枯落物层是由林分落下的茎、叶、枝条、芽、鳞片、花、果实、树皮等的凋落物及动物残体组成(杨吉华等，2003)，是森林地表的重要覆盖层和保护层，它对林地土壤的水热状况和林地水文生态特性有重要的影响(吴钦孝等，1998；祁萃萃等，2008；Tamai et al., 1998；Onda et al., 1994)。枯落物不但具有防止雨滴击溅土壤、改良土壤、拦蓄渗透降水、分散滞缓地表径流、补充土壤水分等作用，而且影响林地土壤营养元素的循环、林地生物种群的类型和数量以及植物水分的供应等，在整个土壤植被大气连续体中均起着非常重要的作用(高人等，2002；刘少冲等，2005)。张振明等(2005)分析八达岭林场4种林分枯落物层的蓄积量、持水能力、阻滞径流速度和减流减沙的效应；时忠杰等(2009)研究宁夏六盘山主要森林类型枯落物的水文功能；张远东等(2005)分析川西亚高山林区天然次生桦木林的林地水文效应。以上研究只是针对不同林分类型枯落物水文功能，目前对于低质林采伐后枯落物层持水特性变化的研究还很少。由于多次过量采伐干扰及自然灾害，小兴安岭林区形成大面积郁闭度较低，林相衰败的残次林，造成该地区林分经济和生态效益降低(杨学春等，2009；张泱等，2009)。本研究以小兴安岭林区低质林为研究对象，在低质林区采用不同的采伐方式和采伐强度，探讨低质林采伐1年后，不同采伐方式和采伐强度对枯落物层水文功能的影响，从枯落物角度探讨合理的采伐方式和采伐强度，为低质林分的改造和经营以及森林水文生态研究提供新的参考。

试验区设置在黑龙江省伊春林区铁力林业局马永顺林场500林班内。该林场座落在小兴安岭南麓，南高北低，除南端分水岭稍有斜坡外，其他地势平缓，平均坡度10°，海拔在117~284 m左右。水系为松花江支流水系，属大陆性季风气候，冬长夏短，冬季气候寒冷干燥，夏季降水集中、气候温热湿润，春秋2季天气多变，年降水量641 mm，作物生长季节降水量为551 mm，年平均温度1.1 ℃，早霜为9月中旬，晚霜为5月中旬，年无霜期113~126天左右。年日照时数2 477 h。林种为用材林，土壤为暗棕壤。

公里坐标(0456249，5227854)，共分为3个试验小区，分别为水平带皆伐试验区，垂直带皆伐试验区、择伐试验区。其中1作业区4个试验地块为垂直带设置，2作业区4个试验地块为水平带设置，3作业区7块试验区为择伐带设置。水平皆伐带设置原则为每条皆伐带均处于同一海拔，每条皆伐带长100 m，皆伐带宽共设置(S₁)6 m，(S₂)8 m，(S₃)10 m，(S₄)15 m 4种。垂直皆伐带设置原则为每条皆伐带均沿不同海拔，每条皆伐带长100 m，皆伐带宽共设置(H₁)6 m，(H₂)8 m，(H₃)10 m，(H₄)15 m 4种。水平带和垂直带皆伐带内每段栽植红松(Pinus koraiensis)、落叶松(Larix gmelinii)、红皮云杉(Picea koraiensis)幼苗，栽植苗木时，与上下林带距离1 m。每条皆伐带之间为保留带，保留带林分类型为阔叶混交林，树种组成为3白3椴2色1枫榆1枫平均林龄53年，平均胸径16 cm，平均树高14 m，密度534株·km^-2，蓄积77 m³，林分郁闭度0.3。土壤为暗棕壤，平均厚度45 cm。

择伐试验区属于典型低质林分，林分类型阔叶混交林，平均林龄62年，平均胸径18 cm，平均树高18 m，密度541株·hm^-2，蓄积89 m³·hm^-2，林分郁闭度0.4。不同采伐强度的7个小班，每个小班的面积为0.5 hm²。每个小班的采伐强度分别为(Z₁)22%, (Z₂)31%, (Z₃)41%, (Z₄)47%, (Z₅)55%, (Z₆)66%, (Z₇)77%。采伐后仍保持针阔混交林。各试验地立地和林分概况见表 1。

