全 文 ：第 v|卷 第 x期
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林 业 科 学
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贡嘎山冷杉纯林枯落物储量及其持水特性
张洪江 程金花 余新晓 张东升 赵玉涛
k北京林业大学资源与环境学院 北京 tsss{vl
关键词 } 贡嘎山 o冷杉林 o枯落物 o持水特性
收稿日期 }ussu p st p tx ∀
基金项目 }国家自然科学基金项目/长江上游暗针叶林生态系统水文过程调节机制的研究kv||vstvsl0 ∀
ΤΗΕ ΛΙΤΤΕΡ ΡΕΣΕΡ ς ΕΣ ΑΝ∆ ΤΗΕΙΡ ΩΑΤΕΡ ΡΕΤΑΙΝΙΝΓ ΧΑΠΑΧΙΤΨ ΥΝ∆ΕΡ ΑΒΙΕΣ
ΦΑΒΡΙ ΦΟΡΕΣΤ ΟΝ ΤΗΕ ΓΟΝΓ ΓΑ ΜΟΥΝΤΑΙΝoΣΙΧΗΥΑΝ ΠΡ ΟςΙΝΧΕ
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k Χολλεγε οφ Ρεσουρχεσ ανδ Ενϖιρονµεντo Βειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγtsss{vl
Αβστραχτ} ׫¨ «¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ¦«¤µ¤¦·¨µ³¤µ¤°¨ ·¨µ¶²©·«¨ ¬¯·¨µ¤°²∏±·o·«¨ °¤¬¬°∏° º¤·¨µ¦¤³¤¦¬·¼ ¤±§º¤·¨µ¤¥¶²µ³·¬²±
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Κεψ ωορδσ} Š²±ªª¤ ²∏±·¤¬±o Αβιεσφαβρι ©²µ¨¶·o¬·¨µo • ¤·¨µ¦¤³¤¦¬·¼¦«¤µ¤¦·¨µ
林下枯落物是指覆盖在林地土壤表面的未分解 !半分解植物凋落物 o它是森林植物地上各器官的枯
死 !脱落物总称k陈奇伯等 ot||wl ∀林下枯落物的存在 o不仅能促进森林生态系统的物质循环和养分平
衡 o而且在水土保持 !水源涵养等方面具有较大作用 ∀因此 o研究林下枯落物储量及其持水特性就成为
森林生态系统研究中的重要内容 ∀国内外许多学者在不同区域对多种森林类型下的枯落物特性作了研
究 o在枯落物的凋落量 !凋落动态 !分解速度 !对土壤结构的改变 !对养分元素循环的影响 !截持降水 !抑
制土壤水分蒸发 !增强土壤入渗 !影响地表径流和土壤侵蚀机理等方面都取得了一定成果 ∀马雪华等
kt||wl认为林下枯落物储量对其持水量有重大影响 ∀ •¬¦«¤µ§¨¨等kt|{xl认为 o地被物对降雨的截留
量大小取决于地被物的蓄水容量 ∀王佑民等kusssl曾对枯落物年持水量与枯落物储量之间的关系进行
了研究 o并分析了枯落物持水与降雨 !地形因素的关系 o刘秉正等kt||wl对黄土高原南部刺槐k Ροβινια
πσευδοαχαχιαl林凋落物与其截留水量之间的关系进行了详细研究 ∀刘向东等kt||tl认为油松k Πινυσ
ταβυλαεφορµισl枯落物截留降雨量与降雨量的关系符合幂函数关系 ∀赵鸿雁等kt||vl给出了枯枝落叶覆
盖下土壤蒸发量的数学式 ∀吴钦孝等kt||vl曾对油松 !山杨k Ποπυλυσ τρεµυλα √¤µq δεϖιδιαναl !沙棘
k Ηιπποπηαε ρηαµνοιδεσl等的年凋落进程 !不同时期的凋落速率及年内枯落物总量的动态变化提出过回归
方程 ∀苏宁虎等kt|{|l曾提出过林地 t年内不同时期凋落量及凋落速率的数学模型 ∀但对位于长江上
游的贡嘎山冷杉 kΑβιεσφαβριl纯林的枯落物储量及其持水特性研究报道较少 ∀
贡嘎山地区属于青藏高原东部的一个特殊自然地理区域 ∀中国科学院于 t|{{年正式批准建立贡
嘎山高山生态系统观测试验站 o主要研究贡嘎山地区生态环境变迁 !演化及地学等方面内容 ∀本文对贡
嘎山冷杉纯林枯落物储量及其持水特性作了定量研究 ∀
1 研究区概况
贡嘎山位于青藏高原东南缘 o四川盆地向青藏高原过渡带大雪山的中段 o地理坐标为 u|βusχ ∗ vsβ
usχ‘otstβvsχ ∗ tsuβtxχ∞o主峰海拔 z xxy ° o是横断山区的最高峰 ∀该地区自然条件复杂 o植被类型多
样 o具有结构复杂的植被垂直带谱k刘照光 ot|{xl ∀冷杉林是我国西南亚高山暗针叶林主要的类型之
