南甕河自然保護區(qū)落葉松林內(nèi)降雨分配研究

馬吉軍，趙希寬，韋昌雷，劉學爽，王立中

(1.黑龍江南甕河國家級自然保護區(qū)管理局，黑龍江 大興安嶺 165000;2.大興安嶺林業(yè)集團公司農(nóng)業(yè)林業(yè)科學研究院，黑龍江嫩江源森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 165000)

穿透雨、樹干徑流和樹冠截留在森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)和水量平衡中占有極其重要地位［1］，因而從生態(tài)學、生理學和水文學的觀點來看，研究一定區(qū)域內(nèi)植被與降雨之間的相關(guān)性具有重要意義［2］。本文通過對黑龍江南甕河國家級自然保護區(qū)的興安落葉松林降雨量、穿透雨和樹干徑流的觀測，探討該地區(qū)林分對降雨分配特征的研究，以進一步對該地區(qū)的水量平衡提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為正確評價該流域森林水文生態(tài)功能提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究地概況

黑龍江南甕河國家級自然保護區(qū)位于大興安嶺東部林區(qū)東南部，大興安嶺支脈伊勒呼里山南麓，北以伊勒呼里山為界，與新林林業(yè)局相鄰，東以二根河為界，與呼瑪縣林業(yè)局相望，南與加格達奇林業(yè)局毗鄰，西與松嶺林業(yè)局接壤。地理坐標為125°07'55″—125°50'05″ E，51°05'07″—51°39'24″ N。南北長約72.7 km，東西寬約57.3 km。地勢北高南低，西高東低，海拔一般為500 ～800 m，最低海拔370 m，最高1 044 m。保護區(qū)地處寒溫帶，屬大陸性季風氣候。冬季嚴寒干燥，夏季溫暖多雨。年平均氣溫－3 ℃。極端最低溫度－48 ℃，最高溫度36 ℃。大于10 ℃的年積溫在1 400 ～1 500 ℃，年平均降水量為500 mm。5月下旬開始進入無霜期，延續(xù)到9月上旬，為時90 ～100 d，植物生長期較短。5—6月因蒙古草原風的作用，蒸發(fā)量為降水量的2 ～2.5倍，形成云霧少、日照強、溫度低的氣候特點。7—8月集中降雨，形成有利于植物生長條件。但因凍土層的普遍存在，使土層透水性極差，降水大多滯留于地表，形成廣泛分布的沼澤植被。9月末10月初開始降雪，消融時間為次年4月下旬至5月上旬，穩(wěn)定積雪覆蓋日數(shù)可達200 d 以上，最大積雪厚度30 ～40 cm。主要植被類型有興安落葉松、白樺和蒙古櫟。

1.2 樣地

選取一塊面積為600 m2(30 m ×20 m)的標準樣地，位于陽坡，坡度15°，主要樹種為興安落葉松，占90%以上，林下以草本為主，有少量灌木。采用每木檢尺的方法測量樣地內(nèi)樹木的胸徑、樹高和冠幅等。

1.3 穿透雨和樹干徑流的測定方法

將白鐵皮制作的集水槽(表面積1 m ×0.2 m)用清水處理干凈，然后在樣地內(nèi)隨機安裝5 個集水槽，在林外約50 m 處安裝自記式雨量筒作對照。為避免灌木和草本的影響，集水槽和雨量筒安裝在距地面50 cm 處，集水槽要有稍微的坡度，便于雨水流出，出水口通過軟管連接10 L 的塑料桶。為避免枯枝落葉對測量結(jié)果的影響，降雨前把集水槽內(nèi)清理干凈。

根據(jù)徑級分布，選取5 株標準木測定樹干徑流。用防潮墊截取寬為20 cm 左右的長條，邊緣要裁成斜度，用鐵絲將其圍在胸徑處，低邊與樹皮接觸，然后用玻璃膠密封樹干與防潮墊的縫隙，防潮墊接口處放上軟管，軟管同樣裁成斜口，低面接觸樹木，與防潮墊地面相平，在軟管下方鏈接自記式雨量筒。

