淺談林地水分的植被承載力

【摘要】在多年內(nèi)維持較高土壤水分的水平衡，是成功恢復(fù)多年生森林植被的基本前提。所以，土壤水分的植被承載力計(jì)算要建立在長(zhǎng)期土壤水分平衡基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤水分平衡評(píng)價(jià)，是合理設(shè)計(jì)和科持續(xù)經(jīng)營(yíng)森林植被的一個(gè)途徑，這個(gè)原則目前在國(guó)內(nèi)已得到普遍理解和廣泛接受。

【關(guān)鍵詞】林地水分；植被承載力；淺談

一、植被與林地水分含量及其動(dòng)態(tài)的關(guān)系

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分之一。土壤水分狀況是森林形成和生產(chǎn)力的限制因子；同時(shí)植被也影響著林分水分狀況。因此，查明不同植被下土壤水分含量極其物理性質(zhì)，有利于深入了解生態(tài)系統(tǒng)，也可為我們的經(jīng)營(yíng)措施和方向提供依據(jù)。據(jù)研究，樟子松人工林對(duì)土壤含水率的影響主要發(fā)生在根系大量分布的30-70cm土層，不同密度樟子松中齡林土壤含水率則存在明顯的差異。密度為625-1250株/hm3的林分土壤含水率較高，為11.67-13.25%。不同的森林采伐作用方式將影響林下土壤水分的含量，利用對(duì)比試驗(yàn)方法對(duì)小興安嶺主要森林類型采伐后的土壤水分及物理性能進(jìn)行分析，認(rèn)為森林采伐后土壤容重增加，孔隙度減少，土壤持水性能降低，皆伐影響大于擇伐，集材道的破壞最大。森林在涵養(yǎng)水源過程中，枯枝落葉起到較大的作用，研究指出，枯枝落葉不僅可以調(diào)蓄2-5mm的降雨，更重要的可使土壤增加下滲21.3-50.3%，減少地表蒸發(fā)222.0%，

二、林地水分的植被承載力

把土壤水分承載力表述為在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)導(dǎo)致土壤水分消耗過度和能夠保證土壤水分得到入滲降水補(bǔ)給的特定植物被群落的密度。但是，不同植物種類的耗水特征差別很大，植物密度并不能反映植株個(gè)體大小的影響，因此植被密度不能再不同植被類型和植物種類之間作為廣泛有效的土壤水分植被承載力的指標(biāo)。此外，在計(jì)算水分承載力和設(shè)計(jì)森林植被恢復(fù)時(shí)，不能忽視產(chǎn)水功能的要求。

林地生態(tài)用水量隨著葉面積指數(shù)變化而有不同的明顯變化。在葉面積指數(shù)<2的范圍內(nèi)，年蒸散量隨著葉面積指數(shù)增加而幾乎呈直線上升；但當(dāng)葉面積指數(shù)>3時(shí)，年蒸散量則基本穩(wěn)定，隨葉面積指數(shù)增加沒有明顯變化；當(dāng)葉面積指數(shù)介于2-3之間時(shí)，不同樣地的表現(xiàn)不太一致。年蒸散量LAI增加的變化方式發(fā)生轉(zhuǎn)折的臨界值位于2.1-2.7之間，LAI大于2.7時(shí)年蒸散量隨葉面積指數(shù)的平均變率為6.3mm/LAI，小于2.7時(shí)年蒸散量隨葉面積指數(shù)的平均變率為6.3mm/LAI，小于2.7時(shí)年蒸散量隨葉面積指數(shù)的平均變率為56.7mm/LAI。各樣地的臨界值有所差異，如陡坡楊樹林為2.1，緩坡刺槐林為2.4，陡坡刺槐林為2.4，這說明當(dāng)葉面積指數(shù)超過臨界值時(shí)，由于所在立地的水分限制，年蒸散量無法繼續(xù)增加，導(dǎo)致植物處于程度不同的缺水狀態(tài)（圖1），并會(huì)做出相應(yīng)的生理、生態(tài)變化，如落葉、枯萎甚至死亡等，以減少葉面積，進(jìn)而適應(yīng)水分的虧缺。此臨界值可以被看作不考慮產(chǎn)流要求的水分承載力。

