重慶鐵山坪馬尾松天然次生林降雨截持與貯水特征

王軼浩,王彥輝,李振華,王耀建

1 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院 重慶市三峽庫(kù)區(qū)地表生態(tài)過(guò)程野外科學(xué)觀測(cè)研究站,重慶 401331 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100091 3 新鄉(xiāng)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院,新鄉(xiāng) 453000 4 深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,深圳 518052

森林生態(tài)系統(tǒng)以其復(fù)雜的功能層次結(jié)構(gòu)對(duì)大氣降水再分配,包括林冠層截留、草本層和枯落物層截持、土壤層貯存等水文過(guò)程,從而改變降水輸入數(shù)量及時(shí)空格局,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)涵養(yǎng)水源這個(gè)重要生態(tài)服務(wù)功能[1]。森林涵養(yǎng)水源功能的大小與氣象因子、立地條件、森林類型及其結(jié)構(gòu)特征等密切相關(guān)[2- 3]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)森林的冠層截留、穿透雨和干流特征、枯落物持水、土壤水文物理性質(zhì)等均做了大量研究[4- 6],取得了較多成果。如袁秀錦等[7]研究認(rèn)為馬尾松林冠截留量與葉面積指數(shù)、胸高斷面積、冠幅面積呈顯著正相關(guān)；Honda等[8]研究認(rèn)為具有多年生葉、單軸生長(zhǎng)的大樹能產(chǎn)生較多的干流；劉效東等[9]研究認(rèn)為隨著森林演替進(jìn)程,半分解層及已分解層枯落物的持水能力明顯降低,以演替早期的森林枯落物層的降水截留能力較高；王軼浩等[10]研究認(rèn)為土壤水文物理性質(zhì)存在較強(qiáng)空間變異性。

三峽庫(kù)區(qū)作為我國(guó)最大的淡水資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù),是長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障的最后一道關(guān)口,生態(tài)區(qū)位十分重要,因此,構(gòu)建以涵養(yǎng)水源為主導(dǎo)功能的三峽庫(kù)區(qū)防護(hù)林體系非常必要和至關(guān)重要。馬尾松(Pinusmassoniana)作為我國(guó)南方山地丘陵主要造林樹種和先鋒樹種,是三峽庫(kù)區(qū)防護(hù)林體系中面積最大和最重要的森林類型,在保護(hù)庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用[11]。以往關(guān)于馬尾松林的冠層截留、枯落物持水、土壤貯水等單一水文過(guò)程已有不少研究[12- 14],但主要針對(duì)馬尾松人工林,而對(duì)馬尾松天然次生林的生態(tài)水文效應(yīng)研究還較少,尤其馬尾松天然次生林包括林冠層、林下草本層、枯落物層、土壤層等完整作用層的系統(tǒng)研究還未見(jiàn)報(bào)道。

本文在三峽庫(kù)區(qū)的重慶鐵山坪林場(chǎng),以50—70年林齡的馬尾松天然次生林為研究對(duì)象,通過(guò)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)和室內(nèi)測(cè)定,系統(tǒng)研究了馬尾松林冠層、林下草本層、枯落物層、土壤層等完整作用層的水文特征,以期為三峽庫(kù)區(qū)森林水源涵養(yǎng)功能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于重慶市江北區(qū)鐵山坪林場(chǎng)(29°38′N,106°41′E),屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候,多年平均降水量1100 mm,年均氣溫18 ℃。該地屬四川盆東平行嶺谷地貌,海拔變異范圍在242—584 m,坡度變異范圍在5°—30°。鐵山坪林場(chǎng)現(xiàn)有森林面積1200 hm2,森林覆蓋率高達(dá)90%以上,主要是20世紀(jì)50、60年代天然林被破壞后經(jīng)自然更新形成的馬尾松次生林。林分的分層明顯,上層以馬尾松為主,伴有少量香樟(Cinnamomumcamphora)、楠木(Phoebezhennan)；下木層主要有木荷(Schimasuperba)、杜英(Elaeocarpussylvestris)、毛竹(Phyllostachysheterocycla)、杉木(Cuninhamalanceolata)、毛桐(Mallotusbarbatus)、白櫟(Quercusfabric)等；草本層以鐵芒萁(Dicranopterislinearis)為主。具體研究地點(diǎn)位于面積0.27 km2的林中園小流域,其土壤以砂巖上發(fā)育的山地黃壤為主,土壤質(zhì)地為粉砂壤土和粉砂粘壤土,厚度50—80 cm。

