全 文 ：西德的挪威云杉林 、 欧州山毛桦林
的截留和茎流
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摘 要
西德约三分之二的森林是挪威云杉和
山毛禅林 , 这两个树种还是向人口稠密的
工业区提供水源的佐尔兰和哈尔茨山区森
林集水区的优势种 。 工业及 民用需水量正
在持续上升 , 因此集水区的降雨和水量 资
料更加显得重要了 。 本文介绍了挪威云杉
和山毛样林中降雨的观测结果 。 哈尔茨 山
80 年生林 分 4 年平均截 留量的 36 % ; 巧年
生为 n % 。 观测数字表明 , 截留除 与降雨
特性有关外 , 主要地与林冠长度有关 , 即
相应地与叶量有关 。 与此同时 , 茎流与林
龄有关 , 成熟林的茎流为 0 . 8% ; 干 材 林
为 1 . 2% , 郁闭幼龄林为 2 . 9 % 。 在 佐 尔
兰 , 山毛样林的年平均载留量为 7 . 6% ,
挪威云杉为 2 5 . 9% , 山毛样较小的截留量
使它在集水区的水量管理方面成为比挪威
云杉更有利的树种 , 同时山毛样的蒸发和
蒸腾量也较小 , 使它比挪威云杉显示出更
大的优越性 。
引 言
西德的森林面积约 7 百万公顷 , 主要
的用材树种有 : 无梗花栋 ( Q ur “ cu s p “ t -
r a e a ) 和英国栋 ( Q r o b u r ) ( 占 s % ) ,
山毛样 ( F a g u s s y l v a s t i e a ) ( 占 2 4% ) ;
欧洲赤松 ( P i n u s s y l v e s t r i s ) ( 占2 6 % ) ;
挪威云杉 ( P i e e a a b i e s ) (占4 2 % ) 。
1 9世纪初 , 针 阔树种面积之比为 70 : 30 ,
但这种比例现已变成约 3 0 : 70 。 特别 是 在
立地较差的地方 , 挪威云杉发展迅速并逐
浙取代了阔叶树种 , 由于挪威云杉生长快
故受到人们的重视 , 并在工业用材中占有
较大的比重 , 挪威云杉的生产价值是山毛
样灼 4 倍 。 这两个树种主要生长在丘陵和
山区 , 即降雨较大的集水区里 。 因此自19
世纪以来 , 许多学者都对这两个树种的截
留问题进行研究也是很自然的 。
西德跟美国一样近代人口 膨胀 , 1 9 3 9
年西德每平方公 里的人 口密度为 14 3 人 ,
19 6 4年已达到 2 10 人 。 近 41 %的人 口 集 中
在占国土面积 13 % 的 9 个人 口 稠密的工业
区里 , 其中鲁尔地区的人口密度最大 , 每
平方公里达 1 5 0 0人 。 人口 膨胀是伴随着工
业发展而来的 。 在过去的 20 年间 , 民用耗
水量增长了 1 0 % ; 在过去的 5 年间 , 工
业和商业耗水量增长了70 % 。
幸好西德的水源丰富 , 年平均降雨量
为 8 0 0毫米 , 可为全国提供 2 0 0 0亿立方米的
水 , 其中约 6 0 一 7 0 亿立方米 降 落 在 林
区 , 其余的降在农 田 、 城市 、 水面 、 沼泽
地和其它地方 。 目前工业和民用耗水量为
9 0亿立方米 , 仅 占年降雨量的 5 % , 约
09 0亿立方来重新返回大气 , 所以可 利 用
水约 1 0 0 0多亿立方米 。
或许有人会认为如此丰富的水资源一
定会排除任何缺水的可能性 , 但 事 实 表
明 , 尤其是在那些人口 稠密和工业集中的