一 o也是四川特有的森林类型 ∀吴宁曾将冷杉的整个生长趋势划分为 v个不同生长阶段 o即生长期 o大
致处在 xs¤以前 ~成熟期 o大致处于 xs ∗ tss¤左右 ~过熟期 o大致处于 tss¤以后k陈富斌等 ot||{l ∀根
据吴宁的研究结果可将贡嘎山冷杉林划分为 w个林龄段 o即幼龄林 !中龄林 !成熟林和过熟林 ∀
本研究所用枯落物主要是采自于以上 w个林龄的冷杉林林地 o乔木层下的灌层主要有心叶荚迷
kςιβυρνυµ χορδιφολιυµl !卫矛k Ευονψµυσ δασψδιχτψονl等 o草本层主要有肋毛蕨k Χτενιτισελαρκειl等 ∀枯落物
采集处海拔为 u {ss ∗ vsss ° o年平均气温 t ∗ w1x ε o年降水量 txss ∗ tzss °° o年平均相对湿度为 {x h
∗ |s h ∀土壤以暗棕壤和亚高山灰化土为主 o土层较薄 o腐殖质含量高并具有良好的团粒结构 ∀
2 研究方法
u1t 林下枯落物采集 在不同林龄冷杉林内分坡位上部 !中部 !下部各取面积为 us ¦° ≅ ux ¦°的枯落
物样方 u个 o采取枯落物时 o将未分解层和半分解层分别收集保持原样装箱 o并现场记录各层厚度 o以用
于测定枯落物储量及测定其持水量及吸水速度 ∀未分解枯落物系指枝叶基本上保持其原有的形状及质
地 ~半分解枯落物系指枝叶未完全腐烂 o肉眼观察能分辨出枝叶的大体形状 ∀
u1u 枯落物持水量及其吸水速度测定 用室内浸泡法测定林下枯落物的持水量及其吸水速度 ∀首先 o
对所采集的枯落物进行风干并称其重量 o然后将称重后的枯落物原状放入土壤筛 o再将装有枯落物的土
壤筛置入盛有清水的容器中 o水面高于土壤筛的上沿 ∀将枯落物浸入水中后 o每隔 u «将枯落物连同土
壤筛一并取出 o静置 x °¬±左右 o直至枯落物不滴水为止 o迅速称枯落物的湿重并进行记录 ∀如此反复 x
次 o即在水中浸泡 ts «∀每隔 u «从浸泡容器中取出称重所得的枯落物湿重与其风干重差值 o既为枯落
物浸泡不同时间的持水量 o该差值与浸水时间的比值既为枯落物的吸水速度 ∀
3 结果及分析
v1t 枯落物储量 采集枯落物时量测得到冷杉幼龄林 !中龄林 !成熟林 !过熟林林下枯落物层厚度分别
为 x !x1x !y和 y¦°∀林下枯落物储量见表 t ∀林下分层枯落物持水量及其吸水速度见表 u !v ∀
表 1 林分概况及林下枯落物储量
Ταβ . 1 Στανδ σιτυατιον ανδ λιττερ αµ ουντ
母质类型
¤·µ¬¬·¼³¨
坡向
≥¯ ²³¨ ¤¶³¨¦·
林龄
≥·¤±§¤ª¨
总储量
ײ·¤¯ ¤°²∏±·
Πk·#«°pul
半分解层
‹¤¯©§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ
未分解层
˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ
储量 „°²∏±·Π
k·#«°pul
占总储量比
°¨ µ¦¨±··²·²·¤¯
¤°²∏±·Πh
储量
„°²∏±·
Πk·#«°pul
占总储量比
°¨ µ¦¨±··²·²·¤¯
¤°²∏±·Πh
坡积物 פ¯∏¶ 东 ∞ 幼龄林 ≠²∏±ª vu1y ut1u yx1s tt1w vx1s
坡积物 פ¯∏¶ 东南 ≥∞ 中龄林 ‹¤¯©p°¤·∏µ¨ ws1w u|1u zu1v tt1u uz1z
坡积物 פ¯∏¶ 东南 ≥∞ 成熟林 ¤·∏µ¨ xv1w ws1w zx1x tv1s uw1x
冰碛物 ²µ¤¬±¨ ¶ 北 ‘ 过熟林 ’√¨ µ°¤·∏µ¨ yz1{ xv1v z{1y tw1x ut1w
{wt 林 业 科 学 v|卷
表 2 林下枯落物持水量
Ταβ . 2 Ωατερ ηολδινγ χαπαχιτψ οφλιττερ kª#®ªptl
林分
≥·¤±§
浸水时间 Œ°° µ¨¶¨ ·¬° Π¨«
u w y { ts
幼龄林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ ¼²∏±ª¶·¤±§ u xss u zzt u |tv u |yz u |yz
中龄林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ «¤¯©p°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ v sut v xut v yzv v zzv v z{{
