水土流失問題已成為影響我國國家生態(tài)安全的頭號環(huán)境問題［１－２］，為推進水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)，在總結(jié)多年來水土保持實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，水利部推動實施了水土保持生態(tài)修復(fù)工程。目前，針對水土保持生態(tài)修復(fù)工程的研究主要集中于生態(tài)修復(fù)措施類型的劃分［３－５］、群落演替及土壤理化性質(zhì)等修復(fù)效益的監(jiān)測方面［６－９］，而作為林地重要覆蓋面和保護層的枯落物層卻鮮有報道。枯落物層具有防止雨滴擊濺土壤、維持土壤結(jié)構(gòu)、攔蓄滲透降水、分散滯緩減少地表徑流、覆蓋地表減少表層土壤的水分蒸發(fā)及增強土壤抗蝕性等作用［１０－１１］。為此，筆者對水庫水源涵養(yǎng)區(qū)不同修復(fù)措施下的枯落物的蓄水保水效益進行研究，以期為生態(tài)修復(fù)效益的全面研究與分析提供參考，也為庫區(qū)及同類地區(qū)生態(tài)修復(fù)和水源涵養(yǎng)等的研究提供理論基礎(chǔ)和參考。

１　研究區(qū)概況

桃林口水庫位于河北省秦皇島市青龍滿族自治縣，地理位置１１８°３７′—１１９°３７′Ｅ，３９°５１′—４１°０７′Ｎ，水庫控制流域面積５　０６０ｋｍ２。研究區(qū)屬于燕山山地丘陵區(qū)，基巖以花崗片麻巖為主體，局部有少量的石英砂巖，地帶性土壤為棕壤和褐土，土層厚度＜５０ｃｍ。研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫１０．１℃，平均降雨量７００ｍｍ，７０％左右的降雨集中于７—８月，年蒸發(fā)量１　０８９ｍｍ。研究區(qū)為河北省桃林口水庫上游水土流失重點治理區(qū)，土壤侵蝕形式以水力侵蝕為主，侵蝕強度以中度—輕度侵蝕為主。

研究區(qū)屬溫帶旱生闊葉林亞帶，植被覆蓋度在８０％以上。代表植物有油松（Ｐｉｎｕｓ　ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓＣａｒｒ．）、側(cè)柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ　ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ（Ｌ．）Ｆｒａｎｃｏ）、蒙椴（Ｔｉｌｉａ　ｍｏｎｇｏｌｉｃａ　Ｍａｘｉｍ．）、蒙古櫟（Ｑｕｅｒｃｕｓｍ　ｏｎｇｏｌ－ｉｃａ　Ｆｉｓｃｈ．ｅｘ　Ｌｅｄｅｂ．）、白榆（Ｕｌｍｕｓ　ｐｕｍｉｌａ　Ｌ．）、楊樹（Ｐｏｐｕｌｕｓ　ｃａｔｈａｙａｎｅ　Ｒｅｈｄ．），經(jīng)濟林樹種主要為板栗（Ｃａｓｔａｎｅａ　ｍｏｌｌｉｓｓｉｍａ　Ｂｌ．）、蘋果（Ｍａｌｕｓ　ｐｕｍｉｌａＭｉｌｌ．）、白梨（Ｐｙｒｕｓ　ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉ　Ｄｅｒｉ．）、桃（Ａｍｙｇｄａ－ｌｕｓ　ｐｅｒｓｉｃａ（Ｌ．）Ｂａｔｓｃｈ）、山楂（Ｃｒａｔａｅｇｕｓ　ｐｉｎｎｐａｔ－ｉｆｉｄａ　Ｂｕｎｄｅ）、山杏（Ｐｒｕｎｕｓ　ａｒｍｅｎｉａｃａ　Ｌ．）、花椒（Ｚａｎｔｈｏｘｙｌｕｍ　ｂｕｎｇｅａｎｕｍ　Ｍａｘｉｍ）等。隨著海拔的變化，植物種分布差異明顯；其中，海拔４００～６００ｍ的陰坡分布著天然（次生）油松林，陽坡多為蒙古櫟、蒙椴、山杏和荊條（Ｖｉｔｅｘ　ｎｅｇｕｎｄｏ　Ｌ．ｖａｒ．ｈｅｔｅｒｏ－ｐｈｙｌｌａ（Ｆｒａｎｃｈ．）Ｒｅｈｄ．）；２５０～４００ｍ處分布著經(jīng)濟林及散生果樹，溝谷內(nèi)多為楊樹，土質(zhì)較差的山坡上多為刺槐（Ｒｏｂｉｎｉａ　ｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａ　Ｌ．）薪炭林；海拔１５０～２５０ｍ處主要種植農(nóng)作物及少量果樹。

