全 文 ：书第 39 卷 第 11 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 39 No． 11
2011年 11 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Nov． 2011
1)国家林业公益性行业专项(200904064)。
第一作者简介:韩友志，男，1975 年 5 月生，辽宁省林业科学研究
院，工程师。
收稿日期:2011 年 5 月 6 日。
责任编辑:程 红。
浑河上游白桦冷杉等 4种林分枯落物储量及持水特性1)
韩友志 邢兆凯 顾宇书 刘红民 高英旭
(辽宁省林业科学研究院，沈阳，110032)
摘 要 从森林涵养水源的角度出发，对浑河上游 4 种林分类型的林下枯落物储量及持水特性进行了研究。
结果表明:白桦 ×冷杉混交林总蓄积量为 24． 06 t /hm2，最大持水量为 79． 44 t /hm2，有效拦蓄量为 44． 87 t /hm2;蒙
古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林总蓄积量为 15． 58 t /hm2，最大持水量为 58． 74 t /hm2，有效拦蓄量为 35． 97 t /hm2;蒙古
栎纯林总蓄积量为 14． 59 t /hm2，最大持水量为 51． 51 t /hm2，有效拦蓄量为 34． 28 t /hm2;落叶松纯林总蓄积量为
23． 27 t /hm2，最大持水量 66． 22 t /hm2，有效拦蓄量为 37． 93 t /hm2。枯落物持水量在 0 ～ 2 h内快速增加，吸水速率
在 0 ～ 1 h快速降低，其后均呈趋缓态势。回归分析表明，持水量与浸水时间符合关系式 W = alnt + b，吸水速率与
浸水时间符合关系式 V = ktn，均达到显著相关水平(P ＜ 0． 001)。研究表明白桦 ×冷杉混交林枯落物持水量较好。
关键词 白桦冷杉混交林;枯落物;持水特性;浑河上游
分类号 S727． 21
Litter Mass and Water-holding Characteristics of Litter in Betula platyphylla-Abies holophylla Mixed Forest and
Three Other Forest Types in Upper Reaches of Hunhe River /Han Youzhi，Xing Zhaokai，Gu Yushu，Liu Hongmin，
Gao Yingxu(Liaoning Academy of Forestry Science，Shenyang 110032，P． R． China)/ / Journal of Northeast Forestry Uni-
versity． － 2011，39(11)． － 15 ～ 18
A survey was conducted to study the litter amount and water-holding characteristics of litter in 4 different forest types
in the upper reaches of Hunhe River in terms of water conservation of forest ecosystems． Results showed that the total stor-
age capacity，the maximum water capacity and the modified interception amount of the Betula platyphylla-Abies holophylla
mixed forest were 24． 06，79． 44 and 44． 87 t /hm2 respectively;those of the Quercus mongolica-Fraxinus rhynchophylla-
Tilia amurensis mixed forest were 15． 58，58． 74 and 35． 97 t /hm2;those of the Q． mongolica forest were 14． 59，51． 51