成熟林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ °¤·∏µ¨ ¶·¤±§ v {wy w uxs w u{{ w u{{ w u{{
过熟林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ ²√¨ µ°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ v tyy v yyy w sss w tss w tty
幼龄林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ ¼²∏±ª¶·¤±§ t t{z t uy{ t vtu t vux t vux
中龄林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ «¤¯©p°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ t xsz t xxx t x|v t ysv t ysv
成熟林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ °¤·∏µ¨ ¶·¤±§ u ts| u uuz u vwx u vwx u vwx
过熟林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©·«¨ ²√¨ µ°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ t ys| t y{u tzvt t zxy t zxy
表 3 林下枯落物吸水速度
Ταβ . 3 Ωατερ αβσορπτιον σπεεδ οφλιττερ kª#®ªpt«ptl
林分
≥·¤±§
浸水时间 Œ°° µ¨¶¨ ·¬° Π¨«
u w y { ts
幼龄林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©¼²∏±ª¶·¤±§ t uxs y|v w{x vzt u|y
中龄林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©«¤¯©p°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ t xts {{s ytu wzu vz|
成熟林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²© °¤·∏µ¨ ¶·¤±§ t |uv t syu ztx xvy wu|
过熟林未分解层 ˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©²√ µ¨°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ t x{v |ty yyz xtu wtu
幼龄林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©¼²∏±ª¶·¤±§ x|v vtz ut{ tyx tvu
中龄林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©«¤¯©p°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ zxv v{| uyx uss wys
成熟林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²© °¤·∏µ¨ ¶·¤±§ t sxw xxy v|s u|v uvw
过熟林半分解层 ‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ²©²√¨ µ°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ {sw wus u{{ ut| tzx
由表 t可见 ow种林龄林下枯落物储量各不相同 o过熟林枯落物储量最大 o为 yz1{·#«°pu ~成熟林次
之 o为 xv1w·#«°pu ~中龄林位居第三 o为 ws1w·#«°pu ~幼龄林枯落物储量最小 o为 vu1y·#«°pu o可能是因
为幼龄林林龄较小 o林下枯落物积累量较少所致 ∀过熟林半分解层厚度为 w1s¦°o成熟林半分解层厚度
