子午岭油松纯林降雨储备能力监测分析方法

周 丽，王召霞*，魏宏征，肖战锋

（1 甘肃省子午岭林业管理局合水分局蒿咀铺林场 745405；2 甘肃省子午岭林业管理局合水分局）

甘肃子午岭林区人工林大多数以油松纯林模式为主。为了进一步掌握油松纯林的降雨储备能力，减少径流量，提高林分的降水蓄存能力。采用降水综合储备能力分析法，在甘肃省公益林生态效益监测站蒿咀铺林场监测点上，利用现有基础设施和监测设备，从2019年5 月开始收集相关基础数据，进行试验对比，科学分析，总结得出了油松纯林降雨储备能力监测分析方法。并计划用该办法对其它林分类型开展相同监测，通过不同林分监测结果对比分析，得出科学合理的最佳造林模式进行推广应用。

1 监测点基础设施建设及设备安装概况

选取坡面坡度、植被覆盖和土壤特征均匀一致，处于自然状态，植被和地表的枯枝落叶保存完好，无人为破坏，无土坑、道路、坟墓、土堆、急转陡坡等影响径流流动障碍物的油松纯林地块，在10°以上坡度建立长20m（水平投影与等高线平行）、宽5m 的坡面径流样地，在样地内采用3cm 径阶法，选取6 株标准木安装树干径流设备，监测树干径流量；样地外沿建立保护带（防止径流场外部径流进入径流场内）及高出地面20cm 的护埂（防止径流场内径流外流），样地下部修建内径尺寸为60cm×60cm×100cm，容积为0.36m3的防漏水集流井，监测地表径流量。在样地内，选择林分分布均匀，林冠枝叶结构能代表林冠平均值的3 处位置，每处选1 株胸径与标准木相近的目标树A1、A2、A3。沿等高线方向，在A1的左侧，A2的右侧，沿顺坡方向，在A3的下侧0.60～0.65 倍投影半径的位置上，林冠空隙的林地上（A4）分别安装集雨槽，检测林内降雨量。并将集雨槽、树干径流仪、坡面径流场所有集水导管，伸入集流井内带有自动雨量计的翻斗式雨量筒中，自动获取树干径流量、地表径流量和林内穿透水量（林内降雨）；选择有均匀草层（草高不超过20cm）的平坦空旷区域，建立规格为5m×5m，东西、南北向的小气候观测站，四周设置铁艺围栏，在围栏立柱处建坚固可靠的基座，安装5 要素气象观测仪及无线传感器获取林外降雨量。监测分析所需的林外降雨量、林内降雨量、树干和地表径流量，所有基础数据均通过（装有移动电话卡）无线传感器，传入终端电脑上安装的花生壳软件，实现基础数据自动监测收集。树冠截流量通过测算系数公式计算得出，枯落物含水量、土壤饱和含水量通过样本及时采集，送回实验室进行测算。

2 基础数据测定计算方法

2.1 树干径流量的测定计算方法

通过自动雨量计、无线传感器，直接在花生壳软件内读取基础数据利用下式进行计算。即：

式中：C为树干径流量（mm），M为单位面积上的树木株数（株/m2），Cn为每一径级的树干径流量（mm），Kn为每一径级，树冠平均投影面积（m2），n 为径级数，Mn为每一径级的树木株数。

2.2 穿透降水量（林内降水量）测定计算方法

穿透降水是林外降水量直接穿过林冠层至林地、林冠枝叶滴入至林地和树干滴入至林地的雨量之和。按下式计算穿透降雨（pt）：pt=1/3（pt1+pt2+pt3）k+pt4（1-k）

pt1、pt2、pt3、pt4分别为A1、A2、A3、A4的集雨槽和雨量筒测定值，k 为林分郁闭度。此方法计算值相对误差不超过3%。

2.3 树冠截留量的测定计算方法

树冠截留量根据下式计算：I=p1-p2-p3

式中：I 为林冠截留量（mm），p1为林外或林冠上平均降水量又称林地总降水量，p2为林冠下降水量即穿透降水量（mm），p3为树干径流量（mm）。

2.4 地表径流量和降雨量（林外降水量）测定方法

地表径流量测定采用雨量计和无线传感器等自动监测系统直接测定，利用花生壳软件读取数据，降雨量测定采用无线自动气象站直接测定，在终端电脑上下载数据。

3 降雨储备能力测算方法

森林的降雨储备能力就是森林通过林冠层、地表层及土壤层对降雨进行拦储、调节和再分配的能力。依据此概念和相关林学、气象知识，将上面测定的5 项数据采用单次统计，逐月单项汇总，雨季结束测算总评，并逐月逐项对比，寻找影响规律，分析当年降雨储备能力。依据概念分析得知树冠储备量主要由树冠截流量决定，截流降雨通过蒸发储备于大气层，增加了空气湿度，通过蒸腾储备于植株自身，满足植物生理循环水分需求，因此，树冠降雨储备量就是树冠截流量，即：I=p1-p2-p3。地表及地下降雨储备量主要由灌木草本层截流量、枯落物含水量、土壤饱和含水量和土壤入渗量组成，这部分降水除了正常蒸发和蒸腾储备于空气和植物自身之外，全部通过土壤初渗、稳渗储备于地下。其余降雨量均形成地表径流，从林地内流失。因此，地表及地下降雨储备量就是穿透水量（林内降雨量）减去地表径流量流失出林地的降雨量。综合分析得出，油松纯林的降雨储备能力就是林内降水总量与地表径流总量的差加上树冠截流总量的和，即：油松纯林降雨储备量=林内降雨总量-地表径流总量+树冠截流总量。

利用这种计算方法，对甘肃子午岭林区油松纯林的降雨储备能力连续监测分析8 个月，单项因子每月变化均存在一定的规律性，得出了单位面积样地内8个月降雨储备总量为18.64913m3（详见表1）。并计划利用相同的办法继续对油松纯林、针阔混交林和阔叶混交林做好监测对比和试验分析，通过不同林分之间的数据对比分析，总结一套科学合理的最佳林分类型培育模式，便于在区域内进行推广应用。

表1 甘肃子午岭林区油松纯林2019 年降雨储备能力分析表