２０１８年２月第１期

林业资源管理

ＦＯＲＥＳＴＲＥＳＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＦｅｂｒｕａｒｙ２０１８Ｎｏ１

半城子流域油松林分枯落物蓄积量及持水特征

郑桂莲，宫殷婷，王　焱（国家林业局调查规划设计院，北京１００７１４）

摘要：以北京山区典型小流域为研究区域，以主要林分类型油松林分为研究对象，对其枯落物层的蓄积量及持水

特性进行定量分析，结果表明：１）研究区油松林分枯落物层平均蓄积量为２１８６ｔ／ｈｍ２，其中未分解层蓄积量

７０４ｔ／ｈｍ２ （３２２０％），半分解层蓄积量１４８２ｔ／ｈｍ２ （６７８０％），半分解层蓄积量明显高于未分解层；２）油松

林分枯落物蓄积量受林分叶面积指数影响明显，随叶面积指数的增大而增加；３）枯落物持水过程表现为 “迅速

吸水—缓慢吸水—逐渐饱和”的过程，吸水速率随浸水时间的增加而减小，两者呈一定的幂函数关系 （Ｖ＝

ｋｔｎ）。研究结果可为小流域森林经营管理及其涵养水源功能监测提供参考。

关键词：半城子流域；油松；枯落物；蓄积量；持水特征

中图分类号：Ｓ７１８５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６２２（２０１８）０１－００４４－０６

ＤＯＩ：１０．１３４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｚｙｇｌ．２０１８．０１．００７

ＴｈｅＳｔｏｒａｇｅＣａｐａｃｉｔｙａｎｄＷａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰｉｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓＬｉｔｔｅｒｓｉｎＢａｎｃｈｅｎｇｚｉＣａｔｃｈｍｅｎｔ

ＺＨＥＮＧＧｕｉｌｉａｎ，ＧＯＮＧＹｉｎｔｉｎｇ，ＷＡＮＧＹａｎ（ＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＩｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄＰｌａｎｎｉｎｇ，ＳＦＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００７１４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｎｃｈｅｎｇｚｉｃａｔｃｈｍｅｎｔｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ，ａｎｄＰｉｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｓｔｏｃｋｖｏｌｕｍｅａｎｄｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｌｉｔｔｅｒｌａｙｅｒｓＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：（１）ｔｈｅｓｔｏｃｋｖｏｌｕｍｅｏｆＰｉｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓｌｉｔｔｅｒｓｗａｓ２１８６ｔ／ｈｍ２，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｕｎｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｌｉｔｔｅｒｓｗａｓ７０４ｔ／ｈｍ２ａｎｄａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ３２２０％，ｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｈａｌｆｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗａｓ１４８２ｔ／ｈｍ２ａｎｄａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ６７８０％，ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｕｎｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｌｉｔｔｅｒｓｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｕｎｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｌｉｔｔｅｒｓ；（２）ｌｉｔｔｅｒｓｖｏｌｕｍｅｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｗｉｔｈｌｅａｆａｒｅａｉｎｄｅｘ（ＬＡＩ），ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｌａｒｇｅｒＬＡＩ；（３）ｔｈｅｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｏｆｌｉｔｔｅｒｓｓｈｏｗｅｄａｐｒｏｃｅｓｓｏｆ“ｒａｐｉｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｌｏｗａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｇｒａｄｕａｌｓａｔｕｒａｔｉｏｎ”，ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｍｍｅｒｓｉｏｎｔｉｍｅ，ａｎｄｓｈｏｗｅｄａｐｏｗｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ（Ｖ＝ｋｔｎ）．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｆｏｒｅｓｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｃａｔｃｈｍｅｎｔｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂａｎｃｈｅｎｇｚｉｃａｔｃｈｍｅｎｔ，Ｐｉｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ，ｌｉｔｔｅｒｓ，ｓｔｏｃｋｖｏｌｕｍｅ，ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

收稿日期：２０１７－１２－０１；修回日期：２０１８－０１－０９基金项目：国家林业局项目“湿地景观生态规划关键技术研究”（２０１４０４３０８）作者简介：郑桂莲（１９８４－），女，重庆人，工程师，硕士，主要研究方向：林业调查规划设计。Ｅｍａｉｌ：１７３８３７７０９＠ｑｑｃｏｍ

