全 文 ：第 5 卷 第 3 期
1 9 9 2 年 6 月
林 业 科 学研 究 V o l. 5 , N o . 3
FO R E S T R E S E A R C ll J
u n
9 9 2
杉木 、 马尾松人工林径流特征的研究’
马雪华 杨茂瑞 刘永敏
(中国林业 科学研究院林业研究所 )
摘典 为探讨亚热带人工林的水文效应 , 1 9 8 4 ~ 1 9 9 。年 , 在江西省分宜县山 下林场2 年生杉
木和马尾松林中 , 对降雨 、 径流等进行定点测定 , 结果表明 : 试验区林地的年平均径流量为 1 5 . 6铭
~ 31
.
1 48 o m
, 年平均径流系数为1 . 2 凌5 %一 2 . 53 7 % 。 降雨量与径流量的较佳回归模型为y = 口卜 。
关扭饲 杉木 马尾松 降雨 径流
1 试验区自然概况及研究方法
1
。
1 试脸区自然概况
江西省分宜县亚热带林业实验中心山下林场地处丘陵山地 , 海拔85 一 1 0 m , 属中亚热
带湿润气候 , 年平均气温 1 7 . 9 ℃ , 气温变化剧烈 , 雨量丰富 , 降雨集中在4一 6 月 , g 月 至
次年 1 月为干季 , 年平均降雨量为1 1 0 一1 7 0 m m 。 上半年各月雨量均小于同月的蒸发量 。
由于人为活动频繁 , 该 区的原始林大部分遭 到破坏 , 目前 , 主要是杉 木 (C洲nl’铭几二ia
la : e eo lat a (L a m b
。
) H o o k
。
)
、马尾松(P i, : : 二a : : o , ia n a L a m b . )人工林和毛竹 (P h梦llo s ra -
e入, : p动e sc e n : M a : e l e x 11 . d e L e h a ie ) 林 。 : L壤属于低山丘陵黄红壤类型 , 质地 为 爪
壤上 , :仁层和 腐 殖 质 层较薄 , 粒状、 块状结构 , 酸性 , 成土母质主要是页岩或页岩的变质
岩类 。
1
.
2 研究方法
于1 9 8 4年 , 先后设置 2 个 2 年生杉木林小集水区和 2 个坡面径流场。 小集水区面积分别
为1 . 6 3 h a (凡 1 )、 0 . 6 3 h a (阮2 ) 。 集水沟为南北走向 , 平均坡度1 5 。一 2 0 。 , 杉木林郁闭度
为 。. 7 。 为了 研究采伐 森林对径流的影响 , 对集水区 孤 2 观测 3 ~ 4 年后 , 1 9 8了年 进 行 皆
伐 , 火烧整地 , 重新栽植杉木 , 并与集水区凡 1 进行同步对照观测。 在 2 个集水沟 沟 口设有
顶角为30 。 、 45 “的三角形薄壁堰 , 用自记水位计 , 测定水位的 日变化。
皆伐迹地坡面径流场(嘛 3) 面积为 10 m x 20 m , 在坡的中部 , 坡向西北 , 坡度 43 0 30 ‘ ,
1 98 1年采伐 , 火烧整地 , 植被盖度 10 0 % 。 为了解当年火烧、 除草对坡面径流的影 响 , 1 9 8了
年冬 , 又进行了一次除草、 火烧整地 , 并栽植杉木林 。
2 2年生马尾松林径流场(凡 4 )面积为10 m X 20 m , 在坡的上部 , 坡向北偏东 , 坡度 15 。 ,
林下植被盖度30 % 。 在坡面径流场的下方 , 建有集水槽 , 径流经集水槽汇入测流堰箱内 , 采
用体积法测定径流。
本文于 19 9 1年1 2月 4 日收到 。
* 王建军、 刘和文乡加侧试工作 。
3 期 马雪华等 : 杉木、 马尾松人工林径流特征的研究 2 85
2 研究结果与分析
2
.
1 影响径流形成和变化的主要因素
降雨量和降雨强度对流域径流的形成和变化都有直接影响 , 降雨量的多少决定着径流量
的大小 , 降雨强度对一次降雨径流的形成过程影响较为明显汇’l。
1 9 8 4~ 1 9 8 9年试验区降雨量的测定结果见表 1 。 年平均降雨 量1 5 05 m m , 以 4一 6 月最
多 , 多年月平均值为 2 0 0一2 2 0 刀q rn , 7 、 8 月次之 , 为2 2 2 ~ 1 3 0 m m , 9 、 1 0月再次之 , 为
94 一 10 o m 扭 。 n 月至次年 1 月为全年雨量最少月 , 为 29 . 20 一 75 . 16 m m 。 不 同雨强的季节
分配状况 (表 1 )说明 : 以 4 一 7 月雨强较大 , 特别是 6 月 , 雨量多 , 雨强大 , 产 流 次数 较
多 , 产流大多集中在 5 ~ 6 月 。 其他月的雨量少 , 雨强弱 , 无径流 , 偶尔也有 1 ~ 2 次产流
现象 。 产生径流的雨 日达 2 一 3 日, 其总雨量为 50 ~ 12 0 m m , 最大 日降雨量达 50 ~ 60 m m 。
雨强频度的分配 : 以雨强0 . 0 01 一。. 0 39 m m / m hi 的频度最 大 , 为 60 . 43 4 % , 其 次 是 0 . 04
~ 0
.
