全 文 ：第 2 卷 第 6 期
1 9 8 9 年 1 2 月
林 业 科学研 究
FO R E S T R E SE A R C H
V o l
.
2 , N o
。
6
D ec
. , 1 9 8 9
油松人工林水分平衡与蒸散特点的研究 *
聂 道 平
(中国林业科学研究院林业研究所 )
关键饲 油松人工林 , 水量平衡 ; 蒸散
油松 (P in : ‘ ta乙u la efo r扭fs Ca rr ) 是华北地区的重要造林树种之一 , 在 许多地方由于水
分缺乏而生长不良。为此 , 在 1 9 8 3一1 9 8 4年 , 我们选择有代表性的中龄人工林 , 应用水文学方
法【’] , 对生长季期间油松人工林的水分平衡和蒸散特点及其与林分结构、 立地条件、 环境因
素的关系进行分析研究 , 以使揭示林分生产力和水分平衡的内在关系 , 对不同条件下的蒸散
量进行预测 , 提出有利于保持和利用水分的营林措施 , 探讨干旱地区改善林分水分供应的途
径 。
一 、 自然概况与研究方法
试验地区位于河北省隆化县碱房林场大水泉西山 , 地处东经1 1 7 。。9 / 、 北纬41 0 4 ‘ , 属华
北冀北山地中山地区。 该地区属大陆性季风气候 。 年平均温度为 7 ℃ , 降雨主要集中在 6 一
9 月。 多年平均年降雨量约 50 0 m m 。 实验林分为28 年生人工纯 林。 林 地 东 北 坡 向 , 坡长
3 0 m
, 坡度 1 0 一30 。 , 海拔1 2 0 m 。 林地土 壤 为 山地棕壤 , 母质为正长石斑岩风化坡积
物 。质地轻壤到中壤 , 土厚 7 0一90 c m 。 实验标准地基本情况见表 1 。
表 1 标 准 地 状 况
、.尹一n.”匕‘Ul卜J,山o一‘上曰,山1,曰
平均胸径 } 平均高 土城厚度标准地号 密 度
(株 / h a )
郁闭度
( e m ) { ( m )
枯落物量
( t / h
a )
活地被物
( % )
坡 位
( e m )
下礼叮忆上八U‘U心.”八789心503,占4dl一七0743.⋯n西‘””25b21,12 7 4 22 0 3 31 3 5 8 1 0 . 41 1 . 51 2 . 6 8 。 38 。 810 . 0 e 。 80 。 70 。 5
生物量
( t /h a )
9 0
.
2 8 6
8 2
.
3 2 4
7 5
。
0 2 8
隔离区¹
林缘草地
¹ 隔离区指在林分中伐去林木 , 使 之在森林小气候影响下 , 既无林木燕腾也不与周 围土维发生水 分交 换 , 仅有土坡燕
发 的独立系 统。 面 积1 6 m Z 。
在标准地内用白铁皮雨量槽 (4 0 x 10 X 12 cm )接收林内雨 , 每块地六个 , 平行排列 , 间
隔 Z m 。 用反兜装置测定干流量 , 每块地测30 m Z 。 地表逞流量根据小逞流 场 (1 6 x 1 2 m ) 的
实测数据推算多 用渗漏计结合模拟实验估测土壤深层渗漏量 ; 通过模拟实验计算枯落物持水
本文于1 9 88 年 9 月收到 。
* 本项研究的实验设计及野外工作 , 得到非京林业大学沈国舫教探、 蓝世仁教授、 郭景唐副教授的指导和帮助, 谨致
谢意 。
60 6 林 业 科 学 研 究 2 卷
量。 用烘干法测定土壤含水量。 每 5 天 1 次 , 每次每块地测 5 个点取平均 , 然后根据土壤各
层次的容重计算蓄水量 , 最后根据土壤蓄水量的变化及降雨输入水量计算林分蒸散量。
二 、 结果与分析
(一 ) 林分水 , 因子间的傲且关系
1
. 林冠截留与降雨 林冠截留量与降雨的形式 、 间隔及林冠结构等因子 有 ·关 [ “】, 在数