表 1 实验地概况 Tab.1 General situation of Experimentally

表 1 实验地概况 Tab.1 General situation of Experimentally

水平皆伐带和垂直皆伐带随机设置8个20 cm×20 cm样方；每个择伐小区各随机设置5个样方；在未采伐的林分中选择3块20 m×20 m的对照样地，然后在每个对照样地中选择5块样方。每个样方的大小为20 cm×20 cm。在每块样方内，按未分解层、半分解层分层收集枯枝落叶，将收取的未分解层和半分解层的枯落物带回实验室。因寻找作业在冬季进行，地面积雪覆盖无法进行枯落物采样，故以未采伐林地样品作对照。

用电子天平称枯落物的鲜质量，然后用烘箱烘干(采用温度85 ℃恒温烘8 h), 称其各自的干质量，以干物质质量计算枯落物量。采用室内浸泡法测定枯枝落叶层的持水量和持水率：将烘干后的枯落物装入网袋，将其放入盛有清水的容器中浸泡24 h，称重，计算最大持水量和最大持水率。采用室内浸泡法测定枯落物的持水速度：取未分解层、半分解层试样, 称重后分别装入网袋, 测定浸入清水0.25，0.5，1，2，4，8，12，24 h以及悬干后的前后质量变化以测定其吸水速度。

1) 水平皆伐带枯落物层量及持水量    水平皆伐带不同带宽的枯落物量和最大持水量的方差分析显示: 4种带宽的枯落物量和最大持水量的显著性水平均大于0.05，水平皆伐带不同带宽处的枯落物量和最大持水量没有明显的差异，S₃(带宽10 m)处未分解、半分解和总的枯落物量最大(表 2)。S₁至S₄的未分解层所占的比例依次为：72.11%，77.74%，74.80%，78.37%；半分解层所占的比例依次为：27.89%，22.26%，25.20%，21.63%；每条皆伐带未分解层枯落物量所占比例远大于半分解层的枯落物量。对于最大持水量，S₄(带宽15 m)处未分解层最大持水量和总的最大持水量最大，S₂(带宽8 m)处半分解层最大持水量最大，但是带宽与最大持水量之间没有明显的相关性。各皆伐带宽未分解层最大持水量所占的比例为：58.71%，47.80%，56.42%，58.36%，略大于半分解层最大持水量，这与分解层枯落物量有关，说明枯落物的分解程度对其持水能力有较大影响。

表 2 水平皆伐带枯落物量与最大持水量 Tab.2 The litter amount and the maximum water-holding capacity in the horizontal clear-cutting zone

表 2 水平皆伐带枯落物量与最大持水量 Tab.2 The litter amount and the maximum water-holding capacity in the horizontal clear-cutting zone

2) 垂直皆伐带枯落物量及持水量    随皆伐带宽增加未分解层枯落物量增加，但总枯落物量和半分解层枯落物量却未呈现这种趋势(表 3)。H₁至H₄的未分解层枯落物量所占的比例依次为：57.44%，46.16%，81.96%，71.24%；半分解层枯落物量所占的比例依次为：42.56%，53.84%，18.04%，27.76%；半分解层枯落物量在带宽6和8 m的所占的比例较大，在带宽10和15 m处所占的比例则较小。H₄(带宽15 m)处半分解层最大持水量和总的最大持水量最大，H₂(带宽8 m)处未分解层最大持水量最大。各皆伐带宽未分解层最大持水量所占比例为：55.98%，61.38%，60.11%，53.90%，大于半分解层最大持水量。

表 3 垂直皆伐带枯落物量与最大持水量 Tab.3 The litter amount and the maximum water-holding capacity in the vertical clear-cutting zone

表 3 垂直皆伐带枯落物量与最大持水量 Tab.3 The litter amount and the maximum water-holding capacity in the vertical clear-cutting zone

3) 择伐带枯落物量及持水量    如图 1所示:各层枯落物量的变化趋势呈现一定差异性，未分解层枯落物量在低采伐强度较大，半分解层枯落物量在采伐强度22%~47%范围内随采伐强度增加枯落物量逐渐增加，之后则波动性较大。总枯落物量、半分解层枯落物量最大值出现在采伐强度47%处，未分解层枯落物量最大值在22%处；3者的最小值均出现在采伐强度55%处。从采伐强度22%至77%，未分解层枯落物量所占的比例依次为：66.65%，59.38%，47.42%，48.04%，43.39%，55.81%，43.77%；半分解层枯落物量所占的比例依次为：33.35%，40.62%，52.58%，51.96%，56.61%，44.19%，56.23%。在低采伐强度未分解层枯落物量较多，这是因为低采伐强度林分保留木较多，保留木枯枝落叶的凋落增加未分解层枯落物的含量。

