栓皮栎林分枯落物对土壤-植物系统水分运动的影响

[目的]分析枯落物层对森林生态系统水分循环的作用。[方法]利用稳定同位素技术,测定了在旱季和雨季栓皮栎木质部水分以及枯落物层和不同土壤层水分的同位素特征。通过对比不同环境条件下(干旱期和降雨前后)枯落物层和土壤水分同位素组成的变化,并根据其与植物茎水分同位素特征的差异判断栓皮栎不同季节的水分利用来源。[结果]在旱季,随着干旱期的进行,对于平均枯落物层厚度,表层0—30cm土壤水分同位素特征由于蒸发分馏的影响逐渐变得富集,而对于因为特殊地形而造成的未分解枯落物层较厚的地方,则土壤水分同位素特征随着干旱期的进行几乎不发生变化;栓皮栎的水分来源主要集中在表层,随着干旱期的延长没有发生变化;在雨季,极端降雨后,土壤同位素特征表明枯落物截留降雨的效应明显,被枯落物截留的雨水以活塞流的形式继续向土壤入渗,栓皮栎的水分来源主要来自于表层0—10cm枯落物层(分解层)的土壤;土壤剖面水分同位素特征呈现的梯度变化与土壤层的结构有关。[结论]枯落物层的厚度,特别是未分解层,对土壤水分的同位素特征影响有差异;枯落物层的水文效应也间接改变了植物的水分利用。     

岷江上游中山区低效林改造对枯落物水文作用的影响

川西地区存在大面积的低效林,其生态功能极弱。通过萌蘖更新技术对岷江上游中山区低效灌丛林地进行改造,定位监测对枯落物水文作用的影响,结果显示:(1)低效林改造1年后,枯落物层厚度和贮量均有明显的改善,总贮量较改造前提高了32.68%,厚度从未分解层向半分解层或分解层转化的趋势加快;(2)改造低效林枯落物层最大持水量较改造前增加了39.60%,影响枯落物层最大持水量的主要因素是枯落物贮量和分解程度;(3)改造林地枯落物对降雨拦截能力有一定的提高;(4)岷江上游中山区枯落物持水量与浸水时间呈对数关系(S=klnt p),枯落物的吸水速率与浸泡时间呈反曲线关系(V=p k-t1)。今后应加强对改造林地枯落物的分解速率、土壤的生态功能等方面的研究,以系统综合地讨论这一地区低效林改造的生态效果。     

水土保持林中枯落物的作用

林地枯落物对改良土壤、截持降雨、减少雨滴溅蚀、防止水土流失等都具有重要作用。人工模拟降雨试验表明,搂去枯落物的林地,将使径流系数增大75％,最大径流流量增加58％,径流含沙量增大6.3倍,土壤侵蚀量增加12.95倍。在水保林经营活动中,应重视枯落物的作用,严禁搂去林地枯落物。在水保林树种选择上应考虑其生产枝叶的能力,或采用针阔混交配置,以使水保林更好地发挥其生态功效。     

北京地区典型树种及非生物因子对枯落物水文效应的影响

枯落物层对森林水文循环有着重要的影响。该文以华北土石山区15种典型林分(不同树种、林分密度、立地条件等)条件下的枯落物为研究对象,通过野外调查、室内(泡水、降雨模拟)试验等手段,研究分析了典型林分枯落物的水文效应。研究结果表明,阳坡油松林的枯落物蓄积量显著大于阴坡油松林(P0.05),但不同林分密度条件下油松林的枯落物的蓄积量无显著差异(P0.05)。不同树种之间有针叶林枯落物蓄积量大于阔叶林的规律。通过不同林分的枯落物浸泡试验和统计发现,不同林分枯落物的最大持水量(water holding capacity,WHC)范围为9.72~48.92 mm,林分密度、枯落物半分解层比例、坡度、枯落物蓄积量对枯落物的最大持水能力的影响依次降低,其中枯落物的最大持水量与林分密度呈二次曲线关系。结合室内人工降雨模拟试验研究发现,降雨量达到35~45 mm时,各典型林分的枯落物截留量达到有效截留量,且有效截留量与最大持水能力的比值范围为40%~91%。     