1.2 研究方法

1.2.1樣地設(shè)置

在鐵山坪林場(chǎng)林中園小流域,選擇代表性區(qū)域布設(shè)3個(gè)馬尾松林典型樣地,馬尾松林齡均在62年左右,下木有杜英(Elaeocarpussylvestris)、杉木(Cuninhamalanceolata)、毛桐、(Mallotusbarbatus)、檵木(Loropetalumchinense)等,草本植物以鐵芒萁(Dicranopterislinearis)為主,規(guī)格為30 m×30 m,并調(diào)查各典型樣地基本情況和每木檢尺(表1)。

表1 馬尾松林典型樣地基本概況

1.2.2林冠層水文特征測(cè)定

2010年1月—2011年12月,在馬尾松林各典型樣地內(nèi)共計(jì)隨機(jī)布設(shè)16個(gè)雨量桶(內(nèi)徑20 cm),每次降雨后測(cè)定穿透雨量,取其均值作為馬尾松林的穿透雨量。同時(shí),在各典型樣地內(nèi)根據(jù)馬尾松徑級(jí)大小分布,一共選擇有代表性的14棵馬尾松,通過(guò)纏繞樹干的塑料水管及其接水容器,測(cè)定馬尾松單株干流量,馬尾松林分的干流量通過(guò)公式(1)計(jì)算得到。

(1)

式中,S為馬尾松林分的干流量(mm),N為樹干徑級(jí)數(shù),Si為第i徑級(jí)的單株樣樹干流量(ml),Mi為第i徑級(jí)的樹木株數(shù),A為樣地面積(m2)。

利用林外空曠處設(shè)置的自動(dòng)氣象站(WeatherHawk232)記錄次降雨量,馬尾松林的林冠截留量通過(guò)公式(2)計(jì)算得到。

I=P-T-S

(2)

式中,I為馬尾松林的林冠截留量(mm),P為林外次降雨量(mm),T為林內(nèi)穿透雨量(mm),S為馬尾松林的干流量(mm)。

1.2.3草本植物儲(chǔ)量及水文特征測(cè)定

在每個(gè)馬尾松林典型樣地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3個(gè)2 m×2 m草本植物樣方,采用收獲法測(cè)定草本植物地上生物量[15]。采用浸水法測(cè)定草本植物的水文特征,即隨機(jī)稱取一定重量的草本植物樣品(6個(gè)重復(fù))后放入清水中浸泡,分別在浸水第0.5、1 、2 、4 、6 、8 、12 h和24 h時(shí)稱重,每次稱重時(shí)要求靜置到不滴水為止,然后將其在85℃烘箱中烘干至恒重并稱重。草本樣品不同時(shí)間的浸水重量與其自然重量的差值即為草本植物持水量,其與烘干重量的比值即草本植物持水率,并根據(jù)樣地草本植物儲(chǔ)量計(jì)算草本植物層的持水能力。

1.2.4枯落物貯存量及水文特征測(cè)定

在每個(gè)馬尾松林典型樣地內(nèi),隨機(jī)布設(shè)3個(gè)1 m×1 m枯落物樣方,首先用鋼尺測(cè)量枯落物未分解層、半分解層和已分解層厚度,然后分層收集帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi),在85℃烘箱中烘干后測(cè)定枯落物的干貯存量。采用浸水法測(cè)定枯落物的水文特征,即將烘干的枯落物分未分解、半分解、未分解與半分解混合(混合比例依據(jù)樣地枯落物組成的調(diào)查結(jié)果獲得)3種處理,分別稱取一定重量的枯落物裝入孔徑為1 mm的25 cm×30 cm(或20 cm×30 cm)尼龍袋內(nèi),每種處理6個(gè)重復(fù)樣本(即,共計(jì)18個(gè)尼龍袋),然后浸水48 h后取出靜置直到枯落物不滴水為止,稱重,所得重量與烘干重量差值即枯落物最大持水量,最大持水量與烘干重量比值即最大持水率,并根據(jù)樣地的枯落物貯存量計(jì)算樣地枯落物層的最大持水能力。

