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浅析樟树人工林林冠截留效应

2013-05-28 16:24 来源:森林培养论文 人参与在线咨询

根据2011年近100多次实测降水的资料,统计出城郊与市区樟树人工林降水输入及分配情况(见表2、表3)。由表2可看出,城郊樟树林年降水量为2028mm,年截留量为515.8mm,占年降水量的25.43%,林内的林内降水量占总降水量的74.57%,达1512.2mm,但绝大部分为穿透水,占林内降水总量的99.1%,达1498.5mm,树干茎流量为13.7mm,仅占林内降水总量的0.9%。与表2相比,表3显示市区樟树林年降水量、截留量、林内降水量均低于城郊,分别为1381.9mm、393.21mm、988.7mm;虽然年截留量低于城郊,但截留率则高于城郊,为28.45%;而与城郊相似的是,穿透水占林内降水比例也达到了99%。

降水输入及分配的月变化

由表2可以看出,2011城郊樟树林1月降水量为34.8mm,林内降水量为8.2mm,其中穿透水为8.2mm,占降雨量23.56%,而截留量为26.6mm,截留率达到76.44%,为全年最高;于此相比,市区樟树林1月份的降水量比城郊少很多,仅为8.5mm,但截留量为7.1mm,截留率达到83.53%;由表2、表3数据显示,1月、2月、11月、12月林冠对降水再分配规律具有相似的特征,因为该时段属于冬春季节,降水少,且多以小雨为主,所以出现截留量与林内降水量较少,但林冠截留率为全年最大的现象。由表2还可以看出,从3月份开始降水量开始增加,3~6月降水1176.6mm,占年降水量58%,净降水898.6mm,占年降水量的44.3%,其中穿透水890.1mm,茎流量为2.86mm,该时段截留总量比冬春季节增加,但是截留率呈下降趋势,3~6月平均截留率为26.45%;与表2相比,表3中3~6月降水810.8mm,占年降水量58.7%,林内降水量590.9mm,占年降水量42.8%,其中穿透水为585.3mm,茎流量为2.53mm,3~6月平均截留率为30.43%。该时段降水量均占年降水量58%左右,而市区截留率略高于城郊,而总体来看该时段属于春夏季节,降雨量多、降雨强度大,所以截留量与林内降水量较多,但林冠的月平均截留率比冬春季节有所降低。从表2可以看出,7~10月份降水量为711mm,占年降水量35.1%,穿透水565.9mm,占该时段降水量79.6%,同时产生茎流5.1mm,林冠截留量140mm,占该时段降水量19.7%,而7~10月平均截留率为20.17%;于此相比市区该时段降水总量为455.21mm,占年降水量32.9%,穿透水336.8mm,占该时段降雨量74%,产生茎流3.4mm,林冠截留量115.01mm,占该时段降雨量25.3%。总体来看该时段属于夏季,气温高,辐射强,空气湿度小,林冠干燥,大气的蒸散力大,降雨次数减少,降雨多为大雨或暴雨,造成单次降雨雨量增加,降雨强度大,林冠截留作用减弱,所以该时段林冠截留率相对较低。

林冠对不同类型降雨再分配规律

从表4可以看出,随着降雨的加强,穿透水量会增加,中雨及以上强度才会出现茎流,而且与降雨强度呈正相关;截留量随降雨强度增加而降低,截留率也随之降低。在小雨情况下,截留率最大,城郊全年降水165次,其中小雨112次:市区降雨141次,小雨103次,小雨次数占全年降雨次数的70%左右,但是小雨累计降雨量仅在300mm左右,城郊总降水量高于市区,主要是由于大雨及暴雨的次数多一些。城郊小雨降雨量329.7mm,穿透水92.3mm,截留量237.4mm,截留率72%;市区小雨累计降雨量296.91mm,穿透水101.7mm,截留量195.21mm,截留率65.75%。表4中暴雨下穿透水量为569.7mm,穿透率89.48%,截留量为61.6mm,截留率9.67%,这说明林冠截留能力是有限的,达到饱和后就不再增加,而表4反应出市区林冠层对暴雨截留率高于城郊,可能是因为暴雨次数比较少,累计暴雨降雨量少,所以截留量占的比例会稍微高一点。