小五台山典型林分枯落物持水恢复能力研究

枯落物层作为森林生态系统的独特层次,截留吸持降水的能力称为枯落物持水能力。降水结束后枯落物暂持水分继续蒸发、下渗,用以调节大气及土壤中的水分以便于下次持水,因此枯落物水分蒸发、下渗的过程亦是其持水能力恢复的过程。以小五台山7种典型林分为研究对象,通过结合野外调查采样及较为符合实际情况的枯落物失水试验,对不同林分枯落物持水恢复能力进行综合研究。结果表明:(1)枯落物层持水能力及可持水量均随着时间逐渐恢复。失水试验进行到8 h时,所有林分未分解层枯落物持水能力恢复到80%以上,除桦树林外的其余林分半分解层枯落物持水能力恢复到60%以上。试验经过12 h后各层枯落物持水能力恢复趋势逐渐缓慢。(2) 7种典型林分枯落物未分解、半分解层水分蒸发、下渗过程与持水过程的规律一致,前期蒸发、下渗量较大,后期随着可释放水量的减少而逐渐降低。经拟合蒸发、下渗量与时间符合对数函数关系,蒸发、下渗速率与时间符合幂函数关系。(3)小五台山典型林分枯落物调蓄水分效应总体表现为持水较快,持水后水分蒸发、下渗较慢的特征。通过聚类分析可以将7种典型林分划分为3类调蓄水分功能群。未来在该地区或其他生境相似区域的水源林树种配置中将功能群纳入考虑依据,可以实现发挥枯落物最佳的生态水文功能。     

文献三峡库区森林植被林地枯落物现存量及其持水能力

 基于三峡库区森林资源2类清查数据,结合森林植被林地枯落物现存量样地调查及浸泡实验,建立关于浸泡时间的持水量和吸水速率系列预测模型,对库区主要森林植被类型林地枯落物现存量及持水特性进行研究。结果表明:1)三峡库区不同植被类型林地枯落物现存量在一些类型间存在显著差异——杉木林林地枯落物现存量最高,达到11.610 t/hm²;柏木林枯落物现存量最低,仅为3.948t/hm²。2)不同森林植被类型林地枯落物的含水率竹林最高,达到182.9%,柏木林枯落物含水率最低,仅为32.2%。3)所有森林植被类型林地枯落物持水量均随浸泡时间的延长而增大,24h后增加速度急剧下降,48h后基本达到饱和;竹林枯落物的饱和持水量最高,达到自身质量的3.367倍,灌木林最低,为2.089倍。4)不同森林植被类型林地枯落物在前2h内吸水速度最大,类型间差别也较大,之后急剧下降,20 h后类型间吸水速度趋向一致,48h后基本不再吸收水分。5)三峡库区不同森林植被林地枯落物现存量干质量总量为2 048万5 668 t,枯落物对单场次降水的潜在持水总量为4 695万3 451t,现实饱和持水总量为3 291万7 480t。单位面积林地枯落物潜在持水量和现实饱和持水量的空间分布体现"东高西低,南高北低"的特征。研究结果可为科学评价森林植被水源涵养功能奠定基础,也可为三峡库区林业生态工程规划与建设提供理论依据。     

川西高山峡谷区6种森林枯落物的持水与失水特性

川西高山峡谷区森林较高的地表枯落物储量可能具有较好的水文生态效益,但缺乏研究关注。以川西高山峡谷区6种森林为对象,在雨季调查了不同森林地表枯落物的持水和失水特性。结果表明:(1)川西高山峡谷区林地枯落物蓄积量与最大持水量和有效拦蓄量呈显著正相关,林地枯落物蓄积量为6.90～17.49 t/hm~2,最大持水量为1.64～5.42 mm,最大持水率为138.18%～330.09%,有效拦蓄量为0.53～3.33 mm,有效拦蓄率为77.57%～203.02%。(2)相对其他森林,亮叶桦(Betula luminifera)-青麸杨(Rhus potaninii)林枯落物的持水性能最好,橿子栎(Quercus baronii)-白刺花(Sophora davidii)-黄栌(Cotinus coggygria)林枯落物的持水性能最差。(3)林地枯落物的累积持水量和累积失水量分别随浸泡时间和失水时间的增加呈对数形式变化,但枯落物吸水速率和失水速率分别与浸泡时间和失水时间呈显著的幂函数关系。川西高山峡谷区森林枯落物在雨季具有明显吸持拦蓄降雨的功能,且以亮叶桦-青麸杨林最好,研究结果为该区森林生态建设和生态效益评价提供了参考依据。     

