祁連山大野口流域青海云杉林水文特征與生態(tài)因子關(guān)系探討

李宏

摘要：本文以大野口流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，結(jié)合歷史記錄數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)設(shè)備和儀器的先進(jìn)功能，選取一系列具有代表性的相關(guān)指標(biāo)，利用適當(dāng)分析方法進(jìn)行分析，探討了青海云杉林水文特征和生態(tài)因子之間的關(guān)系，推導(dǎo)出了一些結(jié)論，為森林和水資源的保護(hù)與建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：大野口流域；水文特征；生態(tài)因子

祁連山地區(qū)因其地理位置的原因，是比較理想的研究水文特征與生態(tài)因子關(guān)系的地區(qū)。在此之前，已經(jīng)有許多學(xué)者在該地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)研究，取得了許多有意義的成果，但水文特征相關(guān)變量指標(biāo)非常多，其復(fù)雜性較一般科學(xué)研究較大?，F(xiàn)在的多數(shù)研究局限于某一種或者某幾種因素和水文特征的相關(guān)性研究，但實(shí)際上影響水源的涵養(yǎng)關(guān)系的生態(tài)因素眾多，較為單一的研究成果很難推而廣之，所以需要將多個(gè)因素結(jié)合起來(lái)綜合考慮，并且區(qū)域性研究結(jié)論的普適性也需要進(jìn)一步論證。本文結(jié)合試驗(yàn)和觀測(cè)數(shù)據(jù)，全面地分析了水源涵養(yǎng)功能各因素的影響關(guān)系，為后續(xù)研究提供參考。

一、大野口流域青海云杉林概況

該林區(qū)地處甘肅省，月均溫差在30℃以上，植被類型根據(jù)梯度情況差異明顯且呈現(xiàn)規(guī)律性。植被和土壤類型從低到高各有六種不同的類型，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)陰坡和陽(yáng)坡分別存在有青海云杉林和祁連圓柏，均為天然次生林和純林。該區(qū)域是典型的閉合流域，內(nèi)有六條成型支流流過(guò)。

二、樣地信息和研究方法

在2013年植被生長(zhǎng)季，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)了25m見方的固定樣地，共計(jì)49塊。采用長(zhǎng)期定位觀測(cè)的方式，對(duì)樣地內(nèi)的青海云杉林進(jìn)行觀測(cè)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。在特征分析時(shí)，主要引用了相關(guān)的概率論參數(shù)來(lái)匯總分析數(shù)據(jù)。在研究因子內(nèi)部關(guān)系影響時(shí)，主要采用了相關(guān)系數(shù)分析方法，其它主要方法還有多元回歸、線性傾向和多度分析方法[1]。

三、結(jié)果和分析

（一）河川徑流的影響因素相關(guān)性分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，大野口流域的降水有44.57%匯入了河川徑流，經(jīng)過(guò)分析年際的氣溫、降水量、河川徑流量的數(shù)據(jù)，以及三個(gè)參數(shù)的趨勢(shì)變化率、平均趨勢(shì)變化率、各月平均值可以得出降水量的大小對(duì)河川徑流量的影響最為顯著，而與氣溫的相關(guān)性不明顯。

因?yàn)榻邓繉?duì)其影響較大，故進(jìn)一步分析了降水量和一些氣候因素的相關(guān)性。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，降水主要和氣溫有關(guān)。因?yàn)闅鉁氐葏?shù)變換周期較長(zhǎng)，一段時(shí)間內(nèi)數(shù)值比較穩(wěn)定，所以從長(zhǎng)時(shí)間跨度來(lái)看，其對(duì)降水量結(jié)果的影響程度較重。其它因素如風(fēng)速、濕度和氣壓變化頻率高并且幅度較大，所以從長(zhǎng)時(shí)間跨度來(lái)看，其對(duì)降水量影響的相關(guān)性較弱。

由于部分河流水流湍急，傳統(tǒng)的方法測(cè)試河川徑流量難度比較大。但現(xiàn)在可以借助雷達(dá)工具，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。得到的數(shù)據(jù)擬合出河川徑流和雷達(dá)監(jiān)測(cè)水位存在一個(gè)一元二次的函數(shù)關(guān)系，隨著水位的增長(zhǎng)，河川徑流是隨之遞增。但是由于河川徑流變化的驅(qū)動(dòng)因素非常多，邏輯關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，通過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，也發(fā)現(xiàn)了氣溫和日照影響著凍土凍融以及積雪消融的過(guò)程，間接對(duì)河川徑流產(chǎn)生一定的影響[2]。