每次降雨后及時記錄測量桶的水量和雨量筒的數(shù)據(jù)。樣地內(nèi)得的值為穿透雨T，對照雨量筒的為總值P，根據(jù)每次降雨測定徑流平均值作為林內(nèi)總徑流量S。利用公式I=P－T－S 計算林冠截留量。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨強度和次數(shù)

觀測時間為2012年 6月 15日—9月 25日，共記錄27 次，平均每3.7 d 就有一次降雨，總降雨量為216.6 mm，平均每次降雨為 8.02 mm，降雨強度在2 mm 以下的次數(shù)最多，占總降雨次數(shù)的29.6%(圖1)。本地區(qū)主要是小雨(日降雨量≤10 mm)和中雨(10m ＜日降雨量≤30 mm)，大雨(日降雨量＞30 mm)次數(shù)為1 次。其中小雨占總降雨次數(shù)的74.1%(表1)。

圖1 不同雨量降雨次數(shù)

2.2 穿透雨的變化特征

由表1 可知，降雨量和降雨強度越大，穿透雨越大，而且穿透雨率也在增加。根據(jù)回歸方程，取R2最大值做最佳回歸模型，結(jié)果表明，降雨量P 與穿透雨T 之間呈線性關(guān)系，其方程式:P =0.639 8 T－0.597(R2=0.999 3)(圖 2)。但應(yīng)用于 ＜0.93 mm降雨時，穿透雨出現(xiàn)負值，這是由于降雨小于0.93 mm 時，林冠沒有充分濕潤。

表1 各雨量級分配

圖2 降雨量與穿透雨之間的關(guān)系

2.3 樹干徑流的變化特征

徑流主要取決于林分特征和降雨特征。由各徑級徑流量的分析得知，興安落葉松林徑級越大其徑流量越大，總樹干徑流量占總降雨量的20.6%，其主要徑流集中在中雨和大雨時各占 7.1% 和13.5%。說明影響徑流變化的主要因素取決于降雨量的大小，降雨量越大，徑流越大。

2.4 樹冠截留的變化特征

林冠截留在森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)和水量平衡中占重要地位，受降雨特征、樹種組成、林冠特征、降雨前林冠潤濕度、風速、地形等多種因素的影響［3］。研究結(jié)果表明，該林分的樹冠截留隨降雨的增加而減少，林冠截留占總降雨量的5.5% ～100% (表1)。通過回歸方程，取最佳回歸模型，結(jié)果表明降雨P(guān) 與截留S 呈多項式關(guān)系，方程式為P= －0.014 4 S2+0.505 S+0.097 9(R2=0.880 9)(圖 3)。

圖3 降雨量與截留量之間的關(guān)系

3 結(jié)論

3.1 研究表明，黑龍江南甕河國家級自然保護區(qū)觀測期間總降雨量為216.6 mm，穿透雨為121.6 mm，占總降雨量的56.2%。樹冠截留量為62.5 mm，占總降雨量的28.8%。徑流量為32.5 mm，占總降雨量的15%。

3.2 隨著降雨量增加，穿透雨和徑流量增加，樹冠截留量減小;隨著冠層減少，穿透雨和徑流量增加，樹冠截留量減少。

3.3 用回歸方程表示降雨量與穿透雨和樹冠截留量的相關(guān)關(guān)系，線性方程能較好地表示降雨量與穿透雨關(guān)系，多項式方程能較好表示降雨量與樹冠截留的關(guān)系。

3.4 樹干徑流量取決于降雨量、降雨強度和樹冠特征。

［1］曹群根.毛竹林冠層對降水的截留作用［J］.福建林學院學報，1991，11(1):37 －43

［2］鞏合德，王開運，楊萬勤，等.川西亞高山原白樺林穿透雨和莖流特征觀測研究［J］.生態(tài)學雜志，2004，23(4):17 －20

［3］鞏合德，王開運，楊萬勤，等.川西亞高山原始云杉林內(nèi)降雨分配研究［J］.林業(yè)科學，2005，41(1):198 －201