探究森林生态系统枯落物含水率的影响因子Word文档下载推荐.docx
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枯枝落叶层截留过程是一个有限的增加过程，其上限为最大截持量;
枯枝落叶层的蓄积量、含水量及结构特征和降雨特性是影响截留过程的主要因素。
铜山大多数降雨过程不能使枯枝落叶层达到饱和，所以森林枯枝落叶层经常具有截留降雨和调蓄降雨作用。
枯落物水分传输一般要经过截留降雨、吸水饱和（非饱和下渗）、下渗（饱和下渗）阶段。
以一次持续降水超过24小时的降水截留过程为例说明，降水开始的6小时，降雨量为10mm，该时段内降雨被全部截留;
6小时后，截留进入渗透阶段，该时段出现的渗透水随降水量的增加而呈直线递增，截留量逐渐减小，但累积截留曲线仍缓慢上升。
此时段历时较长，长达22小时以上。
当达到饱和阶段时，该时段降水量和渗透量趋于一致，截留作用消失，但累积截留量达最大值。
枯落物层作为森林生态系统中独特的层次，是由植物枝、叶、花、果、树皮等凋落物组成，一般枯落物层积累多，层次厚，分解快，分解较彻底，则具有孔隙多、小的特点。
枯落物的积累与分解取决于林分组成、密度、林况与环境条件（温度、湿度、通气条件）。
枯枝落叶层不仅是森林生态系统的物质循环流动的重要组成部分，而且还是林地土壤表面的一个重要覆盖面和保护膜。
枯落物层除了能像森林冠层一样蓄留降水，还具有改良其下层土壤物理性能、增加土壤的孔隙度、抑制林地土壤水分蒸发、促进土壤水分入渗的重要作用；
此外，由于林地枯落物的存在，较少了地表的裸露程度，增加了地表的粗糙率，在防止土壤溅蚀和阻延地表径流方面也起着重要的作用。
基于枯落物层在森林生态系统涵养水源和防止土壤侵蚀过程中发挥的重要作用，其防蚀作用的量化已成为森林生态功能研究中的重要环节，本文注重从持水性能与阻流性能这两个环节对研究区主要森林类型枯落物层进行研究分析。
1.2.1各林分枯落物储量
枯落物层吸水作用的大小，取决于其自身的厚度和性质，枯落物的分解程度和组成种类直接影响着森林的持水能力。
本研究对麻栎林、毛竹林、杉木林和马尾松林四种不同森林类型的林下枯落物进行调查，其未分解层、半分解及分解层的厚度和质量，调查结果见表1.2.1。
从中可以看出，研究区各林分枯落物厚度在11mm至42mm之间，现储量在3.25～18.04t·
hm-2间。
不同林分类型的枯落物蓄积情况有一定的差别，以厚度和总储量来看麻栎林最好，其次为毛竹林，再次为杉木林，马尾松林最差。
表1.2.1不同林分类型各层枯落物储量
Tab.1.2.1Theexperimentalplotlittersstorageinvariouslayersindifferentforests
林分类型
枯落物储量情况
总厚度
（mm）
总储量
（t·
hm-2）
未分解层
半分解与分解层
储量
比例
（%）
麻栎
42
18.04
10.23
56.71
7.81
43.29
毛竹
25
12.57
8.45
67.22
4.12
32.78
杉木
31
9.39
5.61
59.74
3.78
40.26
马尾松
11
3.25
2.14
65.83
1.11
34.17
1.2.2各林分枯落物层的持水性能
（1）枯落物持水过程
为了研究林下枯落物层的持水动态过程，对各林分枯落物分层采集进行浸水试验，测定时段为0.5h、1、1.5h、2h、4h、6h、8h、10h、12h和24h。
图1.2.1描述了不同森林类型枯落物层持水速度与持水率随浸泡时间变化的过程。
单位面积下各林分枯落物层在浸入水中0～2h其持水速度最快，2～6h之间较快，6小时之后逐渐趋于平缓。