地区 , 干旱的夏季常会发生供水紧张 , 所
以第二次世界大战以来 , 森林植物对水分
的消耗 日益引起人们的注意并在探讨如何
控制的可能性 。 其中对哈尔茨山和佐尔兰
丘陵区森林中的降雨和 水量研 究 仍 处 于
初步阶段 。 佐尔兰森林集水区对鲁尔地区
的水源供应及哈尔茨山区对下萨克森平原
的水源供应 密切相关 。 两个集水区都有一
些水库 , 减 少水库集水区中植被的降雨截
留可以避免部分无用蒸发导致的损失 , 相
应地就可增加水量 。
个研究均设在海拨 5 0 一 60 米 。 在哈尔茨
的试验中使用 5 0 0 x 2 0厘米开口的水 槽 式
雨量计 , 佐尔兰试验中使用 H e 1 lm an n 雨
量计 (小孔贮藏雨量计 ) , 后来均采用水
槽式雨量计作为标准 。
镇吏
堂
降雨截留
下面讨论哈尔茨和佐尔兰地区降雨截
留的观测结果并研究影 响截留量的 因子 。
在哈尔茨 1 9 5 6年开始在靠近试验区的克劳
斯塔尔地区进行降雨观测 。 最高年降雨量
为 1 9 9 0毫米 , 最低为 8 47 毫米 , 整个 观 测
期平均为 1 3 5 6毫米 。 夏季降雨多以降雨和
暴雨的形式 出现 。 24 小时连续降雨大于 25
毫米和 48 小时连续降雨大于 3 5毫米非常罕
见 , 有些年份根本不存 在 。 试验区四分之
三的夏季降雨是 24 小时雨量小于 16 毫米 。
冬季历时短的暴雨较少 , 因为较低的温度
常与较小的降雨强度相联系 , 部分降水以
雪的形式出现 。 与哈尔茨相 比 , 佐尔兰出
现年平均降雨量较低 (约 1 1 5 0毫米 ) 的简
单降雨类型 。 这些地区的降雨特点 与美国
西部非常相似 。
在哈尔茨山区 , 研究了郁 闭的林龄分
别为 15 、 3 0 、 60 和 80 年生的挪威云杉林 。
E i dm a n n ( 1 9 5 9年 ) 研究了佐尔兰不同林
龄的 26 块 山毛样林和 30 块挪威云杉林 。 两
季 节
季节对两个地区的截 留量有明显的影
响 。 各林龄的挪威云杉林夏季截留量均大
于冬季 , 成熟的挪威云杉林 4 年平均夏季
截留量为 39 % , 冬季为 3 2% , 佐尔兰冬夏
截留之 差为 n % , 尽管山毛棒冬季无叶 ,
但冬夏截留之差仅为 6 . 5 % 。 冬季截 留 量
较小的原 因是 : 如果降水以雪而不是雨的
形式降落 , 则需较少的水量就能湿润针叶
和枝条 , 很大一部分雪直接降落在枝条上
但并没有湿润枝条和针叶表面 。 另一原 因
是冬季空气饱和差较小 , 使树皮表面的蒸
发量变小 。 E i dm a n ( 1 9 5 9年 ) 发现 , 在
佐尔兰从较密的挪威云杉叶幕上透过的水
量比无叶的山毛样林还 多 , 结果使冬季挪
威云杉林 内的降雨量常高于山毛样林 。 三
个夏季挪威云杉林雾 日的平均 截 留 量 为
27 %
, 山毛样林为 16 % , 晴 日挪 威云杉林
为 3 9 . 9 % , 山毛样林为 2 6 . 4% 。 同样哈尔
茨某些雾日挪威云杉林内的。降雨量比空旷
地还高 2 倍 。
以前 曾提到西德丘陵地区的夏季降雨
主要是雨量为 2 一 5 毫米的小阵雨 , 如此
之小的降雨几乎全被挪威云杉所截留 , 夏
季常常仅有 29 %到达地面 。 因此 , 降雨量
和降雨历时都明显地影响着截留量 。
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林冠贮存的水 t
