曲杭峰 董希斌 張?zhí)?唐國(guó)華 馬曉波 管惠文 王智勇 阮加甫

(森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱，150040)

大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造后枯落物水文效應(yīng)變化1)

曲杭峰 董希斌 張?zhí)?唐國(guó)華 馬曉波 管惠文 王智勇 阮加甫

(森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱，150040)

以大興安嶺地區(qū)新林林業(yè)局白樺低質(zhì)林為研究對(duì)象，對(duì)白樺低質(zhì)林進(jìn)行不同密度的補(bǔ)植改造，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法和變異系數(shù)法建立綜合評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)的指標(biāo)為各補(bǔ)植樣地的未分解層和半分解層枯落物自然持水率、最大持水率、最大持水量、總最大持水量、有效攔蓄量、總有效攔蓄量、蓄積量、總蓄積量。結(jié)果表明：不同密度補(bǔ)植樣地的枯落物吸水速率隨浸泡時(shí)間的增加呈冪指數(shù)關(guān)系下降，持水量隨浸泡時(shí)間的增加呈對(duì)數(shù)函數(shù)上升，灰色關(guān)聯(lián)值大小依次為：BZ4(0.807)、BZ5(0.666)、BZ6(0.642)、BZ3(0.548)、BZ2(0.513)、BZ1(0.480)、CK(0.421)，說明補(bǔ)植密度為800株·hm-2時(shí)，大興安嶺新林林業(yè)局白樺低質(zhì)林的水源涵養(yǎng)能力最佳。

白樺低質(zhì)林；補(bǔ)植改造；枯落物水文效應(yīng)；大興安嶺

林下枯落物是森林土壤不可缺少的保護(hù)層，具有保護(hù)林分環(huán)境、保護(hù)物種多樣性、實(shí)現(xiàn)森林涵養(yǎng)水源、改良水土的的生態(tài)功能[1-5]。它既能有效攔截林地降水，攔蓄滲透降水，減少表層土的水分蒸發(fā)和增加土壤水分入滲又能避免太陽(yáng)直射土壤，并且能改善土壤，使土壤溫度不至于過分降低或者升高[6-9]。而枯落物的水文作用，主要體現(xiàn)在枯枝落葉吸水量的多少，影響因素包括分解狀況以及自身的含量、天氣狀況等[10-14]。因此，林下枯落物的水文效應(yīng)是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)不同林型枯落物水文效應(yīng)已有許多研究，吳金卓[15]等研究了吉林蛟河不同演替階段針闊混交林凋落物的持水特性，發(fā)現(xiàn)成熟林的持水特性最好，近熟林次之、中齡林的持水特性最差，且蓄積量越大，枯落物的最大持水量與自然持水量越大，持水能力越強(qiáng)。郭輝等[16]對(duì)小興安嶺低質(zhì)林分水平皆伐和垂直皆伐后對(duì)改造樣地的枯落物持水特性變化進(jìn)研究，發(fā)現(xiàn)兩種采伐作業(yè)后未分解層和半分解層的枯落物量除了水平帶有所增加，其他采伐帶均呈減小的趨勢(shì)，最終得出低強(qiáng)度擇伐對(duì)小興安嶺闊葉混交低質(zhì)林的水土保持能力最佳。

