曾丹娟, 徐廣平, 黃玉清, 莫 凌, 張中峰, 何成新, 李先琨

(廣西喀斯特植物保育與恢復生態(tài)學重點實驗室 廣西壯族自治區(qū)中國科學院廣西植物研究所， 廣西 桂林 541006)

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北部灣經(jīng)濟區(qū)枯落物及其林下土壤持水能力研究

曾丹娟, 徐廣平, 黃玉清, 莫 凌, 張中峰, 何成新, 李先琨

(廣西喀斯特植物保育與恢復生態(tài)學重點實驗室 廣西壯族自治區(qū)中國科學院廣西植物研究所， 廣西 桂林 541006)

通過對北部灣經(jīng)濟區(qū)5個典型生態(tài)系統(tǒng)的枯落物和土壤持水性能進行的研究，結(jié)果表明:枯落物累積量為防城港>十萬山>大明山>藥用植物園>金花茶保護區(qū)；最大持水率為藥用植物園>大明山>金花茶保護區(qū)>十萬山>防城港;最大持水量為大明山>十萬山>金花茶保護區(qū)>藥用植物園>防城港；0—20 cm土壤的總孔隙度和毛管孔隙度是大明山>十萬山>藥用植物園>金花茶保護區(qū)>防城港，大明山的毛管持水量和最大持水量都最大，分別達到了882.6，954.9 g/kg，防城港最低，只有231.3，269.0 g/kg。

北部灣經(jīng)濟區(qū); 枯落物; 持水性能; 土壤物理性質(zhì)

森林枯落物層是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是森林水文效應的第二個層次,它通過對地表的覆蓋，一方面消弱雨滴對土壤的直接濺擊，另一方面吸收一部分降水，減少了到達土壤表面的降水量[1-3]；枯落物層結(jié)構疏松，具有良好的透氣性和持水能力，而且增加了地表的粗糙度和徑流阻力，減緩了地表徑流速度，從而明顯地降低了徑流侵蝕力[4-6]。因此枯落物層在森林涵養(yǎng)水源和水土保持過程中發(fā)揮著十分重要的作用。而森林枯落物層厚度、累積量及其持水性能與森林水土保持和涵養(yǎng)水源功能有著緊密聯(lián)系，通過對森林凋落物厚度、累積量和持水性能的研究，將有助于對森林水土保持和涵養(yǎng)水源機理的深入認識，也有利于水源涵養(yǎng)林和水土保持林的可持續(xù)經(jīng)營管理。國內(nèi)外許多學者在不同區(qū)域?qū)Χ喾N森林類型下的枯落物特性作了研究，在枯落物的凋落量、凋落動態(tài)、分解速率、截持降水、影響地表徑流和土壤侵蝕機理等方面都取得了一定成果[7-13]，但對北部灣經(jīng)濟區(qū)不同林分枯落物水文生態(tài)功能的研究甚少。本文主要針對北部灣經(jīng)濟區(qū)5個典型生態(tài)系統(tǒng)的枯落物層蓄積量、持水能力以及枯落物覆被下的表層土壤物理性質(zhì)進行了定量研究分析，對枯落物水文效應的研究具有重要意義，以期為該區(qū)域森林涵養(yǎng)水源的功能評價提供理論基礎和科學依據(jù)。

1　研究區(qū)概述

大明山地理位置為23°10′—23°38′N，108°18′—108°45′E。年平均溫度為14～19℃，最低溫度為-8℃。年平均降水量2 511.0 mm，豐水年達2 827.4 mm。生長著以銀荷木(Schimaargentea)、甜櫧(Castanopsiseyrei)、米椎(Castanopsiscarlesii)、羅浮栲(Castanopsisfabri)、華南石櫟(Lithocarpusfenestratus)和栲樹(Castanopsisfargesii)為主要群落的常綠闊葉林[14]。