图 1 不同采伐强度的枯落物各层枯落物量 Figure 1 The litter amount in different cutting intensity

不同采伐强度枯落物层最大持水率及最大持水量见表 4，随采伐强度增加最大持水量呈现不同的变化，未分解层最大持水量在采伐强度22%和31%的值较大，半分解层最大持水量在中度和强度采伐强度的值较大，总的最大持水量则呈现较大波动，最小值在采伐强度22%，最大值在47%。

表 4 不同采伐强度枯落物层最大持水率及最大持水量 Tab.4 The maximum water-holding rates and capacity in different cutting intensity

表 4 不同采伐强度枯落物层最大持水率及最大持水量 Tab.4 The maximum water-holding rates and capacity in different cutting intensity

4) 不同采伐方式枯落物量及持水量比较    试验地均处于同一林班，海拔高度无明显差异，林班内土壤为暗棕壤平均厚度45 cm，地被物主要为山茄子(Radix anisodi)、三棱草(Cyperus iria)，下木层主要为白丁香(Syringa oblata var.alba)、刺五加(Radix acanthopanacis)；由于试验地不同采伐带的坡度和植被盖度不同，进行水平带、皆伐带、择伐带坡度和植被盖度方差分析，发现不同采伐方式林地的坡度检验统计量F为28.281，P为0，植被盖度F为29.444，P为0，水平带、皆伐带和择伐带的坡度和植被盖度存在差异。通过坡度、植被盖度与枯落物量、最大持水量的相关性分析可知:坡度、植被盖度与枯落物、最大持水量的相关系数较小，相关系数的双尾检验P值也大于0.05，即水平带、垂直带、择伐带坡度和植被盖度虽存在差异，但不同采伐方式林地的坡度和植被盖度对枯落物的影响并不显著(P＞0.05)。

为分析水平皆伐带、垂直皆伐带和择伐带枯落物枯落物量和最大持水量的差异，对3种采伐方式的枯落物量和最大持水量做方差分析，结果见表 5和表 6。未分解层枯落物量、总枯落物量和半分解层的枯落物量的显著性水平为0.078，即3种采伐方式未分解层和总的枯落物量存在显著差别，这半分解层枯落物量虽有差异却不显著，说明采伐方式的不同影响枯落物的分布和分解速率。将不同采伐方式和对照带的枯落物量及持水量取平均值，见表 7，总枯落物量排列顺序为：对照带＞水平带＞择伐＞垂直带；未分解层枯落物量顺序为：水平带＞对照带＞择伐＞垂直带；半分解层枯落物量顺序为：对照带＞择伐＞水平带＞垂直带。未分解层所枯落物量占的比例排列顺序为：水平带(75.73%)＞垂直带(62.55%)＞择伐(52.46%)＞对照带(43.37%)；半分解层所占的比例顺序与此相反。说明带状皆伐采伐剩余物含量多并且保留带的凋落物更易落在采伐带上，所以未分解层所枯落物量占的比例较高；相比于对照带枯落物量，采伐后半分解层枯落物量的分解速度加快，导致采伐区的半分解层枯落物量和比例均小于对照带的枯落物量。

表 5 水平皆伐带、垂直皆伐带和择伐带枯落物量方差分析 Tab.5 Variance of litter amount in in the horizontal clear-cutting zone, the vertical clear-cutting zone and the selective-cutting zone

表 5 水平皆伐带、垂直皆伐带和择伐带枯落物量方差分析 Tab.5 Variance of litter amount in in the horizontal clear-cutting zone, the vertical clear-cutting zone and the selective-cutting zone

表 6 水平皆伐带、垂直皆伐带和择伐最大持水量方差分析 Tab.6 Variance of the maximum water-holding capacity in in the horizontal clear-cutting zone, the vertical clear-cutting zone and the selective-cutting zone

表 6 水平皆伐带、垂直皆伐带和择伐最大持水量方差分析 Tab.6 Variance of the maximum water-holding capacity in in the horizontal clear-cutting zone, the vertical clear-cutting zone and the selective-cutting zone

