全 文 ：　　收稿日期: 2001203223
　　基金项目: “七五”国家科技攻关项目“马尾松种子园营建技术的研究”部分内容
作者简介: 秦国峰 (19342) , 男, 浙江建德人, 研究员.3 参加本项水文观测工作的还有金国庆、储德裕、汪长平、冯慧群、兰昌林、何宝来、胡东朝等, 在此一并致谢.
　林业科学研究　2001, 14 (6) : 595～ 602
　F orest R esearch
　　文章编号: 100121498 (2001) 0620595208
千岛湖常绿阔叶林水文生态效益的研究3
秦　国　峰
(中国林业科学研究院 亚热带林业研究所, 浙江 富阳　311400)
摘要: 1986～ 1993 年连续 8 a, 设置三角量水堰, 对千岛湖常绿阔叶林的水文动态进行了定位观
测。结果表明: 在年降水量 1 40919 mm 与年蒸发量 90718 mm 的气候条件下, 以苦槠、石栎为建群
树种组成的 1018 hm 2 常绿阔叶林, 小流域年均水流量平均每公顷达 4 079 m 3, 折合降水量为
40719 mm , 占全年降水量的 2819%。常绿阔叶林小流域, 在多雨季节日水流量为 108～ 158 m 3, 少
雨季节为 68～ 86 m 3, 干旱季节少于 40 m 3, 最少的一天水流量为 719 m 3。常绿阔叶林细水长流、终
年不断, 水源涵养功能显著, 具有长期而稳定的水文生态效益。
关键词: 千岛湖; 常绿阔叶林; 定位观测; 水源涵养; 水文生态效益
中图分类号: S715　　　　文献标识码: A
浙江省淳安县境内的千岛湖是兴建新安江水电站而形成的大型人工湖。湖区山地森林覆
盖率高达 6613% , 林木郁郁葱葱, 呈现出具有亚热带特色的自然景观。我国亚热带地区幅员辽
阔, 带内地区性气候差异大, 大体可分为东西两部, 即中国东部亚热带和西部亚热带。按纬度,
东部又可分为北亚热带、中亚热带和南亚热带[1 ]。本项研究设置在千岛湖中的姥山岛, 按森林
自然分布区域划分, 属于东部中亚热带常绿阔叶林带。亚热带常绿阔叶林是浙江地带性植被的
基本类型之一[2 ]。开展千岛湖常绿阔叶林长期的水文定位观测研究, 其目的一是对当地的天然
常绿阔叶次生林的水源涵养功能进行一些探索, 二是为千岛湖国家森林公园的库区水源涵养
林建设提供一些参考数据。自 1986 年 3 月到 1993 年 12 月, 定位观测历时 8 a, 积累了大量的
水文资料, 由于第 1 年与最后 1 年部分资料不完整, 故本文以 1987～ 1992 年 6 a 的观测数据
对常绿阔叶林的水文生态效益予以总结分析, 以供有关方面参考。
1　观测林区自然概况
111　地理位置与气候条件
千岛湖姥山岛, 地处 29°37′N , 119°03′E。观测林地设在岛的北端, 地貌特征为低山丘陵,
小地形是两坡夹一沟的山坞, 当地叫出水坞, 是湖区的一处库湾山地。海拔高 120～ 300 m。观
测林地坡向与水流方向为北偏东 20～ 60°。气候温暖, 由于千岛湖大面积水体影响, 夏无酷暑,
冬无严寒。年均气温 17 ℃, 7 月均温 2819 ℃, 极端最高温 4118 ℃, 1 月均温 510 ℃, 极端最低
温- 716 ℃; 日平均气温≥0 ℃的活动积温 6 231 ℃, ≥10 ℃的有效积温 5 410 ℃; 年降水量
1 410 mm , 年蒸发量 908 mm , 年日照 1 951 h。
112　岩石与土壤类型
　　1)淳安县土壤普查办公室. 淳安土壤, 1987.