and 34． 28 t /hm2;those of the Larix olgensis forest were 23． 27，66． 22 and 37． 93 t /hm2 ． The water-holding capacity of
litter rapidly increased during 0 － 2 h after soaking in water，while the water absorption rate by litter rapidly decreased dur-
ing 0 － 1 h，subsequently both showed a slow trend． Regression analysis showed that the relationship between water-holding
capacity (W)and immersion time (t)could be expressed with W = aln(t)+ b (P ＜ 0． 001) ，and the relationship between
absorption rate (V)and immersion time (t)could be described with V = ktn(P ＜ 0． 001)． The water-holding amount of
litter in the B． platyphylla-A． holophylla mixed forest was higher．
Keywords Betula platyphylla-Abies holophylla mixed forests;Litter;Water-holding characteristics;Upper reaches
of Hunhe River
枯落物是覆盖在林地土壤表面的由苔藓及森林植物落下
的茎、叶、枝条、芽鳞、花、果实、树皮等凋落物及动植物体分解
而成的死地被物［1］，是森林生态系统的重要组成部分［2］。在
林冠层、枯落物层和根系土壤层的森林生态系统 3 个垂直结
构中，枯落物是森林水文效应的重要功能层之一，同时也是实
现森林涵养水源的主要作用层［3 － 5］。国内外许多学者对不同
区域的不同林分类型下的枯落物的水文特性作了研究，在枯
落物凋落变化［6］、枯落物持水过程与能力［7 － 9］、阻滞径流与减
流减沙［10 － 11］、影响林地糙率变化［1］、枯落物积累与分
解［12 － 16］等方面都取得了一定的成果。
浑河上游位于辽宁省东部抚顺市境内，是浑河及其主要
支流的发源地和集水区，也是沈阳等辽宁中部城市群重要的
水源涵养林基地。当前，许多学者在辽东山区开展了针叶林、
阔叶林枯落物持水研究［17 － 20］，但对针阔混交林枯落物持水特
性的研究鲜有报导。本研究首次对浑河上游针阔混交林白桦 ×
冷杉混交林与落叶松纯林、蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林、蒙
古栎纯林 4 种林分类型下的枯落物进行储量及其持水特性研
究，旨在为探索适合该区域水源涵养林的建设模式提供理论
基础和科学依据。
1 研究区概况
研究区位于辽宁省清原县甘井子林场，属长白山系，地形
以山地为主。气候为温带大陆性季风气候，年均气温 5． 2 ℃，
年降水量为 700 ～ 1 200 mm。土壤多为棕色森林土。该区属
长白植物区系，森林植被以天然次生落叶林和人工针叶林为
主，其中天然次生林约占 84%［17］，主要林型有蒙古栎(Quer-
cus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Jug-
lans mandshurica)、黄波椤(Phellodendron amurense)、花曲柳
(Fraxinus rhynchophylla)等组成的硬阔叶林，桦木(Betula
spp．)等组成的软阔叶林，槭类(Acer spp．)等组成的杂木林，
长白落叶松(Larix olgensis)、红松(Pinus koraiensis)、油松(Pi-