贡嘎山暗针叶林枯落物截留特征研究

 采用现场模拟法和浸泡法观测贡嘎山不同演替阶段的暗针叶林群落枯落物截留、枯枝落叶层的最大持水量和林内枯落物的截留特征。结果表明:不同林型的枯落物截留量与林外降雨量有不同程度的线性相关关系,而与林内降雨量存在幂函数关系。同林型内,由于枯落物数量、组成成分与分解程度等不同,其持水能力也存在着较大的差异。过熟林中枯落物吸水饱和时间最短,最大持水率最低,枯落物与林下苔藓层混杂在一起,截留水分的能力相对较弱;幼龄林中枯落物饱和需要时间最长,最大持水率也最高,对林下降雨的再分配作用也相应最大。同时,枯落物层的截留作用及截留量的大小,除与枯枝落叶层的数量和质量相关外,也与枯落物的湿润程度相关。     

白龙江上游5种典型灌木林枯落物蓄积量及持水特性

采用野外实地观测与室内浸水法,对白龙江上游5种典型灌木林(荚蒾、甘肃柳、中华柳、箭竹、绣线菊)林地枯落物的蓄积量、持水量、持水率和吸水速率进行了研究。结果表明:5种典型灌木林林地枯落物蓄积量大小依次为箭竹林甘肃柳林荚蒾林中华柳林绣线菊林。5种灌丛类型枯落物半分解层的持水量均高于未分解层,中华柳未分解层持水量最高,箭竹半分解层持水量最高,绣线菊未分解层和半分解层持水量都是最小,整个枯落层最大持水量大小为中华柳箭竹荚蒾甘肃柳绣线菊;5种典型灌丛林不同分解程度枯落物的持水量与浸水时间存在对数关系,其吸水速率与浸水时间呈幂函数关系。     

不同经营年限山核桃林地枯落物和土壤的水文效应

为探讨山核桃(Carya cathayensis Sarg.)—常绿阔叶混交林转变为山核桃纯林过程中林地枯落物和土壤水文效应的变化,利用相邻样地比较采样法,研究了山核桃—阔叶混交林0,5,10,20a山核桃纯林的水源涵养能力差异。结果表明,林地枯落物层持水量、吸水速率与浸水时间的关系分别符合对数函数和指数函数;0a林地的枯落物层蓄积量、最大持水量和有效拦蓄量显著高于5,10,20a的山核桃林地;随着经营年限的延长,林地枯落物层蓄积量、最大持水量和有效拦蓄量呈下降的趋势,与0a相比,分别下降了38.2%~54.6%,58.1%~69.7%,21.0%~33.2%;土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总毛管孔隙度及持水力等指标在不同经营年限山核桃林地之间的差异并不显著,与0a土壤的持水力(21 450.0t/hm2)相比,经过不同年限的经营,持水力分别下降了10.6%~20.4%。总体上,山核桃—常绿阔叶混交林转变为山核桃纯林后,降低了林地枯落物和土壤的水文效应。     

黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。     

不同龄组兴安落叶松林枯落物的水文效应

[目的]分析大兴安岭地区不同龄组兴安岭落叶松林枯落物蓄积量持水特性,为该地区森林水文效应研究提供理论基础和重要依据。[方法]选择不同龄组兴安落叶松天然林为研究对象,通过设置标准样地测定枯落物蓄积量,并采用浸水法测定枯落物持水特性,分析不同龄组兴安落叶松天然林枯落物水文效应。[结果]4个龄组兴安落叶松林枯落物蓄积量变化介于28.03~34.32t/hm2之间,最大持水量介于87.09~109.52t/hm2,最大持水量表现为随着林龄增加而增加的变化趋势,且半分解层的蓄积量都大于未分解层;经统计分析,试验4个龄组兴安落叶松林枯落物未分解层、半分解层的持水量与浸泡时间之间均符合对数关系,且吸水速率与浸泡时间之间也符合指数关系;枯落物对降水的拦蓄能力总体来看,半分解层对降雨的拦蓄能力较未分解层强。[结论]大兴安岭地区不同龄组兴安落叶松林枯落物蓄积量差异显著(除成熟林和近熟林之间),成熟林、近熟林和中林龄对于降水的拦蓄能力较幼龄林强。     