1.2.5土壤水文特征測(cè)定

采用環(huán)刀法測(cè)定土壤水文特征,分別于2010年10月、2011年10月在各個(gè)馬尾松林典型樣地選擇代表性地段,開挖深為80 cm的土壤剖面(1 m×1 m),若土層厚度未達(dá)80 cm則挖至基巖,然后用容積為200 cm3的環(huán)刀按0—10、10—20、20—30、30—40、40—50、50—60 cm等深度分層取原狀土樣,每層3個(gè)重復(fù),測(cè)定土壤容重、孔隙度和持水量,一定土層深度內(nèi)的土壤貯水量通過(guò)公式(3)、(4)和(5)計(jì)算得到。

Wc=1000Pch

(3)

Wnc=1000Pnch

(4)

Wt=1000Pth

(5)

式中,Wc、Wnc和Wt分別為土壤吸持貯水量(mm)、土壤滯留貯存量(mm)和土壤飽和貯水量(mm)；Pc、Pnc和Pt分別為毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)和總孔隙度(%)；h為土層深度(m)。

1.2.6數(shù)據(jù)處理

采用Excel2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與繪圖,利用SPSS 23.0軟件進(jìn)行馬尾松林冠層水文特征與次降雨量、草本植物持水特征與浸水時(shí)間及草本重量的回歸方程擬合,不同枯落物組分水文特征的單因素方差分析(one-way ANOVA)及LSD檢驗(yàn)法的多重均值比較分析。

2 結(jié)果

2.1 馬尾松林冠層水文特征

研究期間共觀測(cè)到有效大氣降雨84場(chǎng),累計(jì)降雨量達(dá)1972.39 mm,次降雨量最小僅2 mm,最大達(dá)122 mm,平均次降雨量為23.48 mm。從雨量等級(jí)來(lái)看(表2),<30 mm的降雨有59場(chǎng),占總降雨場(chǎng)次的66.67%,而80—90 mm和>90 mm的降雨分別僅有1場(chǎng)；<30 mm的降雨量為683.39 mm,僅占累計(jì)降雨量34.58%。說(shuō)明研究區(qū)的降雨次數(shù)以<30 mm的為主,但降雨量以>30 mm的為主。

研究期間,馬尾松林的穿透雨總量1669.81 mm,干流量5.19 mm,林冠截留量297.31 mm,分別占總降雨量的84.66%、0.26%和15.07%。

由圖1可知,馬尾松林穿透雨量隨次降雨量增大而增大,兩者呈顯著線性關(guān)系(R2=0.9887,P<0.01,n=84)。馬尾松林穿透雨率則隨次降雨量增大呈非線性增大,可用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合(y=11.332ln(x)+45.513,R2=0.4302,P<0.01,y為穿透雨率,x為次降雨量,n=84)。當(dāng)次降雨量小于15 mm時(shí),穿透雨率隨次降雨量增大而快速增大；當(dāng)次降雨量超過(guò)15 mm時(shí),穿透雨率隨次降雨量增大而緩慢增大,并在92%左右趨于穩(wěn)定。

表2 不同雨量等級(jí)的馬尾松林冠層水文特征

圖1 馬尾松林冠水文特征與次降雨量的關(guān)系Fig.1 Relations between hydrological characteristics of canopy of Masson pine forests and rainfall depth of individual rainfall events

由圖1可知,馬尾松林的干流量和干流率均與次降雨量呈顯著的非線性關(guān)系(P<0.01)。當(dāng)次降雨量達(dá)到5 mm時(shí),馬尾松林才產(chǎn)生干流；當(dāng)次降雨量大于12 mm時(shí),干流量隨次降雨量增大而近線性地快速增大。當(dāng)次降雨量小于50 mm時(shí),馬尾松林的干流率隨次降雨量增大而快速增大；當(dāng)次降雨量大于50 mm時(shí),干流率隨次降雨量增加而緩慢增加,并在0.4%左右漸趨穩(wěn)定。

馬尾松林冠截留量、截留率與次降雨量的關(guān)系均用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合較好(P<0.01,圖1)。馬尾松林冠截留量隨次降雨量增大而增加,當(dāng)次降雨量小于20 mm時(shí),林冠截留量隨次降雨量增大而較快增加；之后增加漸趨緩慢,最后相對(duì)穩(wěn)定在6 mm左右。馬尾松林冠截留率則隨次降雨量增大而一直非線性減小,當(dāng)次降雨量小于12 mm時(shí),林冠截留率隨次降雨量增大而快速減??；之后緩慢減小,并在次降雨量達(dá)到60 mm時(shí)趨于穩(wěn)定(7%左右)。