防城港西灣地處21°31′00″—21°37′30″N，108°00′30″—108°19′30″E，屬南亞熱帶海洋季風氣候，年平均氣溫22.5℃，極端最高氣溫37.8℃，極端最低氣溫1.8℃，年平均降雨量2 220.5 mm[15]。

廣西防城金花茶國家級自然保護區(qū)地理坐標是108°07′04″—108°07′25″E 和21°45′04″—21°45′15″N，地處十萬大山的藍山支脈，屬北熱帶季風氣候區(qū)，總面積9 195.1 hm2，年日照時數(shù)為1 525 h，年均氣溫21.9℃，年均降雨量2 900 mm 以上，生長著以熱帶季雨林為主的地帶性植被[16]。

十萬大山國家級自然保護區(qū)位于桂西南，地理座標為107°29′59″—108°13′11″E，21°40′03″—22°04′18″N，總面積58 277 hm2。十萬大山處于中國東部北熱帶季風區(qū)，氣候溫暖，保護區(qū)年均氣溫21.1～21.8℃，極端最高溫9.1℃，最低溫-1.9℃，年均氣溫在20.0～21.8℃，最冷月(1月)均溫12.5～13.1℃，最熱月(7月)均溫28.0～28.2℃，≥0℃活動積溫達7 700～7 900℃，熱量在東南坡稍高于西北坡。由于主山脈呈東西走向，東南坡面向海洋，迎臨海上東南季風，雨量尤為豐富，是廣西雨量最集中的區(qū)域，多年平均降水量2 000～2 700 mm[17]。

廣西藥用植物園地處首府南寧，園內(nèi)種植有幾千種珍貴藥用植物。由于為人工種植與管護，人為干擾較大。樣地概況如下(表1)。

表1　研究樣地概況

2　研究方法

2011年1月在廣西藥用植物園(以下簡稱藥用園)，防城港西灣(以下簡稱防城港)，金花茶上岳保護站(以下簡稱金花茶)，十萬山平龍山保護站(以下簡稱十萬山)，大明山舞臺歷山(以下簡稱大明山)5個典型生態(tài)系統(tǒng)中各設置面積為1 m×1 m的樣方6個,調(diào)查凋落物鮮重,并各取部分凋落物測定含水率。各采樣地點的樣方凋落物鮮干重見表2。另取各樣方的部分凋落物裝入網(wǎng)袋后分別浸入水中0.5，1，1.5，2，4，6，8，10，13，24 h后,撈起并靜置到凋落物不滴水時稱重,做3個重復。

土壤物理性質(zhì)的測定:采用環(huán)刀法,于2011年1月在標準地內(nèi)挖掘土壤剖面,用環(huán)刀按照土層0—20,20—40,40—60 cm分層取樣,每個組合重復3次,用烘干法和浸水法測定土壤的自然含水量、土壤的各項物理性狀和持水性能指標。

3　結(jié)果與分析

3.1凋落物儲量

5個典型生態(tài)系統(tǒng)的凋落物儲量各不相同(表2)。大明山的凋落物的鮮重最大，達15.21×103kg/hm2,其它4個采樣地點的順序為防城港>十萬山>藥用園>金花茶。而5個采樣地點的凋落物的干重順序為防城港>十萬山>大明山>藥用園>金花茶。同時大明山的凋落物自然含水率最高，達49.17%。

表2　凋落物厚度及儲量

3.2凋落物持水量

在浸泡不同時間后，采樣點的凋落物持水量均呈現(xiàn)大明山>十萬山>金花茶>藥用園>防城港，在浸泡0.5～4.0 h內(nèi),各點的凋落物持水量增長較為迅速.此后,隨著浸泡時間的增加,凋落物持水量增長緩慢,浸泡8～10 h時,其持水量接近飽和,即8～10 h后增加浸泡時間,其持水量變化很小(圖1).大明山的凋落物最大持水量在各點中居首位,達8.6×103kg/hm2,防城港的凋落物最大持水量最小為3.81×103kg/hm2。

