柞蚕业是辽宁省的特色产业，柞蚕茧、丝产量均占全国80%、世界70%，全省90%的柞蚕茧产自辽宁东部山区^[1]。由于受到多年放蚕等人为干扰因素的影响，部分柞蚕林生长衰退，更新能力下降，有的失去萌蘖能力，株数显著减少，出现空地，导致涵养水源和保持水土的能力明显降低，有的局部甚至出现了砂化，更加剧了水土流失，致使生态环境不断恶化^[2]。柞蚕林因多年反复刈割常形成灌丛状，是辽东山区退化最严重的森林类型。辽东山区柞蚕林主要以蒙古栎(Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.)为建群种。据水土保持部门2000年公布的卫星遥感报告，辽东山区柞蚕林砂化是造成水土流失的主要原因^[1]。自20世纪90年代起，柞蚕林退化原因及其治理措施开始受到关注^[1]，研究证明通过进行退化柞蚕林封育，诱导其植被加快恢复和更新^{[2, 3]}，能够增强其水文生态功能，然而国内外已有的相关研究仍然很缺乏。枯落物层和土壤是水文过程转化的重要界面^{[4, 5]}，作为重要的水文作用层对森林生态系统的水文过程和水源涵养功能具有重要影响^{[6, 7, 8, 9]}，本文通过对退化柞蚕林封育9、12、21a林地和未封育的退化柞蚕林枯落物及表层土壤持水效能进行研究，以期为揭示退化柞蚕林封育恢复过程对枯落物及表层土壤持水性能影响的内在机制提供科学依据，为进一步探索柞蚕林退化成因、过程和机理提供数据支撑，为优化退化柞蚕林的生态恢复技术措施提供基础数据，进而为促进退化植被演替、加快生态恢复提供科学保障。

研究地点位于辽宁省西丰县的冰砬山森林生态站(42°20′—42°40′ N，124°45′—125°15′E)，冰砬山为吉林哈达岭向西南延续地带，地貌属于低山丘陵，平均海拔500—600 m。气候属温带大陆性气候，春季气温回温迅速，夏季雨量集中，秋霜较早，冬季寒冷。年均气温5.2 ℃，年均降水量684.8 mm，年均蒸发量1379.8 mm，无霜期133 d。土壤以暗棕色森林土为主，其次为棕色森林土，土壤质地多为粉砂壤质、壤质。典型森林植被为以蒙古栎为主要树种的天然次生林和以落叶松(Larix spp.)为主要树种的人工林。

研究地的柞蚕林由于柞蚕采食树叶和多年反复根刈，林分开始退化，林木生长势减弱，林分郁闭度下降，蚕农对退化的柞蚕林进行全部根刈，促进柞蚕林恢复。本文选择立地条件基本一致的封育恢复和未封育继续放蚕的柞蚕林，设置封育9、12、21a柞蚕林和对照(未封育)退化柞蚕林进行调查，每种处理设置3块样地，每块样地面积600 m²。在每个样方内设置一个30 cm×30 cm的小样方，区分未分解层和半分解层采集地表枯落物样品带回实验室进行储量和持水特性测定。同时，在5个样方内分别挖5个土壤剖面，进行土壤剖面调查，并且每个剖面采集0—15 cm层原状土样和鲜土样各3份带回实验室进行水文物理性质测定。不同封育时间的退化柞蚕林样地概况见表1。

利用电子天平称未分解层和半分解层枯落物鲜重，并放置在实验室干燥通风处自然风干7天后称其风干重，以此计算枯落物储量。将各样地未分解层和半分解层枯落物风干样品分别装入网眼1 mm的20 cm×20 cm尼龙袋浸泡在清水中，每个枯落物样品做3个重复，利用电子天平称取浸泡1、2、4、8、12、24 h时样品的重量，计算枯落物在不同浸水时间的持水量和持水率^{[10, 11]}。采用有效拦蓄量^{[12, 13]}估算枯落物对降雨的实际拦蓄量，计算方法为W =(0.85 R_m - R_o)M，式中W为有效拦蓄量(t/hm²)；R_m为最大持水率(%)；R_o为平均自然含水率(%)；M为枯落物储量(t/hm²)。利用SPSS16.0统计分析软件对不同封育时间枯落物的最大持水量、最大持水率和有效拦蓄量进行了方差分析与多重比较(LSD法)。

采用烘干法测定土壤自然含水率，采用环刀法测定土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度。土壤持水量采用下式计算^[14]：最大持水量H_t=10000 P_t d(t/hm²),毛管持水量H_c=10000 P_c d(t/hm²),非毛管持水量H_o = 10000 P_o d(t/hm²)。式中P_t为土壤总孔隙度(%)，P_c为毛管孔隙度(%)，P_o为非毛管孔隙度(%)，d为土层厚度(m)。