2.2 草本植物層水文特征

由圖2可知,馬尾松林下草本植物持水率隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)而增大,用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合效果較好(R2=0.9801,P<0.01,n=9)。在浸水前4 h內(nèi),持水率隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)而增加較快,之后增加緩慢,并在450%左右趨于穩(wěn)定。研究表明,馬尾松林下草本植物地上生物量平均為1.32 t/hm2。結(jié)合圖2中擬合的草本植物持水量(浸水24 h時(shí))隨自身干重變化的線性函數(shù)(y=4.5978x,R2=0.9764,P<0.01,y為持水量,x為草本干重,n=6),可知浸水24 h時(shí)馬尾松林下草本植物層的持水量為0.61 mm。

圖2 林下草本層植物持水特征與浸水時(shí)間、草本重量的關(guān)系Fig.2 Relations between water-holding characteristics of undergrowth herbaceous and the soaking time and the dry weight of herbaceous for Masson pine forests

2.3 枯落物層水文特征

由表3可知,2010—2011年馬尾松林的枯落物貯存量平均為10.74 t/hm2,其中,未分解層、半分解層和已分解層的平均厚度為2.02、1.37、1.84 cm,平均儲(chǔ)量為3.10、4.18、3.46 t/hm2,分別占枯落物總貯存量的28.86%、38.92%和32.22%。

表3 馬尾松林枯落物貯存量

由表4可知,馬尾松林未分解、半分解、未分解與半分解混合枯落物的最大持水率分別為183.76%、206.31%、197.62%。結(jié)合枯落物貯存量(表3),可知馬尾松林未分解層、半分解層、未分解與半分解層枯落物的最大持水量分別為5.70、8.62、14.39 t/hm2,最大持水能力分別0.57、0.86、1.44 mm(表4)。經(jīng)方差分析及LSD多重均值比較檢驗(yàn)表明,不同處理對(duì)枯落物持水特征影響不明顯(P>0.05),但未分解枯落物和半分解枯落物的持水特征差異顯著(P<0.05)。

表4 馬尾松林枯落物持水特征

2.4 土壤層水文特征

研究表明,馬尾松林土壤容重隨土層加深而增大,由0—10 cm的1.24 g/cm3增到70—80 cm的1.65 g/cm3,0—80 cm的土壤容重平均為1.56 g/cm3(表5)。土壤持水率和貯水量則隨土層加深而減小,0—80 cm的土壤飽和持水率、毛管持水率和田間持水率分別為27.42%、23.20%和22.23%。土壤飽和貯水量和滯留貯水量反映了土壤層的總貯水能力和調(diào)節(jié)水量能力,由表5可知,0—80 cm的土壤飽和貯水量達(dá)334.75 mm,滯留貯水量達(dá)到49.08 mm,占飽和貯水量14.66%。

表5 馬尾松林土壤層水文特征

3 討論

森林穿透雨包括直接穿過(guò)林冠間隙的自由穿透雨和被冠層枝葉遮擋濺落的冠滴雨,本研究期間的馬尾松林穿透雨量1669.81 mm,占總降雨量84.66%,這與袁秀錦等[12]、莫江明等[16]研究結(jié)果(分別為82.3%和82.7%)相近。穿透雨量與次降雨量一般呈較好線性關(guān)系[5,12],其線性函數(shù)斜率反映了穿透雨量隨次降雨量的變化程度。本研究中馬尾松林為0.906,大于鼎湖山馬尾松林(0.675)[16]和湖南張家界馬尾松林(0.747)[14],但小于三峽庫(kù)區(qū)秭歸馬尾松林(0.927)[12]。這主要是因穿透雨與冠層特征(冠型、厚度、葉面積指數(shù)等)密切相關(guān)[6,17],本研究馬尾松林受酸沉降危害影響,冠層落葉率較高[18]、葉面積指數(shù)小(2011年變化在0.92—1.83,月均1.25)、冠層稀疏。

