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枯落物层和土壤层作为森林生态系统的重要层次,具有调节径流、保持水土、涵养水源等重要的生态功能。兰州市南山分布在兰州市城区周围,由于历史和自然的原因,这里植被稀疏、水土流失严重、生态环境恶劣、污染严重,区域内植被以人工林为主体,植物种类比较单一,土壤有机质含量很低。而枯落物和林地土壤对防止水土流失和涵养水源具有比较重要的现实意义。本文选取甘肃省水土保持科技示范园内具有代表性的侧柏(Platycladus orientalis)、白蜡(Fraxinus chinensis)、加拿大杨(Populus canadensis Moench)、刺槐(Robinia pseucdoacacia)4种人工纯林作为研究对象,通过野外调查和室内试验,对其林下枯落物层和土壤层的水文效应特征进行研究,以期为兰州南北两山森林植被生态功能的提高和改善,尤其是保持水土和涵养水源功能的提高,提供一定参考。本研究取得的主要结果如下:(1)4种人工纯林林下枯落物的蓄积量变化存在较大差异,总体变动范围在9.99~30.62 t/hm2之间,大小排序为侧柏纯林(30.62t/hm2)﹥加拿大杨纯林(14.66t/hm2)﹥白蜡纯林(12.35 t/hm2)﹥刺槐纯林(9.99 t/hm2);枯落物不同层次蓄积量的变化除了刺槐纯林是未分解层大于半分解层之外,其它林分均是半分解层大于未分解层;枯落物层厚度总体变化范围在3.9~4.4㎝之间,由高到低的顺序为:加拿大杨纯林(4.4㎝)>白蜡纯林(4.3㎝)>刺槐纯林(4㎝)>侧柏纯林(3.9㎝)。(2)最大持水量和最大持水率存在不同的变化规律,整体而言:阔叶树种的持水能力较强;最大拦蓄量的均值由高到低的顺序依次为:侧柏纯林(66.36t·hm-2)>加拿大杨纯林(32.69 t·hm-2)>刺槐纯林(23.87 t·hm-2)>白蜡纯林(19.49 t·hm-2);最大拦蓄率在173.45~245.74%之间变动;有效拦蓄率在各层次的变化顺序不同;有效栏蓄量在16.35~54.54 t·hm-2之间,相当于拦蓄1.64~5.45mm的降雨。综合枯落物最大拦蓄量和有效拦蓄量的变化规律可知,侧柏纯林的拦蓄能力最强。(3)枯落物不同层次的持水量动态变化过程和吸水速率的变化趋势相一致,即枯落物刚被浸入水中时的持水量和吸水速率变化最迅速,之后逐渐变缓慢,达到24h时持水量及吸水速率接近饱和基本不再改变,通过SPSS软件对各林分的持水量、吸水速率与浸泡时间进行回归分析得出:持水量与浸水时间符合对数函数关系,关系式为:W=a l n(t)+b,吸水速率和浸水时间符合幕函数关系,关系式为:V=k t n,t是枯落物被浸泡的时长。(4)土壤容重随土层深度的加深而增加,而土壤孔隙度及土壤持水量在垂直方向上的变化趋势随土层深度的加深是递减的;土壤容重的平均值变动范围为0.73~0.9g/cm3;刺槐纯林总孔隙度最大(40.26%),加拿大杨纯林总孔隙度最小(30.53);土壤持水量由大到小的顺序为:刺槐纯林>侧柏纯林>白蜡纯林>加拿大杨纯林。对不同林地内土壤容重、土壤孔隙度及土壤持水量与土层深度作回归分析发现,各指标随土层深度的变化均可用多项式回归方程来拟合,回归系数R2均为1.000,说明各林地的土壤物理性质以及土壤持水能力与土层厚度之间的拟合结果较理想。