nus tabulaeformis)组成的人工针叶林。该区已规划为水源涵
养用材林区，水源涵养林体系建设已经成为这一地区森林生
态环境建设的主要任务［19］。
2 研究方法
2． 1 标准地设置
在试验区内选择白桦 ×冷杉混交林、落叶松纯林、蒙古栎 ×
花曲柳 ×紫椴混交林、蒙古栎纯林 4 种林分类型，分别就典型
地段设置 4 块标准地，标准地面积为 20 m × 20 m。标准地基
本特征见表 1。
表 1 浑河上游不同林分标准地概况
林分类型 树种组成 林龄 /a
坡向
坡位
坡度 /
(°)
海拔 /m 经纬度
平均树
高 /m
平均胸
径 /cm
郁闭
度 /%
林分密度 /
株·hm －2
白桦 ×冷杉混交林 4 桦 6 冷 24 NW中下 20 440 N40°0154． 49″ E125°2107． 71″ 11． 09 13． 12 91 1 750
蒙古栎 ×花曲柳 × 紫椴混交
林
3 栎 3 柳 4 椴 27 SE中 31 506 N42°0204． 67″ E125°2101． 48″ 15． 91 11． 93 82 1 586
落叶松纯林 10 落 22 NW中 20 422 N42°0420． 84″ E125°1257． 97″ 13． 90 15． 47 86 1 075
蒙古栎纯林 10 栎 28 SW中 30 540 N42°0421． 53″ E125°1957． 26″ 16． 70 24． 47 79 696
2． 2 林下枯落物采集
在标准地上，沿对角线上、中、下设置 30 cm × 30 cm 的 3
个小样方，用钢卷尺测量枯落物总厚度，然后收取样方内所有
的苔藓及枯落物，将枯落物按未分解层、半分解层、已分解层
分别采集，清除土壤颗粒，未分解层和半分解层分别装入 60
目尼龙袋中，已分解层装入 100 目尼龙袋中，立即称其鲜质
量。将枯落物带回实验室进行测定。
2． 3 枯落物持水能力及持水过程测定
把自然风干的枯落物用烘箱烘干(80 ℃烘 8 h) ，分别称
其干质量。采用室内浸泡法测定枯落物持水量和持水速率。
将烘干称质量后的枯落物选取 50 ～ 100 g 试样，分未分解层、
半分解层和已分解层把它们装入各自的尼龙袋中。将其放入
装有清水的容器中浸泡，取出浸水的装有枯落物的尼龙袋，单
层放在窗纱做的网架上 5 min，当无水滴滴下时立刻称质量，
分别称量浸泡 0． 5、1． 0、1． 5、2． 0、4． 0、6． 0、8． 0、24． 0 h 的质
量。用浸泡 24 h质量换算最大持水量和最大持水率，并测定
不同时段的吸水速率。最大持水量、最大持水率和不同时段
吸水速率公式分别为:Gm = G24 － Gd;Rm =(G24 － Gd)/Gd ×
100%;Vt =(Gt2 － Gt1)/h。式中:Gm、G24、Gd 分别为枯落物的
最大持水量、浸水 24 h 后质量和烘干质量(t /hm2) ;Rm 为枯
落物最大持水率(%) ;Vt 为 t 时间段枯落物的吸水速率(t·
hm －2·h －1) ;Gt1、Gt2分别为枯落物吸水 t1、t2 时刻的质量(t /
hm2) ;h为 t1 到 t2 的吸水时间(h)。
2． 4 枯落物有效拦蓄量测算
有研究表明，当降雨量达到 20 ～30 mm以后，不论哪种植被
枯落物层的实际持水量均约为最大持水量的 85%，一般采用有
效拦蓄量来估算枯落物的实际持水能力［18 －19］。公式为:R0 =(G0
－Gd)/Gd ×100%
［7］，W =(0． 85Rm － R0)M
［8］。式中:Rm 为枯落
物最大持水率(%);G0、Gd 分别为枯落物自然状态下质量、枯落
物烘干质量(t /hm2);W为有效拦蓄量(t /hm2);R0 为平均雨前自
然含水率(%);M为枯落物蓄积量(t /hm2)。
3 结果与分析
3． 1 不同林分类型枯落物的蓄积量
枯落物蓄积量与林龄、林分组成、气候条件、输入量、分解
速度、枯落物厚度和性质有关［4，19］。枯落物总蓄积量大小依
次为白桦 ×冷杉混交林(24． 06 t /hm2)、落叶松林(23． 27 t /
hm2)、蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林(15． 58 t /hm2)、蒙古栎
