全 文 ：林业科学研 究 ,
石触‘
文章编号 一 《 巧
麻竹人工林水文生态效应
谢锦忠’ 傅憋毅 , , 马占兴“ , 肖贤坦 , , 黄品华 ,
中国林业科学研究院亚热带林业研究所 , 浙江 富阳 加
福建省南靖县林业局 , 福建 南靖 喊
摘要 在福建南靖连续 对 年春在杉木采伐迹地上营造的株行距为 、 父 和 种密
度的麻竹试验林进行水文生态效应观测 。 结果分析表明 麻竹林冠截持量与降水量和林分密度均呈正相关 , 而
秆茎流和林内降水量与降水量呈正相关 , 与林分密度呈负相关 。 密度为 丛
· 一 的麻竹林的年林冠平均截持
量和截持率为 和 , 林内平均降水量和降水率为 和
、
, 竹秆茎流量和茎流率为
和 。 麻竹林地表枯落物具有吸持其自身干质量 倍水量的潜在能力 。 种密度麻竹林的
土壤层最大潜在蓄水量为 一 , 略低于毛竹林 姗
。 麻竹林地表径流和泥沙流
失量与降水量呈正线性相关 , 与林分密度呈负相关 竹林密度为 丛
· 一 的麻竹林年地表平均径流量 、土壤侵
蚀模数是密度为 丛
· 一
, 的麻竹林的 、 倍 , 其 , 一 、 ‘ 、 ’一 、 十 等养分年流失量则分别是密
度为 丛
· 一 的麻竹林的 、 钓 、 、 灼 倍 。
关健词 麻竹 林冠截持 秆茎流 径流 水文生态效应
中图分类号 文献标识码
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。 。 阮咖、 杭 。
· 一
, 阳
盯 以沁 沙
一
收稿日期 又 一 很
基金项目 一 年国际竹藤组织 资助项目“ 退化地上的竹子农用林业模式研究 ”的一部分
作者简介 谢锦忠 一 , 男 , 浙江诸暨人 , 副研究员 , 硕士生导师
第 期 谢锦忠等 麻竹人工林水文生态效应
丛生竹是我 国华南 、 西南和东南沿海 的主要
竹类资源 。 自国家实施 “ 退耕还林 ” 工程 和西部
大开发 以来 , 丛生竹在 山区农 民脱贫致富和综合
治理 水 土 流 失 工 作 中起 着 重 要 的作 用 。 麻 竹
尹 、 是我 国南亚热带
地 区的主要栽培丛生 笋用竹种 , 除了具有重要 的
经济收益外 , 还 可 在涵养水源 、 保持水土 及改善
生态环境等方面发挥重要 的生 态作用 。 深人研
究麻竹人工林的水文生 态效应 , 对客观评价其水
土保持效益和生态作用 有重要意义 , 亦可为退耕
还林 竹 提供理论依据 。
设置秆茎流观察装置上 」。 测定 中每次降雨的秆
茎流量 。
表 各林分的基本情况和样竹的
径级 胸径 分布
株行距
郁闭度
平均胸 平均竹 样竹的径级 胸径
径 高 合计
试验 区 自然概况
本试验于 一 年在福建省南靖县 山城
制材厂附属朱坑林场进行 , 该处位于我国中 、南亚热
带的过渡区 , “ ‘ , “ ‘ , 东临台湾海峡 , 属
南亚热带季风气候区 , 是我国丛生竹的主要产区 。
海拔 , 属于闽南低山丘陵区 。 年平均气
温 ℃ , 极端最低气温 一 ℃ , 极端最高气温
℃ , ℃的年活动积温 ℃ 年降水
量 , 一 月 降水量 占全年降水量 的
, 相对湿度 一 。 试验林东南坡 向 ,
坡度 巧 。 。 。 母岩以变质岩为主 , 土壤为砖红壤
性红壤 , 土层厚度 , 肥力 中等 , 呈 强酸性
值 。 试验林于 年春在杉木采
伐迹地上营造 , 株行距分别为
、
和 。 麻竹林投产后采取的主要经营措施
