全 文 ：林业科学研究!"#), )"# !"#%&(#)*
!!文章编号!##()*&""#%##(#),(#) 黄土高原半干旱区油松人工林枯落物 截留雨量模拟研究 尹准生! 孙长忠!! 赵明扬 "中国林业科学研究院华北林业实验中心!北京!#"###
收稿日期"#)(#(")
基金项目国家自然科学基金项目,#,+*#
作者简介尹准生"*&&#!男!硕士生8主要研究方向森林水文80(1234536ZA=6
通讯作者研究员8主要研究方向森林培育与森林生态80(1234<=6+7+89:1 摘要!为建立合适的枯落物截留雨量预估模型!利用 "##&"#年定位观测数据!采用回归分析方法对黄土高原半 干旱区油松人工林枯落物对降雨的截留与林外降雨量"/#.林内穿透雨量"2 ! #之间的关系进行建模研究(运用 .::@<@O2H方法!对模型进行参数特征分析+ 结果表明枯落物截留与林内外降雨量均可用非线性模型 4
)
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I进行
回归模拟!回归方程分别为4
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l#L,,2 ! #8%
+ 该模型不仅具有较高的拟合精度!且拟合方程参数
稳定性良好!经检验方程均达到显著性要求!可用于预估该区域油松人工林的枯落物截留量+
关键词!油松(回归分析(.::@<@O2H方法(枯落物截留
中图分类号!C,*L"%&#(#79/7,6"375"*0#(,
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在黄土高原半干旱区!水分是林分生产力及稳
定性的限制因子!而降雨几乎是林地水分的唯一来
源,/−+森林涵养水源能力表现为林冠截持降水量.枯落物截持水量.林地土壤蓄水量三者之和,)/# /−+目前!根据野外样地观测数据建立枯落物截留模型以及探讨其所估计参数的质量如何方面的报道较少,$"/$c#d $c""d0! *c$"d *c)#dJ#!海拔 $ ,, 1!年平均气温 8,b! 年平均降水量 )"%8 11!全年 +#I以上的降水集中 在 ,*月!主要植被为乔木林和灌丛!造林树种主要 为油松"/67=%&(I=J($E"#B6%-2O8#.侧柏"/J(&H)J(G=% "#6$7&(J6%"N8#UO269:#和樟子松"/67=%%HJM$%%[2O8 B"7>"J6)( N3@[8#等+ 所观测油松纯林林龄为 # 2"经 抚育的人工同龄林!林相整齐!单株差异较小#!林内 枯落物分布均匀!厚度在 " 91左右+ 树高 )8 %8" 1!胸径 *8,8* 91!郁闭度 #8+, #8&%+
在具有代表性的油松林内设置 个固定样地
"表 #!在林外附近空旷地设置 个气象站+
表 CD油松试验林基本情况
样地号面积K"1f1# 坡向 坡度K"c# 树高K1 胸径K91郁闭度
"# f"# J0)#c ") )8#8) #8&#
" % J0)%c )8* *8) #8+, "# f"# 0J"#c* %8" $$8* #8&%
"!研究方法
在林外附近空地设置 $ 个小型气象站进行林外
降雨的测定!林内试验样地进行林内穿透雨和穿透
枯落物后所得雨量的观测+
F8CD林外降雨的测定
林外小型气象站内安置 " 个雨量筒!测量其每
次降雨量!取平均值即为林外降雨量"/#+
F8FD林内穿透雨的测定
在每个林内试验样地具有代表性的区域选择 $矩
形"圆形#区块!取其对角线的两端及中点"圆心及任一
直径的两端#布设 )个雨量筒!每次降雨后观测所得穿
透雨量!取其平均值!即为林内穿透雨量" 2
!
#+
F8HD覆盖枯落物后观测到的穿透雨量
在每个林内试验样地具有代表性的区域选择
个圆形区块!取其圆心布设 个雨量筒!在筒内放置
一铁圈连接的尼龙网!使铁圈紧贴筒壁!然后在保证
枯落物自然条件下取林内原状枯落物放尼龙网上!
每次降雨后对雨量筒收集的水分进行测量!取其平
均值作为枯落物穿透雨量"2
!)
#+
F8ID枯落物截留量的测定
枯落物截留量" 4
)
#采用林内穿透雨量" 2
!
#减
去覆盖枯落物后观测到的穿透雨量"2
!)