目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法等評(píng)價(jià)方法對(duì)枯落物的水文效應(yīng)進(jìn)行研究，主要從不同林型的角度對(duì)枯落物水文效應(yīng)進(jìn)行研究[17-20]，而對(duì)不同密度的補(bǔ)植改造對(duì)枯落物水文效應(yīng)的影響研究較少。本文以大興安嶺白樺低質(zhì)林為研究對(duì)象，采用塊狀補(bǔ)植補(bǔ)該造法進(jìn)行樣地改造，補(bǔ)植苗木為興安落葉松(Larixdahurica)，研究不同密度補(bǔ)植改造對(duì)未分解層和半分解層枯落物水文效應(yīng)的影響，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)補(bǔ)植改造后的枯落物水文效應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出最佳的水土保持改造模式，即最佳的低質(zhì)林補(bǔ)植改造密度，可為大興安嶺低質(zhì)林補(bǔ)植改造提供參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在大興安嶺新林林業(yè)局新林林場(chǎng)90林班內(nèi)，東鄰88林班，南接94林班，西靠92林班，北與87林班相鄰，東經(jīng)124°22′47.8″～124°24′35.2″，北緯50°34′9.15″～50°34′32″。屬于低山丘陵地帶，地貌類型為山地陽(yáng)坡，坡向西南，海拔高度370～420 m，土壤厚度為18～22 cm，土壤類型為棕色森林。研究區(qū)受季風(fēng)的影響屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，春秋兩季白天伴有大風(fēng)，晝夜溫差較大，最低氣溫-45.4 ℃，最髙氣溫37.3 ℃，年平均氣溫-1.3 ℃，年降水量在462.8～526.8 mm，雨期集中在7、8月，蒸發(fā)量為900 mm，無霜期為85～130 d。白樺低質(zhì)林中喬木層郁閉度為0.3～0.5，灌木層樹種包括刺五加(Eleutherococcussenticosus)、蒼術(shù)(Atractyloedslancea)、胡枝子(Lespedezabicolor)等。地表草本植物包括蕨類(Adiantumspp.)、山茄子(Brachybotrysparidifornus)、舞鶴草(Maianthemumdilatatum(linn.) F.W.Schmidt)等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2016年夏季，經(jīng)過實(shí)地勘察設(shè)計(jì)，在大興安嶺新林林業(yè)局新林林場(chǎng)設(shè)立6塊補(bǔ)植樣地，1塊對(duì)照樣地，通過塊狀補(bǔ)植法對(duì)試驗(yàn)樣地進(jìn)行改造，補(bǔ)植苗木為興安落葉松(Larixdahurica)，樣地編號(hào)為BZ1～BZ6和對(duì)照樣地CK，7塊樣地的大小皆為20 m×20 m，BZ1～BZ6樣地的補(bǔ)植密度分別為500、600、700、800、900、1 000株·hm-2，CK作為空白對(duì)照樣地，不進(jìn)行補(bǔ)植作業(yè)，大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造完成后，須對(duì)補(bǔ)植樹種進(jìn)行基本的管理和維護(hù)，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的撫育，撫育工作主要有澆水、擴(kuò)穴、扶正、培土、踏實(shí)、除草[21]。

2.2 枯落物采集與測(cè)定

為防止某一試驗(yàn)樣地的枯落物采集密度過大，每塊樣地設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，采樣大小為30 cm×30 cm的樣方，采集枯落物的未分解和半分解層，未分解有新鮮的葉子、枝條和果皮凋落到地面組成，外表無分解的痕跡；半分解層外觀輪廓不完整，能基本辨認(rèn)出原型，但枯落物的顏色變化較大。

枯落物蓄積量的測(cè)量方法是取完樣后帶回實(shí)驗(yàn),使用精度為1 mm的天平稱量未分解和半分解的鮮質(zhì)量，隨后放入烘干箱內(nèi)85 ℃烘干24 h，通過稱量枯落物的干質(zhì)量推算枯落物的蓄積量?？萋湮锍炙芰Φ臏y(cè)定采用的是室內(nèi)浸泡法，將烘干后的枯落物裝入0.16 mm的尼龍網(wǎng)袋中，然后浸入清水中(以網(wǎng)袋和枯落物全部浸入水中為準(zhǔn))，分別在0.25、0.5、1、2、4、8、24 h這7個(gè)時(shí)間取出稱量枯落物的質(zhì)量(在枯落物不再滴水時(shí)稱量)，由此可以推算出自然持水量=鮮質(zhì)量-干質(zhì)量，自然持水率=[(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/干質(zhì)量]×100%，經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)24 h后的持水量基本不發(fā)生變化，故定義24 h的枯落物持水量為最大持水量，所以最大持水率=[(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/干質(zhì)量]×100%，最大持水量是在24 h后測(cè)量得到的結(jié)果，但實(shí)際情況較少出現(xiàn)如此長(zhǎng)的浸泡時(shí)間，一般定義降雨量達(dá)到20～30 mm的植被，實(shí)際持水率為最大持水率的85%，故使用最大持水率評(píng)價(jià)枯落物的攔蓄能力得到的結(jié)果會(huì)偏大，所以有效攔蓄量=(0.85×最大持水率-自然持水率)×蓄積量。