大雨使林冠贮存的绝对水量 比 小 雨
多 。 林龄也影响贮存量 。 成熟的挪威云杉
林最大贮存量为 17 . 5毫米 , 干材林为 1 1 . 5
毫米 , 郁闭幼龄林为 9 毫米 。 大雨使林冠 `
保持较多水量的原 因是由于林冠的湿润程
度更完全 。 同时降雨前针叶的干燥程度对
此也有影响 。
降雨强度
在某些情况下 , 降雨强度对截留量有
重要影响 。 在 3 个半小时雨量为 7 4 . 6毫米
的大雨条件下 , 林冠的截留量仅为 2 % ,
而 5 0多小时降 7 0 . 5毫米的连续降雨可使截
留量达到 25 % 。
斤山毛棒的叶面积比云杉大 3 倍 , 那么这
两个树种的截留量之差将会更大 。 每公斤
山毛样的新鲜叶面积为 12 一 2 平 方 米 ,
而挪威云杉为 4 一 7 平方米 ( B u r g e r
1 9 25年 ) 。
林 龄
林龄对截留量有显著影响 。 80 年生的
挪威云杉林几年平均截流量为 3 6% ; 60 年
生的为 28 % ; 30 年生的干材林为 21 % ; 15
年生的更新林为 1 % , 截留量随林龄的增
长而增加的主要原 因是 : 在 . 龄较大的林
分中 , 林冠的长度增加 , 叶幕加密 , 成熟
林分的林冠长度变化于 9 一 n 米 , 郁闭幼
龄林变化于 3 一 4 米 , 因此成熟挪威云杉
林的叶子总重量大于幼龄林 。 据 B ur g e r
( 1 9 2 5年 ) 计算 , 每公斤挪威云杉的针叶
面积为 5。 5平方米 , 加上 枝 条 的 截 留 面
积 , 使每个树冠的截留面积达到几百平方
米 。 叶面的截留面积约比其投影面积大 20
倍 。
林分密度
由于密度对截留量有影 响 , 就决定了
通过疏伐和群状择伐来控制 水 量 的 可 能
性 。 哈尔茨地区的观测结果清楚地表明 ,
轻度疏开的林冠并不减少截留量 。 例 如 ,
稠密的挪威云杉干材林的截留量为 3 0% ,
轻度疏伐的林分为 31 % ; 具小林窗的林分
为 2含% 。 林窗造成的这一结果虽不理想却
可以解释风对阻止全部降雨到达林窗地面
的作用 。 大部分降雨被风吹过林窗 , 在林
缘的迎风面为林冠所截 , 即使在成熟的挪
威云杉林中有一个直径为 30 米 ( 等 于 树
高 ) 的林窗 , 年平 均 截 留 量 仍 可 达 到
20 %
。 在林窗的迎风面上较长的林冠捉捕
了大量水分导致林分的截留量降低 。 部分
地段上 , 如果降雨要全部到达地面 , 则林
窗的直径至少应达到树高的 2 倍 。
树 种
树种造成的截留之差在针阔树种之 间
尤为明显 。 E id m an n发现 , 椰威云杉 5 年平
均截流量为 25 . 8% , 山毛样为 7 . 6 % 。 山毛样
截留量较低的原 因是由于林冠的贮水能力
差以及湿润的树干 、 枝条表面所需水量较
少的缘故 , 降雨 2毫米后 , 山毛样林即开始
干流 。 10 0年生 、 立地质量为 I 级的 每 公
顷山毛棒叶的干重为 2 6 5 0公斤 , 而挪威云
杉为 1 4 0 0 0公斤 , 这就很容易理解为什 么
山毛样林贮水能力差 , 如果不是因为每公
坡 度
据 E i d m a n n ( 1 9 5 4年 ) 研究 , 坡度也
是影响截留量的重要因子 。 生长在坡度为
20 一30 %的中等坡度上的山毛样林一年的
截留量为 21 % ; 挪威云杉为 25 % , 生长在