量上与林外降雨量线性相关。 根据 1 9 8 3年生长季中的实测数据 , 其回归方程为 :
1 号地 : 夕= 0 一 7 4 1 8 9 1 3 + 0 。 1 2 3 5 3 1 2 x r = 0 . 9 7
2 号地 : y = 0 。6 6 7 9 2 0 2 + 0 . 12 1 5 9 7 6 x r = 0 . 9 8
3 号地 . 夕= 0 。 4 4 6 9 4 1 6 + 0 . 1 0 9 3 9 6 4 x , 二 0 . 9 4
对为林冠截留量 , x 为降雨量。 当降雨量小于 5 m m 时 , 由于树体的吸附(涨 )作用 , 林冠截
留率高达3 5一65 % , 降雨量 5 一15 m m 时 , 截留率为巧一35 % , 降雨量继续增加 , 截留率为
12一 15 % 。 年平均截留率为 17 % 。
2
. 地表透流 、 枯 落物截留、 土攘渗流 林地枯落物层的吸持作用亦随降雨量的变 化 而
变化 , 当降雨量小于 2 m m 时 , 枯落物层的吸水量高达雨量的l。一 15 % , 随 降雨量的 增加
稳定在 4 一 5 % , 年平均为 5 % 。 由于林冠和枯落物的截留作用, 林地中地表退流量较小 ,
降雨量在 5 m m 以下时 , 一般不发生地表逗流 , 在 5 m m 以上时 , 地表逗流量为 1 一 7 % ,
年平均为 3 % 。 地表逗流量与降雨量线性相关 , 但因季节不同及降雨形式不同变化较大。
奋= 一 0 。 4 1 0 5 8 8 6 + 0 。 0 6 0 5 3 1 0 x r = 0 。 7 4
实测表明该林分在降雨后进入土壤的水分不发生深层渗漏 。 土壤中的水分主要消耗于林
木的蒸腾和土壤表面的蒸发 , 即林分蒸散 。
3
。 林分蒸散 林分蒸散量为2 48 . 7 ( 3 号地 )一2 6 6 . l m m ( 2 号地)( 表 3 ) , 占同期降雨量
的6 6 . 4一7 1 . 1 % 。 这部分水量不仅是林分水分支出的主流 , 而且与林木生理活动密切相关 ,
受环境影响较大 。 由于林冠截留的雨量和枯落物截留雨量亦以蒸发方式返 回空中 , 故森林生
态系统的总蒸散量应包括这两部分 。 林分总蒸散垦为 3 48 . 4 m m ( 2 号地) , 占同期降雨量的
9 3
。
1 % (表 2 )。
4
。 水分收支月动态 该林分水分全年总的收支大致平衡(表 2 ) , 但各月差异较大 。 5 、
6
,
8 月水分有盈余 , 7 、 9 、 10 月有一定的亏缺。 该地油松一般在 5 月份萌动 , 6 月份加
速生长 , 7 月进入生长盛期并延续至 8 月 , 9 月开始下降 , 10 月停止生长。 虽然 6 月盈余下
的水分可以在一定程度上弥补 7 月份的水分不足 , 但 7 月较大水分亏缺仍对油松生长影响很
大。 9 、 10 月的水分亏缺对林木的径 、 根生长有一定影响。
(二) 林分燕胜的特点
1
. 林分葱散 在干早条件下 , 林分蒸散受到降雨对土壤补充水量的影响 , 并表现出相应
的规律性。 蒸散的年变化是与降雨量紧密相关的双峰曲线 , 峰期出现在 7 、 8 月(图 l )。 曲
线中的若干峰值依赖于同期的高降雨量并表现出一定的滞后反应 , 如 6 月26 一30 日的大量降
雨使 7 月 1 一10 日的蒸散量很高。
6 期 聂道平 : 油松人工林水分平衡与蒸散特点的研究 6 0宁
降 雨 量
净 林 内 雨
降 千 流
雨 总 和
量
1 , 8 3年生长季各月油松人工林分水分收支状况 (单位 : m m )
8 】 9
1 1 8
.
