林分冠層對(duì)降水的再分配作用

【摘要】森林與水是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。穿透雨、莖流和林冠截留在森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)和水量平衡中占有極其重要的地位。

【關(guān)鍵詞】林分冠層；降水；再分配作用

林分冠層對(duì)降水的再分配作用首先體現(xiàn)為林冠截留。降到森林的枝、葉、干等樹體表面的雨滴，由于表面張力和重力的均衡作用，一部分雨水被吸收在表面，一部分積貯在枝葉的分叉處，形成了林冠截留。當(dāng)降雨強(qiáng)度和降雨量不同時(shí)，林冠截留量有很大差別，據(jù)研究，闊葉樹種林冠的儲(chǔ)水能力和最大截留量為1—3mm，針葉樹種為0.2—0.8mm，熱帶雨林為2.2—8.3mn，而低矮植物的儲(chǔ)水能力可以忽略不計(jì)。

降雨是引起土壤侵蝕的動(dòng)力，土壤侵蝕量隨降雨量、降雨強(qiáng)度的增大而增加，大雨量、大雨強(qiáng)的降雨是造成土壤侵蝕的主要降雨形式。降雨動(dòng)能和30min最大降雨強(qiáng)度的乘積與土壤流失量關(guān)系密切。

一、林冠截留量的主要因子

樹冠截留可減少大氣降雨到達(dá)地面的數(shù)量和速度，在一定程度上調(diào)節(jié)地面徑流數(shù)量和強(qiáng)度，減少水土流失；但林冠過高卻又可能造成這種作用的缺失，因?yàn)楣趯有纬傻拇笏螘?huì)加大雨滴濺擊作用。相比之下，林下植被及此地被物能大大消減雨滴動(dòng)能，有效降低雨滴對(duì)土壤的直接沖擊，其作用往往大于冠層，是個(gè)主要作用層。此外，樹冠截留的降水會(huì)經(jīng)蒸汽重返大氣，基本不能為林木吸收，也不能轉(zhuǎn)化為水資源，屬于無效消耗。一般認(rèn)為，影響林冠截留量的主要因子為：

1.降水性質(zhì)。降水量、降水強(qiáng)度、降水時(shí)主分布，都會(huì)影響森林的冠層截留。陣性降水強(qiáng)度大，雨滴也大，林冠截留量較??；而毛毛細(xì)雨歷時(shí)較長(zhǎng)，因而增加了截留量。一般來講，林冠截留與降水強(qiáng)度成反比。

2.樹種。枝葉稠密，葉面粗糙的樹種截留的降水量較多；葉面光滑，枝葉稀疏的樹種則截留較少。冠幅愈大，葉片總量愈多，截留水量愈多、枝條分布形狀對(duì)截留降水也有影響，梳干狀分布的枝條和側(cè)枝向下斜的林木截留降水量最少，刷子狀分布的枝條和側(cè)枝向上斜的林木截留降水量較多。

3.林分特點(diǎn)。林冠截留量與林分郁閉度有關(guān)，郁閉度越大，截留降水量愈大。同一樹種，林分的郁閉度和葉片量在天然發(fā)育過程中隨林齡增長(zhǎng)而變化，從幼齡到中齡、隨林齡的增高，葉片量相應(yīng)增加，林冠截留量也隨之增加。當(dāng)林分接近熟齡和成熟齡時(shí)，林分的葉片量逐漸減少，林木逐漸稀疏，其林冠降水量也隨之減少：林木從它的幼齡開始就具有明顯的截留降水作用。在同一林齡中、單層林的降水截留量少于復(fù)層林。

4.林冠枝葉濕潤(rùn)狀況。前次降水時(shí)間與截留率也有關(guān)系，前次降水時(shí)間越早，蒸發(fā)歷時(shí)越長(zhǎng)，雨前林冠愈干燥，截留雨水的潛力愈大；反之，與前次降水相隔時(shí)間越短。