0 9 9 m m / m in
, 为2 4 . 8 6 % 。 能引起径流的雨强为大于 o . z m m / m in , ) o . l m m / m in
的雨强频度为14 . 70 % (表 2 )。
表 1 降雨量及不同雨强出现次数的季节分配 (山 一「杯场 , 1 9 8连一 1 98 9年 )
雨 强 (m m / m in )
月
(m m ) 0
.
0 0 1 ~ 0
.
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.
0 1 ~ 0
.
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.
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.
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1 00
1 0 0
0
0
Q
表 2 不 同 雨 强 频 度 的 分 配 ( 山下林场 , 1 5 5 4 ~ 1 0 5。年 )
雨 强 ( m m / m i n ) 0 . CCI ~ 0 . 0 0 9 0 . 0 1 ~ 0 . 〔忿9 0 . 0 4~ O . C5 9 0 . 心6 ~ 0 . 0 9 9 0 . 1 ~ 0 . 4 9 》 0 . 5 0 合 计
平均出现次数
须 度 ( % )
丽丁 量 ( m m )
4 3
.
6 0
1 5
,
2 6 6
6 0
.
2 C2
12 9
.
0 0 3 4
.
0 0 3 7
.
0 0 忿6 . 0 0 6 . 0 0
4 5
.
1 6 8 1 1
.
9忿5 1 2 . 9 5 5 1 2 . 6 C5 2 . 1 0 1
4 40
.
9 7 5 业1 毖 . 7 1 5 2 5 1 . 3 4 0 乙5 6 . 69 3 1 8 2 . I C9 1 5 C5 、 0 3 9
林地产流受降雨状况 、 土层厚度及土壤水文一物理性质的影响 。 本区林地土层较薄(0 一
60 c m )
, 土壤的蓄水 、 渗水性能较差[z] 。 土壤表层 ( o 一10 c m )的有机质含量小 , 其平均含
量为2 。。31 % 。土壤的上层 ( 0 一 10 c m )为团粒结构 , 中、 下层为块状结构 , 较紧实 。 人工林
的土壤容重为O。 7 ~ 1 。35 , O~ 10 c m 土层的孔隙度为6 。 91 % , 其中毛管孔隙度为 56 。 94 % ,
林 业 科 学 研 究 5卷
非毛管孔隙度为9 。 97 % 。 土壤的稳渗率为3 . 18 ~ 5 。 37 m m / m in 。 0 ~ 50 c m 深度 的 土 壤最
大持水量为2 6 6 . 0 0~ 3 0 5 . 3 7 m m , 毛管持水量为2 2 3 . 9 1~ 2 5 2 . 9 2 m m , 非毛管持水量为 4 2 . 5 9
~ 5 2
.
4 5 m m
。 各林地土壤含水率没有显著的差别 , 一般含水率为 21 %~ 32 . 8 % 。 0~ 50 c m
土壤多年平均蓄水量以杉木林最高 , 达 142 . 5 97 ~ 1 4 4 . 4 82 m m , 其次是马尾松林 , 为1 3 8 . 4 79
m m
, 皆伐迹地最低 , 达 13 4 . 2 2 0 m m [之J。
由于本区的人工林多为中、 幼龄林 , 根系浅 , 林下植被盖度低 , 林地拦蓄水分 性能 较
差。 2 年生人工杉木林的郁闭度为0 . 65 , 。. 89 时 , 月平均林冠截留率分别为1 5 。。% , 17 . 56 % 。
郁闭度。. 6的马尾松林的林冠截留率为 1 0 . 28 % 。 杉木 林 的 平 均 树 干 茎 流 率 为0 . 98 %一
1
.
