劉家峽庫區(qū)水土保持林林冠截留特征研究

李育鴻，景凌云，孫棟元

(1.甘肅省水利廳，甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

劉家峽庫區(qū)水土保持林林冠截留特征研究

李育鴻1，景凌云2，孫棟元3

(1.甘肅省水利廳，甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

水土保持林；降雨；林冠截留；劉家峽庫區(qū)

對劉家峽庫區(qū)降雨分布、刺槐和側(cè)柏樣地林冠截留特征進行了研究，結(jié)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；刺槐和側(cè)柏樣地林內(nèi)穿透雨量與林外大氣降雨量呈明顯的線性關(guān)系，林內(nèi)穿透雨量隨林外大氣降雨量的增加而增加；側(cè)柏和刺槐樣地林冠截留雨量與林外大氣降雨量呈冪函數(shù)關(guān)系；側(cè)柏和刺槐樣地截留量分別為0.33～9.13 mm和0.37～3.40 mm。

水土保持林作為生態(tài)防護林的一個特殊林種，在防治土壤侵蝕、保護水土資源方面發(fā)揮著重要作用。樹冠作為森林植被接收降雨的重要部分，能通過截留降雨減少有效雨量和雨滴能量，使得進入林內(nèi)的降雨減少，削弱雨滴對地表的打擊和沖刷，降低土壤侵蝕，減少地表產(chǎn)流，起到削減洪峰流量和涵養(yǎng)水源的生態(tài)功效，因此森林水文學(xué)一直是生態(tài)水文學(xué)研究的重點與熱點[1-5]。劉家峽庫區(qū)作為重要水源區(qū)，具有保護水土、涵養(yǎng)水源的重要功能。本研究以劉家峽庫區(qū)水土保持林區(qū)為研究區(qū)，選取當(dāng)?shù)氐湫蜆浞N刺槐和側(cè)柏，通過降雨量特征分析，研究林冠截留特征，從而為區(qū)域水土保持林建設(shè)和土壤侵蝕防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

劉家峽庫區(qū)位于黃河中上游的甘肅臨夏回族自治州境內(nèi)，涉及臨夏回族自治州的永靖縣、東鄉(xiāng)縣、積石山縣和臨夏縣4縣。庫區(qū)南部和北部地貌類型分屬黃土丘陵溝壑區(qū)第四副區(qū)和第五副區(qū)，氣候類型分屬隴中南部冷溫帶半濕潤區(qū)和隴中北部冷溫帶半干旱區(qū)，區(qū)域內(nèi)溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重。庫區(qū)自然植被種類以旱生的灌木、喬木為主，種類貧乏，植被分布的垂直地帶性差異不明顯，但從南至北，隨著降水量的減少，植被分布具有明顯的水平地帶性特征。水土保持林配置主要有生態(tài)型、生態(tài)經(jīng)濟型和經(jīng)濟生態(tài)型3種類型。本研究選取的水土保持林樣地中側(cè)柏、刺槐樹齡均為15 a，密度分別為2 500、1 500株/hm2，郁閉度分別為側(cè)柏0.8、刺槐0.6。采用野外實測的方法，對水土保持林林冠的截留過程進行分析。

2 研究方法

2.1 林外大氣降雨量測定

在研究區(qū)放置標(biāo)準(zhǔn)雨量筒1個，測定降雨量。同時設(shè)置自記雨量計1個，自動記錄降雨過程，計算每次降雨的降雨量、降雨歷時等[6]。

2.2 林內(nèi)穿透雨量測定

根據(jù)研究區(qū)刺槐林地和側(cè)柏林地林冠分布狀況和林分郁閉情況，分別在兩種林分內(nèi)選取有代表性的樣點將其設(shè)置為固定樣地，并在每個樣地分別設(shè)置兩個長200 cm、寬20 cm的集水槽。采用自制的鐵皮集水槽，槽口平面距地面1 m，并與地面保持約0.5°的傾角，收集林內(nèi)降雨，用雨量計量測得到林內(nèi)穿透雨量[1，6]。