0 3 7 4
。
4
6 9
。
3
8
.
8
7 8
。
1
4 4
.
1
5
.
7
4 9
.
8
8 8
。
3
1 3
。
0
1 0 1
。
3
1 4
。
1
1
。
2
1 5
。
3
2 7 5
。
0
3 5
。
5
3 1 0
。
5
2 7 7
。
7
林冠拦截
枯落物截 留
林分燕散
总 和
8
.
0
1
.
9
2 3
。
2
3 3
.
1
1 5
.
5
4
。
2
1 0
.
4
2
.
9
1 6
。
7
6
。
6
5
.
2
1
。
0
6 3
。
6
1 8
。
7
竺1
5 3
.
8
7 7
.
2
9 0
.
5
6 6
。
9
9 0
。
2
7
.
8
2
。
1
4 8
.
4
5 8
.
3
16
·资
2 2
.
5
2 6 6
。
1
3 4 8
。
4
林分总燕敬量
地 表 通 流
深 层 渗 漏
{
总 支 出 摄
土集 中水量变化
2 2
。
8 } 3 6 2
。
5
一
l
支出
+ 4
.
3 + 3 5
。
4 一 3 2 . 1 + 2 2 。 0 一 1 5
。
7 一 2 . 3 { + 1 1 。 6
1 2
。
2 8
。
2
一 降雨量一一一林分总蒸散一·一· 蒸散量剔6 7 8川巴532-ƒ压日„剑爷 9 1 0 (月 )图 1 油松人工林燕散的动态 变化
2
。 林分结构的影响 林分结构 (密度和郁闭度 )不同及死、 活地被物量不同 , 在相同降雨
条件下得到的补充水量也不同 , 因而在蒸散上有一定差异〔“ l。 该地不同密度林分的蒸散不但
变化规律完全一致 , 而且蒸散量差别也很小 , 最大相对差值小于 7 % (表 3 ) 。 这反 映 了 半
湿润半干旱地区森林蒸散的共同特点 , 即由于水分供应不足 , 不同结构林分的蒸散量大致相
等 , 且依赖于降雨量。 这说明 3 号标准地用于林木生理活动的水量较多 , 因为它的密度和郁
闭度小 , 林冠截留量小 , 获得的补充水量多 , 水分供应 状 况 较 好 。 而 1 号 地 则 相反 , 单
株林木供水量小得多 , 水分亏缺程度高 , 林木生长较差 。 1 号地总生物量虽然较大 , 但个体
较小 , 生长势明显不如 3 号地 。 因此在华北水分条件不好的干旱地 区 , 可以通过疏伐 , 适当
减小林分密度和郁闭度 , 改善林分水的供应状况 。
60 8 林 业 科 学 研 究 2 卷
衰 3 各标准地在生长攀中的燕傲 (发 ) , (单位 : m m )
而 离 区 林级草地 燕 发 皿
1 2
。
4
5
.
2
5
.
1
1 2
.
5
5
。
6
4
.
2
12
。
2
4
。
6
5
。
8
1 8
。
6
7
。
1
4 1
.
7
4 4
.
5
8 0
.
5
旬上下中
.勺O臼几幼746 0735 . 5
6
。
4
1 6
。
1
5
。
9
7
.
9
2 0
。
3
5
。
2
7
。
2
1 7
。
6
.
3
.
5
4.86.‹13
旬上中下
3 5
。
1
2 4
。
2
1 2
。
8
32
。
7
2 1
.
5
12
。
9
1 9
。
6
1 7
.
5
1 4
.
0
3 7
。
3
3 4
.
4
1 8
.
8
6 0
。
0
5 1
.
9
7 1
。
1
2 7
。
3
2 4
.
2
1 4
。
9
2 9
。
0
15
。
9
2 5
.
9
2 0
.
