周忠勝，張文豹，曾 雷，王津?qū)?，李冬?/p>

(1.南京濱江公園管理有限公司，江蘇 南京 210019； 2.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153)

城市森林廣泛分布于城市之中，由綠色植物形成的森林系統(tǒng)在海綿城市體系建設(shè)中承擔(dān)著重要角色[1]。研究表明，城市森林的枯枝落葉作為植被對(duì)降雨2次分配的第2個(gè)作用層，比土壤擁有更多更大的孔隙，攔截雨水、保持水土、抑制地表水分蒸發(fā)和促進(jìn)雨水下滲的作用[1-2]。與此同時(shí)，林地凋落物層為植物殘落物的混合物，具有強(qiáng)大的吸水、滯留和攔蓄能力，對(duì)于林地增強(qiáng)水土保持功能，減少土壤侵蝕，預(yù)防自然災(zāi)害具有重要作用[3]。但是，不同植物群落由于其組成成分的不同，其生態(tài)功能存在一定差異。因此，研究不同森林群落凋落物的現(xiàn)存量及其功能異同，為城市園林建設(shè)科學(xué)構(gòu)建風(fēng)景林，提高城市生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要意義。

城市風(fēng)景林建設(shè)是城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分，是城市園林建設(shè)的重要方向，并對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的改善起到極其重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)天然林、山地人工林枯落物及水文效應(yīng)研究頗多，并針對(duì)不同森林群落類型凋落物組成成分、季節(jié)動(dòng)態(tài)，以及對(duì)水源涵養(yǎng)、固土防蝕，以及凋落物在群落更新及植被恢復(fù)中的重要作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并取得一定研究成果[4-5]。但是，以城市風(fēng)景林為研究對(duì)象，分析人為適度干預(yù)作用下風(fēng)景林凋落物數(shù)量與林下土壤物理性質(zhì)的關(guān)系文獻(xiàn)報(bào)道較少。本文選取位于江蘇省南京市的8種人工風(fēng)景林群落為研究對(duì)象，對(duì)其林地凋落物現(xiàn)存量和地表土壤主要物理指標(biāo)進(jìn)行了定量分析研究，闡明了2者之間的相互關(guān)系，旨在為我國(guó)城市生態(tài)風(fēng)景林的構(gòu)建，以及城市人工林的科學(xué)管理，提供一定的參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于江蘇省南京市建鄴區(qū)，地處我國(guó)北亞熱帶邊緣，土壤為淤積性壤土，氣候特征為夏季炎熱多雨、冬季寒冷干燥，充足的降水雨量為各種動(dòng)植物生長(zhǎng)繁衍提供了優(yōu)越條件。研究區(qū)為南京市免費(fèi)開放森林公園——南京中國(guó)綠化博覽園(簡(jiǎn)稱綠博園)。該公園創(chuàng)建于2005年，為我國(guó)首屆綠化博覽會(huì)舉辦地，是南京河西濱江風(fēng)光帶的示范段。東靠揚(yáng)子江大道，西濱長(zhǎng)江，園區(qū)總面積達(dá)77 hm2。經(jīng)過(guò)十幾年的自然生長(zhǎng)和精心管養(yǎng)，公園內(nèi)樹木蔥蘢，百草豐茂，森林群落趨于穩(wěn)定。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地布設(shè)與取樣方法 本研究于2017年11—12月進(jìn)行。在對(duì)公園風(fēng)景林全面踏查的基礎(chǔ)上，在園區(qū)核心位置選取群落組成均一、年齡相當(dāng)、人為干擾較輕的人工風(fēng)景林群落作為調(diào)查林分。林分內(nèi)設(shè)置典型的調(diào)查樣地3塊，面積為20 m × 20 m，對(duì)調(diào)查林分的樹木平均高、平均胸徑、平均冠幅、平均枝下高和郁閉度等本底特征進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，其調(diào)查結(jié)果見表1。

林地凋落物及土壤取樣方法均依照參考文獻(xiàn)[3]進(jìn)行。在調(diào)查樣地植被特征的同時(shí)，在群落內(nèi)選定于樣地的對(duì)角線位置設(shè)置的調(diào)查小樣方4塊，應(yīng)用特制的取樣框(正方形邊長(zhǎng)30 cm)進(jìn)行凋落物取樣，并原位取土進(jìn)行土壤分析。依據(jù)凋落物組成顏色和分解程度，將其分為未分解層(凋落物基本保持原狀，無(wú)大的顏色變化)和半分解層(顏色黑褐色，葉片部分已腐爛)2個(gè)層次進(jìn)行分析。