在葉面積指數(shù)達(dá)到臨界值后，年產(chǎn)流量也基本穩(wěn)定，不再隨葉面積指數(shù)增加而出現(xiàn)大幅減少（表1），即在平均年降水條件下，不論葉面積指數(shù)多大，樣地都會(huì)有一定的產(chǎn)流量，這和人們平常的理解似乎有所不同。但這說明，有一部分徑流是基本不受植被控制的，而是由樣地坡度、地形、土壤等其他特征所決定的的，如坡度為5°的緩坡刺槐樣地的年徑流為5mm/a左右，而坡度為30°的陡坡刺槐的年徑流為17mm/a左右。然而，如若期望增加樣地產(chǎn)流量進(jìn)而增加流域凈流量時(shí)，需降低葉面積指數(shù)。

利用前面研究成果，可根據(jù)年耗水量和產(chǎn)流功能要求，確定對(duì)應(yīng)的植被結(jié)構(gòu)，即葉面積指數(shù)。多某一坡向，雖然土層厚度對(duì)徑流和蒸散有一定影響，在不同土壤厚度時(shí)的最大耗水量對(duì)應(yīng)的葉面積指數(shù)基本一致，如在陰坡（坡向0°）時(shí)，葉面積指數(shù)在2，7時(shí)年蒸散量便接近了最大值；在陽(yáng)坡（坡向180°）時(shí)，葉面積指數(shù)在1.5-1.8時(shí)之間便接近了年蒸散量的最大值，且具有一定產(chǎn)流能力，這樣既能保證植被生長(zhǎng)又能產(chǎn)生一定徑流，同時(shí)又不會(huì)造成嚴(yán)重水土流失。當(dāng)如，如果土層太薄，其承載力要較厚層土壤差，但這不能從耗水量與葉面積的關(guān)系上來反映，還需多考慮植物的水分穩(wěn)定性，尚需進(jìn)一步研究。

表1 小葉楊林土壤水分的植被承載力隨坡向變化

在林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，人工調(diào)控能夠做到的只能是通過調(diào)控林木密度而調(diào)控喬木層的葉面積指數(shù)，很難做到人工調(diào)控草本的葉面積指數(shù)。草本葉面積指數(shù)可能只能更多地基于土壤水分平衡而自然調(diào)節(jié)。這樣，就需要依據(jù)同時(shí)受坡向、土壤厚度、葉面積指數(shù)等影響的具體立地的水分承載力構(gòu)建稀樹草原式的庫(kù)區(qū)森林植被。

三、結(jié)論

1.林分葉面積指數(shù)變化對(duì)生態(tài)用水量的影響比較復(fù)雜，首先表現(xiàn)在不同蒸散分量的不同反應(yīng)。隨著林分葉面積指數(shù)下降，植被蒸騰量以低于葉面積指數(shù)下降的速度減少，但同時(shí)土壤蒸發(fā)迅速大幅增加；冠層截留以接近或小于葉面積指數(shù)減少的速度減少，幾種過程綜合作用的結(jié)果，導(dǎo)致生態(tài)需水量的下降速度遠(yuǎn)低于葉面積指數(shù)的下降速度。

2.林地生態(tài)用水量隨林木葉面積指數(shù)的變化有階段性。在葉面積指數(shù)<2時(shí)，年蒸散量隨葉面積指數(shù)增加幾乎直線上升；葉面積指數(shù)>3時(shí)，年蒸散量基本穩(wěn)定不變；年蒸散量變化方式轉(zhuǎn)折的臨界值隨樣地不同位于2.1-2.7之間，各個(gè)樣地有所差異。超過這個(gè)臨界值，植物遭受水分虧缺脅迫。此臨界值可以被看作不考慮產(chǎn)流要求的水分承載力。

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