3 結(jié)果與分析

3.1 補(bǔ)植改造對(duì)枯落物蓄積量的影響

由表1可知：BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6補(bǔ)植樣地的未分解層枯落物蓄積量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ5、BZ1、BZ4、BZ2、BZ3、BZ6，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)未分解層枯落物蓄積量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，BZ2、BZ4和BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05),BZ1、BZ3和BZ5與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)。BZ2、BZ3、BZ4、BZ5的半分解層枯落物蓄積量高于對(duì)照樣地枯落物蓄積量，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)半分解層枯落物蓄積量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，6塊補(bǔ)植樣地除BZ2樣地外，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。6塊補(bǔ)植樣地的枯落物總蓄積量除BZ1樣地外，其他樣地的枯落物總蓄積量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ2、BZ6、BZ3、BZ4和BZ5，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)枯落物總蓄積量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，六塊補(bǔ)植樣地除BZ1和BZ4樣地外，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。BZ1～BZ6樣地中，未分解層枯落物蓄積量占枯落物總蓄積量的比值為61.41%、32.29%、33.97%、26.11%、13.00%、59.26%、27.85%；半分解層枯落物蓄積量占枯落物總蓄積量的比值為38.59%、67.71%、66.03%、73.89%、87.00%、60.74%、72.15%。通過分析得到除BZ1樣地外，其他補(bǔ)植樣地的半分解層枯落物蓄積量所占比例均高于未分解層枯落物蓄積量所占比例。

3.2 補(bǔ)植改造對(duì)枯落物自然持水率的影響

由表2可知：BZ1、BZ3和BZ5未分解層枯落物自然持水率低于對(duì)照樣地，BZ2、BZ4和BZ6未分解層枯落物自然持水率高于對(duì)照樣地，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)未分解層枯落物有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，BZ2和BZ6與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)其他樣地差異性顯著(P<0.05)，各樣地的變異系數(shù)均小于15%，屬于中弱度變異，其中，BZ2樣地變異系數(shù)最大(10.54%)，對(duì)照樣地變異系數(shù)最小(2.42%)。6塊補(bǔ)植樣地的枯落物自然持水率除BZ4樣地外，其他樣地的半分解層枯落物自然持水率均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ2、BZ3、BZ6、BZ4和BZ1，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)枯落物半分解層枯落物自然持水率有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，BZ1、BZ4和BZ6補(bǔ)植樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ2、BZ3和BZ5與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)，各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異其中，BZ4樣地變異系數(shù)最大(3.68%)，BZ1樣地變異系數(shù)最小(2.42%)。

表1 補(bǔ)植改造后各樣地枯落物蓄積量 t·hm-2

注：表中數(shù)據(jù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表2 補(bǔ)植改造后各樣地枯落物自然持水率 %

注：表中數(shù)據(jù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.3 補(bǔ)植改造對(duì)枯落物最大持水量的影響

由表3可知：除BZ4樣地外，BZ1、BZ2、BZ3、BZ5、BZ6樣地的未分解層枯落物最大持水量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ2、BZ1、BZ3、BZ6、BZ4、說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)未分解層枯落物最大持水量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，BZ2、BZ4和BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05),BZ1、BZ3和BZ5與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)。BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6樣地半分解層最大持水量皆高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ6、BZ2、BZ3、BZ5、BZ4，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)半分解層枯落物最大持水量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，六塊補(bǔ)植樣地除BZ5樣地外，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。6塊補(bǔ)植樣地的枯落物總最大持水量BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6，枯落物總最大持水量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ1、BZ6、BZ2、BZ3、BZ5、BZ4，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)枯落物總最大持水量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，6塊補(bǔ)植樣地除BZ1樣地差異性不顯著(P≥0.05)，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。BZ1～BZ6樣地中，未分解層枯落物最大持水量占枯落物總最大持水量的比值為55.17%、34.22%、31.83%、26.75%、12.60%、49.65%、31.91%；半分解層枯落物最大持水量占枯落物總最大持水量的比值為44.83%、65.78%、68.17%、73.25%、87.40%、50.35%、68.09%。通過分析得到除BZ1樣地外，其他補(bǔ)植樣地的半分解層枯落物最大持水量所占比例均高于未分解層枯落物最大持水量所占比例。