2 7 %
, 马尾松林为1 。 4 0 % [ 3 ] 。
现采用的传统的火烧全垦整地方式及在幼林郁闭前采用的除草 、 松土等抚育 措 施 的 结
果 , 使表层土壤和植被多次遭受扰动破坏 , 加剧了林地的水土流失 , 促使林地土壤养分含量
减少 , 地力衰退 。
2
·
2 林地径流
由于本试验区为低丘山地 , 地形切割程度小 , 集水区内地下径流不甚丰富 , 主要是间隙
性的降雨径流类型 , 多为表层流 , 即以浅层壤中流和坡面径流为主 , 只有当连续降雨数 日(2
~ 3 日) , 降雨总量高达数十至近百毫米时才开始产流 , 这种产流为历时 ·民, 强度低的降雨形成
的蓄满产流 , 以壤中流为主 , 如 19 8 9年 5 月15 日10 时开始降雨 , 15 ~ 16 日降雨量达 6 8 . 3 m m ,
雨强为。. 037 m m / m in , 5 月16 日1 2 、 16 时 , 两个小集水区的径流量达最高峰。在相同的降雨
条件下 , 杉木林小集水区味 1的径流总量大于 1 9 8 7 年冬皆伐迹地小集水区 凡2 , 且洪峰出现
时间晚 , 峰值低而平缓 , 径流持续时间长 , 径流过程较缓和(图 1 )。 这是由于杉木人工林具
有调蓄水分功能所致。在短历时 、高强度的暴雨条件下 , 有时也可能出现以坡面径流为主的超
渗产流。 如 1 9 5 7年 5 月 2 日1 4~ 15时 , 雨量高达 6 3 m m , 雨强为1 . o2 5 m m /m in , 1 4时 1 5分
径流迅速增至最大值为 34 . 38 m m , 径流变化过程表现得很剧烈 , 峰值陡起 、陡落(图 2 ) 。
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1 98 9 年 5 月 15 fl
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图 1 小集水 区降雨径流过程 (蓄满产流 )
N 0
.
1 : 衫木林 小集水区 , N 0 . 2 。 皆伐迹地 集水区
(图 2 . 图 3 的图注同图 1 )
1 4 1 8 2 2
l :‘8 7 年 5 ; J Z 日
2 6 1 0 1 4 1 8 ( 卜)
5 月 3 口
图 2 杉 木人工林小集水 区径流过程 (超渗产流 )
3 期 马雪华等 : 杉木、 马尾松人工林径流特征的研究
人工杉木林、 马尾松林林地的径流量较小。 森林小集水区多年平均年径流量为15 . 6 48 ~
3 1
。
1 4 8 m m
, 年平均径流系数为1 。 2 45 % 一2 . 5 37 % 。马尾松林的坡面径流量为 1 。 17 3 m m , 年
平均径流系数为0 . 08 4 % , 皆伐迹地的坡面径流量为3 . 0 37 ro r。 , 平均径流系数为0 . 2 15 % 。
皆伐迹地的坡面径流量较有林地大。 随着森林植被的逐渐恢复 , 地表径流量逐渐减小。 因此 ,
伐后如能杜绝多次的除草松土 , 使林地保持一定的植被覆盖率 , 对防止林地的水上流失具有
重要意义 。
2
.
3 径流的季节变化 。一加切印5010八任日甘阂健世
亡‘以居即径流量的大小主要受降雨量多少制约 ,森林覆被状况对产生径流量的大小具有一定的影响 。 多年测定表明 : 本区林地的径流量随着降雨量季节分配的影响而产生变 化 (图3 ) 。年平均最大径流量产生在 4 ~ 6 月 , 有时也出现在千季 。 次最大径流量 为 2 . 1 60 一2 4 。 5 5 7 m m , 最 大 径 流 系 数 为 3 . 0 了%一3 1 。 3 5 % , 最大坡面径流量 为 0 。 9 5 4 ~ 1 . 0 9 5m m , 最大径流系数为1 . 0 5 4 一 %一 2 . 6 4 % 。 1 1月至次年 1月径流量最小 , 径流量为。. 02 6 ~
0
.
1 17 m m
, 几乎不产生径流。 其他月的径流
量介于上述二者 之 间 , 径 流 量 为 1 . 4 8 一
2
.
5 10 rQr n , 径流系数为 1 . 3 3 0 % ~ 2 . 3 5 0 % 。
2
.