表1 不同風(fēng)景林群落特征

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 土壤物理性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定方法依據(jù)參考文獻(xiàn)[6]。凋落物厚度測(cè)定采用直接量測(cè)法，現(xiàn)存量測(cè)定采用烘干法。先應(yīng)用直尺量測(cè)凋落物存積厚度，后進(jìn)行現(xiàn)存量收集，收集過(guò)程中盡量保持原樣，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)80 ℃下烘干后稱重，獲得烘干質(zhì)量，經(jīng)過(guò)換算獲得調(diào)查單位面積林地凋落物的質(zhì)量(t/hm2)和凋落物厚度(cm)。林地土壤物理性質(zhì)測(cè)定采用環(huán)刀法取樣(環(huán)刀容積100 cm3)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析的指標(biāo)包括土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等。各指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定數(shù)據(jù)均采用Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，借助軟件SPSS 2017 進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析，多重比較采用t檢驗(yàn)(T-test，LSD)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同風(fēng)景林林地凋落物厚度及現(xiàn)存量

調(diào)查結(jié)果表明，不同森林群落凋落物的厚度指標(biāo)變化較大，其結(jié)果見表2。統(tǒng)計(jì)分析表明，不同森林群落凋落物的總厚度及現(xiàn)存量均存在顯著差異(P<0.05)。從不同森林群落的凋落物厚度的絕對(duì)值來(lái)看，以樟樹林的凋落物厚度最大(5.24 cm)，其次是樂(lè)昌含笑林(4.92 cm)，槭樹林凋落物厚度最小(2.10 cm)，大葉櫸樹林凋落物厚度較小(2.38 cm)，其余群落凋落物厚度中等。從不同森林群落總現(xiàn)存量變化來(lái)看，同樣是槭樹林現(xiàn)存量最小(4.42 t/hm2)，而樟樹林為最高(8.14 t/hm2)，其他幾種群落現(xiàn)存量自大到小依次是大葉女貞林(7.53 t/hm2)、樂(lè)昌含笑林(7.43 t/hm2)、馬褂木林(7.31 t/hm2)、淡竹林(4.87 t/hm2)、大葉櫸林(4.86 t/hm2)、樸樹林(4.59 t/hm2)。

表2 不同風(fēng)景林凋落物厚度及現(xiàn)存量

從不同層次凋落物的變化來(lái)看，所有群落的未分解層厚度顯著高于半分解層的凋落物厚度(見表2)；而林地凋落物現(xiàn)存量的變化也表現(xiàn)為未分解層現(xiàn)存量大于半分解層現(xiàn)存量。這種趨勢(shì)的變化可能與當(dāng)年的天氣狀況以及不同群落樹木葉片的結(jié)構(gòu)和成分有關(guān)。

2.2 不同風(fēng)景林土壤物理參數(shù)的變化

2.2.1 土壤容重 土壤容重是土壤緊實(shí)度的敏感性指標(biāo)，用來(lái)表征土壤的通透性和土壤質(zhì)量[6]。一般而言，土壤容重的大小取決于土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量，以及土壤的緊實(shí)度等指標(biāo)，并受到人為干擾和外界因素的深刻影響[7]。表3為不同樣地土壤容重及孔隙度測(cè)定結(jié)果。結(jié)果顯示，不同風(fēng)景林群落和同一風(fēng)景林群落不同層次土壤的土壤容重變化均顯著(P<0.05)。這應(yīng)該與各個(gè)風(fēng)景林群落的森林組成、群落受干擾程度，以及林地凋落物結(jié)構(gòu)等因素緊密有關(guān)。從各不同群落的變化情況來(lái)看，Ⅱ，Ⅶ 群落的地表土壤容重顯著大于Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅷ 群落，而尤以群落Ⅲ的土壤容重偏小。方差分析表明，不同群落土壤容重差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。從同一風(fēng)景林不同層次土壤容重比較來(lái)看，表層土壤(0—10 cm)的容重普遍低于下層(10—20 cm)，表明表層土壤較為疏松，這與部分天然林土壤垂直結(jié)構(gòu)的變化相一致[8-9]。

一般而言，土壤容重小，土壤質(zhì)地較為疏松，結(jié)構(gòu)趨于良好，有機(jī)質(zhì)含量豐富；相反，土壤容重大，土壤質(zhì)地較為緊實(shí)，結(jié)構(gòu)較差，有機(jī)質(zhì)含量缺乏。土壤群落土壤物理性狀的變化，在一定程度上，也反映了不同風(fēng)景林土壤結(jié)構(gòu)的變化以及遭受外界不同程度的影響。城市風(fēng)景林不同于山區(qū)丘陵，因?yàn)槌鞘酗L(fēng)景林往往是城市公園和休閑綠地，地表土壤性質(zhì)除了取決于施工初期人為的整地因素外，還要承受季節(jié)性降水，以及游人觀光、游賞的強(qiáng)度干擾，這就使得城市風(fēng)景林的土壤結(jié)構(gòu)、層次、質(zhì)地、孔隙狀況呈現(xiàn)不規(guī)律的變化特征。

