刘家峡库区水土保持林林冠截留特征研究

李育鸿，景凌云，孙栋元

(1.甘肃省水利厅，甘肃 兰州 730000； 2.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730020；3.甘肃省水利科学研究院，甘肃 兰州 730000)

刘家峡库区水土保持林林冠截留特征研究

李育鸿1，景凌云2，孙栋元3

(1.甘肃省水利厅，甘肃 兰州 730000； 2.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730020；3.甘肃省水利科学研究院，甘肃 兰州 730000)

水土保持林；降雨；林冠截留；刘家峡库区

对刘家峡库区降雨分布、刺槐和侧柏样地林冠截留特征进行了研究，结果表明：降雨主要分布于5—9月，而大暴雨一般集中在7月上旬至8月上旬；刺槐和侧柏样地林内穿透雨量与林外大气降雨量呈明显的线性关系，林内穿透雨量随林外大气降雨量的增加而增加；侧柏和刺槐样地林冠截留雨量与林外大气降雨量呈幂函数关系；侧柏和刺槐样地截留量分别为0.33～9.13 mm和0.37～3.40 mm。

水土保持林作为生态防护林的一个特殊林种，在防治土壤侵蚀、保护水土资源方面发挥着重要作用。树冠作为森林植被接收降雨的重要部分，能通过截留降雨减少有效雨量和雨滴能量，使得进入林内的降雨减少，削弱雨滴对地表的打击和冲刷，降低土壤侵蚀，减少地表产流，起到削减洪峰流量和涵养水源的生态功效，因此森林水文学一直是生态水文学研究的重点与热点[1-5]。刘家峡库区作为重要水源区，具有保护水土、涵养水源的重要功能。本研究以刘家峡库区水土保持林区为研究区，选取当地典型树种刺槐和侧柏，通过降雨量特征分析，研究林冠截留特征，从而为区域水土保持林建设和土壤侵蚀防治提供科学依据。

1 研究区概况

刘家峡库区位于黄河中上游的甘肃临夏回族自治州境内，涉及临夏回族自治州的永靖县、东乡县、积石山县和临夏县4县。库区南部和北部地貌类型分属黄土丘陵沟壑区第四副区和第五副区，气候类型分属陇中南部冷温带半湿润区和陇中北部冷温带半干旱区，区域内沟壑纵横，水土流失严重。库区自然植被种类以旱生的灌木、乔木为主，种类贫乏，植被分布的垂直地带性差异不明显，但从南至北，随着降水量的减少，植被分布具有明显的水平地带性特征。水土保持林配置主要有生态型、生态经济型和经济生态型3种类型。本研究选取的水土保持林样地中侧柏、刺槐树龄均为15 a，密度分别为2 500、1 500株/hm2，郁闭度分别为侧柏0.8、刺槐0.6。采用野外实测的方法，对水土保持林林冠的截留过程进行分析。

2 研究方法

2.1 林外大气降雨量测定

在研究区放置标准雨量筒1个，测定降雨量。同时设置自记雨量计1个，自动记录降雨过程，计算每次降雨的降雨量、降雨历时等[6]。

2.2 林内穿透雨量测定

根据研究区刺槐林地和侧柏林地林冠分布状况和林分郁闭情况，分别在两种林分内选取有代表性的样点将其设置为固定样地，并在每个样地分别设置两个长200 cm、宽20 cm的集水槽。采用自制的铁皮集水槽，槽口平面距地面1 m，并与地面保持约0.5°的倾角，收集林内降雨，用雨量计量测得到林内穿透雨量[1，6]。

2.3 林冠截留量的测定

根据水量平衡法计算林冠截留量[7-8]，水量平衡方程为

(1)

式中：P为林外大气降雨量，mm；P′为林内穿透雨量，mm；I为林冠截留量，mm；G为干流量，mm。

若将干流量计入林内穿透雨量，则式(1)可进一步简化为

(2)

3 结果与讨论

3.1 降雨特征分析

2010年降雨量为496.1 mm，属于平水年，最大场降雨量为43.5 mm；2011年降雨量为417.9 mm，属于平水年，最大场降雨量为25.7 mm；2012年降雨量为642.0 mm，属于丰水年，最大场降雨量为35.5 mm；2013年降雨量为515.0 mm，属于平水年，最大场降雨量为31.1 mm。研究区降雨主要分布于5—9月，大暴雨一般集中在7月上旬至8月上旬。5—9月降雨量2010年为390.7 mm，占年降雨量的78.75%；2011年为325.5 mm，占77.89%；2012年为492.8 mm，占76.76%；2013年为444.9 mm，占86.39%。

3.2 林内穿透雨量与林外大气降雨量的关系

根据观测降雨和林冠截留资料，将林外大气降雨量和林内穿透雨量变化过程绘成散点图，见图1。通过回归分析发现，刺槐和侧柏样地林内穿透雨量与林外大气降雨量呈明显的线性关系，林内穿透雨量随林外大气降雨量的增加而增加，且拟合程度较高。

图1 刺槐和侧柏样地林内穿透雨量和林外大气降雨量的关系

3.3 林冠截留量与林外大气降雨量的关系

将刺槐和侧柏样地林冠截留量和林外大气降雨量变化过程绘成散点图，见图2。通过回归分析发现，侧柏和刺槐样地林冠截留量与林外大气降雨量呈幂函数关系。分析可知，在低雨量级时，林冠截留量随着林外大气降雨量的增大而增大，逐渐趋于饱和截留量。实验测得侧柏截留量为0.33～9.13 mm、刺槐截留量为0.37～3.40 mm。林冠截留量达到饱和后，林冠截留量不再增加[3-4]。

4 结论与讨论

研究区降雨主要分布在5—9月，大暴雨一般集中在7月上旬至8月上旬。刺槐和侧柏样地林内穿透雨量与林外大气降雨量呈明显的线性关系，林内穿透雨量随林外大气降雨量的增加而增加；林冠截留量与林外大气降雨量呈幂函数关系；侧柏和刺槐的截留量分别为0.33～9.13 mm和0.37～3.40 mm。

图2 刺槐和侧柏样地林冠截留量与林外大气降雨量特征对比

本研究调查了降水变化规律，为研究区水土保持林典型植被的选择提供了技术参考，并通过定量识别林冠截留过程特征，为水土保持林营造和种植提供了依据。同时，林冠截留量、林内穿透雨量与林外大气降雨量、降雨强度、降雨时空分布、林分结构、树种类型、立地条件等因素息息相关，因此在后续的研究中应进一步综合考虑不同影响因素下的林冠截留特征与变化规律，使研究结果更接近研究区实际情况，从而为区域水土流失综合治理提供参考依据和基础支撑。

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(责任编辑 李杨杨)

国家自然科学基金项目(51369004)；甘肃省水利重点科研计划项目(甘水科外2012-255号)

S157.2

C

1000-0941(2017)04-0039-03

李育鸿(1965—)，男，甘肃临泽县人，高级工程师，硕士，主要从事水文水资源方面的研究工作。

2016-10-30