2.3 林冠截留量的測定

根據(jù)水量平衡法計算林冠截留量[7-8]，水量平衡方程為

(1)

式中：P為林外大氣降雨量，mm；P′為林內(nèi)穿透雨量，mm；I為林冠截留量，mm；G為干流量，mm。

若將干流量計入林內(nèi)穿透雨量，則式(1)可進一步簡化為

(2)

3 結(jié)果與討論

3.1 降雨特征分析

2010年降雨量為496.1 mm，屬于平水年，最大場降雨量為43.5 mm；2011年降雨量為417.9 mm，屬于平水年，最大場降雨量為25.7 mm；2012年降雨量為642.0 mm，屬于豐水年，最大場降雨量為35.5 mm；2013年降雨量為515.0 mm，屬于平水年，最大場降雨量為31.1 mm。研究區(qū)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年為390.7 mm，占年降雨量的78.75%；2011年為325.5 mm，占77.89%；2012年為492.8 mm，占76.76%；2013年為444.9 mm，占86.39%。

3.2 林內(nèi)穿透雨量與林外大氣降雨量的關(guān)系

根據(jù)觀測降雨和林冠截留資料，將林外大氣降雨量和林內(nèi)穿透雨量變化過程繪成散點圖，見圖1。通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，刺槐和側(cè)柏樣地林內(nèi)穿透雨量與林外大氣降雨量呈明顯的線性關(guān)系，林內(nèi)穿透雨量隨林外大氣降雨量的增加而增加，且擬合程度較高。

圖1 刺槐和側(cè)柏樣地林內(nèi)穿透雨量和林外大氣降雨量的關(guān)系

3.3 林冠截留量與林外大氣降雨量的關(guān)系

將刺槐和側(cè)柏樣地林冠截留量和林外大氣降雨量變化過程繪成散點圖，見圖2。通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，側(cè)柏和刺槐樣地林冠截留量與林外大氣降雨量呈冪函數(shù)關(guān)系。分析可知，在低雨量級時，林冠截留量隨著林外大氣降雨量的增大而增大，逐漸趨于飽和截留量。實驗測得側(cè)柏截留量為0.33～9.13 mm、刺槐截留量為0.37～3.40 mm。林冠截留量達(dá)到飽和后，林冠截留量不再增加[3-4]。

4 結(jié)論與討論

研究區(qū)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。刺槐和側(cè)柏樣地林內(nèi)穿透雨量與林外大氣降雨量呈明顯的線性關(guān)系，林內(nèi)穿透雨量隨林外大氣降雨量的增加而增加；林冠截留量與林外大氣降雨量呈冪函數(shù)關(guān)系；側(cè)柏和刺槐的截留量分別為0.33～9.13 mm和0.37～3.40 mm。

圖2 刺槐和側(cè)柏樣地林冠截留量與林外大氣降雨量特征對比

本研究調(diào)查了降水變化規(guī)律，為研究區(qū)水土保持林典型植被的選擇提供了技術(shù)參考，并通過定量識別林冠截留過程特征，為水土保持林營造和種植提供了依據(jù)。同時，林冠截留量、林內(nèi)穿透雨量與林外大氣降雨量、降雨強度、降雨時空分布、林分結(jié)構(gòu)、樹種類型、立地條件等因素息息相關(guān)，因此在后續(xù)的研究中應(yīng)進一步綜合考慮不同影響因素下的林冠截留特征與變化規(guī)律，使研究結(jié)果更接近研究區(qū)實際情況，從而為區(qū)域水土流失綜合治理提供參考依據(jù)和基礎(chǔ)支撐。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

國家自然科學(xué)基金項目(51369004)；甘肅省水利重點科研計劃項目(甘水科外2012-255號)

S157.2

C

1000-0941(2017)04-0039-03

李育鴻(1965—)，男，甘肅臨澤縣人，高級工程師，碩士，主要從事水文水資源方面的研究工作。

2016-10-30