全 文 ：第 19 卷第 5期
2005年 10月 水土保持学报Journal of Soil and Water Conservation Vol.19 No.5Oct., 2005
　
金沙江干热河谷新银合欢人工林枯落物层持水特性研究①
方海东 , 纪中华 , 杨艳鲜 , 拜得珍 , 廖承飞
(云南省农科院 热区生态农业研究所 , 云南 元谋 651300)
摘要:通过对金沙江干热河谷新银合欢人工林内枯落物层持水特性的试验研究 ,总结出林内枯落物层的持水特
性。结果表明 ,新银合欢林内枯落物全年凋落总量为 7.03 t/ hm2 , 月平均为 0.59 t/ hm2 , 枯落物层的厚度为 2.14.5
cm ,其中 12 月凋落最盛。枯落物的自然含水量月平均为 25.27%, 最大月出现在 8 月 , 与该区域的降水有较好的
拟合关系 , 但存在滞后效应。持水速率在 0.5 h 内迅速增大 ,在浸泡 48 h后基本达到最大值 ,在 0.5 h 内林内枯落
物可以吸收 1.2 mm 的降水 ,当降水<11.72 mm 时新银合欢林内不会产生径流。饱和持水率变化范围在 66.94%-
182.86%,最大持水量为自重的 2 倍以上 ,自然含水量与饱和持水率的关系在雨季呈正相关 , 而在旱季相关关系
不明显。
关键词:干热河谷;　新银合欢;　枯落物;　持水特性
中图分类号:S714.7　　　文献标识码:A　　　文章编号:1009-2242(2005)05-0052-04
Study on Litter Water Retaining Capacity of Leucaena Leucocephal
Plantation in Jinsha River Hot and Dry Valley
FANG Hai-dong , JI Zhong-hua , YANG Yan-xian , BAI De-zhen , LIAO Cheng-fei
(Hot Area Ecology Agricultural Research Institution , Yunnan Academy of Agricultural Sciences , Yuanmou , Yunnan 651300)
Abstract:Through the experiment of Leucaena leucocephal forest litter water-holding characteristics in Jinsha river hot and
dry valley , the litter water retaining capacity was studied.The results showed that the annual litter fall was 7.03 t/hm2 and
the monthly average of litter fall was 0.59 t/hm2 , the litter thickness was 2.1 ～ 4.5 cm.The maximum of monthly litter fall
occurred in December.The monthly mean of water content was 25.27%, the maximum of monthly occurred in August , wa-
ter content and amount of precipitation in this area varied in the same pattern , but it expressed lag effect.Speed of water
content rapidly increased within 0.5 hour , it reached the maximum of water-holding capacity after 4 ～ 8 hours.The water-
holding capacity equal to 1.2 mm precipitation within 0.5 hour , the forest region will not occurred surface runoff if the
amount of precipitation under 11.72 mm.Saturation content rate of litter varied from 66.94%～ 182.86%, the maximum
