子午嶺油松純林降雨儲備能力監(jiān)測分析方法

周 麗，王召霞*，魏宏征，肖戰(zhàn)鋒

（1 甘肅省子午嶺林業(yè)管理局合水分局蒿咀鋪林場 745405；2 甘肅省子午嶺林業(yè)管理局合水分局）

甘肅子午嶺林區(qū)人工林大多數(shù)以油松純林模式為主。為了進一步掌握油松純林的降雨儲備能力，減少徑流量，提高林分的降水蓄存能力。采用降水綜合儲備能力分析法，在甘肅省公益林生態(tài)效益監(jiān)測站蒿咀鋪林場監(jiān)測點上，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和監(jiān)測設(shè)備，從2019年5 月開始收集相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行試驗對比，科學(xué)分析，總結(jié)得出了油松純林降雨儲備能力監(jiān)測分析方法。并計劃用該辦法對其它林分類型開展相同監(jiān)測，通過不同林分監(jiān)測結(jié)果對比分析，得出科學(xué)合理的最佳造林模式進行推廣應(yīng)用。

1 監(jiān)測點基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及設(shè)備安裝概況

選取坡面坡度、植被覆蓋和土壤特征均勻一致，處于自然狀態(tài)，植被和地表的枯枝落葉保存完好，無人為破壞，無土坑、道路、墳?zāi)?、土堆、急轉(zhuǎn)陡坡等影響徑流流動障礙物的油松純林地塊，在10°以上坡度建立長20m（水平投影與等高線平行）、寬5m 的坡面徑流樣地，在樣地內(nèi)采用3cm 徑階法，選取6 株標準木安裝樹干徑流設(shè)備，監(jiān)測樹干徑流量；樣地外沿建立保護帶（防止徑流場外部徑流進入徑流場內(nèi)）及高出地面20cm 的護埂（防止徑流場內(nèi)徑流外流），樣地下部修建內(nèi)徑尺寸為60cm×60cm×100cm，容積為0.36m3的防漏水集流井，監(jiān)測地表徑流量。在樣地內(nèi)，選擇林分分布均勻，林冠枝葉結(jié)構(gòu)能代表林冠平均值的3 處位置，每處選1 株胸徑與標準木相近的目標樹A1、A2、A3。沿等高線方向，在A1的左側(cè)，A2的右側(cè)，沿順坡方向，在A3的下側(cè)0.60～0.65 倍投影半徑的位置上，林冠空隙的林地上（A4）分別安裝集雨槽，檢測林內(nèi)降雨量。并將集雨槽、樹干徑流儀、坡面徑流場所有集水導(dǎo)管，伸入集流井內(nèi)帶有自動雨量計的翻斗式雨量筒中，自動獲取樹干徑流量、地表徑流量和林內(nèi)穿透水量（林內(nèi)降雨）；選擇有均勻草層（草高不超過20cm）的平坦空曠區(qū)域，建立規(guī)格為5m×5m，東西、南北向的小氣候觀測站，四周設(shè)置鐵藝圍欄，在圍欄立柱處建堅固可靠的基座，安裝5 要素氣象觀測儀及無線傳感器獲取林外降雨量。監(jiān)測分析所需的林外降雨量、林內(nèi)降雨量、樹干和地表徑流量，所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均通過（裝有移動電話卡）無線傳感器，傳入終端電腦上安裝的花生殼軟件，實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動監(jiān)測收集。樹冠截流量通過測算系數(shù)公式計算得出，枯落物含水量、土壤飽和含水量通過樣本及時采集，送回實驗室進行測算。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定計算方法

2.1 樹干徑流量的測定計算方法

通過自動雨量計、無線傳感器，直接在花生殼軟件內(nèi)讀取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)利用下式進行計算。即：

式中：C為樹干徑流量（mm），M為單位面積上的樹木株數(shù)（株/m2），Cn為每一徑級的樹干徑流量（mm），Kn為每一徑級，樹冠平均投影面積（m2），n 為徑級數(shù)，Mn為每一徑級的樹木株數(shù)。

2.2 穿透降水量（林內(nèi)降水量）測定計算方法

穿透降水是林外降水量直接穿過林冠層至林地、林冠枝葉滴入至林地和樹干滴入至林地的雨量之和。按下式計算穿透降雨（pt）：pt=1/3（pt1+pt2+pt3）k+pt4（1-k）

pt1、pt2、pt3、pt4分別為A1、A2、A3、A4的集雨槽和雨量筒測定值，k 為林分郁閉度。此方法計算值相對誤差不超過3%。

2.3 樹冠截留量的測定計算方法

樹冠截留量根據(jù)下式計算：I=p1-p2-p3

式中：I 為林冠截留量（mm），p1為林外或林冠上平均降水量又稱林地總降水量，p2為林冠下降水量即穿透降水量（mm），p3為樹干徑流量（mm）。

2.4 地表徑流量和降雨量（林外降水量）測定方法

地表徑流量測定采用雨量計和無線傳感器等自動監(jiān)測系統(tǒng)直接測定，利用花生殼軟件讀取數(shù)據(jù)，降雨量測定采用無線自動氣象站直接測定，在終端電腦上下載數(shù)據(jù)。

3 降雨儲備能力測算方法

森林的降雨儲備能力就是森林通過林冠層、地表層及土壤層對降雨進行攔儲、調(diào)節(jié)和再分配的能力。依據(jù)此概念和相關(guān)林學(xué)、氣象知識，將上面測定的5 項數(shù)據(jù)采用單次統(tǒng)計，逐月單項匯總，雨季結(jié)束測算總評，并逐月逐項對比，尋找影響規(guī)律，分析當年降雨儲備能力。依據(jù)概念分析得知樹冠儲備量主要由樹冠截流量決定，截流降雨通過蒸發(fā)儲備于大氣層，增加了空氣濕度，通過蒸騰儲備于植株自身，滿足植物生理循環(huán)水分需求，因此，樹冠降雨儲備量就是樹冠截流量，即：I=p1-p2-p3。地表及地下降雨儲備量主要由灌木草本層截流量、枯落物含水量、土壤飽和含水量和土壤入滲量組成，這部分降水除了正常蒸發(fā)和蒸騰儲備于空氣和植物自身之外，全部通過土壤初滲、穩(wěn)滲儲備于地下。其余降雨量均形成地表徑流，從林地內(nèi)流失。因此，地表及地下降雨儲備量就是穿透水量（林內(nèi)降雨量）減去地表徑流量流失出林地的降雨量。綜合分析得出，油松純林的降雨儲備能力就是林內(nèi)降水總量與地表徑流總量的差加上樹冠截流總量的和，即：油松純林降雨儲備量=林內(nèi)降雨總量-地表徑流總量+樹冠截流總量。

利用這種計算方法，對甘肅子午嶺林區(qū)油松純林的降雨儲備能力連續(xù)監(jiān)測分析8 個月，單項因子每月變化均存在一定的規(guī)律性，得出了單位面積樣地內(nèi)8個月降雨儲備總量為18.64913m3（詳見表1）。并計劃利用相同的辦法繼續(xù)對油松純林、針闊混交林和闊葉混交林做好監(jiān)測對比和試驗分析，通過不同林分之間的數(shù)據(jù)對比分析，總結(jié)一套科學(xué)合理的最佳林分類型培育模式，便于在區(qū)域內(nèi)進行推廣應(yīng)用。

表1 甘肅子午嶺林區(qū)油松純林2019 年降雨儲備能力分析表