封育9、12、21a柞蚕林枯落物储量分别为7.92、8.41、8.74 t/hm²，分别高于对照退化柞蚕林(3.69 t/hm²)1.15、1.28、1.37倍(图1)，封育恢复时间越长，枯落物累积越多。封育9、12、21a柞蚕林未分解层和半分解层枯落物储量均显著高于对照退化柞蚕林，同样未分解层和半分解层枯落物储量随着封育恢复时间的持续呈现增加的趋势(图1)。

图 1 不同封育时间的柞蚕林林地枯落物储量 Fig.1 Litter storage on Tussah-feeding oak forests flour following enclosure 柱状图为枯落物储量，折线图为未分解层和半分解层枯落物储量占总储量比例

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经过不同封育时间柞蚕林未分解层和半分解层枯落物占总储量比例结果显示，对照退化柞蚕林未分解层枯落物占总储量比例为37.94%，半分解层占62.06%(图1)，半分解层枯落物所占比例明显高于未分解层，而封育9、12、21a柞蚕林未分解层和半分解层枯落物占总储量比例均相当，相差很小。

经过不同封育时间的柞蚕林枯落物未分解层和半分解层持水量与浸水时间动态变化结果显示，经过相同时间的浸泡后，枯落物未分解层和半分解层持水量均呈现为封育21a> 封育12a> 封育9a> 对照退化柞蚕林，且各封育柞蚕林均明显高于对照退化柞蚕林，但各封育柞蚕林相差不大(图2)。封育9、12、21a和对照退化柞蚕林未分解层和半分解层枯落物持水量均在浸水1 h时迅速增加，封育9、12、21a和对照退化柞蚕林枯落物1 h总持水量分别占24 h总持水量的75.35%、74.80%、71.20%、68.72%，随着浸水时间的增加持水量增加逐渐减缓，均在浸水8—12 h时持水量趋于稳定(图2)。

图 2 不同封育时间的柞蚕林林地枯落物未分解层和半分解层持水量与浸水时间动态变化 Fig.2 Relationship between water-holding capacity and immersion time of undecomposed litter and half-decomposed litter on Tussah-feeding oak forests flour following enclosure

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拟合不同封育时间的柞蚕林枯落物未分解层和半分解层持水量与浸水时间得出，枯落物持水量(H_l，t/hm²)与浸水时间(t，h)之间的关系可以用H_l=a+b ln t表达。不同柞蚕林类型枯落物未分解层和半分解层持水量与浸水时间拟合方程的决定系数(R²)均大于0.9，枯落物持水量与浸水时间存在显著的相关关系(P < 0.001，n=6)(图2)。

随着封育恢复时间的延长，柞蚕林枯落物未分解、半分解层最大持水量及其总量均呈现显著增加的趋势(P < 0.05)，而且封育9、12、21a柞蚕林枯落物最大持水量总量分别高于对照退化柞蚕林1.36、1.54、1.76倍(图3)。对枯落物最大持水率而言，柞蚕林枯落物半分解层最大持水率及其平均值随封育时间的增加而显著增加(P < 0.05)，而未分解层最大持水率无显著变化(图4)。封育9、12、21a柞蚕林未分解层和半分解层有效拦蓄量及其总量亦显著高于对照退化柞蚕林(P < 0.05)，且封育9、12、21年柞蚕林的有效拦蓄总量分别高于对照退化柞蚕林1.29、1.46、1.69倍，与最大持水量变化规律相同，柞蚕林枯落物有效拦蓄量均呈现出随封育恢复时间的持续而显著增加的规律(图5)。

图 3 不同封育时间的柞蚕林枯落物最大持水量 Fig.3 Maximum water holding capacity of Tussah-feeding oak forests following enclosure (mean＋SE) 同一枯落物层次内不同小写字母表示不同封育时间枯落物持水效能差异显著(P < 0.05)

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图 4 不同封育时间的柞蚕林林地枯落物最大持水率 Fig.4 Maximum water content rate of Tussah-feeding oak forests following enclosure (mean＋SE) 同一枯落物层次内不同小写字母表示不同封育时间枯落物持水效能差异显著(P < 0.05)

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图 5 不同封育时间的柞蚕林林地枯落物有效拦蓄量 Fig.5 Effective retain capacity of Tussah-feeding oak forests following enclosure (mean＋SE)

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4种类型林地土壤水文物理特征结果显示，土壤容重的变化规律为封育21a＜封育12a＜封育9a＜对照退化柞蚕林，封育9a、12a和21a柞蚕林分别比对照退化柞蚕林减少了5.51%、12.60%、17.32%(表2)；土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度的变化特征均为封育21a＞封育12a＞封育9a＞对照退化柞蚕林，其中总孔隙度分别比对照退化柞蚕林增加了12.21%、41.85%、72.35%(表2)；由此可见，对退化柞蚕林进行封育恢复，可以逐渐改善表层土壤的水文物理性质。

毛管持水量和非毛管持水量的变化特征均为封育21a ＞ 封育12a ＞ 封育9a ＞ 对照退化柞蚕林，封育9a、12a和21a柞蚕林的毛管持水量分别比对照退化柞蚕林增加了7.01%、28.98%、54.83%，非毛管持水量分别比对照退化柞蚕林增加了46.14%、126.19%、187.19%(表2)。可以看出，随着封育恢复的年龄增加，表层土壤水文物理性质不断改善，土壤蓄水能力也相应增加。