为 v1s¦°o且过熟林林下枯落物未分解层及半分解层中树枝含量均比成熟林林下枯落物多 o因此 o虽然
过熟林枯落物厚度与成熟林相同 o但其储量比成熟林大得多 ∀
不同林下枯落物未分解层 !半分解层储量所占比例不同 o幼龄林林下枯落物半分解层所占比例最
小 o占总储量的 yx h ~过熟林林下枯落物半分解层所占比例最大 o占总储量的 z{1y h ∀过熟林林下枯落
物半分解层储量比幼龄林高 { h ∀可见随林龄增大 o林下枯落物半分解层所占比例有逐渐增高的趋势 ∀
v1u 不同层次枯落物持水量 对表 u中不同枯落物未分解层最大持水量进行比较 o显示出成熟林林下
枯落物未分解层持水量最大 o为 w u{{ ª#®ªpt o是其风干重量的 wu{1{ h ~过熟林林下枯落物的次之 o为
w tty ª#®ªpt o是其风干重量的 wtt1y h ~中龄林林下枯落物的位居第三 o为 v zz{ª#®ªpt o是其风干重量的
vzz1{ h ~幼龄林林下枯落物的最小 o为 u |yz ª#®ªpt o是其风干重量的 u|y1z h ∀
林下枯落物半分解层持水量由大到小的顺序为 }成熟林 中龄林 幼龄林 ∀
林下枯落物未分解层持水量与半分解层持水量相比 o均是未分解层枯落物大于半分解层枯落物的
持水量 ∀不同林龄林下枯落物未分解层最大持水量之间存在一定差异 o主要是因为林龄不同 o未分解枯
落物所包含落叶和枯枝的比例不同 ∀不同林龄半分解枯落物所含落叶和枯枝比例也是如此 ∀
v1v 枯落物持水量与浸泡时间关系 林下枯落物未分解层 !半分解层持水量与浸泡时间之间的关系如
图 t所示 ∀可以看出 o枯落物在水中浸泡 y «左右 o其持水量基本上达到最大值 ∀对比 w种林下枯落物
半分解层与未分解层持水量随浸泡时间变化趋势 o发现半分解层持水量变化均比未分解层持水量变化
|wt 第 x期 张洪江等 }贡嘎山冷杉纯林枯落物储量及其持水特性
趋势缓和 o且半分解层持水量在浸泡 w «时已基本达到饱和 o而未分解层持水量浸泡 y «时才基本达到
饱和 ∀可见贡嘎山冷杉纯林林下枯落物未分解层持水能力均高于半分解层 ∀
图 t 林下枯落物持水量与其浸泡时间关系
ƒ¬ªqt • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ±·«¨ º¤·¨µ¦¤³¤¦¬·¼ ²© ¬¯·¨µ¤±§·«¨ ¬°° µ¨¶¨ ·¬°¨
图例下同 q׫¨ ¶¤°¨ ¥¨ ²¯º q
图 u 林下枯落物吸水速度与其浸泡时间关系
ƒ¬ªqu ׫¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ±·«¨ º¤·¨µ¤¥¶²µ³·¬²± ¶³¨ §¨²©
¬¯·¨µ¤±§·«¨ ¬°°¨ µ¶¨ ·¬°¨
v1w 枯落物吸水速度与浸泡时间关系 林下枯
落物未分解层 !半分解层吸水速度与浸泡时间之
间存在着明显的相关关系 o如图 u所示 ∀对所研
究的 w种林龄林下枯落物未分解层 !半分解层吸
水速度与浸泡时间之间关系分析并进行拟合 o发
现林下枯落物吸水速度与浸泡时间之间的关系
式为 }Σ € κτν 式中 }Σ为枯落物吸水速度 ~τ为
浸泡时间 ~κ为方程系数 ~ν为指数 ∀由分析拟合
得到林下枯落物吸水速度 Σ与浸泡时间τ之间的
方程式 o详见表 w ∀
表 4 林下枯落物吸水速度与浸泡时间关系式
Ταβ . 4 Τηε εθυατιον οφ τηε ωατερ αβσορπτιον σπεεδ οφλιττερ ωιτη τηειµ µερσε τιµε
未分解层
˜±§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ
关系式
∞´ ∏¤·¬²±
半分解层
‹¤¯©p§¨¦²°³²¶¨§ ¤¯¼¨ µ
关系式
∞´ ∏¤·¬²±
幼龄林 ≠²∏±ª¶·¤±§ Σ € t uyy1x τp s1{{{ y 幼龄林 ≠²∏±ª¶·¤±§ Σ € zxx1xz τp s1|ys t
中龄林 ‹¤¯©p°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ Σ € t xts1z τp s1z{{ t 中龄林 ‹¤¯©p°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ Σ € x|{1yx τp s1|vs {
成熟林 ¤·∏µ¨ ¶·¤±§ Σ € u ssx1u τp t1svt w 成熟林 ¤·∏µ¨ ¶·¤±§ Σ € t sys1w τp s1|u| v