林(14． 59 t /hm2) (表 2)。从总蓄积量来看:白桦 ×冷杉混交
林枯落物年输入量最大，枯落物成分为针阔叶混合物，总蓄积
量最大;落叶松纯林枯落物为针叶，针叶枯落物分解速率明显
低于阔叶枯落物［17］，故总蓄积量较大;蒙古栎 ×花曲柳 ×紫
椴混交林枯落物分解速率高于针叶，成分较复杂，故总蓄积量
较小;而蒙古栎纯林由于枯落物成分单一，分解速率亦较快，
故总蓄积量亦最少［17］。不同林分郁闭度(表 1)大小依次为
白桦 ×冷杉混交林(91%)、落叶松纯林(86%)、蒙古栎 ×花曲柳
×紫椴混交林(82%)、蒙古栎纯林(79%) ，与总蓄积量大小
顺序一致。郁闭度高，林冠层透光性差，林地温度较低，微生
物种类少、数量小、活动强度低，枯落物分解速度慢［17］，其总
蓄积量亦较大。
表 2 浑河上游不同林型下枯落物的蓄积量
林分类型 枯落物厚度 / cm
枯落物蓄积量 / t·hm －2
蓄积量 未分解 半分解 已分解
占总蓄积量比例 /%
未分解 半分解 已分解
白桦 ×冷杉混交林 5． 5 24． 06 4． 41 7． 88 11． 77 18． 33 32． 75 48． 92
蒙古栎 × 花曲柳 × 紫椴混交
林
7． 5 15． 58 4． 32 5． 47 5． 79 27． 73 35． 11 37． 16
落叶松纯林 4． 0 23． 27 4． 13 11． 08 8． 06 17． 75 47． 61 34． 64
蒙古栎纯林 4． 5 14． 59 3． 21 4． 38 7． 00 22． 00 30． 02 47． 98
从表 2 可以看出，除落叶松纯林外，其他林分类型枯落物
蓄积量均是已分解层 ＞半分解层 ＞未分解层，主要是落叶松
纯林枯落物成分单一，且林下土壤质地较硬，枯落物不易分
解，故枯落物蓄积半分解层最大，可见针叶林和阔叶林枯落物
的分解速度不同。不同林分类型枯落物总厚度大小依次为蒙
古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林(7． 5 cm)、白桦 × 冷杉混交林
(5． 5 cm)、蒙古栎纯林(4． 5 cm)、落叶松纯林(4 cm) ，造成这
种状况的原因是蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林枯落物成分复
杂，空隙大，而白桦 ×冷杉混交林总蓄积量最大，厚度其次，蒙
古栎纯林与落叶松纯林枯落物成分都单一，但是阔叶林枯落
物叶片较大，空隙亦较大，故落叶松纯林枯落物厚度最小。
3． 2 不同林分类型枯落物的持水能力
3． 2． 1 不同林分类型枯落物的最大持水量
枯落物持水量反映了林分枯落物的涵养水源能力，是评
价水源林水源涵养功能的一个重要指标［20］。不同林分枯落
物最大持水量大小依次为白桦 ×冷杉混交林(79． 44 t /hm2)、
落叶松纯林(66． 22 t /hm2)、蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林(58．
74 t /hm2)、蒙古栎纯林(51． 51 t /hm2) (表 3)。表明，针阔叶
混交林和针叶林的枯落物持水量高于阔叶混交林和阔叶林，
与枯落物蓄积量大小顺序一致。枯落物蓄积量越大，持水的
潜力越大，但持水能力还与其持水率有关［5］。从表 3 可以看
出，不同林分各层之间半分解层持水率最大，平均持水率和各
层持水率均为阔叶树枯落物持水率最大，针阔混交林枯落物
持水率其次，针叶林持水率最小，这与其他学者的研究结果一
致［9，17 － 20］。这是由于阔叶树枯落物易于分解，因而吸持较多
水分，针阔混交林枯落物成分复杂，吸水能力其次，而针叶树
枯落物不易分解，相对油脂含量较高，吸持水分最差。
3． 2． 2 不同林分类型枯落物的有效拦蓄量
枯落物的最大持水量和最大持水率是将枯落物样品浸水
61 东 北 林 业 大 学 学 报 第 39 卷
24 h后测定的结果，林下枯落物不可能出现长时间浸水的情
况，而且没有考虑到自然状态下林下枯落物的含水量，因而用
最大持水量和最大持水率来反映林下枯落物持水能力结果会
偏大。不同林分的有效拦蓄量大小依次为白桦 ×冷杉混交林