of water-holding content was over two times than itself weight.The relation of water content and saturation content rate var-
ied in the same pattern in the dry season , but it was not obvious in the rainy season.
Key words:hot and dry valley;　Leucaena leucocephal;　litter;　water retaining
1　引　言
森林枯落物是森林生态系统的重要组成部分。林地枯落物层是指由林木及林下植被凋落下来的茎 、叶 、
枝条 、花 、果实 、树皮和枯死的植物残体所形成一层地面覆盖层[ 1] 。在森林生态系统中枯落物层是森林水文效
应的第 2个层次。研究表明 ,在林冠层 、枯落物层和土壤根系层的垂直结构中 ,森林枯落物层是森林涵养水源
作用的主要作用层。枯落物不仅对森林土壤的发育和改良有重要意义 ,而且其结构疏松 ,具有良好的透水性
和持水能力 ,增大了地表粗糙程度 ,在降水过程中起着缓冲的作用[ 2] ,使降水通过枯落物缓慢渗透到土壤中 ,
变地表径流为地下径流 ,减少土壤表层的流失 。因此 ,研究枯落物层的持水特性对森林生态系统中水分循环
和水量平衡等方面具有重要意义。关于对林地枯落物层的水文生态作用 ,国内外许多学者进行了研究 ,并取
得了一定的成果 ,但偏重于枯落物层改善土壤条件方面[ 2 , 3] 。金沙江干热河谷森林覆盖率低 ,且树种单一 ,降
水集中在雨季 ,水土流失严重 。新银合欢(Leucaena leucocephala)是干热河谷主要人工林类型之一 ,本研究主
要是对典型的新银合欢人工林枯落物层的持水特性进行研究 ,讨论枯落物层对降水的截留效应 ,为该流域森
林生态系统的建设和改进提供依据 。
① 收稿日期:2005-05-16
基金项目:“十五”国家重大科技攻关项目:“中国西部重点脆弱生态区综合治理与示范” (2001BA606A-07)
作者简介:方海东 ,男 ,生于 1979年 ,研究实习员 ,林学学士。主要从事生态恢复研究工作。
DOI :10.13870/j.cnki.stbcxb.2005.05.013
2　研究区概况
本研究是在金沙江元谋干热河谷小垮山流域(N25°41′28″, E101°52′47″),海拔高度为 1 154 m ,年平均气温
21.9℃,极端最高气温 42℃,极端最低气温-2℃, ≥12℃的持续天数 349 d ,积温 7 796℃,多年平均降雨量
613.8 mm ,全年太阳总辐射量641.8 kJ/cm2 ,日照率62%,干燥度4.4[ 4] 。区内主要是以新银合欢与乡土树种混
交的栽种方式作为侵蚀沟复合治理模式 ,林内郁闭度已达 85%,林木平均高度 6.14 m ,平均胸径 4.54 cm ,林下
枯落物厚度 1.64.2 cm ,林下土壤大部分为燥红土 ,呈微酸性 ,该区域森林生态系统对降水的截留主要通过林
木 、枯落物及土壤截留来实现 。
3　研究方法
3.1　枯落物蓄积量测定
在林内选择 6块具有代表性的样地作为标准地 ,在每个样地内设置 9个 1m×1m的枯落物收集筐 ,每月定
期取样 ,记录枯落物层特征 ,并迅速带回实验室称其鲜重。测定时间为2004年 3月2005年 3月 ,为期 1年 。
3.2　自然含水量测定
在已经设定好的 6个样地内分别取 1m2的枯落物(包括未分解和半分解)然后迅速称其鲜重 ,在80℃下烘
干称其干重 ,计算出每月平均自然含水量 ,每次 3个重复 。含水量计算公式为:C =m1 -m 2
m2
×100% ,其中 ,
C为枯落物自然含水量;m1 为样品鲜重(g);m 2为样品干重(g)。
3.3　饱和持水率测定
取得的样品采用室内浸泡法将烘干的样品水浸 24 h后取出枯落物直到不再滴水时称重 ,计算出枯落物的
最大持水量和饱和持水率 ,每次 3个重复 。其计算公式为:S =m3 -m 2
m2
×100% ,其中 , S 为枯落物自然含水
量;m3为样品吸水后重(g);m2为样品干重(g)。
4　结果与分析
4.1　枯落物凋落量月动态变化
林分的树种组成 、林木的生长状况 、季节的变化等因素都会影响林地内的水热条件 ,而这些因素将影响枯
落物的输入量 、分解程度 ,从而影响林内枯落物的凋落量[ 2 ,5 , 6] 。新银合欢枯落物全年的凋落总量为 7.03 t/
hm2 ,月平均凋落量为 0.59 t/hm2 ,枯落物层的厚度为 2.14.5 cm 。月凋落量最大月出现在12月 ,为 1.47 t/hm2 ,