#计算得出+
4
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"$#
F8JD数据处理
使用 .::@
和数据分析与处理+
!结果与分析
H8CD油松林林外降雨与枯落物截留模型的建立
"##& 年至 "#年共采集$"∗次降雨的观测值!最大月降雨量高达$ 年的 "* 次 枯落物截留量见表 "+ 表 FD油松林枯落物截留量 时间"年# 均值 K11 最大值 K11 最小值 K11 标准差 K11 标准误 "##& "8)+% +8"*, #8#%+8")#8"#
"##* "8+) ,8,#" #8##* "8#,# #8," "## "8#" %8,,# #8)& 8", #8""+ "#8*" )8,& #8##,8" #8""& "##&"#"8,# ,8,#" #8##, 8)* #8#%
对 "##& 年至 "#年全部枯落物截留量与林外 降雨量数据进行回归分析!发现枯落物截留量与林 外降雨量之间的关系均可用幂指数函数 4 ) l(/ I进 行拟合!这与刘向东,$)-对黄土高原半湿润区油松林 地枯落物截留研究所采用的4 ) l(/ I关系式相一致! 拟合结果见图 $+ 图 $!"##&"# 年林外降雨量与枯落物截留量的关系
&)第期尹准生等黄土高原半干旱区油松人工林枯落物截留雨量模拟研究
从图 的拟合结果可以看出!拟合的幂指数方 程的" 为 #F,% &!/m#F##!说明函数 4
)
l(/
I能
较好地反应林外降雨量与枯落物截留量间的非线性
关系+
为了进一步检验拟合方程的实际效果!利用该
试验区 "#" 年全年实测的 )) 组数据"图 "#!对拟 合方程4 ) l#F)**/ #8+",进行检验!以模拟计算所得枯 落物截留量与实测值作图"图 #!并进行F?2O<:6 相 关性检验!结果显示!其相关系数 " l#F*,,!/m
#8##!线性相关极显著!拟合效果良好!说明估测方 程可用+ 图 "!"#" 年林外降雨量与枯落物截留量关系散点图
图 !拟合方程计算之枯落物截留量与实测值相关性直观图
H8FD枯落物截留模型中各参数特征分析
检验结果表明各拟合方程的精度均较好!说明所采用的回归模型适于枯落物截留的拟合!但拟合方程各参数的稳定性如何尚需确定+为此!利用.::@<@O2H法!对各拟合方程进行回归分析的参数分析!取抽样次数为 ###!得到表 的分析结果+
表 HD林外降雨量X枯落物截留量回归分析参数特征
时间"年# 参数 均值 标准差 标准误
"##&
( #F&, #F# #F#, I #F), #F#)" #F##,
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( #F% #F#%* #F#" I #F,%* #F#)& #F##* "##
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I #F+)#F#&* #F#%
"##&"#( #F%#$ #F#%% #F##% I #8+"+ #8#+ #8## 由表 可知$各年份估计参数 ( 和 I的标准差 和标准误均比较小!说明参数的估计值比较稳定!从 而表明该回归模型不仅可以较好的拟合数据!且稳 定性较好+ H8HD油松林林内穿透雨与枯落物截留模型的建立 为了探究除去林冠结构影响下的枯落物截留效 应!现进一步研究枯落物截留与林内穿透雨之间的 关系+ 对 "##& 年至 "# 年全部枯落物截留量与林
内穿透雨量数据进行回归分析!发现枯落物截留量
与林内穿透雨之间的关系同样可用幂指数函数4
)
l
(2
I进行拟合!拟合结果见图 )+
图 )!"##&"#年枯落物截留量与穿透雨量之间的关系图 从图 ) 的拟合结果可以看出$拟合的幂函数方 程的" 为 #F&+ $!/m#F##$!说明函数 4 ) l(2 I反 应穿透雨与枯落物截留量之间的关系良好+ 进一步对穿透雨与枯落物截留量方程 4 ) l #L,$,2 U #8%$进行模型的适用性检验!利用该试验区 "#$" 年 )) 组林内穿透雨量及枯落物截留量实测数 据"图 %#!对模型估测所得枯落物截留量与实测枯 落物截留量作图"图 +#!并进行 F?2O<:6 相关性检 验!结果表明二者的相关性非常高!相关系数 " l #F**$ %!/m#8##$!相关性极显著+ 图 %!"#$" 年林内穿透雨量与枯落物截留量的关系散点图 利用.::@<@O2H法结合 S语言进行回归分析的 参数分析!取抽样次数为 $ ###!得到表 ) 的分析 *$) 林!业!科!学!研!究 第 "& 卷 图 +!拟合方程计算之枯落物截留量与实测数据相关性直观图 结果+ 由表 ) 可见$各年份估计参数 ( 和 I的标准差 和标准误均比较小!参数的估计值比较稳定!回归模 型的稳定性较好+ 表 ID穿透雨X枯落物截留量回归分析参数特征 时间"年# 参数 均值 标准差 标准误 "##& ( #F*&, #F$) #F#") I #F)"$ #F#)* #F##& "##* ( #F%, #F#+, #F#$" I #F%#% #F## #F##% "#$# ( #F,# #F) #F#"I #F%#) #F#%% #F##
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I #8%#8#"# #8##" )!结论 黄土高原半干旱区人工油松林枯落物截留量与 林外降雨量.林内穿透雨量之间的关系均可用非线 性模型4 ) l(/ I进行回归分析+ 该模型不仅具有较 高的拟合精度!且拟合方程参数稳定性良好+ 其回 归方程分别为4 ) l#F)**/ #F+",和 4 ) l#F,,2
!