这是因为随着浸泡时间的延长，枯落物逐步达到持水的饱和状态。
相比未分解层的持水速率，半分解层与分解层的持水速率略低。
各林分枯落物层24h平均持水速度存在着差异，以未分解层来看，毛竹林最好，其次为麻栎林，再次为杉木林，马尾松林最差；
以半分解与分解层来看，麻栎林最好，其次为毛竹林，再次为杉木林，马尾松林最差。
图1.2.1不同森林类型典型林分枯落物层持水速度（率）测定
（2）枯落物层持水能力
枯落物层的持水能力是反映枯落物层水文作用的重要指标，表征森林枯落物层的持水能力的指标主要为最大持水率、最大拦蓄率和和有效拦蓄率，其计算方法如下：
，
式中：
R0、Rhmax、Rsmax分别为枯落物自然含水率、最大持水率与最大拦蓄率（%）；
G0、Gd、G24分别为枯落物自然状态下质量、枯落物风干质量及浸水24小时后质量（g）；
Wsv为枯落物有效拦蓄量（t·
hm-2）；
M为枯落物蓄积量（t·
0.85为有效拦蓄系数。
由于枯落物层蓄积量及持水率的差异，各林分持水能力的实测值有着明显差异，以最大持水量来看，麻栎林最好，其次为毛竹林，再次为杉木林，马尾松林最差；
以有效拦蓄量来看，毛竹林最好，其次为麻栎林，再次为杉木林，马尾松林最差。
1.2.3各林分枯落物层阻流性能
不同森林类型林下枯落物层通过地表径流的滞缓、拦蓄、过滤从而在森林水文调配过程中发挥出重要作用，尤其是枯落物层在防止地表径流冲刷作用成为近年来森林水文及水土保持学科密切关注和重点研究的方向。
森林及其地被物对地表径流的影响作用在很大程度上可用经典曼宁公式中的n值来表示，林地对坡面径流的阻延作用主要反映在坡面粗糙度系数的变化上，因为粗糙度系数的大小能决定坡面流速的大小以及坡面汇流时间。
因此，测定和定量分析不同林分类型枯落物的糙率系数值，对于深刻揭示研究区林分类型防蚀机理有着重要意义。
我国学者张洪江最早采用的水槽冲刷实验方法，在室内进行枯落物对槽面径流速度的影响试验，并通过曼宁公式和谢才公式整理推导得出了室内测定枯落物糙率系数的计算公式，后续学者大都沿用了他测定方法，并取得了较好的研究成果。
本文沿用张洪江的枯落物水槽冲刷试验设计，对研究区不同林分类型枯落物层的糙率系数进行了测定，不同干重条件下各林分枯落物的糙率系数见图1.2.2。
图1.2.2不同干重条件下各林分枯落物糙率系数n值
活地被物层在时空尺度上的动态变化要比林冠层剧烈和复杂得多,使得对水分在活地被物层上的传输与水量转换难于准确测定。
直到目前为止国内外还没有一种理想的直接测定活地被物层水分传输的方法,现有的研究大部分是通过间接方法。
但间接测定法只适用于下层植被密度不大的地方,所测结果一般偏大。
森林死地被物层具有较大的水分截持能力,从而影响到穿透降雨对土壤水分的补充和植物水分的供应
森林死地被物层的性质和土壤表层的腐殖质层厚度影响土壤的渗透。
森林死地被物层的持水能力与其种类、干重、湿度、分解程度、累积状况以及前期水分状况、降雨等气象条件密切相关。
1.3枯落物层水文功能及水分传输机制
枯落物层作为土壤与大气进行物质能量交换的重要界面，通过吸持降水、阻塞水分传输通道，参与土壤、植物、大气系统的水分循环，增加了水分分配在
时间和空间上的变异性。
森林枯落物层持水量动态变化在森林水文循环中的意义在于其对林冠下大气和土壤之间水分和能量传输的影响，与森林流域产流机制密切相关，并受组成、林分类型、林龄、枯枝落叶分解状况、累积状况、前期水分状况、降雨特点（降水大小、强度高低、历时长短）的影响。
水分在枯落物层的传输机制类似于林冠截留过程，其截留量与枯落物层的种类、储水能力有关，与林地单位面积枯落物层蓄积成正比。