（二）苔蘚枯落物、土壤水熱、土壤特性及土壤蒸發(fā)的關(guān)系

苔蘚枯落物厚度較大是該試驗(yàn)區(qū)一個(gè)明顯的特點(diǎn)。而且該試驗(yàn)區(qū)的土壤厚度相對(duì)薄，其對(duì)氣溫的變化較為敏感。研究結(jié)果表明，苔蘚枯落物對(duì)土壤含水率的影響程度非常弱，但對(duì)40公分到60公分深的土壤中的含水率存在線性回歸的函數(shù)關(guān)系，其含水量約為此深度土壤含水率的2倍。

由于土壤含水量會(huì)隨著土中水分的蒸發(fā)而變化，水分的蒸發(fā)又和氣溫、氣壓等因素相關(guān)。數(shù)據(jù)表明，林地土壤蒸發(fā)量和草地土壤蒸發(fā)量季節(jié)性變化明顯，均在7月份正中達(dá)到最大值。但草地的蒸發(fā)量明顯多于林地的蒸發(fā)量，林地對(duì)土壤含水量的保護(hù)作用更為顯著，并且土壤的溫度、含水量和水氣壓都會(huì)顯著影響土壤蒸發(fā)的速率。

（三）林分結(jié)構(gòu)相關(guān)影響分析

首先對(duì)林分結(jié)構(gòu)因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，利用樹木高度和鄰木的外在關(guān)系，將樹木分為5個(gè)等級(jí)，其中長(zhǎng)勢(shì)最好、直徑最大、樹高最高、樹冠相對(duì)標(biāo)高超過(guò)一般林冠層的優(yōu)勢(shì)木占比達(dá)到46.08%，其次是第三個(gè)等級(jí)的被壓木占比達(dá)到32%，其余等級(jí)樹木占比都在10%以下。這說(shuō)明在試驗(yàn)區(qū)，優(yōu)勢(shì)木之間的競(jìng)爭(zhēng)不大，可以得到良好的發(fā)育。而被壓木也占比較多，在對(duì)水源涵養(yǎng)的效果中和優(yōu)勢(shì)木一起發(fā)揮了較大的作用。而在對(duì)樹木本身的各項(xiàng)參數(shù)分析中，發(fā)現(xiàn)胸徑是其主導(dǎo)因素，其他因素均和其正相關(guān)。

另一方面，在降雨量比較小的時(shí)候（小于0.8mm），林冠會(huì)將全部降雨量截留，在降雨量稍大時(shí)候（1mm到2mm），樹冠有60.9%的截留率。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析可以看出，40cm到50cm徑級(jí)的平均截留率最大，其中冠幅級(jí)在0到1的林冠截留高達(dá)81.9%。50cm到60cm徑級(jí)雖然較大，但其平均截留率不如40cm到50cm徑級(jí)，僅和30cm到40cm徑級(jí)的平均截留率持平，達(dá)到了48.7%。其余較小徑級(jí)的冠幅也相對(duì)較小，徑級(jí)10cm以下的截留率有45.3%，10cm到20cm之間的達(dá)到42.3%，但到了20cm到30cm之間的卻僅有37.2%。由此可見，徑級(jí)在40cm到50cm之間的樹冠平均截留率最大，而20cm到30cm之間的最小。根據(jù)林分結(jié)構(gòu)和土壤含水量的相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)樹高和冠長(zhǎng)對(duì)40cm到60cm深土壤的含水量影響最大。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文主要以大野口流域青海云杉林為試驗(yàn)區(qū)，利用歷史觀測(cè)資料和現(xiàn)代設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析。主要探討了主要?dú)夂颦h(huán)境參數(shù)對(duì)河川徑流量之間的關(guān)系、苔蘚枯落物和土壤指標(biāo)之間的相關(guān)性以及林分結(jié)構(gòu)和林冠截留率對(duì)土壤含水量之間的相關(guān)性。本研究具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，為森林水文模型提供了理論依據(jù)，為森林植被保護(hù)和水資源短缺之間的矛盾解決提供了思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛赟，成彩霞，趙維俊，等.祁連山大野口流域青海云杉林水文特征與生態(tài)因子關(guān)系研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37 （1）：62-68.

[2]王翔，蔣志榮，敬文茂.祁連山大野口流域不同植被類型凍土凍融特征分析[J].防護(hù)林科技，2017 （3）：1-4.