　第１期 郑桂莲等：半城子流域油松林分枯落物蓄积量及持水特征

　　林分的枯落物层主要是由树木凋落的叶、枝、皮、花、果、种子等器官堆积而成［１］，是森林结

构中重要的组成部分。在森林垂直结构的 ３个层次中，枯落物层占有重要地位，是森林地表的

一个重要覆盖面［２］，也是森林水文效应的第二个

功能层。由于枯落物层结构疏松，能够有效增加

地表粗糙度，在截持降水、拦蓄径流、减少土壤蒸

发、增加土壤入渗等方面具有重要的作用［３－５］，

因其水源涵养和保持水土等功能而备受重视，开

展了大量的研究。

油松（Ｐｉｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ）是华北地区十分常见的针叶树种，广泛分布于暖温带地区，是北京山区

森林植被的主要建群种之一，也是北京地区具有代

表性的植被群落之一［６－７］。北京山区油松林绝大部

分是人工林［８］，研究区北京密云水库上游半城子小

流域范围内的油松林也为人工林，林龄多为５０ａ左右。本研究以北京山区典型小流域半城子小流域

为研究区域，以主要林分类型油松林分为研究对

象，对其枯落物层的蓄积量及持水特性进行定量分

析，旨在为森林水文过程分析、森林水源涵养功能

评价等提供一定的理论依据。

１　研究区概况研究区半城子流域位于北京密云水库上游，水

库位于密云水库北侧，处于入库河流之一的"

牛河

上游。研究流域集水面积６６１ｋｍ２，地貌为山地和低山丘陵，海拔２５０～８００ｍ之间，年平均气温１０℃左右，年平均降水量６７０ｍｍ，季节性明显，约７５％的降水集中在６—８月。土壤类型为褐土及山地棕壤。主要的林分类型有油松、侧柏、刺槐等等。

２　研究方法２１　标准监测样地设置

本研究设置油松林分 ２９个，样地标准 ２０ｍ×２０ｍ，林分生长良好，并对样地的经纬度、海拔、土壤、坡度等因子进行测定，样地概况如表１所示。２２　枯落物蓄积量监测

在各林分样地内沿对角线分为４块区域，分别在两条对角线的１／４，３／４及其交点处设置５０ｃｍ×

５０ｃｍ样方，分别将全部未分解层和半分解层枯落物装入牛皮纸袋内带回，测量称重后经面积推算后估

算出林分内的枯落物蓄积量。

表１　研究区标准样地概况

Ｔａｂ１Ｇｅｎｅｒａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄｙｐｌｏｔｓ

样地

编号

经度

／（°）纬度

／（°）海拔

／ｍ土壤厚度

／ｃｍ坡度

／（°）

１ １１６９３７３ ４０６２３７ ３３９０ ３５ １３

２ １１６９３７０ ４０６２２０ ３５１７ ４５ ８

３ １１６９３６６ ４０６３６７ ５０９４ ４０ １０

４ １１６９４５０ ４０６３３２ ３９１６ ３５ ３０

５ １１６９８３２ ４０６２１６ ２８４６ ３７ ３５

６ １１６９８４０ ４０６２３４ ３２１３ ４２ ２５

７ １１６９８９９ ４０６４３１ ３３２７ ３９ ４０

８ １１６９８０３ ４０６４３２ ３５９０ ５５ ３０

９ １１６９７６３ ４０６４４６ ３７０２ ６１ ３５

１０ １１６９６９６ ４０６４６６ ３９４０ ４７ ８

１１ １１６９９８５ ４０６５７７ ３４９４ ３５ ３５

１２ １１６９９７１ ４０６５６７ ３２６１ ４５ ３０

１３ １１６９９６７ ４０６５６３ ３３４８ ４５ ３５

１４ １１６９９６４ ４０６５６９ ３５５８ ３９ ２５

１５ １１６９９４７ ４０６６０３ ３４６３ ４８ １５

１６ １１６９９４２ ４０６６５４ ３３８０ ４２ ３０

１７ １１６９８９４ ４０６７３５ ４３５９ ３６ ３５

１８ １１６９８６２ ４０６６９０ ３９１５ ４９ １５

１９ １１６９８５４ ４０６６３０ ３５２３ ５７ ２０

２０ １１６９８２８ ４０６６３１ ３７４３ ３１ ３０

２１ １１６９６７０ ４０６６５７ ３８７９ ５５ ２０

２２ １１６９６６９ ４０６６６１ ３８５９ ４６ ２５

２３ １１６９９３５ ４０６５６９ ３４３４ ４４ ４０

２４ １１６９５７４ ４０６６９３ ４４２８ ３５ ３０

２５ １１６９５１６ ４０６６９０ ４５６２ ４６ ２５

２６ １１６９６２１ ４０６７２８ ４３４３ ５３ ３５

２７ １１６９６０３ ４０６７３０ ４１０３ ４８ ３０

２８ １１６９９５４ ４０６５２９ ３２１６ ４７ ３０

２９ １１６９６７８ ４０６７７８ ４５４４ ３９ ２５

２３　枯落物持水过程监测将各林分枯落物烘干后装入自制尼龙网内浸

入水中，分别在 １５ｍｉｎ，３０ｍｉｎ，１ｈ，２ｈ，４ｈ，６ｈ，８ｈ，１０ｈ，１２ｈ时取出，沥水至没有水滴滴落为止，然后称重，记录样品在不同浸水时间内的重量变化，同时