圖1　凋落物持水量與浸泡時間的關系

采樣地點方程Rp防城港y=0．4058lnt+2．30220．9165<0．001金花茶y=0．7970lnt+4．05780．9661<0．001大明山y(tǒng)=0．5433lnt+6．88860．9786<0．001藥用園y=0．5957lnt+4．12620．9725<0．001十萬山y(tǒng)=0．8203lnt+4．88040．9725<0．001

凋落物持水量(WH)與浸泡時間(t)的關系按照對數(shù)方程變化.各點不同浸泡時間的凋落物持水量理論值與實測結(jié)果相近,相關系數(shù)R>0.91,達到顯著相關水平(p<0.001,表3)。

3.3凋落物持水率

凋落物的持水率用凋落物吸收的水分與凋落物干質(zhì)量的比值來表示,該值越大,凋落物的持水能力就越強.在浸泡不同時間后,各點的凋落物持水率均呈現(xiàn)藥用園>大明山>金花茶>十萬山>防城港(圖2).浸泡時間在0.5～6 h時,各點的凋落物持水率隨著浸泡時間的增長而迅速增長,此后增長較為緩慢,浸泡時間達13 h時,持水率趨于飽和.藥用園、大明山、金花茶、十萬山和防城港的凋落物最大持水率分別為174.97%，162.09%，159.9%，159.81%和118.24%,藥用園的凋落物顯示了較強的持水能力。

凋落物持水率(WR)與浸泡時間(t)可以用對數(shù)方程模擬.各點不同浸泡時間的凋落物持水率理論值與實測結(jié)果的相關系數(shù)R>0.91,二者關系達到極顯著相關水平(p<0.001,表4)。

圖2　凋落物持水率與浸泡時間的關系

3.4凋落物吸水速率

浸泡時間在0.5～4.0 h時,各點凋落物的吸水速率隨浸泡時間的增長急劇下降,此后緩慢下降(圖3).藥用園的凋落物在浸泡不同時間后,其吸水速率均居首位,防城港的凋落物吸水速率最小.浸泡0.5 h時,藥用園、大明山、金花茶、十萬山和防城港的凋落物的吸水速率分別為2 228.31，1 900.15，1 813.21，1 759.95，1 169.4 g/(kg·h),浸泡24 h后分別下降到54.49，51.04，53.41，47.51，42.5 g/(kg·h),其中,浸泡4 h時,吸水速率分別下降了85.2%，86.5%，85.1%，84.2%和83.1%.由圖3可知,5種采樣地凋落物的吸水速率相差不是很大。

圖3　凋落物吸水速率與浸泡時間的關系

凋落物吸水速率與浸泡時間的關系可以用乘冪方程模擬.用乘冪方程得出的凋落物吸水速率理論值與實測結(jié)果的相關系數(shù)R>0.993,二者極顯著相關(p<0.001,表5)。

3.5土壤物理性狀和持水性能

土壤的物理性狀指土層厚度、土壤容重及土壤孔隙度等指標，土壤的物理性狀直接影響到土壤的持水性能、保水能力等，從表6中可見，不同地點土壤的物理性狀具有一定的差異，表層土壤容重是藥用園最大，最小的是十萬山；而土壤的總孔隙度、毛管孔隙度是大明山>十萬山>藥用園>金花茶>防城港；非毛管孔隙度以藥用園最大4.2%，金花茶最小1.2%，由此可知，在改善土壤物理性質(zhì)方面的潛力由大到小藥用園>防城港>十萬山>大明山>金花茶。原因主要是，枯落物種類不同，導致分解程度和對土壤的影響不同，另外，人為因素的影響也不盡相同。

從土壤的持水性能看，無論是最小持水量還是最大持水量都以大明山最大，分別達到了882.6,954.9 g/kg，防城港最低，只有231.3,269.0 g/kg。原因主要是枯落物種類的不同。