(44． 87 t /hm2)、落叶松纯林(37． 93 t /hm2)、蒙古栎 ×花曲柳
×紫椴混交林(35． 97 t /hm2)、蒙古栎纯林(34． 28 t /hm2) (表
4)。尽管阔叶树最大持水率最大，有效拦蓄量大小趋势与枯
落物蓄积量和最大持水量一致，可见有效拦蓄量受枯落物蓄
积量影响较大，针阔混交林有效拦蓄量明显偏大，针叶林略大
于阔叶林，针阔混交林具有较好的有效拦蓄能力。
表 3 浑河上游不同林型下枯落物的持水能力
林分类型
最大持水量 / t·hm －2
总持水量 未分解 半分解 已分解
最大持水率 /%
未分解 半分解 已分解 加权平均值
白桦 ×冷杉混交林 79． 44 14． 39 30． 35 34． 70 326． 21 385． 15 294． 82 330． 17
蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林 58． 74 15． 01 22． 49 21． 24 347． 45 411． 15 366． 84 377． 02
落叶松纯林 66． 22 8． 19 36． 19 21． 84 198． 27 326． 60 270． 97 284． 58
蒙古栎纯林 51． 51 8． 40 19． 85 23． 26 261． 65 453． 21 332． 32 353． 05
3． 3 不同林分类型枯落物的持水过程
3． 3． 1 不同林分类型枯落物不同时段的持水量
不同层次枯落物持水量随浸水时间变化过程表明，不同
层次枯落物持水量随时间增加而变大。未分解层在 8 h 以后
持水量变化趋于平缓，半分解层在 4 ～ 6 h以后持水量变化趋
于平缓，而分解层在 2 ～ 4 h 以后持水量变化趋于平缓，这种
变化与枯落物分解程度有关，分解越彻底，吸水量越快达到饱
和(图 1)。其中，白桦 ×冷杉混交林枯落物未分解层、半分解
层浸水过程持水量居于前列，已分解层持水量明显高于其他
林分，这与针阔混交林已分解层枯落物蓄量和组分等有关。
表 4 浑河上游不同林型林下枯落物的有效拦蓄量
林分类型
自然含
水率 /%
最大含
水率 /%
枯落物蓄量 /
t·hm －2
有效拦蓄量 /
t·hm －2
白桦 ×冷杉混交林 94． 15 330． 17 24． 06 44． 87
蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交
林
89． 60 377． 02 15． 58 35． 97
落叶松纯林 78． 89 284． 58 23． 27 37． 93
蒙古栎纯林 65． 14 353． 05 14． 59 34． 28
图 1 浑河上游不同时段不同林型下枯落物持水量
不同层次枯落物持水量(W)与浸水时间(h)的回归分析
表明，两者的关系符合对数方程式(表 5)。枯落物持水量模
拟值和实测值的相关系数(R)大于 0． 94，达到显著相关水平
(P ＜ 0． 001)。
表 5 枯落物持水量(W)与浸水时间(t)的关系式
林分类型 层次 关系式 R
白桦 ×冷杉混交林 未分解 W =10． 163 +1． 733lnt 0． 940 4
半分解 W =22． 828 +2． 423lnt 0． 991 7
已分解 W =24． 056 +3． 658lnt 0． 986 1
蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林 未分解 W =10． 774 +1． 654lnt 0．957 5
半分解 W = 14． 521 + 2． 731lnt0． 972 4
已分解 W = 15． 350 + 1． 930lnt0． 974 3
落叶松纯林 未分解 W = 5． 616 + 0． 890lnt 0． 984 4
半分解 W = 29． 109 + 2． 294lnt0． 979 8
已分解 W = 17． 272 + 1． 413lnt0． 987 9
蒙古栎纯林 未分解 W = 6． 594 + 0． 697lnt 0． 956 2
半分解 W = 12． 006 + 2． 266lnt0． 969 4
已分解 W = 21． 192 + 0． 888lnt0． 953 2
3． 3． 2 不同林分类型枯落物的吸水速率