4
1 3
。
9
17
。
5
13
。
5
12
。
0
3 2
.
5
2 9
.
4
2 0
.
8
5 0
.
1
4 8
。
3
拓七口,自一用人,‘b”胜一.n舀,‘.上一自旬一上中下一
2 6
.
6
1 6
。
6
1 1
。
8
2 1
。
5
1 6
。
4
1 0
.
5
2 6
.
2
1 6
。
0
1 1
.
2
:::;
2 9
。
2
1 1
。
1
3 6
。
8
4 1
。
2
8
.
6
9
.
8
4
.
4
旬上下中
7
t‘一吕⋯n亡曰‘,U8 。 65 . 44 . 7 6 . 65 . 4 4 . 74 。 Z旬上中下
2 6 3
.
1 1 2 6 6
.
1 2 4 8
.
7 1 1 8 3
.
6
3
. 草地蒸散的特点 草地中湿度小风速大 , 水分净补充量较多 , 接受的太阳能量多 , 常
在地表形成高温层 , 因而草地的蒸散耗水量较大且变动更剧烈 (表 3 ) 。 森林由于有林冠的荫
蔽及枯落物的保护 , 能有节制地利用水分 , 经过一个生长季后林下土壤的含水量略有增加 ,
而草地土壤则呈旱化趋势。
4
. 蒸发潜势 蒸发皿蒸发量和隔离区土壤的蒸发量反映了当地环境条件的综合效果 , 表
现了该地可能的最大蒸发潜势 。 隔离区土壤蓄水量较大 , 蒸发量也 较 大 , 为 1 83 . 6 m m (表
3 )
, 占林分蒸散量( 2 号地 )的68 . 9 % 。 如果水分供应充足 , 林分蒸散量要大得多。
(三 ) 燕傲的多元统计分析及顶报
环境因子对蒸散 (蒸发)速率多元回归的复相关系数较高 (表 4 ) , F 检验证明回归效果是
显著的。 在林分中由于林冠的作用 , 蒸散与温度、 湿度的相关性较低 , 相关系数最高 、 起作
用最大的是土壤蓄水量 , 草地土壤的蓄水量与蒸散的相关性也较高 , 但不及林分 。
运用逐步回归方法 , 剔除对 y 作用不显著的自变量 , 得到林分蒸散的预报方程 :
万二 一 5 . 9 7 2 5 4 + 0 . 0 7 3 4 8 c + 0 。 3 1 1 8 6 脚 + 0 。 0 2 0 9 6 P
(尸复 = 0 。 9 2 , R ‘ “ 0 . 9 1 R 。 = 0 . 3 4 , 凡 = O 。 6 0 )
该方程预报效果较好 (表 5 ) , 平均相对误差为7 . 6 % , 准确度达 86 %以上 。
6 期 聂道平 : 油松人工林水分平衡与蒸散特点的研究 60今
表 4
回 归 因 子
多元回归分析及显著性检验 ¹
回 归 方 程 及 相 关 系 数 F 检 验
蒸 发皿蒸发速率与温
度、 日照时数 、 相对 湿
度、 风速 、 降雨量
y = 3
.
7 29 1 + 0
.
345 4T + 0
.
0 13 8 5 一 8
.
46 5 H + 0
.
5 5 7 6牙 + 0 . 0 0 1 4P
R 复 一 0 · 9 7 R : = 0 . 9 4 尸s = 0 . 20 R 万 = 0 . 8 4 R 平 = o · 42 R 尸 = 0 · 。4
F = 16
.
47 >
F o
.
0 1 ( s
, 30 )
= 3
。
70
林 分( 2 号地 )蒸散速
率与土壤蓄水量 、温度 、
日照 时数 、 相对 湿 度 、
风速 、 降雨 量
F = 6
.
5 3>
F o
.
0 1 ( 6
, 2 9 )
二 3。 5 0
隔离 区蒸发速率与上
壤蓄水 量、 温度、 日照
时数 、 相对湿度 、 风速 、
降雨 量
F = 6
.