穿透水的变化规律

从图1和图2可以看出,两块样地林内穿透水与降雨量都呈明显的线性关系方程分别为:y=0.927x-2.8247,R2=0.99,N=165;y=0.8718x-2.011,R2=0.98,N=141;(y为穿透水,x为降雨量)。而穿透率与降雨量之间存在的非线性关系,从图中可以看出,当雨量小的时候穿透率不高,从表4可以看出,在小雨雨量级下,城郊平均穿透率为28%,而市区为34.5%;随着雨量的增大,穿透率也随之提高并在大雨到暴雨雨量情况下趋于稳定,由表4可知,在中雨时,两块样地穿透率在70%左右,到大雨或暴雨时,穿透率则在80%以上。

截留量变化规律

从图3和图4可以看到,截留量与降雨量之间关系为指数函数关系,函数关系是分别为:y=0.8128x0.6452,R2=0.8689,N=165;y=0.7754x0.6571,R2=0.823,N=141(y为截留量,x为降雨量)。同时,从图中还可以看出截留率与降雨量呈对数函数关系。总体来看,降雨量越小截留率越高,随着降雨量的增加,截留量减少,截留率也降低。同样,从表4中可以看出,小雨雨量级下,城郊截留量237.4mm,截留率为72%,市区截留量195.21mm,截留率为65.75%;但到中雨时,截留量分别为132.2mm和90.1mm,截留率降低到30%左右;到大雨以至暴雨时,截留率降低到15%左右。这说明,两块监测样地在雨量级低的时候截留作用有差异,但是随着降水量增加,截留率趋于相似。另外从降雨强度角度分析,雨强越小,截留率越高,林冠对雨水的截留时间越长;雨强越大,截留量越小,截留率越低,截留作用的时间越短,降雨强度与林冠截留量之间存在负相关性。

茎流变化规律

从表2和表3可以看出,2011年城郊产生茎流13.7mm,市区产生茎流9.3mm,不足年降水量1%。从表4看出,在中雨雨量级及以上才产生茎流,在暴雨下茎流最大,但总量很小,从月降水量角度分析,城郊降雨量最大的6月份,月茎流量也仅为3mm,市区降雨量451.2mm,茎流量为3.5mm,各月茎流率在0.5%~0.9%之间波动。虽然树干茎流量所占的比重非常小,但是茎流输入的养分对植物生长、森林生态系统养分循环的作用却是不容忽视的。

讨论

樟树林冠层在各时段截留能力有所差异,这是因为林冠截留降雨是一个复杂的过程,截留雨量受到植物本身特性和气象因素的影响[3],植物本身的特性,如树种、树龄、林冠厚度、茂密度等;气象、气候因素,如降雨量、降雨强度、雨滴直径、气温、风和前期枝叶湿度等。研究地降雨集中在3~6月,降雨事件发生间隔时间短,冠层湿度大,截留率相对较低;7~10月气温高,辐射强,空气湿度小,林冠干燥,大气的蒸散力大,降雨次数减少,降雨多为大雨或暴雨,造成单次降雨雨量增加,降雨强度大,林冠截留作用减弱,所以该时段林冠截留率普遍较低;11月至翌年2月,降雨次数多但都小雨,降雨量少,冠层湿度处于不饱和状态,所以降雨基本上都被冠层截留了。而城市市区和城郊樟树林林冠截留效应的差异主要可以从以下两方面分析:第一,郊区总降雨量大于市区,郊区樟树林的穿透水量及穿透率要高于市区樟树林;第二,市区樟树林的龄级高于郊区,林分的郁闭度、冠幅高于郊区,市区的林冠截留率高于城郊。

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