不同层次枯落物的吸水速率表明(图 2) ，不同林分与层
次枯落物吸水速率 0． 5 h 内达到最大值，2 h 内吸水速率较
快，随时间延长，枯落物吸水速率减慢，吸水到 24 h 基本饱
和。
吸水速率(V)与浸泡时间(t)的回归分析表明，两者之间
存在明显的相关关系(表 6)。模拟值和实测值达到显著相关
水平(P ＜ 0． 001)。
表 6 枯落物吸水速率(V)与浸水时间(t)的关系式
林分类型 层次 关系式 R
白桦 ×冷杉混交林 未分解 V = 3． 459t － 1． 068 0． 989 1
半分解 V = 5． 415t － 2． 219 0． 996 5
已分解 V = 9． 256t － 1． 215 0． 993 6
蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林 未分解 V =3．431t －1．408 0．990 7
半分解 V = 5． 320t － 1． 216 0． 918 9
已分解 V = 3． 442t － 2． 366 0． 994 8
落叶松纯林 未分解 V = 1． 092t － 0． 647 0． 961 5
半分解 V = 6． 270t － 2． 329 0． 997 6
已分解 V = 2． 978t － 2． 487 0． 997 4
蒙古栎纯林 未分解 V = 1． 639t － 1． 651 0． 99 9
半分解 V = 4． 325t － 1． 604 0． 989 9
已分解 V = 6． 034t － 1． 974 0． 995 9
4 结论与讨论
浑河上游 4 种林分枯落物蓄量及持水量大小顺序相同。
71第 11 期 韩友志等:浑河上游白桦冷杉等 4 种林分枯落物储量及持水特性
枯落物总蓄积量大小依次为白桦 × 冷杉混交林(24． 06 t /
hm2)、落叶松林(23． 27 t /hm2)、蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交
林(15． 58 t /hm2)、蒙古栎林(14． 59 t /hm2)。枯落物总持水量
大小顺序依次为白桦 ×冷杉混交林(79． 44 t /hm2)、落叶松纯
林(66． 22 t /hm2)、蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林(58． 74 t /
hm2)、蒙古栎纯林(51． 51 t /hm2)。但最大持水率的大小顺序
则为，蒙古栎 ×花曲柳 ×紫椴混交林(377． 02%)、蒙古栎林
(353． 05%)、白桦 ×冷杉混交林(330． 17%)、落叶松林(284．
58%)。考虑到枯落物的现存量及实际存在状况，有效拦蓄
量这一指标更能反映不同林分下枯落物的实际持水能力大
小［1］。
图 2 浑河上游不同林型枯落物吸水速率与浸水时间的关系
枯落物的有效拦蓄量大小顺序依次为白桦 ×冷杉混交林
(44． 87 t /hm2)、落叶松纯林(37． 93 t /hm2)、蒙古栎 ×花曲柳
×紫椴混交林(35． 97 t /hm2)、蒙古栎纯林(34． 28 t /hm2)。白桦
×冷杉混交林的有效拦蓄量最大，相当于 4． 487 mm降水。
枯落物持水量在 0 ～ 2 h内快速增加，吸水速率在 0 ～ 1 h
快速减少，其后均呈趋缓态势。对持水量与浸水时间、吸水速
率与浸水时间进行回归分析，达到显著相关水平(P ＜ 0．
001)。持水量与浸水时间符合关系式 W = alnt + b，吸水速率
与浸水时间符合关系式 V = ktn，这与许多学者研究结
果［9，11，21］一致。
研究表明，4 种林分中白桦 ×冷杉混交林枯落物具有较
强的涵养水源能力。浑河上游天然次生阔叶林占很大比例，
应引进针叶树种，形成针阔混交林结构，增加水源涵养林生态
系统的稳定性［22］。枯落物持水能力与树种组成、林分密度及
郁闭度等密切相关，在营造水源涵养林时，应优先选择针阔混
交林模式、合理的造林密度，加强森林的涵养水源功能。
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81 东 北 林 业 大 学 学 报 第 39 卷