表 7 不同采伐方式和对照带枯落物量及最大持水量 Tab.7 The litter amount and the maximum water-holding capacity in different logging styles

表 7 不同采伐方式和对照带枯落物量及最大持水量 Tab.7 The litter amount and the maximum water-holding capacity in different logging styles

3种改造方式最大持水量的方差分析结果见表 6，未分解层、半分解层和总的最大才持水量的差异显著(P < 0.05)，即3种采伐方式的最大持水量存在显著差别，不同的采伐方式对枯落物的持水能力造成不同的影响。总最大持水量排序排列顺序为：垂直带＞对照带＞水平带＞择伐，未分解层最大持水量为：垂直带＞对照带＞水平带＞择伐；半分解层最大持水量排列为：对照带＞垂直带＞水平带＞择伐。与对照带最大持水量相比，垂直带的最大持水量在各分解层的值都较大，水平带和择伐带的最大持水量则较低。

1) 不同采伐方式下枯落物层持水量与浸泡时间的关系    利用浸泡试验测定的枯落物持水量变化过程，按不同采伐方式枯落物的未分解层和分解层，分别计算其持水量(t·hm^-2)随浸泡时间(h)的关系(如图 2)，并进行2者的相关性检验，拟合2者关系，对数方程能较好模拟2者关系：S=a₀+a₁lnt，式中：S为持水量(t·hm^-2)；t为浸泡时间(h)；a₀, a₁为参考系数。由此可见：枯落物持水量随时间延长而增加，在浸泡开始时，枯落物吸水量增加较快，这个阶段一般在2 h以内，尤其是在0.5 h以内吸水最快；随时间延长，吸水速率逐渐减小，大约在5~8 h时接近饱和，基本趋于稳定。各种采伐方式下枯落物随时间的变化的趋势基本相同。表 8说明各种采伐方式下枯落物持水量与浸泡时间的关系。

图 2 枯落物持水量随浸泡时间的变化(以水平皆伐带为例) Figure 2 Change of water-holding capacity of litter with soaking time(in the horizontal clear-cutting zone as an example) A.水平带未分解层The nondecomposed litter of the horizontal zone; B.水平带半分解层The semi-decomposed litter of the horizontal zone下同。The same below.

表 8 不同采伐方式枯落物持水量与浸泡时间的关系 Tab.8 Relationships between water-holding capacity of litter and soaking time in different logging styles

表 8 不同采伐方式枯落物持水量与浸泡时间的关系 Tab.8 Relationships between water-holding capacity of litter and soaking time in different logging styles

从枯落物不同层次看，除垂直皆伐未分解层持水量小于半分解层，水平皆伐和择伐枯落物层未分解层均大于半分解层。

2) 不同采伐方式下枯落物层吸水速率与浸泡时间的关系    枯落物未分解层和分解层的吸水速率与浸泡时间存在明显的关系，经相关性检验2者的相关系数为-1.000，呈显著负相关；经拟合，得出关系为：V=b₀+b₁t^-1，式中：V为枯落物吸水速率，t为浸泡时间(h)，b₀, b₁为参考系数。图 3表明枯落物吸水速率与浸泡时间的关系，随浸泡时间的增加，吸水速率显著减少，特别在2 h内呈直线下降，接着趋于稳定，直到达到饱和。表 9为各采伐方式下枯落物吸水速率与浸泡时间的关系，基本呈相同趋势。从枯落物未分解层和半分解层看，半分解层的吸水速率大于未分解层。

图 3 枯落物吸水速率随浸泡时间的变化(以水平皆伐带为例) Figure 3 Change of Water absorptionspeed with soaking time(in the horizontal clear-cutting zone as an example)

表 9 不同采伐方式枯落物吸水速率与浸泡时间的关系 Tab.9 Relationships between water absorption rates of litter and soaking time in different logging styles

表 9 不同采伐方式枯落物吸水速率与浸泡时间的关系 Tab.9 Relationships between water absorption rates of litter and soaking time in different logging styles