87 >
F o
. 0 1 ( 6 , 2 。)
二 3。 5 0
吞
草地蒸散速率与土壤
蓄水 量 、 温度 、 日照 时
数、 相对湿度、 风速 、
降雨 量
Y =
一6
.
27 4 0 + O
.
0 6 6 1C + 0
.
0 12 2T + 0
.
0 0 5 8 5 + 0
.
8 5 8 5H + 0
.
362 2平
+ 0
.
017 2尸
R 复 = 0 · 92 R e = 0 · 8 4 R : = o · 11 R s = 0 . 0 9 R 月 = o . i 5 R 砰 =
0
.
31 R 尸 = 0 . 47
y = 2
.
313 6 + 0
.
0 0 7 0 C + O
.
05 8 0 T + 0
.
0 0 9 35 + 0
.
8 24 0H + 0
.
2 7 8 5牙
+ 0
.
011 0尸
R 复 二 0 · 7 8 R e = 0 ·‘7 R r = o · 46 R s = o · 14 R 月 = 0 · 16
R w = 0
.
26 R p 二 0 . 35
Y = 一 8
.
2 8 3 4 + 0
.
0 5 8 4C 一 0
.
0 0 9 7 T + 0
.
0 06 45 + 5
.
148 0 H +
0
.
12 4 6平 + 0 . 0 222P
R 复 = 0 · 8 1 R : = 一 0 ·。4 R s 二 0 · 48 R 月 = 0 · 5 0 R w = 。· 0 6
R c = 0
.
5 9 刀 p = 0 . 36
F = 4
.
98 >
F o
. 0 1 ( 6
, 2 , )
二 3 . 5 0
户
¹ Y 为蒸散 ( 发 )速率 , C 为土壤蓄水 量 , 尸为同期降雨量 , T 、 S 、 H 、 津依次为平均温度、 累计 日照时数 、 平均相
对湿度、 风速 。
表 s 预报值与实侧值的比较 (1 98 4)
15 / 5 30/ 6 20 / 8 2 0/ 9 平均
( 日 / 月 )
实 侧 值
预 报 值
相对误差 ( % )
0
。
5 4
0
。
5 9
8
。
9
1
.
5 7
1
。
36
14
2
.
9 9
2
.
84
5
1
。
17
1
。
22
4
参 考 文 献
〔1 〕 罗饮英, 19 8 3 , 森林土壤学 , 科学 出版社 , 22 一2 88 。
〔2 〕R u tt e r , A . J . , 1 0 6 3 , S tu d i e s i n w a te r r e la t i o n s o f P i”u s s , *r e s *r i s in p la n ta t i o n e o n d i t io n l :
M e a s u r e m e n t o f r a i n fa ll a n d i n t e r e e p t i o n , J
.
E e o l
. , 51( i ) * i , i
一 20 5
.
〔3 〕 焦振家等 , 19 8 7 , 红皮云衫蒸腾强度的研究 , 东 北林业大学 学报 , 15( 5) : 7 一13。
A PR E L IMIN ARY ST UD Y O N TH E W AT E R EQU IL IB R IUM
AND E V APOTR ANSPIR AT ION IN PLANT AT IO N OF
尸I N U S T A B U L A E F O R M I S
N ie D ao Pi n g
( T he R e se a r e h l ” st i t o t e o fF o r e s t印 C A F )
A b s t r a e t w a t e r e q u i lib r i u m a nd e v aPo tr a n sP i ra t io n
m i n ed i n a
T h e
P i刀u s t a 西u la ejo r优15 s tand by r e gU la r m ea su r in g o f
ha v e b e e n d e t e r :
5 0 11 w a t e r e o n t三
6 1 0 林 业 科 学 研 究 2 卷
e n t e o m b in e d w ith hyd r o lo g ic s u r v ey d u r in g the g r o w in g sea
s o n in 1 9 8 3 (M a y一
o e t
.