为每年春季调整竹林立竹结构 , 并进行竹丛覆土 , 笋
期进行 次追肥 , 秋季松土除草 次 。
研究方法
林冠截持
林 内降水 按森林生态系统定位研究
方法 ’
,
,
, 于 年底在上述 种密度麻竹林中 , 各
随机布设 只直径为 巧 的林 内降水收集器 , 共
巧 只 林外空旷地布设一个雨量筒 。 测定 中每
次降雨的林内 、外降水量 。
秆茎流 几 于 年底对面积为
的 种密度麻竹林样地进行每竹调查 , 并计算各林
分的立竹径级分布比例 以每个林分各取样竹 巧
株为基础 , 按照各林分的立竹径级分布比例 , 确定各
径级的样竹分布数量 表 然后在每种林分中随
机选择各径级的样竹共 巧 株 , 并用聚氯乙烯塑料管
林冠截持量 尸 林冠截持量根据公式
一 一 川 推算 , 其中 尸 为大气降水量
为林内降水量 为秆茎流量 。 根据
计算资料拟建不同密度麻竹林的林冠截持量 ‘ 与
降水量 尸 的关系模型 , 并计算单位面积竹林林冠
截持量 尸 和林冠截持率 等指标 。
林地枯落物层的吸水性
于 年 春季 月 日 、 夏 季 月
日 和秋季 月 日 分别在 种密度麻竹林
的上 、 中 、下 个坡位上各随机确定面 积为
的 个地 表枯 落物样 点 , 即每种林分各取
个样点 , 收集样 点 内的所有枯落物 。 称取枯枝落
叶样 品的湿重后 , 在 ℃烘箱 内处理 , 冷却
后测定枯枝落 叶 的 干质量 然后 , 把枯枝落叶样
品浸泡在清水 中 , 取 出晾干后 称重 , 计算林
地枯落物的含水量 、 现存量 、 自然含水率
、 最大持
水量和最大持水率等〔‘
, ’〕。
林地土壤层的吸水性
在 年春 月 日 、 夏季 月 日和
月 日 和秋季 月 日 共 次对 种密度麻竹
林的土壤层进行取样 。 取样时间和方法 在确定的
季节里 , 选择某次降雨后的次 日 , 用环刀法
容积 对每种林分上 、 中 、 下 个坡位 , 按土层深度
、 和 各取 个土壤样
品 , 即每次每种林分共取 个土样 , 测定土壤的容积
含水量 、容重 、相对密度和总孔隙率等〔 〕。
林内地表径流
于 年底在 种麻竹林中各建立一个面积
为 的地表径流场川 , 东南坡向 , 坡度为
“ 左右 。 连续观察 , 测定每次降水后不同密度
林分的径流量 、土壤侵蚀量 , 并每次从每个径流池中
各取 径流水 , 用常规方法分析其 、 、 、
和 等养分元素的流失量 。
林 业 科 学 研 究 第 卷
结果与分析
麻竹林林冠的降水截持作用
大气降水时 , 因部分降水被林冠截持并蒸发到
大气中 , 使得降水到达竹林地面的实际降水量减少 ,
降水动能有所减弱 , 从而使得地表径流形成的次数
和径流水量减少 , 速度减缓 。 定位测定结果 表
表明 麻竹林林冠截持量 尸‘ 与降水量 尸 呈正
幂函数关系 , 而林冠截持率 凡 与降水量 尸 呈负
幂函数关系 , 这个结果与其它森林的林冠截持率规
律一致 〔’‘ 尸、、凡‘还与林分密度呈正相关 表 。
另外 , 林冠截持对降低地表径流量和泥沙流失量作
用明显 表 。
表 不同密度麻竹林林冠截持 ‘ 、林冠截持率 凡‘ 与同期次降水 的关系模型 一 年
项 口 竹林密度 丛
· 一 模 型 值 剩余标准差
了了勺︸目月
,林冠截持量 尸‘
·
次 一 ’ 尸
尸 ,
’
八,‘
乙孟,沙勺一,勺﹄吸人
⋯
公曰林冠截持率 、 尸
一
尸 二 一
尸 一
相关系数
‘