２　研究內(nèi)容與方法

依據(jù)桃林口水庫水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)修復(fù)試點工程生態(tài)修復(fù)作業(yè)設(shè)計，將修復(fù)措施劃分為６種類型，不同修復(fù)措施類型、群落組成、調(diào)查地點及樣地數(shù)目見表１。在不同措施類型項目區(qū)內(nèi)，研究枯落物的蓄積量、持水量、吸水速率和有效攔蓄量等蓄水保水效益，并利用“空間代替時間”［１２］的方法研究不同修復(fù)措施下與無修復(fù)措施下的蓄水保水效益的變化。

２．１　枯落物蓄積量的測定

在不同生態(tài)修復(fù)措施典型地段設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地大小５０ｍ×５０ｍ，每種修復(fù)類型至少調(diào)查３個標(biāo)準(zhǔn)地，在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)定１ｍ×１ｍ的樣方３個。在不破壞枯落物原有結(jié)構(gòu)的情況下，將枯落物收集在紗網(wǎng)內(nèi)，稱其鮮重，在８５℃溫度下烘干，再稱其干重，以計算其單位面積蓄積量。

２．２　枯落物持水量和吸水速率的測定

采用室內(nèi)浸泡法測定枯落物持水量及其吸水速率，將紗網(wǎng)及其內(nèi)的枯落物浸泡至水中，分別測定浸水１５ｍｉｎ，３０ｍｉｎ，１ｈ，２ｈ，４ｈ，６ｈ，８ｈ和２４ｈ后的枯落物重量變化，以研究其吸水速率及吸水過程［１３－１４］。

２．３　枯落物有效攔蓄量的測定

枯落物有效攔蓄量（Ｗ）可用來估算枯落物對降雨的實際攔蓄量［１５］，即：Ｗ＝（０．８５Ｒｍ－Ｒ０）Ｍ式中：Ｒｍ———最大持水率（％）；Ｒ０———平均自然含水率（％）；Ｍ———枯落物蓄積量（ｔ／ｈｍ２）。

３　結(jié)果與分析

３．１　枯落物蓄積量

由圖１和表２可知，不同生態(tài)修復(fù)措施類型植物群落枯落物的蓄積量差別顯著，天然（次生）林封育型的枯落物蓄積量最大，平均為２６．８８ｔ／ｈｍ２，荒坡封育型的最小，平均為９．５７ｔ／ｈｍ２，其他依次為疏林補植型（２５．８３ｔ／ｈｍ２）、人工林封育型（２５．１１ｔ／ｈｍ２）、荒坡造林型（２４．１０ｔ／ｈｍ２）、陡坡梯田退耕型（１２．２２ｔ／ｈｍ２）。生態(tài)修復(fù)措施實施后枯落物蓄積量差異顯著，且荒坡封育型、陡坡梯田封育型、疏林補植型、荒坡造林型植物群落的枯落物蓄積量修復(fù)后均高于未修復(fù)。其中，疏林補植型的枯落物蓄積量增加量最小，修復(fù)后比未修復(fù)僅增加３．２０％，荒坡造林型的增幅最大，高達(dá)１６３．１７％。不同生態(tài)修復(fù)措施實施后枯落物蓄積量的增加可歸因于林地生物量的增加和人為干擾的減弱，二者的疊加作用使得林地枯落物蓄積量增加明顯。

３．２　枯落物吸水動態(tài)變化

由表２可知，在開始浸泡的０．５ｈ內(nèi)，枯落物迅速吸水，持水量也迅速增加，隨浸泡時間的延長，持水量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，但增加速度逐步變緩，至２４ｈ時基本達(dá)到最大值，表明枯落物持水量達(dá)到飽和。枯落物的吸水速率呈現(xiàn)出三個明顯的階段（圖３）。第一階段為浸水前期（４ｈ內(nèi)），枯落物吸水速率變化最快，隨浸泡時間的增加而速率呈迅速下降趨勢；第二階段出現(xiàn)在４～８ｈ，吸水速率逐漸變緩；第三階段出現(xiàn)在８～２４ｈ，此階段吸水速率變化幅度較小，枯落物基本達(dá)到飽和持水量。雖然不同修復(fù)措施下枯落物剛浸入水中時吸水速率相差較大，但隨浸泡時間的延長，枯落物吸水速率趨勢一致。這表明隨著浸泡時間的增加，枯落物的持水逐漸趨于飽和。對不同修復(fù)措施下枯落物吸水速率Ｖ與浸泡時間ｔ進行回歸分析（表３），二者間的關(guān)系遵循乘冪函數(shù)，即Ｖ＝ｋｔｎ（Ｖ為枯落物吸水速率；ｔ為浸泡時間；ｈ，ｋ，ｎ為參數(shù)），相關(guān)系數(shù)均在０．９９以上。