太行山地區(qū)不同植被林冠截留降水的研究

王朝華

(河北省保定水文水資源勘測局，河北 保定 071000)

實驗地位于太行山脈北端河北省易縣境內(nèi)(東經(jīng)115°21'，北緯39°23')的片麻巖低山丘陵區(qū)，海拔高程90 m左右，地形坡度12%左右，沙壤土厚度15～30 cm。該地屬溫帶大陸性季風區(qū)氣候，多年平均降水量為560 mm，年平均氣溫11.6℃，年平均蒸發(fā)量190 6 mm(F20 cm蒸發(fā)皿)，年平均日照時數(shù) 2 615 h，無霜期約210 d。

植被類型主要有油松(Pimus tabulaeformis)、側(cè)柏(Biota orientalis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)等成片的人工林以及荊條(Vitex negundovar)、酸棗(Ziziphus jujube var.spinosa)等小灌木和羊胡子草(Carex humilis)、披針葉苔草(Carex lanceolata)、白草(Bothriochloa ischaemum)等草本植物群落。

1 研究方法

1.1 林外降雨量的測定

在所選標準木上游附近的空地上布設口徑200 mm的遙測雨量計，作為林外降雨量測定設備，測定每次的降雨量、降雨強度及降雨過程。

1.2 樹干徑流

在標準木的樹干上安設截流裝置，觀測樹干徑流的過程。

1.3 穿透降雨

分別在標準地內(nèi)放置用白鐵皮定制的2個承雨箱，雨水經(jīng)導水管引至量水裝置。根據(jù)承雨箱的承雨面積計算林內(nèi)降雨量。

1.4 灌草植被

在具有代表性的林下和灌草坡面，選取若干個1 m×1 m大小的樣方，將地上部分全部割下后，平鋪到面積同樣為1 m×1 m的紗網(wǎng)上進行充分的灑水。根據(jù)灑水前后植被質(zhì)量的差異推算出滯留的水量，以此作為該樣方內(nèi)灌草植被的最大截留量。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 林冠截留作用的實驗結(jié)果分析

2.1.1 穿透降雨

穿透降雨是直接到達林地或從樹葉和枝條上滴下的那部分降雨。分析2005～2007年油松、側(cè)柏、刺槐林內(nèi)穿透降雨實驗觀測結(jié)果可知，油松、側(cè)柏、刺槐三種不同林地林內(nèi)降水量與林外降水量具有明顯的線性相關關系，各回歸方程如下:

式中:y為穿透雨量(mm);x為林外降雨量(mm)。

2.1.2 林冠截留

對油松、側(cè)柏和刺槐三種喬木林林冠截留量與林外降雨量進行回歸分析，油松、側(cè)柏和刺槐林地林冠截留量與林外降雨量呈冪函數(shù)關系，回歸方程如下:

式中:y為林冠截留量(mm);x為林外降雨量(mm)。

由以上分析可知，林冠截留量在降雨量較低時隨降雨量的增加而增大，但其增加幅度有限，逐漸趨近于飽和截留量。之后，隨著降水量的增加，截留率迅速降低，并趨向于最小截留率。對于單次降雨的林冠截留量來說，油松的截留量為1.93 ～ 17.74 mm、側(cè)柏的截留量為 0.77 ～ 17.49 mm、刺槐的截留量為0.96～14.32 mm。在觀測期內(nèi)，油松樣地、側(cè)柏林地和刺槐樣地林冠層的平均截留率分別為25.93%、23.05%和21.12%。油松林平均截留率最高，側(cè)柏林次之，刺槐林地最低。這主要與三種不同樹種的林冠和結(jié)構特征有關，針葉林具有較大的雨水附著面積，而闊葉林與針葉林雨水附著面積較小，因此，林冠截留率相應較低，透流率較高。

2.2 樹干徑流作用的實驗分析

2.2.1 樹干徑流量與林外降雨量關系的實驗分析

分別分析油松林、側(cè)柏林、刺槐林樹干徑流量與林外降雨量的關系，結(jié)果如下:

在一個坡面地下游、中游和上游分別選取不同胸徑的油松 A、B、C(胸徑分別為8.5 cm、11.26 cm 和9.3 cm)、側(cè)柏松A、B、C(胸徑分別為 12.2 cm、16.8 cm 和 14.95 cm)、刺槐A、B、C(胸徑分別為 5.75 cm、16 cm 和 8.47 cm)，建立樹干徑流量與林外降雨量的關系見圖1。

從圖1可知，單位林外降雨量增加的樹干徑流量，油松有A＞B＞C，胸徑對樹干徑流量的影響并不顯著。側(cè)柏樹A和B較為接近，兩者都大于C。胸徑對樹干徑流量的影響在側(cè)柏林地表現(xiàn)的也不顯著。刺槐A＞B＞C。

圖1 不同油松產(chǎn)生的樹干徑流量與林外降雨量關系圖

2.2.2 三種喬木樹干徑流量對比分析

對于油松、側(cè)柏和刺槐在次降雨中產(chǎn)生的樹干徑流量占降雨量的比例分別為 0.84%、1.49%、2.25%，因此，對于林外降雨量相等的情況下，產(chǎn)生的樹干徑流量刺槐＞側(cè)柏＞油松。這與其樹干表面結(jié)構有著密切的關系。

2.3 林下灌草對降雨的截留作用

同林冠的截留相比，林下灌草對林下雨也起到了截留作用。但是目前對于灌草植物的截留作用沒有很好的評測方法。本文采用灑水稱重法，分別測定油松林、側(cè)柏林、刺槐林及荒坡(只有灌草)，四種不同樣地內(nèi)灌草的截留作用，見表1。

表1 灌草截留試驗成果表

從表中能夠看出，由于不同喬木林下灌草結(jié)構和覆蓋度不同，對于單位面積的灌草截流量，存在荒坡＞油松＞側(cè)柏＞刺槐的數(shù)量關系。但是從生物量的角度去分析，即換算成每kg灌草所截留的水量，則側(cè)柏＞荒坡＞油松＞刺槐。因此，植被豐度高的草本+灌木植被的截留量要大于單一灌木植被的作用。但是對于豐度低的草本+灌木植被，這個作用并不明顯。所以在應用中，可以根據(jù)灌草植被的生物量或占地面積來估算其截留量。

3 結(jié)論與建議

(1)通過崇陵流域油松、側(cè)柏和刺槐林地植被截留觀測實驗發(fā)現(xiàn)林內(nèi)穿透降雨與林外天然降雨都具極顯著的線性關系。

(2)油松、側(cè)柏和刺槐林地林冠截留量與林外降雨量呈冪函數(shù)關系。

(3)單次降水的林內(nèi)透流率，油松林為65.33% ～83.46%，側(cè)柏林為 54.13% ～ 92.46%，刺槐林為 72.30% ～85.42%。在觀測期內(nèi)，油松樣地、側(cè)柏林地和刺槐樣地林冠層的平均截留率分別為25.93%、23.05%和21.12%，平均截留率大小關系為油松＞側(cè)柏＞刺槐。

(4)對三種不同喬木林樹干徑流進行比較、分析，得出三種喬木林的樹干徑流量并不完全隨著樹木本身胸徑的增大而增大，無顯著相關關系。油松、側(cè)柏和刺槐在次降雨中產(chǎn)生的樹干徑流量占降雨量的比例分別為0.84%、1.49%、2.25%。相同林外降雨量下產(chǎn)生的樹干徑流量大小關系為刺槐＞側(cè)柏＞油松。

(5)單位面積的灌草截流量，存在荒坡＞油松＞側(cè)柏＞刺槐的數(shù)量關系。每kg灌草所截留的水量，存在側(cè)柏＞荒坡＞油松＞刺槐。植被豐度高的草本+灌木植被的截留量要大于單一灌木植被的作用。但是對于豐度低的草本+灌木植被，這個作用并不明顯。

［1］馬雪華.四川米亞羅地區(qū)高山冷杉林水文作用的研究.林業(yè)科學，1987，19(3):97 －113.

［2］劉曙光，郭景唐.華北油松人工林林下降雨空間分布的研究.北京林業(yè)大學學報，1988，10(4):1 －10.

［3］周國逸.生態(tài)系統(tǒng)水熱原理及其應用.北京:氣象出版社，1997.