森林类型、生长状况、林龄、气候条件以及人类活动等因素都会影响森林枯落物的输入量以及分解量^{[8, 15, 16, 17, 18, 19]}，二者差值即为枯落物的储量。本研究中封育9、12、21a柞蚕林枯落物储量分别高于对照退化柞蚕林1.15、1.28、1.37倍，退化柞蚕林经过封育恢复后，林地枯落物储量显著增多，且封育恢复时间越长，地表枯落物累积越多。通过植被调查得到，经过封育恢复的退化柞蚕林其林分密度因自然稀疏随着林龄增加而有所降低，但其林地树木生长良好，而退化柞蚕林树木则因经过多次根刈后萌生长成灌丛状，再加上生长季大部分树叶被蚕吞食，而且退化柞蚕场的生物多样性指数和郁闭度等均低于封育后的柞蚕林^{[2, 3]}，这些都是造成退化柞蚕林枯落物储量比经过封育恢复的柞蚕林低的主要原因。因此，随封育恢复时间增长枯落物储量一直在增加。

封育9、12、21a和对照退化柞蚕林枯落物持水过程变化规律相似，枯落物持水量均在浸水1 h时迅速增加，1 h总持水量分别占24 h总持水量的75.35%、74.80%、71.20%、68.72%，随着浸水时间的增加持水量增加逐渐减缓，均在浸水8—12 h时持水量趋于稳定。枯落物的持水过程动态同样遵循这一规律：在最初浸泡时持水量迅速增加，随着浸泡时间的延长持水量仍在不断增加，但增加速度逐渐减慢，最后基本趋于某一稳定值^{[6, 11, 18, 20]}。枯落物未分解层和半分解层持水量与浸泡时间存在显著的对数函数关系(R² > 0.9，P<0.001)^{[6, 11, 18, 20]}。

枯落物持水能力因林分类型、枯落物组成、分解程度及其累积量不同而变化^{[4, 11, 13, 16, 19, 21]}。最大持水量和最大持水率是衡量枯落物最大持水能力的两个重要指标。封育9、12、21a柞蚕林枯落物最大持水量总量分别高于对照退化柞蚕林1.36、1.54、1.76倍，表明随着封育时间的增加，柞蚕林枯落物最大持水总量呈现增加的趋势。最大持水总量与其总储量关系密切，封育9、12、21a柞蚕林枯落物总储量分别高于对照退化柞蚕林1.15、1.28、1.37倍。退化柞蚕林通过封育恢复，增加了地表枯落物的现存量，其持水能力也得到明显提高。封育9、12、21a和对照退化柞蚕林枯落物未分解层最大持水量显著高于半分解层，表明分解程度影响枯落物的持水能力，分解程度越高，其持水能力越大^{[22, 23]}。对枯落物最大持水率而言，封育9、12、21a和对照退化柞蚕林枯落物半分解层最大持水率和最大持水率平均值随着恢复年限的增加而增加，而未分解层最大持水率无显著差异，这可能是由枯落物组成及其分解程度决定的，对照退化柞蚕林未分解层中枯枝比例(52.62%)明显低于各封育柞蚕林(67.55%—68.85%)，而各封育柞蚕林的退化柞蚕林未分解层中枯草叶比例(31.15%—32.45%)明显小于对照退化柞蚕林。

通过对退化柞蚕林实施封育恢复措施，可以使表层土壤的水文物理性质得到改善，并且随着封育恢复时间的增加，其表层土壤的水文物理性质改善得越明显，这个结果与文海燕等和赵成章等得到的的研究结果一致^{[24, 25]}。封育9、12、21a柞蚕林的土壤容重分别比对照退化柞蚕林减少了5.51%、12.60%、17.32%；土壤总孔隙度分别比对照退化柞蚕林增加了12.21%、41.85%、72.35%。土壤容重越小，孔隙度越大，说明土壤结构越疏松，有利于雨水迅速下渗，减少地表径流的冲刷^{[26, 27]}。毛管持水量和非毛管持水量的变化均为封育21a ＞ 封育12a ＞ 封育9a ＞ 对照退化柞蚕林，封育9、12、21a柞蚕林的毛管持水量分别比对照退化柞蚕林增加了7.01%、28.98%、54.83%，非毛管持水量分别比对照退化柞蚕林增加了46.14%、126.19%、187.19%。从土壤保水能力看，土壤的渗透性能取决于非毛管孔隙，非毛管孔隙能较快容纳降水并及时下渗，更加有利于涵养水源。在饱和持水量中，只有非毛管孔隙中滞留的重力水在调蓄水方面，具有更为重要的作用^{[28, 29]}。可以看出，由于表层土壤对枯落物分解的影响更敏感，随着封育恢复时间的增加，地表积累的枯落物越来越多，表层土壤水文物理性质不断改善，土壤蓄水能力也随之增强。