　　姥山岛北端的岩石为志留纪紫色砂砾岩。土壤按土类分属于红壤1)。紫色砂砾岩风化发育
的土壤, 土层厚度为 50～ 80 cm。20 cm 表土层, 有机质含量为 4%～ 5%。pH 值 418～ 515。未
曾破坏的林下表土层黑褐色, 土质疏松, 腐殖质较厚。
113　植被类型与建群树种
　　姥山岛出水坞的常绿阔叶次生林的林相, 远观似暗绿色的蘑菇群, 浑圆形的树冠像波浪漫
布山冈。森林结构比较简单, 高度一般在 11～ 15 m , 分层现象较为明显, 一般可分为乔木层、灌
木层和草本层以及藤本植物。植被类型按建群树种, 分为青冈 [ Cy cloba lanop sis g lauca
( T hunb. O erst. ) ]、苦槠 [Castanop sis sclerop h lla (L indl. Scho t t. ) ]、甜槠 [Castanop sis ey rei
(Champ. ) T u tch. ]、石砾[L ithoca rp us g laber (T hunb. ) N akai]4 个林组[3 ]。苦槠与石栎林都
是本地区的地带性植被之一, 选作本项水文观测的常绿阔叶林, 就是以这两个树种为主共建的
种群系。乔木层树木种类较多。林层的伴生树种常绿的有木荷 (S ch im a crena ta Ko rthals)、樟
树 [C innam om um cam p hora (L inn. ) P resl ]、冬青 ( I lex p u rp u rea H assk. ) , 落叶树种有枫香
(L iqu id am ba r f orm osana H ance)、白栎 (Q uercus a lbus L. )、山合欢 [A lbiz ia ka lkora (Roxb. )
P ra in ] 等。此外还有马尾松 ( P inus m asson iana L am b. )、杉木 [ Cunn ing ham ia lanceola ta
(L am b. ) Hook. ]侵入林层。灌木、藤本、草本植物, 常见的有格药柃 (E u ry a m u rica ta D unn)、
杜鹃 (R hod od end ron sim sii P lanch. )、　木 [L orop eta lum ch inense (R. B r. ) O lir. ]、山矾
(S ym p locos caud a ta W all. ex A. DC. )、白檀[Cham aecereus sy lvestri (Speg. ) B rit t. & Ro se. ]、
构树 [B roussonetia p apy rif era (L. ) V en t. ]、掌叶复盆子 (R ubus ch ing ii H u )、美丽胡枝子
[L esp ed ez a thunberg ii (DC. ) N akai]、山莓 (R ubus corchorif olius L. f)、雀梅藤[S ag eretia thea
(O sbeck) John st. ]、紫藤 [W isteria sinensis (Sim g) Sw eet. ]、多花猕猴桃 [A ctin id ia la tif olia
( Gardn. et Champ. )M err. ]、五节芒 [M iscan thus f lorid u lus (L ab ill. ) W arb. ] 以及铁芒萁
[D icranop teris linea ris (Bu rm. ) U nderw. ]等蕨类植物。
2　水文观测方法
211　设置三角量水堰观测水流量
三角量水堰为一等腰三角形缺口, 缺口边
为锐缘, 倾斜面向下游, 用砖块水泥砌成。堰口
两侧的堰肩宽度及堰槛高度, 都应等于过堰最
大水深, 堰口深应大于最大水深 5 cm。一般常
用的为直角三角形量水堰[4 ] , 堰体观测面与结
构形式见图 1。
从三角量水堰观测面标尺上观测得到过水
深度的数据, 通过查对流量表获得单位时间内
的水流量。三角量水堰流量表, 是在水流形态为
自由流时, 根据下列公式制定:
Q = 815Λ 2g ×tg 52 H 215
式中: Q ——过堰流量 (m 3·s- 1) ; Λ——流量系
数, 约为 016; g ——重力加速度 ( 9181 m ·
s
- 1 ) ; 5 —— 堰口顶角 (°) ; H —— 过堰水深
