹混交林與馬占相思×桉樹混交林枯落物儲(chǔ)量顯著大于馬占相思×橡膠樹混交林，這主要是相比較于竹、桉樹的葉片，橡膠樹葉片分解速率較快所致。不同混交林枯落物最大持水量及有效持水量馬占相思×桉樹×竹混交林均最大，不僅是因?yàn)轳R占相思×桉樹×竹混交林枯落物儲(chǔ)量大，還與該混交林枯落物組成成分多及其枯落物葉表面積大有關(guān)，這與陳家琦等[12]的“枯落物葉片表面積與持水量呈正相關(guān)”的結(jié)論一致。研究區(qū)3種混交林中馬占相思×桉樹×竹混交林枯落物有效持水量最大，可攔蓄2.27 mm的降雨，與儲(chǔ)量呈正比，這與陳夙怡等[10]的研究結(jié)果一致。3種混交林枯落物持水過程的差異性與不同混交林樹種組成及枯落物儲(chǔ)量等有關(guān)，這與楊霞等[6]和董輝等[7]的研究結(jié)果一致。不同混交林枯落物持水量與持水時(shí)間之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系、枯落物吸水速率與持水時(shí)間之間呈冪函數(shù)關(guān)系，這與溫林生等[1]和張佳楠等[5]的研究結(jié)果一致。不同混交林枯落物持水能力隨著時(shí)間的增加逐漸增強(qiáng)，這與前人研究結(jié)果一致[8-9]。本研究在48 h時(shí)所有混交林枯落物的持水能力大約恢復(fù)到84%以上，而杜晨曦等[8]的研究表明，8 h時(shí)枯落物持水能力恢復(fù)到80% 以上，這個(gè)差異可能與不同區(qū)域植被類型及其枯落物形態(tài)、組成、儲(chǔ)量以及區(qū)域微環(huán)境等因子差異有關(guān)。未來在枯落物持水能力恢復(fù)過程研究中，可以進(jìn)一步細(xì)化野外環(huán)境中不同風(fēng)速、濕度、光照條件下枯落物持水能力的變化，有助于深入理解自然環(huán)境條件下不同因子對枯落物持水過程的影響。

4結(jié)論

1）3種不同混交林的枯落物厚度為4.67～5.87 cm，儲(chǔ)量為8.01～12.30 t/hm2，表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林大于其他混交林。

2） 不同混交林枯落物最大持水量為17.16～29.32 t/hm2，有效持水量為13.07～22.68 t/hm2，均表現(xiàn)為馬占相思×桉樹×竹混交林gt;馬占相思×桉樹混交林gt;馬占相思×橡膠樹混交林。

3） 不同混交林枯落物持水量變化動(dòng)態(tài)過程表現(xiàn)為2 h內(nèi)增幅較大，2～8 h內(nèi)增幅減緩，8 h后趨于平穩(wěn)，至24 h趨于穩(wěn)定；枯落物持水量與持水時(shí)間之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。3種混交林枯落物吸水速率動(dòng)態(tài)過程表現(xiàn)為1 h內(nèi)迅速下降，1～4 h內(nèi)降幅減緩，4 h后降幅趨于平穩(wěn)，至24 h趨于穩(wěn)定；枯落物吸水速率與浸水時(shí)間之間呈冪函數(shù)關(guān)系。

4）不同混交林枯落物水分蒸發(fā)、下滲量隨著時(shí)間增加逐漸下降，在0.25 h內(nèi)急劇下降，隨后逐漸減緩，到72 h時(shí)基本恢復(fù)到自然狀態(tài)，枯落物含水量與失水時(shí)間關(guān)系符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系。

5）不同混交林枯落物失水速率隨失水時(shí)間的延長而減小，在1 h之內(nèi)枯落物失水速率迅速下降，6 h后下降趨勢變緩，至72 h下降趨勢基本停止，枯落物失水速率與失水時(shí)間的關(guān)系呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。

6）不同混交林枯落物持水能力恢復(fù)隨著時(shí)間的增加逐漸增強(qiáng)，在12 h時(shí)所有混交林枯落物的持水能力大約恢復(fù)到50%，在48 h時(shí)基本恢復(fù)到84%以上。

綜上所述，馬占相思×桉樹×竹混交林的枯落物持水能力較強(qiáng)，建議該區(qū)域營造水土保持林時(shí)選用多樹種組成的混交林，以促進(jìn)區(qū)域水土保持植被發(fā)揮優(yōu)良的涵養(yǎng)水源功能。

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（責(zé)任編輯 楊傲秋）