过熟林 ’√¨ µ°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ Σ € t x{v1w τp s1z{x { 过熟林 ’√¨ µ°¤·∏µ¨ ¶·¤±§ Σ € {sy1sv τp s1|wt z
从图 u中还可看出 o林下枯落物浸入水中刚开始时其吸水速度相差很大 o但随浸泡时间延长 ow种
林龄 {种林下枯落物吸水速度趋向一致 ∀这主要是因为随着浸泡时间增长 o各种枯落物持水量接近其
最大持水量 o也就是说枯落物逐渐趋于饱和 o其持水量增长速度随之减缓所致 ∀
sxt 林 业 科 学 v|卷
4 结论
贡嘎山冷杉纯林过熟林林下枯落物储量最大 o为 yz1{·#«°pu o成熟林林下的为 xv1w·#«°pu o中龄林
林下的为 ws1w·#«°pu o幼龄林林下的为 vu1y·#«°pu ∀以上 w种林龄未分解层和半分解层枯落物储量所
占比例各不相同 o随林龄增大 o林下枯落物半分解层所占比例逐渐提高 ∀
w种林龄冷杉纯林林下枯落物最大持水量存在一定差异 o成熟林林下枯落物未分解层最大持水量
的顺序为 }成熟林 过熟林 中龄林 幼龄林 ~半分解层最大吸水量的顺序与之相同 ∀成熟冷杉纯林林
下枯落物持水量最大 o约为其风干重的 w倍 ∀
w种林龄林下枯落物持水量随时间变化过程均是在前两个小时内持水量增加较快 o之后增加趋势
明显变慢 ow ∗ y «时基本达到饱和 ∀这表明贡嘎山冷杉林林下枯落物持水量随时间的变化与林龄无关 ∀
经分析拟合 o得到 w种林龄冷杉纯林林下枯落物未分解层和半分解层吸水速度与浸泡时间之间关
系式为 Σ € κτν ∀且其林下枯落物未分解层持水能力均高于半分解层持水能力 ∀
参 考 文 献
陈富斌 o罗 辑主编 q贡嘎山高山生态环境研究k第 u卷l q北京 }气象出版社 ot||{ }ts p uv
陈富斌 o高生淮主编 q贡嘎山高山生态环境研究 q成都 }成都科技大学出版社 ot||v }|w p tsy
陈奇伯 o解明曙 o张洪江 q森林枯落物影响地表径流和土壤侵蚀研究动态 q北京林业大学学报 ot||wkty增刊 vl }{{ p |z
刘向东 o吴钦孝 o赵鸿雁 q黄土高原油松人工林枯枝落叶层水文生态功能研究 q水土保持学报 qt||t oxkwl }{z p |t
刘照光 q贡嘎山植被 q成都 }成都四川科学技术出版社 ot|{x }tx p ty
马雪华 o杨茂瑞 q亚热带杉木 !马尾松人工林水文功能的研究 q见 }中国森林生态系统定位研究 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 ot||w }vwy
p vxv
苏宁虎 q森林植物凋落物动态的数学模型 q林业科学 ot|{| ouxkul }tyu p tyx
王佑民 q中国林地枯落物持水保土作用研究概况 q水土保持学报 usss otwkwl }tts p ttx
王佑民 o刘秉正 q黄土高原防护林生态特征 q北京 }中国林业出版社 t||w }uvu p uvy
吴钦孝 o刘向东 q扇贝黄土丘陵区油松林枯枝落叶层蓄积量及其动态变化 q林业科学 ot||v ou|ktl }yv p yy
吴钦孝 o刘向东 q扇贝黄土丘陵区沙棘林凋落及其动态研究初报 q沙棘 ot||w ozkul }{| p |v
赵鸿雁 o吴钦孝 q水土流失系统物质与能量交换途径的研讨 q水土保持学报 ot||v ozktl }wx p xu
中国科学院成都地理研究所 q贡嘎山地理考察 q重庆 }科学技术文献出版社重庆分社 ot|{v }z| p {x
朱丽晖 o李 冬 q辽东山区天然次生林枯落物层的水文生态功能 q辽宁林业科技 ousstktl }zz p {u
Žqƒ • ¬¨µ¶∏° q∞©©¨¦·²© √¤µ¬²∏¶√ ª¨¨·¤·¬²± ¤¯¼¨ µ¶¬± ¤± Αχαχια αυριχυλιφορµισ ©²µ¨¶·³¯¤±·¤·¬²± ²± ¶∏µ©¤¦¨ µ¨²¶¬²± ¬± ¤√¬oŒ±§²±¨ ¶¬¤q ≥²¬¯ µ¨²¶¬²± ¤±§
¦²±¶¨µ√¤·¬²±q׫¨ ¬±·¨µ±¤·¬²±¤¯ ¦²©¨µ¨±¦¨ q ‘¨ º ≠²µ®qt|{v }z| p {|
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t|{x owskwl }vz| p v{u
txt 第 x期 张洪江等 }贡嘎山冷杉纯林枯落物储量及其持水特性