最小月出现在 4月为 0.21 t/hm2 ,变化范围在 0.211.47 t/hm2 之间 ,各月的凋落量分配极不平均 ,其中 11 , 12 , 1
月3个月的凋落总量为 3.43 t/hm2 ,占全年凋落量的 48.79%,尤其是 12月凋落量占全年凋落量的 20.48%,而
最小月的 4月凋落量为0.21 t/hm2 ,只占全年凋落量的 2.99%。这说明新银合欢枯落物凋落量在旱季明显要
大于雨季 ,即雨量充沛的生长季节新银合欢的凋落量明显减少。这也是植株生理上的反映 ,因为雨季雨量充
沛 ,植株含水量增大 ,林木生长迅速 ,枯落物的凋落量减少;旱季雨量极少 ,植株内组织和器官之间水分重新分
配 ,一般幼叶水势较低 ,从老叶中夺取水分 ,使老叶早衰或脱落 ,所以造成旱季枯落物增多 。
表 1　新银合欢林内枯落物持水特性
月份 凋落量 自然重 持水后重 干重 失水量 吸水量 自然含水量 饱和持水率(t/ hm2)(kg/m2) (kg/m2) (kg/m2)(kg/m2) (kg/m2) (%) (%)
1 0.84 0.83 1.85 0.77 0.06 1.02 7.80 132.47
2 0.53 1.04 2.17 0.95 0.09 1.13 9.47 118.94
3 0.33 1.01 2.01 0.86 0.15 1.00 17.44 116.28
4 0.21 1.16 2.09 0.96 0.20 0.93 21.83 96.88
5 0.28 1.44 2.25 1.21 0.23 0.81 19.01 66.94
6 0.36 1.67 2.93 1.23 0.44 1.70 35.77 138.21
7 0.41 1.67 2.89 1.18 0.49 1.71 41.53 144.58
8 0.38 1.64 2.97 1.05 0.59 2.03 56.19 182.86
9 0.43 1.25 2.55 0.94 0.31 1.30 32.98 138.30
10 0.67 1.61 2.99 1.21 0.41 1.38 33.88 114.05
11 1.12 0.75 1.62 0.63 0.12 0.87 19.05 138.10
12 1.44 1.85 1.95 0.80 0.15 1.10 8.24 137.50
均值 0.59 1.33 2.36 0.98 0.27 1.25 25.27 127.09
4.2　新银合欢林内枯落物持水特性
4.2.1　枯落物的自然含水量　枯落
物自然含水量反映了枯落物在自然状
态下的持水能力[ 2 , 3] ,它能反映出该季
节林内的水分状况。从表 1 可以看
出 ,新银合欢林内枯落物自然含水量
月平均为 25.27%, 最大值出现在 8
月 ,为 56.19%,最小值出现在 1月 ,为
7.80%。从图 1中可以看出 ,新银合
欢林内枯落物自然含水量的月变化曲
线呈单峰型 , 最大月(8 月)出现在雨
季 ,最小月(1月)出现在旱季 ,其变化
趋势与该区域降雨量变化趋势相似 ,
53第 5 期 方海东等:金沙江干热河谷新银合欢人工林枯落物层持水特性研究
表明枯落物的自然含水量与该区域的降水之间有较好的拟合关系 ,即枯落物的自然含水量随着降雨量的增大
而增加 ,但存在滞后效应 。该区域的降水多集中在 59月 ,枯落物的自然含水量在 610月份达到高峰。自然含
水量高 ,林内的水热条件较好 ,枯落物分解程度较高 ,使枯落物维持较好的结构组成[ 7] ,能够较好保持林内水
分。
图 1　新银合欢枯落物自然含水量与降雨量的关系
4.2.2　枯落物的持水过程　枯落物的吸水速率和持水能
力是紧密联系的 ,吸水速率快能够将林内降水迅速蓄积起
来 ,从而减少地表径流的发生 。枯落物的持水速率与枯落
物的结构 、分解程度 、干燥程度等有关 ,不同时间段枯落物
吸水速率不同[ 2 ,3 , 5] 。新银合欢林内枯落物的持水过程表
明 ,枯落物的吸水量在00.5 h内迅速增大 ,然后随着浸泡时
间的推移 ,增加幅度变小 ,在浸泡 48 h后基本达到最大值 。
在 0.5 h内林内枯落物可以吸收降水1.2 kg/m2 ,相当于1.2
mm的降水 ,即在 0.5 h内枯落物可以截留降水 1.2 mm 。经
研究 ,新银合欢林内枯落物对降水的截留量占总截留量的
10.24%,所以在0.5 h内当降水<11.72 mm时林内不会产生径流[ 4 ,8] 。但随着降雨的增加 ,枯落物的截留能力
随之下降。因此可以说明 ,枯落物在截留降水的过程中 ,在降雨开始时截留能力较强 ,随着枯落物持水量的增
加吸水能力降低 ,直到达到最大持水量 ,对降水的截留能力开始下降 。