(cm )。
图 1　三角量水堰结构形式
695 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 14 卷　
本三角量水堰顶角为 90°, 测得过堰水深为 818 cm , 查表得知过堰流量为每小时 1117 m 3。
212　设置小型气象观测站
在常绿阔叶林水文观测区, 设置小型气象观测站, 进行气温、土温、降水、蒸发、风向等常规
的气象观测。在三角量水堰观测水流量期间, 主要观测统计每天的降雨量与蒸发量。
213　观测林区小流域面积统计
根据 1∶5 000 地形图计算面积。常绿阔叶次生林区设置É 号三角量水堰, 小流域面积为
1018 hm 2。为了相互比较, 在马尾松种源试验区设置Ê 号三角量水堰, 小流域面积 712 hm 2, 上
部是阔叶次生林 (213 hm 2) , 中部是马尾松种源林 (4 hm 2) , 右下侧为枇杷园 (019 hm 2)。在马尾
松收集区 (育种园)设置Ë 号三角量水堰, 小流域面积 8 hm 2, 上部是阔叶次生林 (3 hm 2) , 下部
为马尾松育种园 (5 hm 2)。小流域地形及林种分布见出水坞小流域示意图 (图 2)。
图 2　出水坞林地小流域示意 (△É、△Ê、△Ë、为 3 处小流域量水三角堰)
3　结果与分析
311　常绿阔叶林的水文动态
31111　林地水分总量概算　林地水流域的水流量, 在无雨期间主要是地下径流, 在降水期间
包含地下径流和地表径流两部分。现将每年各月的降水量、蒸发量与水流量列于表 1。表中数
据显示了常绿阔叶林小流域水流量的差异与稳定性。按 6 a 观测平均值计, 年均降水量
1 40919 mm , 年均蒸发量 90718 mm , 是全年降水量的 6414%。这里的蒸发量是在林缘附近观
测站得的, 与林内的蒸发量不一样。实际上森林水分包含林地蒸发量与林冠蒸腾量两部分, 合
称为蒸散量[5 ] , 一般占年降水量的 60%～ 80%。常绿阔叶林小流域面积为 1018 hm 2, É 号三角
量水堰的年均水流量为 44 058 m 3, 折算成降水量为 40719 mm , 是全年降水量的 2819%。马尾
松林与其它树种构成的森林相似, 林冠与树干对降水的截留约占全年降水量的 20% [6 ]。
795　第 6 期　　　　　　　　　秦国峰: 千岛湖常绿阔叶林水文生态效益的研究
31112　各月间水流量的差异　小流
域一年中各月份的平均水流量差异很
大。例如 6 月份降水量最多, 水流量高
达 7 985 m 3, 10 月份降水量最少, 水
流量只有 2 150 m 3, 两者相差 217 倍
之多。雨季与旱季间水流量的差异也
较悬殊, 因水流量的多少与降水量直
接相关。在 3～ 7 月多雨季节, 每月水
流量 3 659～ 7 985 m 3, 平均为 5 259
m
3; 在 8 月到次年 2 月的少雨季节,
每月水流量 2 150～ 3 643 m 3, 平均为
2 450 m 3。
31113　常年水流量特征　常绿阔叶
林小流域的水流量, 从未出现过断流。
除了降大雨、暴雨时形成地表径流之
外, 常年包括旱季在内均以地下径流
形式, 稳定地从林地山涧流出。在 6 a
中出现过 3 次水流量最小的记录。第
1 次在 1990 年 7 月 9 日至 13 日 (5
d) , 过堰水深为 211～ 314 cm , 日水流
量 719～ 2611 m 3; 第 2 次在 1991 年 6
月 3 日至 5 日 (3 d) , 过堰水深 3 cm ,
日水流量 1911 m 3; 第 3 次在 1992 年
5 月 22 日至 27 日 (6 d ) , 过堰水深
218～ 318 cm , 日水流量 1611～ 3415
m
3。下暴雨时水流量最大, 例如 1988
年 6 月 22 日降水量 66 mm , 过堰水深
3016 cm , 每小时水流量高达 264 m 3。
全年多数时间过堰水深 5 cm 左右, 每
日水流量约 68 m 3。雨季过堰水深 6～
7 cm , 日水流量 108～ 158 m 3; 旱季过
水深 4 cm 左右, 日水流量约 40 m 3。
小流域的流水长年不断, 说明常绿阔
叶林具有持久的水源涵养功能。降水
量、蒸发量和水流量有代表性的 1989
年全年的水文动态见图 3。