干流對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和樹木生長(zhǎng)有著重要作用,但干流量普遍較低,其與冠幅面積、葉形、枝葉方向與角度、樹皮糙度等相關(guān)[19]。往往光滑的樹皮具有較低的吸持雨水能力,能產(chǎn)生較多的干流[20]。本研究馬尾松林干流量?jī)H5.19 mm,這與馬尾松樹皮粗糙有關(guān)。森林干流率一般變化在0—5%之間[21],本研究馬尾松林干流率僅0.26%,與30—40年生馬尾松林(0.27%)接近[22],低于47年生馬尾松人工林(1.4%)[12]和25年生馬尾松林(2.4%)[14],高于30年生馬尾松林(0.15%)[16],這可能與本研究馬尾松林密度較小、冠層稀疏、葉面積指數(shù)小有關(guān)。正如袁秀錦等[7]研究表明,干流率與樹高、冠層厚度呈顯著負(fù)相關(guān),與葉面積指數(shù)、林分密度呈顯著正相關(guān)。同時(shí),干流的產(chǎn)生存在一個(gè)雨量閾值,即達(dá)到這個(gè)閾值后,才產(chǎn)生干流。本研究馬尾松林產(chǎn)生干流的雨量閾值為5 mm,與杜妍等[23]研究結(jié)果相近,但低于楊茂瑞[24]、莫江明等[16]研究結(jié)果(分別為7 mm、8 mm)。

研究表明,我國(guó)森林的林冠截留率一般變化在11.4%—36.5%之間,平均為21.6%,且針葉林的林冠截留率高于闊葉林[25]。本研究馬尾松林林冠截留率為15.07%,與崔鴻俠等[22](16.3%)、莫江明等[16](17.2%)的研究結(jié)果相近,低于我國(guó)森林的林冠截留率平均水平,也低于25年生馬尾松林(29%)[14]和30—40年生馬尾松林(23.03%)[22],但高于18年馬尾松林(10.6%)[24],這些差異主要是受林分密度、冠層結(jié)構(gòu)特征及降雨條件等所致。

林下草本植物以其較大的葉面積對(duì)穿透雨進(jìn)行吸持與截留,參與林地降雨輸入的再分配,且能有效提高地表植被覆蓋、防止土壤侵蝕和增加生物多樣性,但在森林水源涵養(yǎng)功能研究中往往被忽略。本研究中,馬尾松林下草本植物持水率隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)而增大,但在浸水24 h時(shí)持水率已幾乎不再增加(圖2)。因此,可將浸水24 h時(shí)的持水率視為草本植物最大持水率,故理論上馬尾松林的林下草本層最大持水能力可達(dá)0.61 mm。李德生[26]通過(guò)模擬降雨研究了不同類型森林的林下植被降雨截持,表明當(dāng)降雨量為12.3 mm、持續(xù)時(shí)間為2.3 h時(shí),陰坡油松林的林下植被降雨截持量為0.72 mm；當(dāng)降雨量為46.5 mm、持續(xù)時(shí)間為6.6 h時(shí),林下植被的降雨截持量為0.93 mm。這說(shuō)明林下植被的降雨截持能力不僅與植物種類、多少等植被特征有關(guān),還受到降雨特征影響。

枯落物層是森林的重要功能層,在攔蓄降水、減緩地表徑流和防止土壤侵蝕等方面具有重要作用。同時(shí),森林演替階段、林分結(jié)構(gòu)以及樹種組成均影響著枯落物貯存量及其組分構(gòu)成[9]。本研究馬尾松林枯落物貯存量為10.74 t/hm2,其中未分解層、半分解層和已分解層分別占28.86%、38.92%和32.22%,這與賈秀紅等[27]研究結(jié)果相近(馬尾松林未分解層和半分解層凋落物儲(chǔ)量為6.32 t/hm2),但低于貴州龍里林場(chǎng)馬尾松林(32.20 t/hm2)[28]、重慶四面山馬尾松—杉木—木荷混交林(64.47 t/hm2)[29]和三峽庫(kù)區(qū)馬尾松林枯落物貯存量平均值(15.70 t/hm2)[30]。這可能與本研究馬尾松林密度較小及受長(zhǎng)期酸沉降危害使得樹木健康水平降低和每年新生針葉量少[31]有關(guān)。枯落物最大持水能力常被作為森林水文功能重要指標(biāo),而最大持水率反映了單位重量枯落物的持水能力。本研究馬尾松林的未分解、半分解、未分解與半分解混合枯落物的最大持水率分別為183.76%、206.31%和197.62%,與其它研究區(qū)域[28-30]的馬尾松林枯落物最大持水率相比均較低,其原因尚不清楚,有待進(jìn)一步研究。不過(guò)可以確定的是,雖然室內(nèi)浸水法作為一種操作簡(jiǎn)便的方法被廣泛用于測(cè)定枯落物持水特征,但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可避免會(huì)改變枯落物的結(jié)構(gòu)與組分,并且是在完全浸水情況下測(cè)定,其結(jié)果勢(shì)必與野外枯落物持水能力存在一定偏差。