坡度为 4 0写的陡坡上的山毛棒林一年的截
留量的 28 % ; 挪威云杉为 40 % 。 茎流量没
有测定 , 如果包括茎流 , 这种差异仍然会
较大 。 陡坡截留量较大的原 因主要是林分
密度 较大以及与此相应的较高的林冠郁闭
度 。
立地质且
可 以推测立地质量对截留量的影响也
是很大的 。 B ur ge r (1 9 2 5年) 和 S e hm id t
(1 9 5 3年 ) 的研究得出结论 , 所有树种的
叶子重量均随立地质量等级增加而增加 ,
因而截留量随之增加 。 根据 S e h m i d t ( 1 9 5 3
年 ) 的研究 , 每立方米树冠新鲜叶重的变
化范围是 : 长有稀疏叶子的林冠为 0 . 2 公
斤 , 长有稠密叶子的林冠为 1 1公斤 。
茎 流
在哈尔茨详细研究了截留的 实 际 过
程 , 使用自记雨量计测定了林分内外一个
生长季的降雨量 , 并且测定了茎流 , 这样
便可得到降雨期间的截 留过程 、 林冠湿润
过程 以及林冠贮存降雨方面的资料 , 同时
将测定结果 , 特别是树冠的降雨贮存过程
绘制成 曲线图 。
在哈尔茨使用 n 个仪器测定了不同林
龄挪威 云杉的干流量 。 通过一个缠绕在干
周围形状似小雨槽的塑料绝缘容器收集雨
水 , 然后用一根管 子将雨水导 入 大 容 器
中 。 在佐尔兰采用了直径为 4 厘米的塑料
容器 , 收集的茎流先通过一个小漏斗 , 然
后用一根管子导入大容器中 , 测定了相邻
两个林分的茎流量 , 共测 90 年生山毛棒 2
株 , 65 年生挪威云杉 28 株 。 成熟的挪威云
杉林 4 年平均茎流量为 0 . 8% , 干材林 为
1
.
2 % , 郁闭幼龄林为 2 . 9% 。
E i dm a n n ( 1 9 5 9年 ) 在佐尔兰测 出 6 5
年生挪威云杉的茎流量为 0 . 7% , 这个数字
很小 , 不足 以影 响水文特性 。 林龄不同茎
流量差别较大的原 因是不同林 龄的林分株
数相差很大 , 例如 , 在郁 闭幼龄林 内 , 即
使单株的茎 流量比成熟林小 , 但林分总茎
流量仍最大 。 更新林的茎流量较低 , 其原
因是干较短以及大部分干上长有针叶 。
降雨测量表明 , 一般茎流发生在降雨
后几小时 , 在茎流产生之前 , 为湿润叶 、
枝和干需要消耗一定量的降雨 。 通常湿润
成熟林的干所花时间要比干材林和郁闭幼
龄林多 , 因此完全湿润幼龄林所需的雨量
也较小 , 它还取决于贮存于林冠上的水量
及树皮的类型 , 挪威云杉树皮光滑 , 叶量较
少 , 具较小的湿润面积 , 这样幼 龄林 中发
生茎流的株数较多 。 通常只有大于 20 毫米
的降雨才引起真正的茎流 。
此外 , 在一个林龄级别 内 , 茎流量和
林冠投影面积并无相关 。 但树干直径和茎
流量却存在相关 。 除小阵雨外 , 直径较小
的郁闭幼龄林和更新林的茎流量较干材林
和成熟林小 , 但如果用降雨的百分数表示
茎流 , 则直径最小的干产生最大的茎流量 。
山毛样与挪威云杉的情况相反 , 由于
其光滑的树皮和特殊的分枝方式 , 使它的
茎流发挥了相对重要的作用 。 佐尔兰三个
夏季的茎 流量为 1 6 . 6% , 1 9 5 8一 1 9 60年的
标准地观测也得出相似的数据 , 夏季平均
茎流量为 1 5 . 5% , 冬季为 18 . 7% 。
仅茎流一项 , 就使每年降到 山毛样林
内的年降雨量比挪威云杉林多 2 0 一 2 30 毫