895 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 14 卷　
图 3　1989 年常绿阔叶林 (É )与马尾松林 (Ê )水流量及降雨量、蒸发量曲线
312　常绿阔叶林与马尾松林水源涵养比较
在常绿阔叶林附近的另一处水流域设置Ê 号三角量水堰, 用以观测马尾松林的水文动态。
马尾松观测林于 1984 年造林, 1987～ 1992 年观测的 6 a 间为 4～ 9 年生, 前 3 a 林分尚未完全
郁闭, 后 3 a 林地基本郁闭。观测结果列于表 2。
表 2　马尾松林小流域的水流量 m 3
月份
观 测 年 份
1987 1988 1989 1990 1991 1992 年均
1 135 149 392 414 893 21 334
2 548 887 626 1 914 243 72 715
3 4 427 4 390 1 615 1 293 2 966 9 029 3 953
4 3 420 992 4 287 7 924 5 518 1 722 3 977
5 1 854 2 752 3 846 6 872 4 096 1 887 3 551
6 8 121 11 023 5 022 7 907 2 971 6 067 6 852
7 1 484 176 5 669 875 199 8 090 2 749
8 582 164 127 17 3 4 150
9 2 213 453 2 396 0 1 2 621 1 281
10 238 163 189 0 0 2 99
11 211 32 97 401 0 0 124
12 186 11 121 0 0 0 53
全年 23 419 21 192 24 387 27 617 16 890 29 515 23 838
表 2 结果显示: 马尾松林小流域 6 a 的年均水流量为 23 838 m 3, 平均每公顷 3 322 m 3, 只
有常绿阔叶林 (平均每公顷为 4 079 m 3) 的 8112% ; 而且水流量集中在 3～ 7 月的多雨季节, 这
5 个月水流量达 21 083 m 3, 占全年水流量的 8814%。常绿阔叶林小流域与马尾松林小流域 6 a
各月份的平均水流量比较见图 4。
995　第 6 期　　　　　　　　　秦国峰: 千岛湖常绿阔叶林水文生态效益的研究
图 4　常绿阔叶林 (É )与马尾松林 (Ê )水流量比较 　　图 4 显示: 常绿阔叶林与马尾松林两种林分小流域, 由于降水量的影响, 各月的水流量变化趋势完全一致, 但马尾松林的水流量全年各月均较大幅度低于常绿阔叶林, 尤其是冬季水量很小,有的年份还出现枯水断流。马尾松林水流量低的主要原因是: (1)幼林郁闭前, 林地裸露, 植被稀少, 无雨期间地表蒸发量大, 降雨时地面没有植被阻挡与吸滞, 大量雨水以地表径流形式流失。(2)林分郁闭之后, 由于树冠扩大
增强了对雨水的截留作用, 但到
达林地的雨水仍然成为地表径流。 (3)马尾松林的枯枝落叶不易腐烂, 吸收保蓄水分的作用较
差。(4)由于马尾松林以上特点, 加之抚育管理的人为干扰, 林分的水源涵养功能比较低。相比
之下, 常绿阔叶林比针叶林的水源涵养功能大得多。
313　常绿阔叶林对地表径流消落的影响
31311　林分小流域的植被状况　林地植被直接影响地表径流的速度及消落时间。 (1) É 号小
流域: 面积 1018 hm 2, 全部是常绿阔叶次生林, 林下灌木与草本较多, 枯枝落叶层较厚。无论是
雨季还旱季, 小流域的水流量常年不断。 (2) Ê 号小流域: 面积 712 hm 2。上部 213 hm 2 为阔叶
次生林, 占 3119% ; 中部 4 hm 2, 占 5516% , 为 5 年生马尾松种源林, 株行距 2 m ×2 m , 每公顷
2 500 株, 尚未完全郁闭; 右下侧 019 hm 2, 占 1215% , 为枇杷园。小流域的水流量不大, 旱季常
断流。 (3) Ë 号小流域: 面积 8 hm 2。上部 3 hm 2 为阔叶次生林, 占 3715% ; 下部 5 hm 2, 占
6215% , 为马尾松育种园, 株行距 3 m ×5 m , 植株为嫁接后 2～ 3 a 的小树, 园地每公顷只有
600 株, 树冠覆盖面积很小。小流域除了下大雨形成径流之外, 一般不见山沟里有水流。3 处林
分小流域概况详见图 2。
31312　暴雨后水流量消落过程　现将 3 个不同植被的小流域, 在暴雨当天及以后 3 d 三角量
