森林枯落物水文效應研究進展與趨勢

趙禹寧，陸瑩，王曉靜，魏彪*，劉影，金虎，劉芳，王凱瀅，王依娜

(1.黑龍江省林業科學院牡丹江分院，黑龍江牡丹江157009；2.東北農業大學生命科學學院，哈爾濱150030)

森林生態系統涵養著陸地 90%以上的淡水資源[1]。森林枯落物層是由林下苔蘚及森林植被落下的果實、枝條、樹皮、葉、花等凋落物及動物尸體分解部分組成的功能層[2]。

國內外對森林枯落物的研究在初期主要集中在不同地區不同林分枯落物總量、分布、動態及分解方面，隨著研究的深入，逐步擴展到對不同地區不同林分類型枯落物及其不同分層對降水的分配、調節及對徑流產流的影響、過程、模型研究領域[3-5]。對枯落物水文效應的研究也存在逐步深化的過程。其早期研究主要集中在不同林分類型的枯落物的不同水文效應研究的定性及定量究上[6-7]，從2006年到2020年6月,相關研究開始關注不同演替階段、不同林齡(組)、不同密度、不同坡位的林分在水文效應上的差別與最優林分研究[8-10]。除了對枯落物儲量、分布、分解及水文效應研究外，一些專家學者對林分的不同干擾與經營措施對其林分枯落物水文效應的影響研究也做了大量工作。

從20世紀70年代以來，關于森林枯落物的研究學術報道主要有1670篇左右，現將國內外相關研究分3個方面進行一下回顧、歸納與總結：

1 森林枯落物的凋落量、凋落動態、組成等方面研究

此類研究開展最早，為整個森林枯落物研究打開了局面，是后續研究的基礎，這類研究到2000年之后少見報道，研究重點開始轉到枯落物水文價值與效應的研究上。早在1876年，德國Ebermayer就開始研究枯落物在養分循環中的作用，而后國外許多學者大量報道世界范圍內森林枯落物的分解及養分釋放等方面的研究 。而我國直到20世紀80年代后,田大倫[11]等才有類似研究報道。M.J.Swift[12]對枯落物周轉系數(the Litter turnover Coefficient)進行了研究，認為當進行枯落物分解作用與營養動態研究時，可用作衡量枯落物分解速率和營養元素遷移速率的指標。Dale L.Bartos[13]等對美國猶他州顫楊枯落物的數量、分解作用與營養動態進行了研究。余雪標[14]等對不同連栽代次桉樹林枯落物及其養分組成研究，認為隨著連栽代次增加，枯落物現存量逐代下降，與1代林相比，3、3、4代林分別下降了11.8%，14.1%和19.2%；年齡增加，林分枯落物現存量也增加。

2 森林枯落物層在水源涵養中的作用及其影響因素研究方面

此類研究開展雖然稍晚，但是研究人員最多、成果最多的領域。周重光[15]對浙江山地森林枯落物(層)的生態水文效應進行了研究，認為山地森林枯落物(層)在維護地力、涵養水源、保土防沖方面，具有重要的生態水文效應。森林類型不同，其枯落物的吸水速度和持水能力也不相同。其吸水速度在開始1小時內很快，能迅速達到飽和或接近飽和狀態，以后則增長很慢或完全停止。秦永勝[16]采用室內試驗的方法，對密云水庫上游森林枯落物持水阻水特性進行了研究，試驗結果表明：相對于固定雨強的人工降雨過程，枯落物的截持降雨過程具有三階段特征：即吸水上升階段、相對穩定的截持降雨階段、降雨停止后的排水階段。此后，不同學者對不同區域的不同林分的枯落物的持水率(量)，吸水速率、持水速度(及與時間關系)進行了大量定量化研究。宣立輝[17]研究了冀北地區典型林分枯落物層與土壤層的水文效應。楊家慧[18]等對黔中不同齡組柳杉人工林枯落物水源涵養能力綜合評價進行了研究。

3 不同因素(樹種、林齡(組)、密度等)對森林枯落物水文效應的影響研究方面

此類研究從2010開始，是相關研究從初期理論研究、分析定量化研究向實際研究的轉變，在一定程度上反應了相關研究的成熟。相關研究直接為水源涵養林建設提供依據。

李良[19]等對3種不同林齡階段的華北落葉松人工林林下枯落物儲量及其持水特性進行分析的結果表明：枯落物儲量幼齡林、中齡林、近熟林分別為42.23、57.11、65.00t/hm2。賀宇[20]等河北霧靈山不同密度油松人工林枯落物及土壤水文效應研究認為密度為1400株/hm2的油松林水源涵養能力最強。劉成功[21]等對不同林齡無患子人工林枯落物的持水性進行了研究。認為同一人工林內3個齡級無患子林分枯落物持水特性差異顯著，齡級與持水特性間呈多項式回歸。石亮[22]對不同齡組興安落葉松林枯落物的水文效應進行了研究，認為大興安嶺地區不同齡組興安落葉松林枯落物蓄積量差異顯著(除成熟林和近熟林之間)，成熟林、近熟林和中林齡對于降水的攔蓄能力較幼齡林強。張引[23]等對冀北山地5個海拔梯度油松林枯落物與土壤水源涵養功能進行了研究，認為枯落物總蓄積量、最大持水量、有效攔蓄能力變化規律一樣,均隨海拔升高先減小后增大，最大持水率隨著海拔的升高呈現增大的趨勢。

現有研究工作取得了大量成果，對研究地區的水源涵養林建設與修復提供了理論依據。但是現存研究在某種程度上存在以下3個方面不足：一是雖然森林枯落物的研究已經深化到不同因素對枯落物水文效應的影響研究上來，但是現存研究主要集中于樹種、林齡(組)、密度、坡位因素對其水文效應的影響上，對海拔高度對森林枯落物水文效應影響的研究少之又少；二是現有研究對效應研究較多，對影響因子對枯落物水文效應的影響機制研究少；三是現有對枯落物的水文效應研究幾乎都采用室內浸泡法，很少使用原位浸泡法。未來研究應該更加注重系統化、綜合研究與大尺度研究。像現有研究多單一的研究一個影響因素(如密度、坡位、林齡)對水文效應的影響，未來應該研究各個因素或主要因素綜合影響。