總體來說，大明山土壤的最大持水量達到了954.9 g/kg，因此只要有足夠的時間讓水分滲入土壤，一般的降雨量土壤都可以完全吸收，不會形成地表徑流。

表6　不同地點土壤的物理性狀及持水性能

4　結(jié) 論

(1) 5個典型生態(tài)系統(tǒng)森林凋落物的厚度在1.6～4.2 cm，現(xiàn)存量烘干重在4.81～9.26 t/hm2，具有防城港>十萬山>大明山>藥用園>金花茶的規(guī)律。各采樣點凋落物的最大持水量介于3.81～8.60 t/hm2，表現(xiàn)為大明山>十萬山>金花茶>藥用園>防城港。

(2) 凋落物持水率與時間存在對數(shù)曲線關系,凋落物持水率隨時間延長而增加,約在10～13 h時接近飽和,最大持水率在118.2%～174.9%間，不同采樣點表現(xiàn)為藥用園>大明山>金花茶>十萬山>防城港。凋落物吸水速率與浸泡時間呈冪函數(shù)關系，浸泡時間在0.5～4.0 h時,各點凋落物的吸水速率隨浸泡時間的增長急劇下降,此后緩慢下降，5個采樣地凋落物的吸水速率相差不是很大。

(3) 凋落物的持水率、吸水速率、現(xiàn)存量和最大持水量是研究森林凋落物持水能力和水文功能的重要指標,對5個典型生態(tài)系統(tǒng)森林凋落物的分析表明:大明山、金花茶、藥用園、十萬山等闊葉林具有較高的持水效能,而防城港的馬尾松林凋落物的吸水速率、持水率以及最大持水量均最低,其林地凋落物涵養(yǎng)水源、保持水土能力較差。

(4) 0—20 cm土壤容重是十萬山最小，其次是金花茶，最大的是藥用園；而土壤的總孔隙度、毛管孔隙度從大到小依次為大明山、十萬山、藥用園、金花茶、防城港；非毛管孔隙度以藥用園最大，防城港較??；從土壤的持水性能看，大明山的毛管持水量和最大持水量都最大，分別達到了882.6，954.9 g/kg,防城港最低，只有231.3，269.0 g/kg?？傮w來看，植被土壤的持水性能明顯，大明山土壤的最大持水量達到了954.9 g/kg，因此只要有足夠的時間讓水分滲入土壤，一般的降雨量土壤都可以完全吸收，不會形成地表徑流。

[1]陳奇伯,解明曙,張洪江.森林枯落物影響地表徑流和土壤侵蝕研究動態(tài)[J].北京林業(yè)大學學報,1994,16(3):88-97.

[2]姜海燕,趙雨森,陳祥偉,等.大興安嶺嶺南幾種主要森林類型土壤水文功能研究[J].水土保持學報,2007,21(3):149-153.

[3]閆文德,張學龍.祁連山森林枯落物水文作用的研究[J].西北林學院學報,1997,12(2):7-14.

[4]程金花,張洪江,史玉虎,等.三峽庫區(qū)幾種林下枯落物的水文作用[J].北京林業(yè)大學學報,2003,25(2):8-13.

[5]趙鴻雁,吳欽孝.黃土高原幾種枯枝落葉吸水機理研究[J].防護林科技,1996(4):15-18.[6]陳洪松,王克林.巖溶干旱特征及其治理對策[C]∥湖南省農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程學會常務理事會暨青年學術委員會會議論文集，2004.

[7]樊登星,余新曉,岳永杰,等.北京西山不同林分枯落物層持水特性研究[J].北京林業(yè)大學學報,2008,30(2):177-181.

[8]Beasley R S, Granillo A B. Soil protection by natural vegetation on clearcut forest land in Arkansas[J]. Journal of Soil and Water Conservation,1985,40(4):379-382.