水堰过水量的消落情况进行比较。1988 年 6 月中旬常下大雨, 22 日下了一场暴雨, 雨量达 66
mm , 当天 10: 00 三角量水堰达到最大过水高度。此时开始观测流水量, 当天 10: 00～ 20: 00 每
小时观测一次, 23～ 25 日 8: 00、14: 00、20: 00 每天观测 3 次。É 号三角量水堰当天过水高度自
10: 00 的 2716 cm 一直上升到 16: 00 的 3118 cm , 18: 00 下降为 3014 cm。第 2、3、4 天的 8: 00
分别为 1712、1118、910 cm , 降至雨季水流量的正常高度。Ê 号三角量水堰过水高度自 2915 cm
上升, 至 14: 00 达到 3016 cm 为最高, 16: 00 由 29 cm 开始下降。以后 3 d, 8: 00 分别为 12、6、5
cm , 降到雨季水流量的正常高度。Ë 号三角量水堰当天 10: 00 过水高度 36 cm , 为最大过水量,
此后随即下降, 当天 20: 00 即降至 25 cm。此后 3 d, 8: 00 分别为 710、612、0 cm , 3 d 后山沟里
就没有流水了。各林分小流域暴雨后水流消落过程见图 5。
006 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 14 卷　
图 5　3 个不同植被小流域暴雨后水流量的消落过程
图 5 显示: É 号常绿阔叶林暴雨后出现的最大过水量时间较滞后, 消落过程也比较缓慢,
从最大到正常过水量的落差最小 (2218 cm ) ; Ê 号阔叶针叶果树林的过水量最大时段先稍有升
高, 很快就呈下降趋势, 但比É 号下降要快, 从最大到正常过水量的落差也较大 (2516 cm ) ; Ë
号阔叶针叶林出现最大过水量后, 维持时间很短, 随即就以较快的速度下降, 3 d 时间就从最
大到断流, 落差为最大 (3610 cm )。说明地面植被覆盖率大小, 是林地减少径流、保蓄水分的主
要因素。常绿阔叶林的林冠稠密、林下灌草多、枯枝落叶层厚, 多层次的植被保护着林地, 吸滞
水分减少地表径流, 逐渐地将地表水转变为地下水。这是常绿阔叶林具有较大的水源涵养功能
的关键所在。
4　结论与讨论
(1)常绿阔叶林具有稳定的水源涵养功能。东部亚热带由苦槠、石栎等建群树种组成的常
绿阔叶次生林, 水源涵养功能十分显著。按 6 a 观测数据分析, 1018 hm 2 的林地小流域, 年平均
水流量 44 058 m 3, 平均每公顷达 4 079 m 3 (折合降水量 408 mm ) , 相当于全年降水量 1 40919
mm 的 2819%。林地小流域的流水常年不断, 平均每日的水流量在多雨季节为 108～ 158 m 3,
少雨季节为 68～ 86 m 3, 旱季少于 40 m 3。6 a 中有 3 a 在高温干旱季节, 出现过 3 次 14 d 的最
小水流量, 一般每天 1611～ 3415 m 3, 最少的一天为 719 m 3。常绿阔叶林小流域, 除大暴雨与高
温干旱等少数时间, 常年的水流量都比较稳定, 显示出常绿阔叶林水源涵养功能的长效性与稳
定性。
(2)常绿阔叶林水文生态效益的特点。以马尾松为主的林地小流域年平均每公顷水流量为
3 311 m 3, 只有常绿阔叶林每公顷水流量 4 079 m 3 的 8112%。常绿阔叶林水流量高的原因, 在
于其具有较大的截流、渗透、蓄水功能的特点。根据千岛湖库区森林植被的有关研究[7 ] , 林地持
水性能即林地中各水文层次吸持水分能力的总和, 其中包括地上部分 (乔、灌、草)、地面部分
(枯枝落叶)与地下部分 (土壤持水量) , 这 3 部分持水性能, 阔叶林均大于马尾松林。阔叶林持
水性能强, 主要体现在林冠稠密, 对降雨的截留量较大; 乔、灌、草多层次阻滞雨水; 地被物层
厚, 吸滞水量大; 土壤疏松孔性状况好, 容纳水分多。这是阔叶林水源涵养功能优于针叶林的基
本原因。
106　第 6 期　　　　　　　　　秦国峰: 千岛湖常绿阔叶林水文生态效益的研究
(3)常绿阔叶林蓄水消洪作用强。暴雨过后不同植被覆盖率的林地, 产生不同水流量的地
表径流或形成洪水。但不论何种森林类型的枯落物, 都能加大地表粗糙度, 防止或减缓雨水冲
刷土壤、保护地表, 对降水起着吸滞、阻留和减低流速的作用。枯落层的这些功能充分反映了森