但枯落物层水分传输机理由于枯落物层厚度、分解特性、组成结构、前期含水量的时空变异及其模糊的边界层等特性，使其与水分在林冠层的传输机理又有很大的区别。
在天然降雨的情况下，降雨强度随时间变化很大，雨量不稳定，而经过的穿透入渗作用后下渗速率较稳定。
从土壤侵蚀的角度考虑，在单位时间降雨量相同的情况下，降雨强度变化时产生的土壤侵蚀量大于降雨强度恒定情况下的土壤侵蚀量，原因是降雨强度不恒定时会出现瞬时雨滴动能大于平均雨滴动能的现象，因此会对土壤的打击强度增加，造成土壤侵蚀量增加。
因此可以说枯落物具有稳定下渗速率的作用，进而起到防止土壤侵蚀的作用。
枯落物层下渗速率较稳定的原因是枯落物层的结构相对比较均一，因此在不同降雨强度条件下吸附降水及消减降雨动能和水分在孔隙中渗透特性都具有相似性，数值较稳定。
森林是陆地生态系统的主体，森林与水的关系是水文研究的中心议题之一，在自然调节江河流量、增加土壤蓄水和减少地表径流、防止土壤侵蚀等方面发挥着重要的生态水文功能。
森林枯落物处于林分植物层与土壤层之间，成分由覆盖在林地土壤表面上的林地植物落下的枝叶、枝条、芽鳞、花、果实、树皮等凋落物及动植物等有机体分解而成。
森林枯枝落叶层是森林调节水分分配的第２个作用层，起着重要的中转站作用。
枯落物层疏松多孔是热的不良导体，使土壤增热较慢，同时土壤蒸发散失的水气受到枯落物层的阻滞，向大气逸散较慢，从而导致林地蒸发少。
枯落物层具有极显著的保水能力，对促进土壤水分的有效利用和维持水分的动态平衡十分有益。
枯落物层是保障森林充分发挥涵养水源功能的一个极其重要的水文层次，具有明显的蓄水、保水作用。
目前，关于枯落物蓄水的研究有很多，其中大多数文章都是关于枯落物的水文效应、蓄水功能、不同林分的蓄水能力的大小、以及枯落物的分解率的不同而引起的蓄水能力的差别的研究，而从气象因子的角度研究其对枯落物蓄水率的影响的研究却很少。
因而，需要加强这方面的研究。
本文通过对铜山４种不同林分（毛竹林、松林、杉木林、麻栎林）的枯落物含水率、蓄水量与气象因子（主要是空气温度、空气湿度、降水等）以及土壤含水率之间的关系分析，通过对不同林分的枯落物含水率、蓄水量的对比分析，得到枯落物的蓄水量与含水率变化特征，并得出枯落物含水率与各个气象因子之间关系，从而可以为枯落物涵养水源的能力，枯落物蓄水量与气象因子之间关系的研究提供理论支持及数据积累。
1.3.1主要森林类型枯落物一年的含水率变化
图１ 主要森林类型枯落物一年的含水率变化
森林枯落物层是林地内植物的凋落物及动植物等有机体积累并分解而成，森林中枯落物总是处于不断分解、周转（由上而下）之中。
从表１可以得出森林林分类型不同，各林分林龄不同，郁闭度有差异，从而使得各林分枯落物的厚度与蓄积量产生差异。
枯落物的含水率是枯落物水文作用的一个重要指标，而这些又取决于其在林地上的积累量（厚度与蓄积量）和它本身的持水能力（图１）。
由图１可以看出，各类型森林枯落物含水率不同时间段波动较大，二者的变化都随着外界因素的影响而发生变化，但各类型森林枯落物的含水率变化基本一致。
枯落物平均含水率由大到小排列依次为麻栎林（33.08%）、毛竹林（32.49%）、马尾松林（30.40%）、杉木林（29.54%）。
1.3.2 主要森林类型枯落物含水率变化的影响因子分析
枯落物含水率、蓄水量与森林的树种构成、林分发育、林分的水平及枯落物的分解状况等多种自身因素有关，也与降水、温度、相对湿度、蒸发、风速等气象因子，以及土壤含水率等因素有关。
1、降水与枯落物含水率的关系
在一般情况下，枯枝落叶层含水率受气象因子制约，随季节而变化。
枯枝落叶层的最大持水量通常在连续降雨后才会出现。