贵州百里杜鹃自然保护区杜鹃林枯落物储量及持水功能

为揭示贵州百里杜鹃自然保护区人工抚育及旅游管理对杜鹃林水土保持功能的影响,选择轻度、中度、重度干扰强度的杜鹃林枯落物层作为研究对象,采用室内浸泡法对不同干扰强度的杜鹃林枯落物层水文功能进行研究。结果表明:(1)杜鹃林枯落物储量随干扰强度增加呈降低趋势,随分解程度增加呈极显著升高趋势;自然含水率随干扰强度增加呈降低趋势,随分解程度增加总体呈升高趋势。(2)杜鹃林枯落物最大持水量随干扰强度增加呈降低趋势,随分解程度增加呈极显著升高趋势。枯落物最大拦蓄量、最大拦蓄率、有效拦蓄量及有效拦蓄率均随干扰强度增加呈升高趋势。(3)枯落物层持水量变化特征呈倒"J"形。持水量(Q)与浸水时间(t)呈显著正相关关系(P0.05),其回归方程为Q=b+aln t。枯落物浸水0~4h内持水量逐渐增加,4~48h持水量增加趋势大幅减缓,并逐渐趋于饱和。(4)枯落物层吸水速率呈"急剧降低—迅速降低—缓慢降低—趋于稳定"的变化特征。吸水速率(v)与浸水时间(t)均呈极显著负相关关系(P0.01),其回归方程为v=at-b。枯落物在1h内发挥其水文功能的能力最强,对短时段内的降雨截流调蓄功能最大。     

倭肯河上游两种林型枯落物和土壤持水特性

为探讨不同树种组成的林分持水特性,采用实地调查与室内浸泡法,对倭肯河上游杂木林和阔叶红松林枯落物的蓄积量和持水特性进行测定,采用环刀法对土壤持水量进行测定。结果表明:两种林型枯落物厚度约7.5 cm,蓄积量为8.07~9.85 t/hm²,最大持水量相当于可吸收2.0~2.5 mm的降水,有效拦蓄量相当于可吸收1.0 mm的降水。枯落物持水量与浸水时间呈对数函数关系(R 2>0.9843),吸水速率与浸水时间呈幂函数关系(R 2>0.9999)。两种林型土壤总孔隙度范围为50.32%~51.41%,非毛管孔隙度范围为3.00%~4.44%,土壤最大持水量范围为1509.74~1542.17 t/hm²,土壤有效持水量范围为89.96~133.32 t/hm²。阔叶红松林密度低,生产力高,枯落物层最大持水量、有效拦蓄量,土壤层最大持水量、有效持水量均高于杂木林,但各评价指标差异不显著(p>0.05)。两林地持水能力中等偏低,以提高森林水源涵养为目标时,可维持现有结构,进一步开展密度调整研究。     

马尾松林地不同枯落物覆盖下土壤入渗特征

采用室内人工降雨模拟试验,在径流小区尺度上观测坡面产流过程,并用WatchDog1400土壤水分自动监测站观测土壤体积含水率变化过程,研究枯落物覆盖下坡面水分入渗特征。结果表明:(1)土壤入渗滞后时间随着枯落物覆盖量的增加而增大,在坡度上体现为10°5°;(2)土壤入渗率随雨强、枯落物覆盖量增加而增大,随坡度增大而减小;土壤储水量随覆盖量增加先增大后减小,在雨强方面体现为120 mm/h60 mm/h;(3)逐步回归结果表明,土壤入渗滞后时间、入渗率和储水量与枯落物覆盖量呈线性关系,滞后时间、入渗率与枯落物覆盖量呈一次函数正相关关系,储水量与覆盖量呈二次函数关系。研究结果可为低效林枯落物水源涵养功能研究提供依据。     