其与烘干样品重的差值即为枯落物在不同浸水时

间的持水量，持水量与间隔浸水时间的比值即为枯

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林业资源管理 第１期　

落物在该时段内的吸水速率。

２４　叶面积指数监测本研究中各样地叶面积指数应用ＣＩ－１１０植物

冠层图像分析仪测定而得，仪器由鱼眼摄像头、ＰＡＲ探头、笔记本电脑组成。

３　结果分析３１　油松林分枯落物蓄积量

林分枯落物蓄积量主要取决于枯落物的输入

和分解过程，其树种组成、生长状况以及林地水热

条件等因素都会影响到枯落物的输入和分解，从而

影响蓄积量。研究区２９个油松样地的枯落物蓄积量调查结果如下图１所示。

从图中可以看出，研究区油松林枯落物蓄积量

约为 ３３７～４６８１ｔ／ｈｍ２，其平均蓄积量 ２１８６ｔ／ｈｍ２；其中，未分解层蓄积量约为 １９９～１５７９ｔ／ｈｍ２，平均蓄积量 ７０４ｔ／ｈｍ２，占 ３２２０％；半分解层蓄积量约为 ３８８～３８７３ｔ／ｈｍ２，平均蓄积量１４８２ｔ／ｈｍ２，占６７８０％。

由未分解层与半分解层蓄积量对比结果（图２）可知，２９个油松样地的半分解层与未分解层蓄积量的比值均＞１，这表明研究区油松林分半分解层蓄积量明显高于未分解层。这可能与油松枯落物主要

由凋落的松果、松针组成，这些物质易形成蓬松的

“海绵层”，从而吸附降水在枯落物层，充分的湿润

条件使得枯落物得到分解。

图１　研究区各林分枯落物蓄积量Ｆｉｇ１Ｔｈｅｓｔｏｃｋｖｏｌｕｍｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｌｉｔｔｅｒｌａｙｅｒｓｉｎｓｔｕｄｙｆｏｒｅｓｔ

图２　研究区各林分样地枯落物半分解层与未分解层比值Ｆｉｇ２Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｈａｌｆｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｕｎｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｌｉｔｔｅｒｖｏｌｕｍｅｓ

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　第１期 郑桂莲等：半城子流域油松林分枯落物蓄积量及持水特征

３２　枯落物蓄积量与叶面积指数ＬＡＩ叶面积指数（ＬＡＩ）直接影响着林分对光能的利

用，进而影响着林分生产力，已成为植物光合、蒸

腾、水分利用等方面分析时必不可少的重要参数。

对研究区生长季林分叶面积指数的调查结果（图３）表明，油松林分叶面积指数约为１５～４０，各林分叶面积指数相差不大，平均叶面积指数为３０５。

叶面积指数是表征植被冠层结构最基本的参

数之一。而由于林分枯落物主要为树木的枯枝落

叶，因此枯落物蓄积量受林分叶面积指数影响明

显。图４反映了研究区２９个林分的枯落物蓄积量与叶面积指数的相关关系，结果表明，两者存在明

显的正相关关系，未分解层与半分解层枯落物蓄积

量随叶面积指数的增大而增加。

图３　研究区各样地林分叶面积指数Ｆｉｇ３Ｔｈｅｌｅａｆａｒｅａｉｎｄｅｘｏｆｓｔｕｄｙｆｏｒｅｓｔ

图４　研究区各样地林分枯落物蓄积量与叶面积指数的相关性Ｆｉｇ４Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｏｒｅｓｔｌｉｔｔｅｒｓｔｏｃｋａｎｄｌｅａｆａｒｅａｉｎｄｅｘ

３３　枯落物持水过程油松林分未分解层枯落物与半分解层浸水枯落

物重量随持水时间变化如图所示，结果表明，从枯落

物的整个持水过程来看，枯落物持水过程可分为３个

阶段：第１阶段为迅速吸水阶段，在０～１５ｍｉｎ时间内，枯落物迅速吸水，持水量迅速上升；第２阶段为缓慢吸水阶段，随着枯落物不断吸水，其持水量的增加开始变

慢，呈现缓慢增加的趋势，主要分布在１５ｍｉｎ～６ｈ；第

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林业资源管理 第１期　

３阶段为饱和阶段，经过迅速吸水和缓慢吸水两个过程后，枯落物本身吸水逐渐开始饱和，持水速率逐渐

趋向于零，枯落物持水量在某一值上下浮动，达到最

大持水量，主要分布在６ｈ后。

图５　研究区油松林分枯落物持水过程Ｆｉｇ５Ｔｈｅｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｕｄｙｆｏｒｅｓｔｌｉｔｔｅｒｓ

