不同密度华北落叶松人工林枯落物持水特征分析.pdf
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1、不同密度华北落叶松人工林枯落物持水特征分析赵伟文(山西农业大学水土保持科学研究所,山西太原 030013)摘要为研究华北落叶松人工林枯落物持水特征,以关帝山庞泉沟国家级自然保护区华北落叶松人工林为研究对象,采用样地调查和室内试验相结合的方法,对6块不同林分密度人工林样地的枯落物持水特征进行研究。结果表明:林分密度越大,半分解层枯落物持水量越大,未分解层枯落物持水量越小;未分解层枯落物拦蓄量越小,半分解层枯落物拦蓄量越大;林分密度显著影响未分解层和半分解层枯落物持水特征。研究结果可为后期华北落叶松人工林枯落物管理措施的制定提供依据。关键词华北落叶松;枯落物;半分解层;未分解层;持水特征中图分类号
2、S718.5文献标识码A文章编号 1007-5739(2023)19-0113-04DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2023.19.032开放科学(资源服务)标识码(OSID):基金项目 山西省博士来晋工作奖励资金科研项目(SXBYKY2022146)。第一作者赵伟文(1993),男,博士,工程师。研究方向:林业生态和水土保持。E-mail:收稿日期 2023-02-24森林地表枯落物为林内调节水分的重要一环,在林木发育过程中起着重要作用1。枯落物作用较复杂,一方面,枯落物具有保温、保水等作用,能够改善土壤性质、减少水土流失;另一方面,枯落物自身的化感作用会抑制苗木种
3、子萌发,对后期森林发育产生不良影响。因此,研究枯落物持水性对后期开展森林保持水土工作具有重要意义。枯落物形成荫蔽环境能降低地上苗木种子吸光率,过厚的枯落物层通过影响幼苗与土壤表层接触来限制胚根生长。枯落物层内部隔绝热流小环境,会形成炎热、干燥环境;土壤蒸发产生的水汽被枯落物层阻隔无法向外排出,导致森林林地蒸发量减少,限制苗木种子萌发,影响森林发育进程。研究表明,当森林地表枯落物过多时,其自毒作用抑制森林发育2。一般通过焚烧、去除枯落物等森林管理措施来消除这些障碍,但有研究证实,枯落物化作灰烬后不利于松树种子的萌发和幼苗早期存活3。相反,无枯落物覆盖,苗木种子与土壤有更好的接触,从而减少地面植被
4、竞争作用,土壤结构有利于幼苗定植1。此外,枯落物对森林更新进程起到积极作用,枯落物覆盖面积增加会减少种子被捕食率,使种子库资源不断扩大4。枯落物特有的保水性还能够改善林地旱季水分短缺现象,有效减少土壤冻害对春季林木产生的损害。已有研究表明,有枯落物存在的林地,林木幼苗的出苗率增大1,同时也验证了种子萌发和早期幼苗形成对枯落物有高度敏感性。目前,对华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii)人工林枯落物持水研究较少。本文以关帝山庞泉沟国家级自然保护区华北落叶松人工林为研究对象,对不同林分密度的不同枯落物层持水特性进行研究,以期为后期华北落叶松森林
5、抚育管理提供参考。1材料与方法1.1研究区概况研究区位于山西省吕梁市关帝山庞泉沟国家级自然保护区,地处吕梁山脉中段5。海拔范围为 1 3002 831 m。区域内四季分明,气候温和,属暖温带季风大陆性气候,年均气温为 4.0,年平均相对湿度为71%,年均降水量为 822 mm,年均蒸发量为 1 300 mm,无霜期为 180 d,年均水汽压为 936.6 hPa。区域内土壤类型主要是山地褐土、褐土和棕壤土6,平均土壤层厚度为 75 cm,腐殖质层厚度为 910 cm7。研究区内植被种类丰富,森林覆盖率为 71%。乔木主要有辽东栎(Quercus mongolica)、油松(Pinus tabu
6、-liformis)、华北落叶松、青杄(Picea wilsonii)、白杄(Piceameyeri)、白桦(Betula platyphylla)和山杨(Populus da-vidiana)等8。灌木种类主要有美蔷薇(Rosa multiflora)、现代农业科技2023 年第 19 期林业科学113现代农业科技2023 年第 19 期林业科学茶条槭(Acer tataricum)、铁线莲(Clematis florida)、黄芦木(Berberis amurensis)、黄刺玫(Rosa xanthina)、金露梅(Potentilla fruticosa)、银露梅(Potentilla