林的水文效益。常绿阔叶林的枯落物对一次降雨的有效拦蓄量平均为 2316 t·hm - 2, 马尾松
林为 2018 t·hm - 2, 前者比后者高 1315% [8 ]。本文 3 处林地小流域, 正因为植被覆盖率及枯落
物多少的差异, 暴雨后显示出不同的消洪作用。É 号小流域是常绿阔叶林, 林冠完全郁闭, 覆盖
率达 100% , 林下灌草与枯落物较多。暴雨期间的最大过堰水深为 3118 cm , 消落过程缓慢, 第
4 天才降到雨季正常过堰水深的 9 cm , 过水落差最小为 2218 cm。Ê 号小流域是以马尾松为主
的林地, 未完全郁闭, 覆盖率为 80% , 林地枯落物较少。暴雨期间的最大过堰水深为 3016 cm ,
第 4 天正常过堰水深为 5 cm , 过水落差 2516 cm。Ë 号小流域为育种园马尾松林, 树冠小, 林地
裸露, 覆盖率只有 50% , 林地枯落物很少。暴雨期间最大过堰水深 36 cm , 消落过程很快, 第 4
天即降为零。
(4)加强封山育林维护阔叶林的生态效益。无论是常绿的还是落叶的阔叶林, 生态效益都
是肯定的。千岛湖库区山地良好的森林植被, 主要是通过封山育林而形成。本文经多年定位观
测说明, 常绿阔叶林的水文生态效益是十分显著的。建议继续加强封山育林, 发挥阔叶林更大
的生态效益。
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Study on Hydro-ecolog ica l Benef its of Evergreen Broad- leaved Forest
a t the Qiandao Lake Reg ion
Q IN Guo2f eng
(Research Institu te of Sub trop ical Fo restry, CA F, Fuyang　311400, Zhejiang, Ch ina)
Abstract: Scaled dam s locat ion observat ion of hydro logical dynam ics of evergreen broad2leaved
fo rest at the Q iandao L ake region w as conducted fo r 8 consecut ive years from 1986 to 1993. A 1018
hm 2 fo rest consist ing of Castanop sis sclerop h lla and L ithocarp us g laber w as selected fo r t rial. F rom
1987 to 1992, the annual p recip itat ion and evapo rat ion averaged 1 410 mm and 908 mm , w hile the
w ater flow of th is fo rest averaged 4 079 m 3, w h ich w as equal to 40719 mm o r 2819% of the
average annual p recip itat ion, the w ater flow averaged 108～ 158 m 3·d- 1 in rainy season, 68～ 86
m
3·d- 1 in no rm al season, and less than 40 m 3·d- 1 in dry season w ith the least of 719 m 3·d- 1.
T he evergreen broad2leaved fo rest has st rong w ater m ain tenance capacity and fo rm s a sustainable
and favo rable hydro logical eco logy.
Key words: the Q iandao L ake region; evergreen broad2leaved fo rest; locat ion observaion; w ater
m ain tenance; hydro2eco logical benefits
206 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 14 卷