二、各樣地林冠截留特征分析

具體來說，小葉楊林中當(dāng)降水叢較少和平均降水強(qiáng)度較低時(shí)，林冠截留作用較強(qiáng)，截留率均人于30%，而當(dāng)降水量較大或降水強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，其林冠截留作用就會(huì)降低，截留率僅為10%左右。坡地刺槐林的林冠截留具有相同的特點(diǎn)，只是由于林分郁閉度較小，相同的降水量和降水強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的截留率更小，尤其是緩坡刺槐林。在郁閉度最大的臺(tái)地刺槐林中，只有降水量較大和降水強(qiáng)度較強(qiáng)的臺(tái)地刺槐林種，只有降水較大和降水強(qiáng)度較強(qiáng)的情況下，其林冠截留率低于15%，而在其他情況下普遍較高，甚至達(dá)到70%，說明林冠郁閉度對(duì)降水再分配具有顯著作用。但是，兩樹種的林冠和截留量都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的臨界降水量，在降水量到達(dá)或接近此值后，林冠截留量一般不再增加。

對(duì)不同降水等級(jí)下林冠截留的分析（表1）進(jìn)一步表明，隨著雨量的增多，各林分的林冠截留率均呈下降趨勢(shì)。對(duì)于小雨等級(jí)，各林分的截留率相差最大，由緩坡刺槐林的9.8%到臺(tái)地刺槐林的38.8%，說明林分冠層特征對(duì)降水的截留有很大的影響。郁閉度大，葉面積指數(shù)高對(duì)小雨的截留作用更加明顯，但隨著雨量增大，林冠特征的作用逐漸減小，各林分的截留率趨向一致，都下降到10%左右。

三、影響林冠截留的因素分析

各因素與林冠截留量均呈正相關(guān)關(guān)系，其中降水量與林冠截留量的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.7以上，而最大雨強(qiáng)對(duì)林冠截留的影響要大于平均雨強(qiáng)，說明林分冠層對(duì)降水的截留作用并不是均勻的，而是隨降水強(qiáng)度而變化的。

與截留率不同，各降水因子與林冠截留率均為負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)普遍不高，其中平均雨墻相關(guān)性相對(duì)高一些，但也未達(dá)到0.8。另外，對(duì)各林分的林冠截留量以及截留率進(jìn)行的方差分析，沒有達(dá)到顯著性差異。

表2列出了部分林分特征與林冠截留之間的相互關(guān)系?？梢钥闯?，林冠截留的影響因素是多方面的，降水性質(zhì)只是其中的影響因子之一。林分特征也較為顯著地林冠截留，其中郁閉度和葉面積指數(shù)是兩個(gè)主要因素，因?yàn)樗麄児餐瑳Q定了林冠的結(jié)構(gòu)特征，故而對(duì)降水的再分配產(chǎn)生較大影響。而地形因子中，坡度與坡位影響不明顯，說明二者對(duì)林分截留沒有直接和顯著的影響。

四、結(jié)論

1.林分特征較為顯著地影響林內(nèi)降水量。郁閉度較低的緩坡刺槐林的林內(nèi)降水量始終最高，占林外降水量90%以上，而郁閉度為1.0的臺(tái)地刺槐林最少，僅為70%左右。

2.較小雨量和較低雨強(qiáng)時(shí)的連貫截留作用較大，截留率大于30%，而較大雨量或較強(qiáng)雨強(qiáng)時(shí)林冠截留率降低。兩樹種的樹冠飽和截留量對(duì)應(yīng)的臨界降水量都是15mm左右。

3.降水特征和林分結(jié)構(gòu)特征共同影響林冠截留。相關(guān)分析表明，降水量對(duì)林冠截留量影響最大，呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，其次為最大雨強(qiáng)和平均雨強(qiáng)。郁閉度和葉面積指數(shù)對(duì)林冠截留降水產(chǎn)生顯著影響，林冠截留郁閉度和葉面積指數(shù)增大。

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