表3 補(bǔ)植改造后各樣地枯落物最大持水量 t·hm-2

注：表中數(shù)據(jù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.4 補(bǔ)植改造對(duì)枯落物最大持水率的影響

由表4可知：BZ2、BZ3、BZ5和BZ6未分解層枯落物最大持水率低于對(duì)照樣地，BZ1和BZ4未分解層枯落物最大持水率高于對(duì)照樣地，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)未分解層枯落物最大持水率有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，除BZ3與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)，各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異，其中，BZ2樣地變異系數(shù)最大(2.55%)，對(duì)照樣地變異系數(shù)最小(1.37%)。

BZ1～BZ6樣地中的半分解層枯落物最大持水率均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ5、BZ2、BZ3、BZ6、BZ4和BZ1，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)枯落物半分解層枯落物最大持水率有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，除BZ1與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)，各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異，其中，BZ3樣地變異系數(shù)最大(2.93%)，BZ1樣地變異系數(shù)最小(1.45%)。

表4 補(bǔ)植改造后各樣地枯落物最大持水率 %

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.5 補(bǔ)植改造對(duì)枯落物有效攔蓄量的影響

由表5可知：除BZ5樣地外，BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ6樣地的未分解層枯落物有效攔蓄量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ2、BZ3、BZ1、BZ4、BZ6、說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)未分解層枯落物有效攔蓄量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，除BZ5樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。除BZ1～BZ6樣地半分解層枯落物有效攔蓄量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ1、BZ6、BZ2、BZ3、BZ5、BZ4，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)半分解層枯落物有效攔蓄量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，6塊補(bǔ)植樣地BZ1、BZ2、BZ3和BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P≥0.05),BZ4和BZ5與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。6塊補(bǔ)植樣地的枯落物總有效攔蓄量BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6，枯落物總有效攔蓄量均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ1、BZ2、BZ6、BZ3、BZ5、BZ4，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)枯落物總有效攔蓄量有著不同的程度的影響，經(jīng)過方差分析，6塊補(bǔ)植樣地除BZ1樣地差異性不顯著(P≥0.05)，其他樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)。BZ1～BZ6樣地中，未分解層枯落物有效攔蓄量占枯落物總有效攔蓄量的比值為62.00%、39.81%、37.32%、32.29%、15.10%、62.94%、36.60%；半分解層枯落物有效攔蓄量占枯落物總有效攔蓄量的比值為38.00%、60.19%、62.68%、67.71%、84.90%、37.06%、63.40%。通過分析得到除BZ1樣地外，其他補(bǔ)植樣地的半分解層枯落物有效攔蓄量所占比例均高于未分解層枯落物有效攔蓄量所占比例。

表5 補(bǔ)植改造后各樣地枯落物有效攔蓄量 t·hm-2

注：表中數(shù)據(jù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.6 枯落物持水能力

3.6.1 枯落物持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系

持水量反應(yīng)不同密度改造后林下枯落物的持水性能，對(duì)白樺低質(zhì)林進(jìn)行不同密度的補(bǔ)植改造后，各改造樣地枯落物未分解層和半分解層的持水量不同，對(duì)林下枯落物持水量(S)與浸泡時(shí)間(t)之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)持水量隨著時(shí)間的增加呈對(duì)數(shù)函數(shù)上升的關(guān)系，得到持水量與浸泡時(shí)間的回歸方程為：S=alnt+b(a、b為方程系數(shù))，對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造后，白樺低質(zhì)林枯落物持水量與浸泡時(shí)間的擬合效果較好，R2≥0.811 3，關(guān)系方程如表6所示。

