太行山地区不同植被林冠截留降水的研究

王朝华

(河北省保定水文水资源勘测局，河北 保定 071000)

实验地位于太行山脉北端河北省易县境内(东经115°21'，北纬39°23')的片麻岩低山丘陵区，海拔高程90 m左右，地形坡度12%左右，沙壤土厚度15～30 cm。该地属温带大陆性季风区气候，多年平均降水量为560 mm，年平均气温11.6℃，年平均蒸发量190 6 mm(F20 cm蒸发皿)，年平均日照时数 2 615 h，无霜期约210 d。

植被类型主要有油松(Pimus tabulaeformis)、侧柏(Biota orientalis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)等成片的人工林以及荆条(Vitex negundovar)、酸枣(Ziziphus jujube var.spinosa)等小灌木和羊胡子草(Carex humilis)、披针叶苔草(Carex lanceolata)、白草(Bothriochloa ischaemum)等草本植物群落。

1 研究方法

1.1 林外降雨量的测定

在所选标准木上游附近的空地上布设口径200 mm的遥测雨量计，作为林外降雨量测定设备，测定每次的降雨量、降雨强度及降雨过程。

1.2 树干径流

在标准木的树干上安设截流装置，观测树干径流的过程。

1.3 穿透降雨

分别在标准地内放置用白铁皮定制的2个承雨箱，雨水经导水管引至量水装置。根据承雨箱的承雨面积计算林内降雨量。

1.4 灌草植被

在具有代表性的林下和灌草坡面，选取若干个1 m×1 m大小的样方，将地上部分全部割下后，平铺到面积同样为1 m×1 m的纱网上进行充分的洒水。根据洒水前后植被质量的差异推算出滞留的水量，以此作为该样方内灌草植被的最大截留量。

2 试验结果分析

2.1 林冠截留作用的实验结果分析

2.1.1 穿透降雨

穿透降雨是直接到达林地或从树叶和枝条上滴下的那部分降雨。分析2005～2007年油松、侧柏、刺槐林内穿透降雨实验观测结果可知，油松、侧柏、刺槐三种不同林地林内降水量与林外降水量具有明显的线性相关关系，各回归方程如下:

式中:y为穿透雨量(mm);x为林外降雨量(mm)。

2.1.2 林冠截留

对油松、侧柏和刺槐三种乔木林林冠截留量与林外降雨量进行回归分析，油松、侧柏和刺槐林地林冠截留量与林外降雨量呈幂函数关系，回归方程如下:

式中:y为林冠截留量(mm);x为林外降雨量(mm)。

由以上分析可知，林冠截留量在降雨量较低时随降雨量的增加而增大，但其增加幅度有限，逐渐趋近于饱和截留量。之后，随着降水量的增加，截留率迅速降低，并趋向于最小截留率。对于单次降雨的林冠截留量来说，油松的截留量为1.93 ～ 17.74 mm、侧柏的截留量为 0.77 ～ 17.49 mm、刺槐的截留量为0.96～14.32 mm。在观测期内，油松样地、侧柏林地和刺槐样地林冠层的平均截留率分别为25.93%、23.05%和21.12%。油松林平均截留率最高，侧柏林次之，刺槐林地最低。这主要与三种不同树种的林冠和结构特征有关，针叶林具有较大的雨水附着面积，而阔叶林与针叶林雨水附着面积较小，因此，林冠截留率相应较低，透流率较高。

2.2 树干径流作用的实验分析

2.2.1 树干径流量与林外降雨量关系的实验分析

分别分析油松林、侧柏林、刺槐林树干径流量与林外降雨量的关系，结果如下:

在一个坡面地下游、中游和上游分别选取不同胸径的油松 A、B、C(胸径分别为8.5 cm、11.26 cm 和9.3 cm)、侧柏松A、B、C(胸径分别为 12.2 cm、16.8 cm 和 14.95 cm)、刺槐A、B、C(胸径分别为 5.75 cm、16 cm 和 8.47 cm)，建立树干径流量与林外降雨量的关系见图1。

从图1可知，单位林外降雨量增加的树干径流量，油松有A＞B＞C，胸径对树干径流量的影响并不显著。侧柏树A和B较为接近，两者都大于C。胸径对树干径流量的影响在侧柏林地表现的也不显著。刺槐A＞B＞C。

图1 不同油松产生的树干径流量与林外降雨量关系图

2.2.2 三种乔木树干径流量对比分析

对于油松、侧柏和刺槐在次降雨中产生的树干径流量占降雨量的比例分别为 0.84%、1.49%、2.25%，因此，对于林外降雨量相等的情况下，产生的树干径流量刺槐＞侧柏＞油松。这与其树干表面结构有着密切的关系。

2.3 林下灌草对降雨的截留作用

同林冠的截留相比，林下灌草对林下雨也起到了截留作用。但是目前对于灌草植物的截留作用没有很好的评测方法。本文采用洒水称重法，分别测定油松林、侧柏林、刺槐林及荒坡(只有灌草)，四种不同样地内灌草的截留作用，见表1。

表1 灌草截留试验成果表

从表中能够看出，由于不同乔木林下灌草结构和覆盖度不同，对于单位面积的灌草截流量，存在荒坡＞油松＞侧柏＞刺槐的数量关系。但是从生物量的角度去分析，即换算成每kg灌草所截留的水量，则侧柏＞荒坡＞油松＞刺槐。因此，植被丰度高的草本+灌木植被的截留量要大于单一灌木植被的作用。但是对于丰度低的草本+灌木植被，这个作用并不明显。所以在应用中，可以根据灌草植被的生物量或占地面积来估算其截留量。

3 结论与建议

(1)通过崇陵流域油松、侧柏和刺槐林地植被截留观测实验发现林内穿透降雨与林外天然降雨都具极显著的线性关系。

(2)油松、侧柏和刺槐林地林冠截留量与林外降雨量呈幂函数关系。

(3)单次降水的林内透流率，油松林为65.33% ～83.46%，侧柏林为 54.13% ～ 92.46%，刺槐林为 72.30% ～85.42%。在观测期内，油松样地、侧柏林地和刺槐样地林冠层的平均截留率分别为25.93%、23.05%和21.12%，平均截留率大小关系为油松＞侧柏＞刺槐。

(4)对三种不同乔木林树干径流进行比较、分析，得出三种乔木林的树干径流量并不完全随着树木本身胸径的增大而增大，无显著相关关系。油松、侧柏和刺槐在次降雨中产生的树干径流量占降雨量的比例分别为0.84%、1.49%、2.25%。相同林外降雨量下产生的树干径流量大小关系为刺槐＞侧柏＞油松。

(5)单位面积的灌草截流量，存在荒坡＞油松＞侧柏＞刺槐的数量关系。每kg灌草所截留的水量，存在侧柏＞荒坡＞油松＞刺槐。植被丰度高的草本+灌木植被的截留量要大于单一灌木植被的作用。但是对于丰度低的草本+灌木植被，这个作用并不明显。

［1］马雪华.四川米亚罗地区高山冷杉林水文作用的研究.林业科学，1987，19(3):97 －113.

［2］刘曙光，郭景唐.华北油松人工林林下降雨空间分布的研究.北京林业大学学报，1988，10(4):1 －10.

［3］周国逸.生态系统水热原理及其应用.北京:气象出版社，1997.