表 麻竹人工林林冠截持盆和地表径流
年份 降水量 竹林密度
丛
· 一
林内降水
量
林内降
水率
林冠截持
量
林冠截持
率
秆茎流量 秆茎流率 地表径
流量
,
《
卜扣落
,
内,乙
户气︺伪‘气内
,尸、︸勺勺一︸,内、︺
平均
表 麻竹林地表径流 招
、泥沙流失且
· 一 与其林冠截持 只 、
林内降水 八 和秆茎流 的关系模型
项 目
径流量
竹林密度 丛
· 一 模 型 值 剩余标准差
心且内,口︵卜一
一 伽厌】
二 一
一 一
一 一 ,
一 一 ‘
泥沙流失量 一 一
一 一 ‘
二 一 一
相关系数
只︺
测定期间 , 在平均降水量为
时 , 竹林密度为 丛
· 一 ’的林分的 尸 、凡分别
为 和 竹林密度为 丛
· 一
的林分的年 ‘ 、 , 分别为
·
和
·
竹
林密度为 丛
· 一 ’的林分的年 、、凡 分别为
和 。
麻竹林的秆茎流
经过 的观察 , 发现麻竹林秆茎流的一些特
点
秆茎流产生的最小降水量为
·
次 一 ’ ,
明显小于其它一些树种 , 如毛竹 为健 人”入￡倪 学
户动“ 已。 〔卜初
, 、马尾松
。 。瓜 班 〕 和杉木 肠刀刀乞啥
第 期 谢锦忠等 麻竹人工林水文生态效应
威 刁 〕 」。
单株立竹秆茎流量与每次降水量 尸 、 立
竹胸径 均呈正线性相关 表 , 而 种林分密
度的秆茎流率 彻、 随降水量变化的曲线形状相似
,
形似偏正态 曲线 图 , 出现峰值的降水量也相
近 , 约在 附近 在 尸 后 , 种密度竹
林的 凡站 均基本保持不变 观察期间最大的 次降
水量为 , 这是因为当降水量超过一定阑值
后 , 林冠所截持的降水除自身吸收和蒸发外 , 很大一
部分转变成林内降水 , 使得秆茎流量随降水的持续
而增加缓慢 。 本试验中最大年平均秆茎流率是密度
最大的林分 , 达到 表 , 比一般树木干茎流
率 圈 大一 些 , 而 小 于 毛竹 的秆茎 流率
·
一
, 」。
蓦
, 八 , ,
火 ’
丫、 , 一尸一
】口
戛
们口 尸
图 不同密度麻竹林的秆茎流率 凡站 与每次降水量 尸 的关系
表 不同密度麻竹林秆茎流 与同期每次降水里《 、立竹胸径《 的关系模型 一 年
竹林密度 又丛
· 一 单株立竹秆茎流量模型 相关系数 值 剩余标准差
, 二 一
, 一 二 一 的
二 一
’
气‘勺一了内、︶八、一
注 尸 , 为每次降水所产生的单株立竹秆茎流量
·
株 一 ’
·
次 一 ’ 尸 为每次降水量 为立竹胸径 , 的范围为 。
麻竹林地表枯枝落叶层对降水的截持作用
枯枝落叶层对降水的截持作用与林冠层有类似
的特征 , 即枯枝落叶截持水分的多少除取决于枯落
物的质量 现存量
、性质以及降水特征外 , 还与其
自身湿润程度和干燥速率有关 。 研究结果表明 麻
竹林地表枯落物具很强的持水能力 , 其吸持的水量
是其自身干质量的 倍 其最大持水率 二 仅
与枯落物自身的组成和结构有关 , 与竹林密度 、枯落
物现存量和季节变化无 明显关系 而最大持水量
二 却与其现存量呈密切正相关 , 并随枯落物现
存量的季节波动而波动 。 麻竹林地表枯落物最大持
水率 小于毛竹林 和南亚热带
山地季风常绿阔叶林 , 但高于热带山地雨
林 ’味麻竹林地表枯落物最大持水量
高于热带山地雨林 , 与毛竹林
接近 , 但小于南亚热带 山地季风常绿阔叶林
· 仁, 〕。
从表 可以看出 , 麻竹林地表枯落物截持降水
的能力不仅与枯落物现存量和最大持水率呈正相