图２所示的是降雨与枯落物含水率的变化关系。
从图２中可以看出几次大的降雨之后，枯落物含水率都出现上升并达到极大值，特别是当有连续性降水发生时，枯落物含水率达到观测时段最大值，如8月8日开始，南京地区产生大量降水，当天降水量达到63.25mm之后又发生几次降水，因而8月3日开始，各林分枯落物含水率都达到最大，４种不同林分枯落物含水率均达到极大值，麻栎林最高达到188%，枯落物含水率最小的杉木林也在127%左右。
可见降雨对枯落物含水率的影响很明显，而且呈正相关。
当大规模降水结束后，受蒸发等因素影响，枯落物含水率出现下降，直到下一次较大的降水到来。
同时，也可以看出，枯落物含水率达最大值相对于降雨有一定的滞后。
2、空气温度和相对湿度对枯落物含水率的影响
在一定范围内，温度的升高使得地表植物的蒸腾作用增强，枯落物自身的蒸发也加大，导致枯落物含水率下降，但温度升高同时也可能加大表层土壤的水
分蒸发，使近地面空气湿度加大，因而枯落物也可能会吸收一部分水分。
图2a反映了枯落物含水率与温度的变化关系。
可以看出，它们之间变化趋势基本一致，这主要是南京地处东亚季风区，春夏季属于典型的雨热同期，因而温度与枯落物含水率的关系比较复杂，不是简单的线性关系。
相关性分析也进一步证实，各林分含水率与温度的相关性很低，均不显著，常绿阔叶林枯落物的含水率与温度甚至呈较弱的负相关。
死亡的植物保持细胞、细胞间隙和纤维等有机结构，这些结构中的水分是随天气变化而变化的。
降雨时，枯落物可以吸收附在其表面上的液态水或空气中大于枯落物含水量的液态水分，直到细胞间隙被充满为止。
所以在一般情况下，当枯落物的持水量还未达到饱和时，随着空气相对湿度增大，抑制了枯落物水分蒸发，其含水率也随之增大。
由图2b可以看出，枯落
物含水率的变化趋势大体上跟空气相对湿度的变化是一致的，枯落物含水率都伴随着相对湿度升高和降低波动。
3、 蒸发对枯落物含水率的影响
枯落物层疏松多孔，水分可以充满孔隙并依靠表面张力维持在枯落物层中。
利用蒸发皿蒸发数据分析发现，枯落物的含水率与平均蒸发量的变化几乎是同步的，随着平均蒸发量增加枯落物含水率减少，反之亦然，并且蒸发量最大的时候五六月份对应着枯落物含水率较低，蒸发量最小的时候对应着枯落物含水率最高。
这是因为随着蒸发量的不断增加，细胞内、细胞间隙之间的液态水分逐渐变成气态水分流失，从而使得枯落物含水率不断降低，因而蒸发是导致枯落物含水量下降的主要原因。
平均蒸发量与枯落物含水率为负相关关系，但经分析相关性不显著。
4、４种林分枯落物含水率与土壤含水率变化关系
土壤含水率的状况与土壤结构及地表径流等息息相关。
由于试验地不同森林类型土壤含水率受土壤结构、气候、地形等因素的影响有明显差异，但从图３可以看出，４种不同林分，枯落物含水率与土壤含水率都呈正相关。
这是因为枯落物层本身疏松多孔，是热的不良导体，因而使得土壤增热较慢，同时土壤蒸发散失的水汽又受到枯落物层的阻滞，向大气逸散较慢，因而林地土壤蒸发较少。
由此可见，不同林分枯落物的含水率受土壤含水率的影响有差异，落叶林（麻栎林、毛竹林）枯落物含水率受土壤含水率的影响要比常绿林枯落物蓄水量受土壤含水率影响大。
由此也可以看出，枯落物层具有显著的保水能力，对促进土壤水分的有效利用和维持水分的动态平衡十分有益。
5、４种林分枯落物含水率与光照强度变化关系
可以看出，一次降雨之后，光照达到一百以上，一到两天枯落物含水率就可达到动态平衡。
光照对蒸发的影响是很大的，进而影响到枯落物含水率。
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