4 降雨量与径流量的回归关系
以降雨量( x )为自变量 , 径流量 ( 万 )为
因变量 , 将实测的降雨量按其数量大小划分
若干数据组 ( O ~ 10 I n n l , 10 一20 rO I n , ⋯ )
1 0 11 12 (有,
图 3 衫木人工林小 集水 区降雨量和径流量的季节变化
取各数据组的算术平均值为样本值 , 同时 , 将与降雨量相对应的径流量作同样处理 , 然后把
样本值 (x , 妇进行多种回归拟合 , 最佳回归式为夕= ab ‘ , a 、 b为参数 (图 4 )o
从降雨一径流指数曲线回归 式说明 : 不同林地降雨一径流回归式的主要差别表现在参数
a 值大小 , b 值的差异很小。 a 值的差异主要由林地的不同森林植被覆被率 , 土壤水文一物理
性质及地貌等因素所致 。 图 4 表明 , 当降雨量不大时 , 径流模数随雨量增加的递 增 率较 缓
慢 , 当降雨量达到一定值时 (3 0~ 50 r n n l ) , 其递增率迅速增加 (呈几何级数增加 ) , 最后 , 降
雨量增至极限值时 , 径流几乎成直线急剧上升。 不同年代皆伐迹地的降雨一径流指数曲线回
归式说明 , 伐后 1 一 2 年的皆伐迹地回归式中参数 a 值 较 伐 后 3 一 4 年 大 3 倍 多 , 这 说
明 , 随着采伐时间的延伸和植被的恢复 , 皆伐迹地的径流量逐渐减小。 另外 , 马尾松林林地
坡面径流与皆伐后 3 一 4 年的迹地径流相接近 , 主要是马尾松林的郁闭度较低 (。. 3一。. 4) 。
林下植被稀少 , 其凋落物不易分解 , 土壤水文一物理性质较差的缘故。
288 林 科 学 研 究业k 5 卷
8
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降雨最 (m m ) }午雨址 ( m m )
图 4 降雨篮与径流童的指数曲线
滩1 、 沌 2 : 杉木人工林小集水区 , 沌3 : 皆伐迹地径流场 , 怕4 : 马尾松林径流场
3 结 论
一试验区林地产流多集中在雨季的 5 一 6 月 , 产流时的雨量一般高达 30 ~ 50 m m , 雨强超
过。. 1 m m /m i n , 以蓄满产流为主 。暴雨时 , 有时也出现超渗产流的特点。径流多为表层流(地面
径流和浅层土壤径流) 。 径流量较小 , 小集水区多年平均年径流量 为 15 . 6 48 ~ 3 1 . 14 8 m m ,
年平均径流系数为 1 . 24 5 %一 2 . 53 7 % , 次最大径流量为2 。 16 ~ 24 。 5 8 7 m m , 最大径流系数为
3
.
0 7 % ~ 3 1
.
3 5 ,石。
降雨量与径流量的最佳回归模型为, = 动 , 。
皆伐后 , 加大了坡面径流量 , 减少了土壤径流量 , 使小集水区的径流过程变得 更 加 剧
烈 , 从而削弱了林地调蓄水分的功能 。
参 考 文 献
河北 、 上海 、 吉林师 范大学地理系合编 . 普通水文学 . 北 京 . 北京高李教育出版社 , 19 7马. 79 一 90 。
马雪 华 , 杨光渔 . 杉木 、 马尾松人工林土城物理性质及水分 含t 变化的研究 . 林业科学研究 , 1 9 9。, a( 1 ) : “~ 68 .
杨茂瑞 . 亚热带杉木 、 马尾松人工林的林内降甫 、 林冠截留和树干茎流 . 林业科学研究 , 1 9 9 2 , 5( 2) : 15 8 ~ 16 2 .
3 期 马雪华等 : 衫木、 马尾松人工林径流特征的研究 28幽
A S to d 夕 o n C ha r a e te r is tfe s o f R u n o ff in F o r e st P la n ta tio 。
o f C u o n in g ha o fa la n c e o la ta a n d P in u
s o a s s o n ia n a
M a X 往e h u a Y a n g Ma o r u i L iu Y o n g m in
(T 石e R e s e o r e、h I o s tfto te o f F o r e s tr g C 刀F )
A b st r a e t In 2 9 8 4一 1 9 9 0 , Pr e e iPita tio n , r u n o ff a n d 5 0 11 m o is tu r e in th e
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心心佗心会屯佗心会各会心会各公心佗心骨各会心今乙会乞令心骨毛匀心公心会各骨乙会七会各会各骨毛会毛会心骨心会乙佗心会各今乙会毛弓心会毛会各骨各会各今乙金毛会乙会心
“笋竹两用丰产林培育和加工利用 ”通过鉴定
国家星火计划项 目《笋竹两用丰产林培育和加工利用》, 由中国林科院亚热带林业实验中心和亚热带 林
业研究所共同承担 , 经过四年多的共同努力 , 较好地完成预定任务。 3 0 0 0亩笋竹两用丰产林 的 培 育 , 亩
均竹材产量达 1 7 4 7 k g , 竹 笋 产量 达 1 85 。 6 k g , 分 别比预定合同指标增加 2 9 . 4 %和 9 . 2 % , 超 过 国 内
同类竹林生产水平 。 竹笋加工主要是开发软包装保鲜笋和软包装方便笋 , 7 个产品 , 色泽、 质量 、 保存 期
皆达到出口标准。 通过技术开发 , 筛选了较好的加工工艺流程 , 找出了较佳的技术参数以及方便笋 的调味
配方 。 共创经济效益20 0余万元 。
出席验收、 鉴定会的有关专家一致认为本成果达国内先进水平 。
(中国林科院亚热带林业实验中心 郑义和 李宜丽)