关 , 而且与降雨前其 自身的含水率呈负相关 。
地表枯落物实际持水率 的大小取决于 降水
前枯落物 的 自然含 水率 〔’〕, 这是 因为对 同一
片麻竹林而言 , 在某一 季节里 , 其枯落物现存量
是相对稳 定 的 , 其截 持 降水 的能力取决 于 降水
前 自然含水率 。 的大小 而 。与林分密度 以
及距上次降水 的间隔时间有关 表 。 在 降雨
后 的短期 内 , 较 密林 分枯 落物层 吸持 的水 量 小
于较稀林 分枯落物层 吸持 的水量 而 在降水 结
束较长时 间后 , 较 密林分枯落物层 吸 持 的水 量
反而大于 较 稀 林分 枯 落 物 层 吸 持 的水量 。 因
此 , 较密林分枯 落物层 对 连 续 降水具有较 强 的
截持作用 。
林 业 科 学 研 究 第 卷
表 麻竹林地枯落物现存 、 自然含水量 、最大持水率和最大持水
取样 日期
月 一 日
降雨状况
竹林密度 枯落物现存量
· 一
自然含水率尸 最大持水率 最大持水量
一
叹, ,
一 降雨后
一 降雨后
一
一
一
,、今︸
,
‘
一
门、
汪一亡‘一、工气︺一之夕引︸伙︸八内、︶一乃, ,
一 降雨后
次平均值
麻竹林土壤层的蓄水作用
土壤层是麻竹林涵养水源的主要场所 。 从测定
结果看 表 , 造林 后 种密度麻竹林的土壤密
度和土壤总孔隙度无明显差异 , 且不随季节变化 , 这
表明林地土壤理化性质比较稳定 。 种麻竹林的平
均土壤总孔隙度在 之间波动 , 以较
密林分的总孔隙度值略大 。 降雨后次 日林地土壤层
平均容积含水量出现微小的波动 , 但变
幅不大 。 从季节变化看 , 夏季降雨后次 日的土壤容
积含水量高于春秋季的土壤容积含水量 , 这与夏季
降雨次数多 , 间隔时间短 , 单次降水量大有关 。
对于某一林地土壤而言 , 其土壤层最大蓄水能
力是一定的 , 降雨前夕土壤容积含水量大小将影响
土壤对降水的吸持作用 。 若容积含水量很大 , 则土
壤层潜在有效吸持降水的能力减弱 , 使地表径流有
增大的趋势 反之 , 则土壤层潜在有效吸持降水的能
力增强 , 使地表径流有减少的趋势 。 因此 , 夏季土壤
层容积含水量较大也是引起麻竹林地表径流增大的
一个因素 。
种密度麻竹林的 一 土壤层的最大潜
在蓄水量之间也无明显差异 , 在
之间波动 , 略少于具发达地下鞭根系统的毛竹林的
最大潜在蓄水量 ’〕。 土壤层虽具吸持
每次全部降水的潜在蓄水能力 , 但实际上仍发生地
表径流 。 这是由于瞬时高强度的雨水 , 其降雨强度
高于地表水人渗速度而导致超渗产流 。 因此林地土
壤层最大潜在蓄水能力只能作为竹林土壤层蓄水能
力的参考指标 。
表 麻竹林林地土壤总孔隙度及 土壤层平均容积含水 和最大潜在蓄水
测定时间 前 日雨 前 日降
月 一 日 量 水历时
土壤密度 土壤总孔隙 、 土壤层平均容积含水量 土壤层最大潜在蓄水量
卫 · 一
一
次平均值
竹林密度 丛
· 。 一
曰、飞了
﹄
,
汀
,‘曰丹、,且气,,声乙伪‘﹄、︸一八勺‘飞口,︸尸气︸、一飞亡」︸、︶八汽石内勺白飞口气︸、气一以口门、
。卜‘
通咔门、斗弓,内气︸叹勺、口︶,孟一工 刚
不同密度麻竹林的径流且和土壤侵蚀里
麻竹林地表径流量大小受到林分密度 、降水量
、
降水强度和降水间隔时间等因素影响 。 从对麻竹新
造林到其成林过程 的连续 观察结果分析表明