#F%!经 检验方程均达到显著性要求!可用于预估该区域油 松人工林的枯落物截留量+ 由于经验模型大多是根据数据的分布规律选取 合适的拟合方程得到的!是否有更适合的拟合方程 还需要进一步研究+ 本研究的数据采集局限于黄土 高原半干旱区油松人工林!因此!模型的适用范围有 限+ 由于本文的观测因子有限!本次建模仅使用大 气降雨一个因素!而影响枯落物截留的因素较多!主 要有降雨量.降雨强度.空气温度.空气湿度.风速和 植被特征等,"#- !因此!在下一步建模时有必要引入 这些因素!从而建立更适用.模拟更精确的枯落物截 留模型+ 参考文献! ,- 石培礼!李文华8森林植被变化对水文过程和径流的影响效应
,]-8自然资源学报!"##!+"%#)& /)&,8
,"- 赵明扬!孙长忠!康!磊8降雨再分配的回归模型差异性分析
,]-8中南林业科技大学学报!"#!",* /&)8
,- 王礼先!张志强8森林植被变化的水文生态效应研究进展,]-8世
界林业研究!**&!"+#) /"8 ,)- 张!平!刘贤德!张学龙!等8祁连山林草复合流域灌木林水文生 态功能研究,]-8干旱区地理!"#!+"%#∗""/∗"∗8,*")#)+ /)""8
,+- 赵鸿雁!吴钦孝8油松人工林林冠层的水文作用,]-8中国水土保
持!**""#)# /)8
,,- 刘国华!张金池!林树燕!等8四种地被竹枯落物的水文特征及其
截持降雨过程研究,]-8水土保持通报!"#"!"""##% /#&8
,&- 吴!迪!辛学兵!赵明扬!等8北京九龙山不同林分枯落物及土壤
水文效应,]-8林业科学研究!"#)!","# ),/)""8,∗−F=@=A?62h!‘−:OQ?O5T80<@312@3:6:>36@?O9?H@3:692H293@5:>@A?>:O?<@>4::O,]−8]:=O624:>5QO:4:R5!**+!&#"#"& /"**8 ,#- 刘建立!王彦辉!管!伟!等8宁南山区华北落叶松林枯落物水
文特征研究,]-8水土保持通报!"##*!"*"+#"# /"8 ,−张!艺8北京山区森林植被结构对降雨输入过程的影响,E−8北京北京林业大学水土保持学院!"#8,"- 季!冬!关文彬!谢春华8贡嘎山暗针叶林枯落物截留特征研究
,]-8中国水土保持科学!"##,!%""#&+ /*#8 ,- 魏天兴!余新晓8山西西南部黄土区林地枯落物截持降水的研
究,]-8北京林业大学学报!**&!"#"+#/+8,)- 刘向东!吴钦孝!赵鸿雁8黄土高原油松人工林枯枝落叶层水文
生态功能研究,]-8水土保持通报!∗∗!%")#&, /*8
,# /)8
,+- 谢益辉!朱!钰8.::@<@O2H 方法的历史发展和前沿研究,]-8统 计与信息论坛!"##&!"""#*# /*+8
,$,- 0>O:6 .! D3G
C@2@3<@3924C93?69?!*&+!"#%) /,%8
,&- 0>O:6 .8.::@<@O2H 1?@A:Q< 26:@A?O4::W 2@@A?V29WW63>?,]-8DA?
B6624<:>C@2@3<@39,*- 尹准生!孙长忠!赵明扬8黄土高原半干旱区油松人工林林冠截 留模型及其参数特征研究,]-8林业科学研究!"#%!"& ""#"+ /"+)8
,"#- C2@:n! M=12R23D! M=1?B!$&(JF0;H?O31?6@2426245<3<:>1:3<(
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