　　枯落物持水过程曲线的斜率反映了其吸水速率，而枯落物吸水速率变化与其表面的水势差有

关。从表２中可以看出，油松林分枯落物吸水速率随浸水时间的增加而减小，在最初阶段，烘干枯落

物浸入水中，其表面水势差很大，因此枯落物迅速

吸水，其吸水速率最大；随着浸水时间的增加，枯落

物持续吸水，其表面与周围的水势差逐渐减小，吸

水速率随之减小，当浸水时间足够长，枯落物吸水

逐渐趋于饱和，吸水速率降低到最小并直至稳定。

表２　油松林分枯落物持水速率 ｇ／（ｋｇ·ｈ）　

Ｔａｂ２Ｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｓｔｕｄｙｆｏｒｅｓｔｌｉｔｔｅｒｓ

浸水时间／ｈ 未分解层 半分解层

０２５ ２５２７０９ １５５９５１

０５ １８４０６ １６６４２

１ １３４８０ ４１２９

２ ９９８７ ４３８２

４ ７３８９ ２６５４

６ ３５８３ ２４０２

８ ３７００ ４３２

１０ ８１８ ２５３

１２ ０４５ ０４２

　　吸水速率Ｖ（ｇ／（ｋｇ·ｈ））与浸水时间ｔ（ｈ）的拟合关系结果（表３）表明，枯落物吸水速率随浸水时间呈现一定的幂函数关系：

Ｖ＝ｋｔｎ

式中，ｋ为方程系数，ｎ为指数参数。

表３　枯落物持水速率与浸水时间拟合关系Ｔａｂ３Ｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ

ｒａｔｅｏｆｌｉｔｔｅｒｓａｎｄｉｍｍｅｒｓｉｏｎｔｉｍｅ

层 拟合关系 决定系数

未分解层 ｙ＝２０６３３ｘ－１４５７ Ｒ２＝０７４０３半分解层 ｙ＝１０３８１ｘ－１５９７ Ｒ２＝０８５６５

４　讨论枯落物蓄积量受其输入量和分解速率的影响，

分解和补充的交互作用使枯落物在地表形成一层

结构疏松的毡层；同时，林分的水热条件、树种组成

和生长状况等也会影响林内枯落物的蓄积量［９］。

研究发现，乔木林地枯落物储量介于１０～６０ｔ／ｈｍ２

之间［１０］。也有研究指出，由于立地气候、林分因子、

生物活动等原因［１１］，阔叶林枯落物层厚度和储量要

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　第１期 郑桂莲等：半城子流域油松林分枯落物蓄积量及持水特征

大于针叶林，而在本研究中，枯落物各层间，半分解

层蓄积量明显高于半分解层，而且尚未发现明显的

分解层，这主要是由于油松林枯落物主要为枯枝、

松果和松针，这些物质均为质地坚硬、角质层厚且

难以贴紧地面［１２］，其分解速率较低，虽为常绿针叶

林，长时间下来，还是有了较大的蓄积量。

不同林分类型的枯落物持水能力必然有所差

异。针叶树种枯落物含有较多的油脂，不容易分

解，其吸水率和有效吸水量往往没有阔叶树种的枯

落物大［１０］，而在本研究中，油松林的枯落物层含有

大量松针，蓬松柔软，常形成海绵状的吸水层，因此

其持水能力较大［１３］。众多研究表明［１４－１６］，枯落物

持水过程表现为迅速上升、缓慢上升和饱和的过

程，而造成这些差异的原因可能与树种的枯落物组

成结构、分解状况、孔隙度、含水量和林地发育生长

状况有关。本研究中吸水速率与浸水时间之间存

在幂函数关系，这与大多数研究者的研究结果一

致，枯落物层在浸水最初时期吸水速率最大，随浸

水时间而下降。可见，枯落物层发挥截留和拦蓄降

水主要发生在降水的初期。

５　结论１）研究区油松林分枯落物层平均蓄积量为

２１８６ｔ／ｈｍ２，其 中 未 分 解 层 蓄 积 量 ７０４ｔ／ｈｍ２

（３２２０％），半分解层蓄积量１４８２ｔ／ｈｍ２（６７８０％），半分解层蓄积量明显高于未分解层。

２）油松林分枯落物蓄积量受林分叶面积指数影响明显，随叶面积指数的增大而增加。

３）枯落物持水过程表现为“迅速吸水—缓慢吸水—逐渐饱和”的过程，吸水速率随浸水时间的增

加而减小，两者呈一定的幂函数关系（Ｖ＝ｋｔｎ）。４）研究结果可以为小流域森林经营提供数据

支持，为森林涵养水源效益监测与评价提供参考。

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