土壤層作為森林發(fā)揮水源涵養(yǎng)功能的主體,其貯水量可占到森林生態(tài)系統(tǒng)同期貯水量的50%以上[21],對(duì)降水分配格局影響最明顯[5]。一般認(rèn)為,土壤容重小則土質(zhì)疏松,利于攔截降水、促進(jìn)降水入滲和減緩地表徑流[32]。本研究馬尾松林0—80 cm土層的土壤容重為1.56 g/cm3,土壤飽和貯水量、吸持貯水量和滯留貯水量分別達(dá)334.75、285.67、49.08 mm,其在0—40 cm土層的指標(biāo)均與馬尾松—冬青混交林接近,且高于馬尾松純林[27],但其在0—60 cm土層的指標(biāo)均低于福建莘口林場(chǎng)的馬尾松中齡林[33]、廣西桂平金田的馬尾松中齡林[34]、福建武夷山的馬尾松近熟林和成熟林[35]。這主要與本研究區(qū)長(zhǎng)期受酸沉降危害而導(dǎo)致土壤酸化和由此引發(fā)的馬尾松根系較少與分布趨于土壤表層化[36]、凋落物營(yíng)養(yǎng)元素回歸土壤不足[31]有關(guān)。

在完全飽和狀態(tài)下,重慶鐵山坪馬尾松天然次生林林冠層、林下草本層、枯落物層、土壤層(0—80 cm)的降雨截持量或貯水量可分別達(dá)6.0、0.61、1.44、334.75 mm,可見(jiàn),馬尾松天然次生林各作用層的降雨截持與貯水作用明顯,且尤以土壤層貯水能力最強(qiáng)。但以上馬尾松天然次生林林下草本層、枯落物層和土壤層的降雨截持與貯水作用與其野外實(shí)際降雨截持與貯水能力還存在一定差距,因?yàn)轳R尾松天然次生林各作用層的降雨截持與貯水能力不僅均與降雨特征(也不止降雨量,還包括降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)等)有關(guān),還受各作用層的結(jié)構(gòu)特征影響,如林下草本層的植物種類、覆蓋面積、葉面積指數(shù)等。因此,今后還需加強(qiáng)馬尾松天然次生林各作用層的降雨截持與貯水作用及其影響因素的野外監(jiān)測(cè),并進(jìn)一步建立降雨截持與貯水作用及其影響因素的數(shù)量關(guān)系,以從機(jī)理上掌握馬尾松天然次生林的降雨截持與貯水特征。

4 結(jié)論

2010—2011年觀測(cè)的84場(chǎng)有效大氣降雨的累計(jì)降雨量為1972.39 mm,其中降雨次數(shù)以<30 mm的降雨為主；降雨量以>30 mm的降雨為主。馬尾松林的穿透雨量、干流量、林冠截留量分別占總降雨量84.66%、0.26%、15.07%,且與次降雨量分別呈顯著線性、一元二次函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系,其中干流在次降雨量達(dá)到5 mm時(shí)產(chǎn)生,林冠截留量隨次降雨量增大而逐漸達(dá)到飽和(6 mm左右)。穿透雨率和干流率均與次降雨量呈顯著正相關(guān),并隨次降雨量增大而分別在92%、0.4%左右趨于穩(wěn)定。林下草本植物的地上生物量為1.32 t/hm2,其持水率隨浸水時(shí)間呈顯著對(duì)數(shù)函數(shù)增加,最大持水量達(dá)0.61 mm?？萋湮镔A存量為10.74 t/hm2,其未分解、半分解、未分解與半分解混合枯落物的最大持水率分別為183.76%、206.31%和197.62%；未分解與半分解層枯落物的最大持水能力達(dá)1.44 mm,且未分解和半分解枯落物的持水特征差異顯著。0—80 cm土層的土壤飽和貯水量達(dá)334.75 mm,其中滯留貯水量達(dá)49.08 mm,占飽和貯水量14.66%?？梢?jiàn),馬尾松天然次生林各作用層的降雨截持及貯水作用明顯,其中尤以土壤層貯水能力最強(qiáng)。