)
。
T h e r e su lts sh o w tha t the r e 15 a ba lanc e b e tw e n w a te r inc o m e a n d
w a te r o u tPu t in t he e x Pe r im e n ta l sta n d a n d e v a Po t ra n sP ir a t io n 15 th e m a jo r
w a y o f w a te r e o n s u m Ptio n in the s ta n d
.
T he rna j
o r fa c t o r w hie h in flu e n e e s
th e e v aPo tr a n sPir a t io n ra te 15 the 5 0 11 w a te r st o r a g e
.
T he em Pi
r ica l e q ua t io n
e s ta b lis h e d b y s teP
一
w ise r e g r e ssio n a n a ly s is ha s be n Pr o v ed tha t it 15 a v a il
-
a b le w he n Pr e d ie tin g va lu e s a r e c o m Pa re d w ith the m ea s u r in g v a lu e s in 1 9 8 4
.
Ke y w
o r d s p la n t a t io n o f p i”“s , a石u la efo , m 蓄s ; w a te r e q u ilibr ium ; e v a p o
-
tra n sPir a tio n
在美国 、 芬兰访问研究四月概况
应美中学术交流委员会美方和芬兰赫尔辛基大学、 芬兰科学院的邀请 , 中国林业科学研
究院林业研究所萧刚柔研究员以访 问研究教授的身份 , 分别于 1 9 8 9年 4 月14 日至 6 月14 日,
6 月 15 日至 8 月18 日访间了美国和芬兰 。 由于两国接待单位 , 关北亚利桑那大 学 林 学 院的
M
.
R
.
W a g ne r 教授和芬赫尔辛基大学农林动物系主任 M . N uor te v a 教授等人的 安排周
到 , 关怀备至 , 使这次访 问非常顺利 , 取得了成功 。
在美 国访间 T : ¹ 北亚利桑那大学林学院 , W a g n e r 教授研究美西黄松 (尸i n u s p o n d e , o sa )
抗叶蜂的机理 , 发现其抗性与针叶的化学成份与组织结构有关; º 农业部洛矶山 林 业 试 验
站分站 , K . M . C la n e y 教授研究花旗松对西部云杉卷蛾 ( Cho , is to n e 。: a o e c id o n t a li s ) 的抗
性问题 , 用人工饲料喂养 , 找出对生长发育的影响因子 , 从而解释树木抗性间题 , » 俄勒岗
大学林学院并参观太平洋西北林业试验站分站 。 T . Sc h o w al ter 教授研究几种松 树 种 子及
球果害虫防治 , 找出防治适期 , ¼明尼苏达大学并参观中北林业试 验 站 , H . M . K ul m a n
教授对黄头云杉叶蜂 ( Pi 无on e 二。 al as ken s行) 和天幕毛虫生物防治进行研究 ; ½ 康涅 狄 格 农
业站并参观哈姆登农业部森林 虫病生物防治中心 , R . M . W es el o h 教授应用步行虫防治舞
毒蛾 , N . D u b oi s 教授应用先进设备对苏云金杆菌作毒力测定。
在芬兰访问了 : 赫尔辛基大学农 林动物系 N u or t e va 教授 , 主要研究八齿小蠢性信息素诱
捕及古北区丝叶蜂亚科分类区系问题 ; 农业研究中心教授 H . M . T . H o k k a m en , 主要研
究农作物害虫生物防治 , 林业研究所E . A . A n ni la 教授 , 主要研究八齿小蠢及小啮齿动物
的防治。 在全北区广腰亚目研究组学术讨论会中 , 曾参观凯沃亚北极区研究站 。 讨论会研讨
了广腰亚 目特别是丝叶蜂亚科的分类方法 , 今后合作办法以及资料、 标本交流等问题 。 萧刚
柔先生在赫尔辛基大学50 天 , 完成了“中国丝叶蜂亚科 ( N e m at i n ae )研究 (一) ” 初 稿 。 共搜集
到有关资料 150 余份 。
这次访问收获较大 , 并与两国就会后合作的项目和方式进 行 了 探 讨 , 以 待 进 一 步落
实 。
(林 雁 )