米 , 虽然降雨不足 2 毫米山毛样就开始千
流 , 但茎 流量小 , 大约是降雨的 2 一 4 %,
湿润干表面和满足林冠贮水能力所需的降
雨量很小 。 降雨超过 2 毫米时 , 茎流迅速
增加 , 山毛棒的茎流量可以超过截留损失
量 。
尸迎
截留和水 t
佐尔兰地区对山毛样和挪威云杉林的
降雨截留研究仍在继续 , 林学家和水源管
理专家计划在 4 个不同气候条件的地方开
展新的研究 。 此外 , 已故 E i d m a n n博士对山
毛棒林和邻近的挪威云杉林的 研 究 将 继
续 。 1 9 63 一年为进行 对比开始了更深入的试
验 , 初步研究表明 , 在埃菲尔山区 , 山毛
棒和挪威云杉林 的截留对水分状况的差异
起着重要作用 。 山毛样林的 出水量比挪威
云杉林多 20 毫米 , 这个量等于两个 林 分
的截留量之 差 。
现巳肯定 , 由于挪威云杉 的 截 留 量
大 , 使到达地面的水量减少 , 从而减少了
出水量 。 仍采用估算的方法计算蒸发蒸腾
量 。 已获资料表明 , 虽然山毛样夏季的蒸
腾速率较高 , 但干旱 、 温暖的春季挪威云
杉则较早地开始蒸腾 。 春季无 叶的山毛样
蒸发量较大 , 但促使山毛样蒸发量加大的
因子同时也在增加着挪威云杉的蒸腾量和
截留量 。
已计划在哈尔茨试验区对皆伐和有林
地的平均水量平衡 进行论证 。 有林地区总
降雨量为 1 2 53 毫米 , 有林地的 散 发 量 为
5 7 9毫米 , 其中截留量 占2 39 毫米 , 蒸腾最
占 2 60毫米 , 蒸发量占80 毫米 , 出水 量 为
67 4毫米 。 皆伐地区总 降雨量为 1 2 21 毫米 ,
草地和 乌饭树的截留量为 80 毫米 , 蒸腾量
为 20 0毫米 , 蒸发量为 2 41 毫米 , 出水量为
7 0 0毫米 。
我们已研究了欧洲中部山毛样和挪威
云杉林的大致截留量 , 但这些数据不能应
用于欧洲赤松 , 由于欧洲赤松占西德森林
面积的 2 6% , 所以我们迫切需要关于这个
树种的 资料 。 可以推侧 , 欧洲赤松的蒸腾
率和截留率是较低的 , 因而对水分状况会
产生有利的作用 。
郭卫冻译 自( I n t e r n a t i o n a l s y m p o -
5 i u m o n f o r e s t 妙 d r o l o g y 》 1 9 6 5
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王百 田校
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题 。
提 出对今后水土保持工作的要求是 :
第一 , 要进一步提高对搞好水土保持工 作
重要性的认识 , 要有紧迫感 ; 第二 , 必须
实行全面规划 , 综合治理 ; 第三 , 要认真
研究小流域的治理形式和新经验 , 认真落
实政策 , 普遍推行 以户承包为主要形式的
小流域治理责任制 , 第四 , 一定要坚持自
力更生的方针、 , 积极培训队伍 , 以适应大
规模地开展水土保持技术指导的需要多 第
五 , 坚持以法搞好水土保持和保护 、 培育
自然资源 。
会议期间 , 还参观了水土保持工作先
进单位 , 一些先进单位的代表和个人在会
上交流了水土保持工作的经验 , 与会同志
受到很大的教育和启发 , 决心在党的 “ 十
二大 ” 精神指引下 , 加倍工作 , 努力开创
辽宁水土保持工作的新局面 。
余承源