麻竹林每次地表径流量与降水量呈密切的正线性相
关 , 而与降水间隔时间呈负线性相关 年地表径流总
量随林分密度的增大而减少 , 并随年降水量 的变化
而波动 , 但不管是在林分郁闭前 , 还是在林分完全郁
闭后 , 种密度麻竹林中均以最小密度竹林的地表
径流量最大 , 这个结果符合森林对降水的截持作用
规律 ’ 。 年地表径流率和土壤侵蚀量也具与年地表
径流总量相似的变化规律 表 。 密度为 丛
·
。 一 的麻竹成林 一 年 的平均地表径流
量和土壤侵蚀模数分别为
· 一 ’和
·
一 ’ · 一 ’ , 分别是密度为 丛
· 一
, 的麻竹成
林的 倍和 倍 。
第 期 谢锦忠等 麻竹人工林水文生态效应
表
降水量
不同密度麻竹林的地表径流 、地表径流率 、土壤侵蚀模数等的比较
地表径流量 年地表径流率 土壤侵蚀模数
最大初损
一
年份
】】
勺、
⋯
份乙︸勺内、,︸,
成林平均值 一 年
林分密度 丛
· 一
叭
,
,
‘
︸‘了,︸︸为,一气、
几
,
丘
声
,
⋯
奋
︺‘,︵吕‘,,门、,
麻竹林地表 、 、 主要养分的年流失量大小
与年地表径流量和年泥沙流失量的规律相一致 , 林
分密度越大 , 主要养分元素的年流失量就越小 表
, 并且在竹林生长过程中 , 随林分郁闭度的增加
而减少 。 密度为 丛
· 一 的麻竹成林 一
年 的 一 、 十 、 ’一 和 等养分年流失
量分别是密度为 丛
· 一 的麻竹成林流失量的
、 、 、 倍 。
表 不同密度麻竹林地表养分流失
· 一
,
· 一 ’
项 目 一 十 , 一 十
年
,
年
年
年
成林平均值 一 年
,
林分密度 丛
· 一 奥奥 旦巨 兰 巨 型兰一 卫兰一止些二一一型兰一
结论与讨论
麻竹林冠降水截持量与降水量和林分密度
均呈正相关 , 而秆茎流和林内降水量与降水量呈正相
关 , 与林分密度呈负相关 林冠截持对降低地表径流
量和泥沙流失量作用明显 。 麻竹比毛竹和其它树种
更易产生秆流 , 其秆流产生所需的最小降水量为
·
次 一 ’。 密度为 丛
· 一 的麻竹林的年林冠
平均 降水截持量 和 截持 率分别 为 和
, 林内平均降水量和降水率分别为
和 , 竹秆 茎流量 和 茎 流 率为 和
。
种麻竹试验林枯落物现存量
· 一
,
, 具吸持其 自身干质量 倍水量 的
潜 在 能 力 最 大 持 水 率 和 最 大 持 水 量 分 别 为
和 。
麻竹林的土壤最大潜在蓄水量主要与土壤
的理化性质有关 , 而与林分密度关系不大 。 本试验
种密度麻竹林 的最 大潜 在蓄水量 为 一
, 略低于毛竹林 。 这与散生竹
毛竹等 比丛生竹 麻竹 的地下鞭根系统更发达 ,
致使其土壤层更疏松有关 。
麻竹林地表径流发生的最大初损为
·
次 一 ’ 径流量和泥沙流失量与降水量呈正线性
相关 , 与林分密度呈负相关 密度为 丛
· 一 ’的
麻竹成林平均地表径流量 和土壤侵蚀模数分别为
· · 一 ‘和
· 一
,
· 。 一 ’ , 分别为密度为
丛
· 一 ’的麻竹林的 倍和 倍 。
麻竹林地表 、 、 等主要元素的年流失量
大小与年泥沙流失量的规律相一致 。 密度为 丛
· 一 ’的麻竹成林的 。一 、 、 ’一 和 ‘ 等
养分年流失量分别是密度为 丛
· 一 ’的麻竹成
林流失量的 、 、 、 倍 。
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