試驗(yàn)結(jié)果表明，同一風(fēng)景林群落表層土壤容重普遍低于下層土壤容重，但部分風(fēng)景林群落上下層之間土壤容重趨于接近(群落Ⅲ，Ⅵ，Ⅶ)。從垂直結(jié)構(gòu)的變化來(lái)看，表層土壤受外界干擾強(qiáng)度較大，土壤容重偏高，土壤變得緊實(shí)。由于高容重通常是土壤板結(jié)的象征，土壤結(jié)構(gòu)趨于退化，所以相對(duì)而言，城市風(fēng)景林受到人為活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)天然林表現(xiàn)不良[10-11]。

2.2.2 土壤孔隙性指標(biāo) 土壤孔隙度指示土壤孔隙狀況，并與土壤透氣性、透水性密切相關(guān)[6-7]。不同群落類型之間的毛管孔隙度與非毛管孔隙度指標(biāo)的差異見表3。不同風(fēng)景林群落土壤的總孔隙度及非毛管孔隙度和毛管孔隙度，因群落類型不同而有較大的差異(P<0.05)。這是由各風(fēng)景林群落類型中土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地的差異所引起。就表層土壤(0—10 cm)總孔隙度而言，群落Ⅳ和群落Ⅰ表層土壤的總孔隙度最高(47.47%，47.09%)，顯著大于群落Ⅲ(46.15%)，Ⅵ(46.23%)，Ⅴ(43.70%)，Ⅱ(43.28%)，Ⅶ(40.60%)，Ⅷ(45.92%)。而表層土壤的總孔隙度，普遍大于下層土壤(10—20 cm)的總孔隙度。

表3 不同風(fēng)景林地表土壤容重及孔隙度

2.3 不同風(fēng)景林林地凋落物現(xiàn)存量與土壤容重的相關(guān)分析

為了解不同風(fēng)景林群落凋落物數(shù)量與地表土壤物理性質(zhì)的關(guān)系，將測(cè)得的凋落物厚度和現(xiàn)存量分別與土壤容重進(jìn)行直線回歸和相關(guān)分析(見圖1，2)。結(jié)果顯示，林地凋落物厚度與表層土壤容重的回歸方程為y=0.020 5x+ 1.529(取樣深度0—10 cm)，y=0.024 1x+ 1.501 8 (取樣深度10—20 cm)，其相關(guān)性指標(biāo)分別為R2=0.186 8，R2=0.156 3。經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，表明其相關(guān)性均不顯著(P>0.05)(見圖1)。

林地凋落物現(xiàn)存量與表層土壤容重的直線回歸方程為y=0.018 7x+ 1.563 7(取樣深度0—10 cm)，y=0.013 5x+ 1.510 3(取樣深度10—20 cm)，其相關(guān)性指標(biāo)分別為R2=0.306 3，R2=0.095 7，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，表明其相關(guān)性也不顯著(P>0.05)(見圖2)。可見，調(diào)查地森林群落凋落物數(shù)量對(duì)林地土壤孔隙狀況參數(shù)的影響較小，城市風(fēng)景林依賴林地凋落物來(lái)改善孔隙狀況，其直接作用有限，在短期內(nèi)對(duì)土壤物理性質(zhì)的改良作用不明顯。

3 討論

森林凋落物是森林資源的重要組成部分。森林林地凋落物的存在，不僅能促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡，而且在水土保持、水源涵養(yǎng)、凈化水體等方面都具有較大作用[11-12]。因此，研究森林凋落物對(duì)森林環(huán)境土壤的影響，一直為生態(tài)學(xué)家研究的熱點(diǎn)[1,13-14]。尤其是近年來(lái)，隨著城市擴(kuò)張速度的日益加快，城市建設(shè)及城市旅游資源的開發(fā)，對(duì)森林環(huán)境的影響日益凸現(xiàn)。而作為城市風(fēng)景林資源重要組成部分的凋落物，多被移除或清掃，成為城市風(fēng)景林群落的重要干擾。城市風(fēng)景林林下凋落物的生態(tài)功能如何，其現(xiàn)存數(shù)量及其與林中土壤質(zhì)量的關(guān)系如何，林中凋落物要不要有限保留，成為城市管理者和園林學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。