图 2　新银合欢枯落物饱和持水率月变化与降雨量的关系
4.2.3　枯落物的最大持水量和饱和持水率　枯落物的持
水能力多用干物质的最大持水量和饱和持水率来表示 ,枯
落物的饱和持水率越大 ,枯落物的持水能力越强 ,它反映了
枯落物对降水的截留能力 ,其值的大小与林分组成 、林龄 、
枯落物的组成 、累积状况有关[ 1 ,5 ,6 , 9] 。研究结果表明(图
2), 新银合欢林内枯落物饱和持水率月变化范围在
66.94%182.86%,5月份为最小 ,8月份达到最大 ,最大持水
量为 0.812.03 kg/m2 ,相当于0.812.03 mm水深 ,为自重的 2
倍以上 。可见 ,枯落物对降水的截留是新银合欢林对降水
截留 3个层次的重要组成部分 ,特别是在雨季枯落物能够
大量贮存降水 ,防止降水对土壤的溅蚀 ,从而减少地表径流 ,抑制土壤水分蒸发 。
4.2.4　自然含水量与最大持水量的关系　新银合欢林内枯落物自然含水量与饱和持水率的关系在雨季(510
月)和旱季(124月)完全不同 ,在雨季二者之间呈正相关 ,其相关方程为:y =3.01x +20.779(R 2 =0.908),这
说明饱和持水率与该区季节变化和降雨量有密切关系 ,降雨量大 ,枯落物的自然含水量也高 ,自然含水量在
21.83%56.19%的范围时 ,饱和持水率随着自然含水量的增大而增大 。而在旱季二者的相关关系不明显 ,其相
关方程为:y =-0.218x +131.36(R2 =0.0129),自然含水量在7.8%～ 21.83%之间时饱和持水率变化很小 ,
因为最大持水率还与枯落物本身的生物量和结构有关 ,此外枯落物的分解程度也影响枯落物层的持水能力 ,
因为雨季降雨充沛 ,温湿度高 ,自然含水量也大于旱季 ,枯落物的结构疏松 ,通透性好 ,微生物活性强 ,枯落物
的分解程度大于旱季 ,枯落物的分解程度越高 ,表现为半分解层枯落物量越大 ,分解程度高的枯落物持水能力
要大于分解程度低的[ 2 , 7 ,8 ,10] ,枯落物的持水能力也越高 。
5　结论与讨论
(1)新银合欢林内枯落物全年的凋落总量为 7.03 t/hm2 ,月平均凋落量为 0.59 t/hm2 ,枯落物层的厚度为
2.14.5 cm ,月凋落量最大月出现在 12月为 1.47 t/hm2 ,最小月出现在 4月为 0.21 t/hm2 ,变化范围在 0.211.47
t/hm2之间 ,各月的凋落量分配极不平均 ,其中 11 ,12 , 1月 3个月的凋落总量为 3.43 t/hm2 ,占全年凋落量的
48.79%,尤其是 12月凋落量占全年凋落量的 20.48%,而最小月 4月凋落量 0.21 t/hm2 ,只占全年凋落量的
2.99%。
(2)新银合欢林内枯落物自然含水量月平均为 25.27%,最大值出现在 8月为 56.19%,最小值出现在 1月
为7.80%,枯落物自然含水量的月变化曲线呈单峰型 ,最大月(8月)出现在雨季 ,最小月(1月)出现在旱季 ,其
变化趋势与该区域降雨量变化趋势相似 。
54 水土保持学报 第 19 卷
(3)新银合欢林内枯落物的吸水量在 00.5 h内迅速增大 ,然后随着浸泡时间推移增加幅度变小 ,在浸泡 48
h 后基本达到最大值。在0.5 h内林内枯落物可以吸收降水 1.2 kg/m2 ,相当于1.2mm 的降水 ,即在0.5 h内枯
落物可以截留降水 1.2 mm。
(4)枯落物饱和持水率月变化范围在 66.94%182.86%, 5 月份为最小 , 8 月份达到最大 ,最大持水量为
0.812.03 kg/m2 ,相当于 0.812.03 mm 水深 ,为自重的 2倍以上。
(5)新银合欢林内枯落物自然含水量与饱和持水率的关系在雨季(510月)和旱季(124月)完全不同 ,在雨
季二者之间呈正相关 ,自然含水量在 21.83%56.19%的范围时 ,饱和持水率随着自然含水量的增大而增大。
而在旱季二者的相关关系不明显 ,自然含水量在 7.8%21.83%之间时饱和持水率变化很小 。
林地枯落物是森林生态系统的重要组成部分 ,枯落物层是森林截留降水的重要环节 ,而枯落物的持水能
力是反映枯落物截留降水能力的主要部分[ 6 ,7 ,11] ,枯枝落叶层具有十分重要的水文意义。以上试验结果也反
映了金沙江干热河谷独特的气候特点 ,本文对研究该区域的人工林内枯落物的生态水文效应仅仅是一个开
始 ,今后还要对枯落物的组成结构 、理化性质 、养分归还情况等多方面进行长期的观测研究 ,为全面研究金沙
江干热河谷人工林的生态水文效应奠定基础 。
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