表6 持水量與浸泡時(shí)間關(guān)系模型

3.6.2 枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間的關(guān)系

吸水率是反應(yīng)枯落物吸水快慢程度的重要指標(biāo)，它的大小決定了枯落物對(duì)森林降水的分配能力，對(duì)林下枯落物吸水速率(V)與浸泡時(shí)間(t)之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)吸水速率隨著時(shí)間的增加呈冪函數(shù)下降的關(guān)系，得到吸水速率與浸泡時(shí)間的回歸方程為：V=ctd(c、d為方程系數(shù))，對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造后，白樺低質(zhì)林枯落物吸水速率與浸泡時(shí)間的擬合效果較好，R2≥0.991 9，關(guān)系方程如表7所示。

3.7 枯落物持水特性的綜合評(píng)價(jià)

利用Excel2010首先對(duì)不同補(bǔ)植密度樣地的各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到的數(shù)據(jù)如表8，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣可以計(jì)算出理想對(duì)象矩陣，如表9，之后對(duì)該矩陣計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，得出灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣如表10，然后確定利用變異系數(shù)法計(jì)算白樺低質(zhì)林枯落物各指標(biāo)權(quán)重如表11，最終用補(bǔ)植樣地各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣乘以各自的權(quán)重，計(jì)算出灰色關(guān)聯(lián)度，得到不同密度各補(bǔ)植樣地的灰色關(guān)聯(lián)度如表11，分別為BZ1(0.480)、BZ2(0.513)、BZ3(0.548)、BZ4(0.807)、BZ5(0.666)、BZ6(0.642)、CK(0.421)，其中BZ4樣地的灰色關(guān)聯(lián)度最高，且BZ4樣地在蓄積量、有效攔蓄量、最大持水量、總蓄積量、總最大持水量和總有效攔蓄量上均有較大載荷，說明補(bǔ)植密度為800株·hm-2時(shí)，大興安嶺白樺低質(zhì)林的水源涵養(yǎng)能力最佳。

表7 吸水速率與浸泡時(shí)間關(guān)系模型

表8 補(bǔ)植改造后各樣地指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

表10 補(bǔ)植改造后各樣地判斷矩陣

表11 補(bǔ)植改造后各樣地指標(biāo)權(quán)重和灰色關(guān)聯(lián)度

樣地指標(biāo)權(quán)重關(guān)聯(lián)度BZ10.1020.480BZ20.0290.513BZ30.0400.548BZ40.0740.807BZ50.0920.666BZ60.1120.642CK0.0470.421

4 結(jié)論與討論

研究發(fā)現(xiàn)未分解層和半分解層枯落物蓄積量與枯落物的持水量、持水率呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性，蓄積量越大，持水量越大，原因是枯落物的蓄積量反應(yīng)其本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，蓄積量越大，持水率越高，持水能力越強(qiáng)，這與李超等[22]研究結(jié)果相似。除BZ1樣地外，其他密度的補(bǔ)植改造都呈現(xiàn)半分解層枯落物的蓄積量、最大持水量和有效攔蓄量均大于未分解層，原因是枯落物分解是受到土壤土壤中氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響，補(bǔ)植苗木生長(zhǎng)時(shí)需要大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成補(bǔ)植樣地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏，迫使枯落物分解速度加快，導(dǎo)致枯落物半分解層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于未分解層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[23]。但不同密度的補(bǔ)植改造樣地枯落物未分解層和半分解層自然持水率和最大持水率沒有顯著的相關(guān)性，這與唐國(guó)華等[24]研究結(jié)果相似。