晋西黄土区典型林分枯落物层水文生态特性研究

选择山杨栎类次生林（以下简称次生林）、刺槐林、侧柏林、油松林为研究对象，通过样地调查，结合室内浸泡方法，对比分析枯落物（未分解层、半分解层）的水文特征指标，研究典型林分枯落物层水文生态特性。结果表明：（1）枯落物厚度为3.93~4.95 cm，刺槐林最大，油松林最小；蓄积量为次生林最大（19.28 t/hm²），侧柏林（18.03 t/hm²）和刺槐林（17.57 t/hm²）次之，油松林最小（14.73 t/hm²），未分解层蓄积量小于半分解层。（2）枯落物最大持水量（率）为30.92~61.31 t/hm²（197%~320%），次生林最大，依次为刺槐林、侧柏林，最小为油松林。（3）枯落物有效拦蓄存在显著差异（P>0.05），表现为次生林（31.29 t/hm²） > 刺槐（22.20 t/hm²） > 侧柏（18.19 t/hm²） > 油松（13.94 t/hm²），有效拦蓄率为107%~173%。（4）在浸水2 h内，枯落物持水量和吸水速率变化以次生林与刺槐林最为迅速，半分解层较未分解层变化迅速；持水过程中，两者与时间分别呈对数函数（R²>0.89）和幂函数关系（R²>0.99）。在4种林地中，次生林林下枯落物水文生态潜力最优，油松纯林最差，表现为次生林 > 刺槐 > 侧柏 > 油松。刺槐是除次生林外的3种人工林中最优林种。建议研究区内合理优化恢复树种配置，以提高水文生态功能。     

太行山区主要森林生态系统水源涵养能力

森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据,分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力,采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价,旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明:1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关,且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上,表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层,是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器;2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型,其林冠结构更加适应该地区气象条件,林冠层降水再分配能力也优于其他林型;3)混交林郁闭度低,有利于林下灌、草丛的生长,其枯落物现存量比纯林和人工林更高,虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源;4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林,侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见,合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度及增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力,可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。     

川南天然常绿阔叶林人工更新后枯落物层持水特性研究

对川南林区天然常绿阔叶林及其人工更新成檫木林、柳杉林和水杉林后林下枯落物层蓄积量、自然含水量和持水过程进行研究。结果表明：枯落物层蓄积量天然常绿阔叶林（25．68t／hm^2）〉水杉林（18．14t／hm^2）〉檫木林（9．95t／hm^2）〉柳杉林（1．13t／hm^2）。天然常绿阔叶林枯落物层自然含水量分别是檫木林、柳杉林和水杉林的3．18倍、41．33倍和1.53倍。在整个持水过程中．前2h内各林分枯落物层持水作用较强。林下枯落物层持水量与浸泡时间之间的关系式为Q=alnt＋b．吸水速率与浸水时间之间的关系式为V=kt＂。枯落物层最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量均是天然常绿阔叶林〉水杉林〉檫木林〉柳杉林。因此，保护天然常绿阔叶林及其选择适宜的树种进行更新对于提高林下地表枯落物层水文生态功能具有重要的作用和意义。     

辽西低山丘陵区针叶林与阔叶林枯落物持水性对比

为对比分析辽西低山丘陵区针叶林与阔叶林枯落物的持水性差异,为辽西森林植被恢复提供科学依据和技术支撑,选取3个针叶林(红松林、油松林、兴安落叶松林)和3个阔叶林(榆树林、山杨林、紫椴林)下的枯落物作为研究对象,采用野外现场采样与室内浸水相结合的方法对枯落物的持水特性进行测定.结果表明:针叶林平均蓄积量大于阔叶林,其中针叶林蓄积量在14.65 ～ 17.75 t/hm2,阔叶林在8.44 ～ 16.92 t/hm2;针叶林枯落物平均厚度(2.79 cm)大于阔叶林(2.44 cm);针叶林最大持水率在148.88％ ～ 173.19％,阔叶林在145.42％ ～156.91％;针叶林有效拦蓄水量为19.47～25.59 t/hm2,阔叶林有效拦蓄水量为10.56～ 22.04 t/hm2,表现为针叶林下枯落物的拦蓄能力更强;针叶林半分解层拦蓄水量显著大于未分解层,阔叶林未分解层拦蓄水量大于半分解层;阔叶林未分解层吸水速率大于针叶林.