森林采伐作业对生物多样性、林地生产力及林内小气候产生重要影响(谭辉等，2007；赵康等，1998；郑丽凤等，2008)；森林采伐后使森林局部环境改变，林冠消失使地表的光照明显增加导致地表温度和土壤水分及空气湿度的变化(梁晓东等，2001；谭辉等，2007)。所以林地枯落物量和持水能力同样随林地生境的改变发生变化。Prescott等(2000)比较英国哥伦比亚森林采伐后针叶林、白杨(Populus grandidentata)林枯落物的变化，得出采伐4年后针叶林枯落物量降低53%~75%，采伐3年后白杨林枯落物降低49%~70%，并且认为采伐对枯落物的影响与皆伐程度无关；Bates等(2007)分析刺柏(Juniperus occidentalis)森林采伐前后枯落物分解状况认为采伐2年后枯落物量减少37%，并且认为微环境的不同是导致伐后枯落物分解加快的主要原因；苏芳莉等(2007)分析不同问伐强度对天然次生林凋落物的性质的影响，结果表明：不同间伐强度下年凋落物最大的为弱度间伐区。枯枝落叶贮量以弱度间伐区为最大，强度间伐区最小；凋落物分解转化率以强度间伐区最高, 对照区最小。另外也有研究表明采伐降低枯落物的分解速率或对枯落物的分解速率无影响(Cortina et al., 1994; Yin et al., 1989; Wallace et al., 1986)。本文的研究结果表明:未采伐区(对照带)的总枯落物量和半分解层枯落物量高于采伐带，未分解层枯落物量水平皆伐带最高，说明采伐后枯落物总量减少，枯落物的分解转化速率加快。与对照带最大持水量相比，垂直带的最大持水量在各分解层的值都较大，水平带和择伐带的最大持水量则较低；垂直带与对照带相比，对照带的新增植被比采伐带丰富，但新增植被的最大持水量一般较低，加之垂直带采伐剩余物含量的增加和垂直带的横向设置使垂直带枯落物的持水能力更强；水平带的设置为顺山坡方向，对降雨的拦截能力较弱；择伐带与水平皆伐和垂直皆伐相比采伐剩余物含量少，使择伐带的整体持水能力较弱。

不同林分类型的枯落物半分解层的枯落物量与未分解层枯落物量所占的比例各不相同(姜海燕等，2007；张洪江等，2003；庞学勇等；2005；宫渊波等，2007)。本研究中对照带半分解层枯落物量高于未分解层枯落物量，采伐带未分解层枯落物量大于半分解层，这是由于对照带未受采伐干扰，原有林分保持不变，采伐后枯落物的来源减少，使蓄积量自然减少，同时采伐后林地光照强度增加，加速未半分解层的转化。垂直带和对照带的最大持水量总体持水能力较好，这与各带的枯落物量并无一致性，说明采伐后枯落物的持水能力受到强烈干扰。

水平与垂直皆伐带不同带宽之间的差别并不明显，主要是带宽的距离相差不大所致。由水平皆伐带和垂直皆伐带比较可知:带宽相同时，水平带总的枯落物量和各分解层的枯落物量大于垂直带，水平带半分解层枯落物量所占的比例除带宽10 m外，其他均小于垂直带，水平带枯落物的持水能力也低于垂直带；这是由于水平皆伐带各条带顺山坡并且保留带的凋落物更易落在采伐带上，另外水平带的采光性好于垂直皆伐带，使得水平带枯落物半分解层的分解速度较快，水平带枯落物含量较少。不同采伐强度之间枯落物量和最大持水量并未呈现良好的相关性，说明不同采伐强度对林地微环境影响的差异，导致枯落物的持水性能的强烈变化。

不同改造方式对枯落物的持水性能产生不同影响，庞学勇等(2005)对川西低效灌木林进行萌蘖更新技术改造，发现改造1年后枯落物总量和最大持水量明显增加；周新年等(2008)研究天然林择伐10年后凋落物现存量，结果表明：强度择伐和极强度择伐10年后林地凋落物仍未恢复, 但弱度择伐和中度择伐与未采伐林地比较接近, 说明弱度和中度择伐林地凋落物在择伐10年后基本得到恢复。不同采伐方式枯落物量和最大持水量发生较大变化，枯落物总量和半分解层枯落物量减少，未分解层枯落物量除水平带增加外其他均减少；采伐加速枯落物的分解，有利于林地更新。采伐作业对枯落物持水性能产生较大扰动，采用垂直带皆伐和低强度择伐方式可有效降低采伐对枯落物持水性能的影响，为低质林分的改造和经营提供参考。