對(duì)枯落物吸水特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不同密度補(bǔ)植改造樣地未分解層和半分解層枯落物的吸水性能存在一定的差異性，但吸水過程大體相似，都是在15 min內(nèi)吸水速度最快，然后吸水速率逐漸減慢，最后在24 h左右吸水速率基本上不再發(fā)生變化，通過對(duì)吸水速率與浸泡時(shí)間的散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合得到的關(guān)系方程為：V=ctd，其中V為枯落物吸水速率，c、d為方程系數(shù)，t為浸泡時(shí)間，這與陳百靈等[25]研究結(jié)果相似。對(duì)枯落物持水特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不同密度補(bǔ)植改造樣地的持水性能存在差異性，但變化過程整體相似，都是在前4 h內(nèi)枯落物的持水量迅速增加，然后持水量增加的幅度逐漸減小，最后持水量達(dá)到飽和，基本上不發(fā)生變化，通過對(duì)持水量與浸泡時(shí)間的散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合得到的擬合方程為：S=alnt+b，其中S為枯落物持水量，a、b為方程系數(shù)，t為浸泡時(shí)間，這與宋啟亮等[26]研究結(jié)果相似。

通過對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林各樣地進(jìn)行不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)未分解層和半分解層枯落物的13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)從大到小依次為：BZ4(0.807)、BZ5(0.666)、BZ6(0.642)、BZ3(0.548)、BZ2(0.513)、BZ1(0.480)、CK(0.421)，白樺低質(zhì)林枯落物的灰色關(guān)聯(lián)值先升高后降低，原因是對(duì)白樺低質(zhì)林進(jìn)行補(bǔ)植改造后，隨著林分密度逐漸增大，地表溫度上升，加速了枯枝落葉的分解，使得植被水土保持能力隨之增強(qiáng)，但當(dāng)補(bǔ)植密度過大時(shí)，補(bǔ)植樣地的森林微氣候發(fā)生變化，枯落物分解所需要的微生物、酶的數(shù)量不足時(shí)，對(duì)林下水源涵養(yǎng)造成了負(fù)面的影響[23]，使得枯落物的綜合得分有所下降，根據(jù)灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系，BZ4樣地的改造方式最適合大興安嶺白樺低質(zhì)林的補(bǔ)植改造。大興安嶺白樺低質(zhì)林枯落物水文效應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)不僅與不同密度的補(bǔ)植改造有關(guān)，影響的因素還包括林分的組成、森林的水熱效應(yīng)、氣候的變化等[27]，所以枯落物的水文效應(yīng)還需要長(zhǎng)期關(guān)注并對(duì)其繼續(xù)研究。

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Changes of Replanting Alterations ofBetulaplatyphyllaLow Quality Forest on Litter Hydrological Effect in Daxing’an Mountains//

Qu Hangfeng, Dong Xibin, Zhang Tian, Tang Guohua, Ma Xiaobo, Guan Huiwen, Wang Zhiyong, Ruan Jiafu

(Key Laboratory of Forest Sustainable Management and Environmental Microorganism Engineering of Heilongjiang Province, Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)

//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(8)：14-19.

The different density of replanting alterations were conducted to focus onBetulaplatyphyllalow-quality forest in Xinlin Bureau of Daxing’an Mountains. The evaluation system of litter hydrological was established by grey relation analysis and variation coefficients, and the evaluation indicators were natural water capacity, maximum water rate, maximum water capacity, total maximum water capacity, modified interception, total modified interception, storage of forest litters and total storage of forest litters. The absorption rate and soaking time were a power function, while the holding capacity had remarkable logarithmic correlation with soaking time, and the grey relation degrees of litter hydrological in different plots were BZ4(0.807), BZ5(0.666), BZ6(0.642), BZ3(0.548), BZ2(0.513), BZ1(0.480), and CK(0.421), indicating that the integrated density of 800 tree·hm-2was the most suitable one for the water-conservation ofBetulaplatyphyllalow-quality forest in Xinlin Bureau of Daxing’an Mountains.

Betulaplatyphyllalow-quality forest； Replanting alterations; Litter hydrological effect； Daxing’an Mountains

曲杭峰，男，1992年6月生，森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，碩士研究生。E-mail：1763983999@qq.com。

董希斌，森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，教授。E-mail：xibindong@163.com。

2017年4月14日。

S715.3

1)林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣項(xiàng)目([2015]06號(hào))。

責(zé)任編輯：潘 華。