T1：0—10 cm ; T2：10—20 cm 圖1 林地凋落物厚度與土壤容重的相關(guān)性

T3：0—10 cm ; T4：10—20 cm圖2 林地凋落物現(xiàn)存量與土壤容重的相關(guān)性

我國(guó)學(xué)者對(duì)天然林凋落物的累計(jì)效應(yīng)及水文功能研究頗多，并獲得一定的研究成果。徐旺明等[15]研究了我國(guó)亞熱帶4種森林凋落物量及其動(dòng)態(tài)特征，結(jié)果表明：不同森林類型之間凋落物的年凋落量及其組成明顯不同，樟樹-馬尾松林的年凋落物量最大(4.30 g/m2)，其次為楓香樹林、馬尾松林和樟樹林；黃石德等[16]通過(guò)沿武夷山海拔梯度3種典型森林凋落物及養(yǎng)分歸還動(dòng)態(tài)研究，指出常綠闊葉林(645 m)、針闊混交林(102 8 m)和針葉林(1 442 m)的凋落物總量分別為471.25，453.77,409.84 g/m2，森林凋落物總量隨海拔升高呈減少的趨勢(shì)；俞國(guó)松等[17]通過(guò)連續(xù)的野外觀測(cè)研究了茂蘭喀斯特森林主要演替群落的凋落物動(dòng)態(tài)，得出茂蘭喀斯特原生喬木林、次生林和灌木林的年平均凋落物量分別為4.503，3.505,2.912 t/hm2。這些研究結(jié)果都表明，天然林具有很高的凋落物量現(xiàn)存量和養(yǎng)分歸還量，而且森林凋落量與所處地帶性、森林結(jié)構(gòu)、氣候條件、植被類型和組成林木的生理特征等一系列因素密切相關(guān)。

人工林一般都要受到極其嚴(yán)重的人類干擾活動(dòng)的影響，與天然林相比,其森林結(jié)構(gòu)、森林組成，及群落演替有相當(dāng)大的不同。本文研究的對(duì)象為城市風(fēng)景林，盡管也存在一定的人為干擾活動(dòng)，但該公園被嚴(yán)格區(qū)劃，并作為自然風(fēng)景林開展管護(hù)，相對(duì)普通公園的人工林來(lái)說(shuō)干擾程度相對(duì)較輕，對(duì)其結(jié)構(gòu)、群落動(dòng)態(tài)進(jìn)行一定的研究分析具有一定的代表性。當(dāng)前現(xiàn)代城市園林建設(shè)中，往往森林樹種的選擇十分慎重，因?yàn)闃浞N選擇對(duì)森林生態(tài)環(huán)境的影響十分久遠(yuǎn)。同時(shí)，森林群落建成后的管養(yǎng)和撫育對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能的影響直接相關(guān)，應(yīng)該受到高度重視，而這一方面又恰恰是城市生態(tài)園林建設(shè)中容易被忽視的內(nèi)容。本研究表明，不同風(fēng)景林群落凋落物厚度和現(xiàn)存量都有顯著差異(P<0.05)，不同群落凋落物的厚度變化區(qū)間為2.10—5.24 cm。樹種結(jié)構(gòu)不同其凋落物厚度和現(xiàn)存量也均存在顯著差異(P<0.05)，這種差異將對(duì)不同人工林群落的水土保持功能及森林土壤環(huán)境產(chǎn)生重要影響。而林分的樹種結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)存量，往往可以通過(guò)人為的合理搭配和有效種植加以改善。所以，城市風(fēng)景林建設(shè)中樹種的選擇，是影響城市風(fēng)景林群落穩(wěn)定和土壤環(huán)境質(zhì)量的重要條件。

我國(guó)各地區(qū)土壤研究報(bào)道指出，城市土壤質(zhì)量在不斷下降[18-19]。土壤質(zhì)量下降導(dǎo)致森林植物生長(zhǎng)受阻，對(duì)環(huán)境的凈化功能減弱，進(jìn)而影響到城市生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展。為了避免這一現(xiàn)象的嚴(yán)峻化，有人提出運(yùn)用化學(xué)方法——土壤改良劑來(lái)改良土壤[20]，而另一種解決方案則為通過(guò)植樹造林來(lái)改良土壤的理化性質(zhì)[21-23]。本研究結(jié)果表明,凋落物對(duì)土壤通透性具有一定改良作用，但城市森林有別于天然林，在人為強(qiáng)烈干擾和不正確養(yǎng)護(hù)管理的大背景下，林下凋落物多被認(rèn)為是一種固態(tài)廢棄物而被移走或焚燒。本研究表明，在外界環(huán)境因素的多層次多角度影響下，風(fēng)景林林下凋落物對(duì)土壤物理性質(zhì)(土壤容重)的改良作用不明顯。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，由于凋落物有利于土壤動(dòng)物的生存繁衍[24]，借助于土壤動(dòng)物的改良作用，豐富的林地凋落物應(yīng)該有利于城市土壤的疏透性，即孔隙狀況的改善。因此，從這方面來(lái)說(shuō)，林下凋落物的適當(dāng)保留對(duì)城市風(fēng)景林的生態(tài)維護(hù)是必要的，這方面還有待于今后長(zhǎng)期的定量研究和探索。