[9]周祥,趙一鶴,張洪江.云南高原典型林分林下枯落物持水特征研究[J].生態(tài)環(huán)境學報,2011,20(2):248-252.

[10]田月亮,張金池,李海東,等.不同林分類型土壤水分物理性質(zhì)及其海拔效應：以浙江省鳳陽山為例[J].水土保持通報,2013,33(1):53-56.

[11]徐學華,張慧,王海東,等.太行山前南峪旅游區(qū)3種典型林分枯落物持水特性的研究[J].水土保持學報,2013,27(6):108-112.

[12]張騰達,陶建平,王玉平.兩種生境下不同生活型植物凋落葉的持水特性[J].生態(tài)學雜志,2014,33(2):310-315.

[13]高開通,胡淑萍,劉鵬舉,等.北京九龍山自然保護區(qū)典型林分枯落物水文效應研究[J].水土保持研究,2013,20(5):160-164.

[14]溫遠光,黃棉.大明山中山植被恢復過程植物物種多樣性的變化[J].植物生態(tài)學報,1998,22(1):33-40.

[15]梁士楚,劉鏡法,梁銘忠.北侖河口國家級自然保護區(qū)紅樹植物群落研究[J].廣西師范大學學報:自然科學版,2004,22(2):70-76.

[16]龐潔,盧廣昌,和太平,等.廣西防城金花茶自然保護區(qū)金花茶所在植物群落優(yōu)勢種的種間關聯(lián)分析[J].廣西科學院學報,2010，26(2):110-115.

[17]和太平.廣西十萬大山國家級自然保護區(qū)植物區(qū)系研究[J].西北農(nóng)林科技大學學報:自然科學版,2007,35(7):75-84.

Study on Different Forest Litter and Soil Water-holding Capacity in Guangxi North Gulf Economic Zone

ZENG Danjuan, XU Guangping, HUANG Yuqing, MO Ling,ZHANG Zhongfeng, HE Chengxin, LI Xiankun

(Guangxi Key Laboratory of Plant Conservation and Restoration Ecology in Karst Terrain,GuangxiInstituteofBotany,GuangxiZhuangAutonomousRegionandChineseAcademyofSciences,Guilin，Guanxi541006,China)

Through the study on litter and soil water-holding capacity 5 representative ecosystems in Guangxi North Gulf Economic Zone, the results showed that the accumulation amount of litter was in the order of Fangchenggang>Shiwanshan>Damingshan>Medicinal Herb Garden>Yellow Camellia Natural Reserve; the maximum water-holding rate was in the order of Medicinal Herb Garden>Damingshan>Yellow Camellia Natural Reserve>Shiwanshan>Fangchenggang; the maximum water-holding capacity was in the order of Damingshan> Shiwanshan>Yellow Camellia Natural Reserve>Medicinal Herb Garden>Fangchenggang. The total porosity and capillary porosity in 0—20 cm soil were in the order of Damingshan>Shiwanshan>Medicinal Herb Garden> Yellow Camellia Natural Reserve>Fangchenggang. The capillary and the maximum water-holding capacity were largest in Damingshan, reaching to 882.6 g/kg and 954.9 g/kg, respectively, while the lowest ones were only 231.3 g/kg and 269.0 g/kg in Fangchenggang.

North Gulf Economic Zone; litter; water-holding ability; physical characteristics of soil

2014-08-08

2014-09-18

廣西自然科學基金重大專項(2010GXNSFE013002;2010GXNSFE013003);國家自然科學基金(41172313;41361057);廣西植物研究所基本業(yè)務費項目(桂植業(yè)11001);中國科學院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃資助項目(科發(fā)人教字[2011]180)

曾丹娟(1982—),女,湖南洞口人，學士，助理研究員,主要從事植物生理生態(tài)研究。E-mail:djzeng221@163.com

S714

A

1005-3409(2015)04-0210-04