7、 glabra)等6,9-10。林下草本主要有东方草莓(Fragaria orienta-lis)、老鹳草(Geranium wilfordii)、青蒿(Artemisia carui-folia)、毛茛(Ranunculus japonicus)、歪头菜(Vicia uni-juga)、细叶薹草(Carex duriuscula)等6。1.2样地设置本研究于 2021 年在柴逯沟林区选择 6 块不同林分密度华北落叶松人工林样地,样地面积均为 400 m2(20 m20 m),林分密度依次为 125、175、250、350、400、500 株/hm2,同时将样地编号为 16 号。1.3枯落物数
8、据采集在样地内,采用“X”采样法设置 5 个面积均为900 cm2(30 cm30 cm)的小样方,记录地上枯落物未分解层厚度和半分解层厚度,并将采集好的不同枯落物层进行收集装袋,带回实验室进行后续持水试验。1.4枯落物持水能力测定将枯落物分别装入尼龙网袋中,并做好标记。首先进行称重记录,将尼龙网袋放入装满水的水桶内进行浸泡,用计时器计时,分别在 0.25 h、0.50 h、1.00 h、2.00 h、4.00 h、8.00 h、12.00 h 和 24.00 h 这 8 个时间间隔将尼龙网袋取出沥干水分进行称重记录。在 24 h浸泡结束后,将尼龙网袋放入烘箱内进行烘干称重(80 烘干 10
9、h)11。计算最大持水量、最大持水率、最大拦蓄量、有效拦蓄量和有效拦截量等指标。相关指标计算方法如下:最大持水量=枯落物浸泡 24 h 后重量-烘干后重量;最大持水率=(枯落物浸泡 24 h 后重量-烘干后重量)/烘干后重量;最大拦蓄量=(最大持水率-自然持水率)蓄积量;有效拦截量=(最大持水率0.85-自然持水率)蓄积量12-14。1.5数据处理采用 Origin 2023 软件进行分析,运用 Pearson 分析对各指标进行相关性检验。2结果与分析2.1枯落物层基本情况各样地枯落物基本情况如表 1 所示。可见,3 号样地枯落物未分解层最厚(1.50 cm),2 号样地、5 号样地枯落物未分
10、解层厚度较小且相同(1.00 cm);3 号、5 号样地枯落物半分解层厚度最大(3.08 cm),1 号样地枯落物半分解层厚度最小(1.50 cm)。2.2枯落物持水量分析不同样地半分解层和未分解层枯落物持水量随浸泡时间变化特征如图 1 所示。可以看出,浸泡初期(0.25 h 以内),各样地未分解层枯落物持水量迅速增加,其中 1 号样地未分解层枯落物持水量增加最大,增加 11.6 t/hm2;6 号样地未分解层枯落物持水量增加量最小,仅增加 4.28 t/hm2。浸水 0.258.00 h,各样地未分解层枯落物持水量缓慢增加。浸水 12 h 后趋于平缓,1 号样地未分解层持水量达到最大。浸水
11、00.25 h 各样地半分解层枯落物持水量迅速增加,其中 4 号样地半分解层枯落物持水量增加量最小,增加了 12.95 t/hm2;6 样地半分解层枯落物持水量增加量最大,增加了 27.05 t/hm2。浸水 8 h 后,各样地半分解层枯落物持水量趋于平缓,6 号样地半分解注:a 为未分解层;b 为半分解层。下同。图 1 不同样地未分解层和半分解层枯落物持水过程未分解层持水量/(thm-2)半分解层持水量/(thm-2)3530252015105060504030201001 号样地2 号样地3 号样地4 号样地5 号样地6 号样地4 号样地5 号样地6 号样地1 号样地2 号样地3 号样地浸
12、水时间/h4812162024浸水时间/h4812162024ab表 1不同样地枯落物层基本情况样地编号123456未分解层厚度1.171.001.500.901.001.07半分解层厚度1.503.013.081.833.082.43单位:cm114层枯落物持水量达到最大。2.3枯落物吸水速率分析不同样地不同枯落物层吸水速率特征如图 2 所示。可以看出,不同样地未分解层吸水速率随时间变化逐渐降低趋于平缓,浸水 0.25 h 后,3 号样地未分解层吸水速率最大(17.51%),6 号样地未分解层吸水速率最小(6.36%)。在浸水 12 h 后各样地未分解层趋于稳定,枯落物吸水量达到稳定。最终,
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