南瓮河自然保护区落叶松林内降雨分配研究

马吉军，赵希宽，韦昌雷，刘学爽，王立中

(1.黑龙江南瓮河国家级自然保护区管理局，黑龙江 大兴安岭 165000;2.大兴安岭林业集团公司农业林业科学研究院，黑龙江嫩江源森林生态系统国家定位观测研究站，黑龙江 大兴安岭 165000)

穿透雨、树干径流和树冠截留在森林生态系统水文循环和水量平衡中占有极其重要地位［1］，因而从生态学、生理学和水文学的观点来看，研究一定区域内植被与降雨之间的相关性具有重要意义［2］。本文通过对黑龙江南瓮河国家级自然保护区的兴安落叶松林降雨量、穿透雨和树干径流的观测，探讨该地区林分对降雨分配特征的研究，以进一步对该地区的水量平衡提供一些基础数据，也为正确评价该流域森林水文生态功能提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究地概况

黑龙江南瓮河国家级自然保护区位于大兴安岭东部林区东南部，大兴安岭支脉伊勒呼里山南麓，北以伊勒呼里山为界，与新林林业局相邻，东以二根河为界，与呼玛县林业局相望，南与加格达奇林业局毗邻，西与松岭林业局接壤。地理坐标为125°07'55″—125°50'05″ E，51°05'07″—51°39'24″ N。南北长约72.7 km，东西宽约57.3 km。地势北高南低，西高东低，海拔一般为500 ～800 m，最低海拔370 m，最高1 044 m。保护区地处寒温带，属大陆性季风气候。冬季严寒干燥，夏季温暖多雨。年平均气温－3 ℃。极端最低温度－48 ℃，最高温度36 ℃。大于10 ℃的年积温在1 400 ～1 500 ℃，年平均降水量为500 mm。5月下旬开始进入无霜期，延续到9月上旬，为时90 ～100 d，植物生长期较短。5—6月因蒙古草原风的作用，蒸发量为降水量的2 ～2.5倍，形成云雾少、日照强、温度低的气候特点。7—8月集中降雨，形成有利于植物生长条件。但因冻土层的普遍存在，使土层透水性极差，降水大多滞留于地表，形成广泛分布的沼泽植被。9月末10月初开始降雪，消融时间为次年4月下旬至5月上旬，稳定积雪覆盖日数可达200 d 以上，最大积雪厚度30 ～40 cm。主要植被类型有兴安落叶松、白桦和蒙古栎。

1.2 样地

选取一块面积为600 m2(30 m ×20 m)的标准样地，位于阳坡，坡度15°，主要树种为兴安落叶松，占90%以上，林下以草本为主，有少量灌木。采用每木检尺的方法测量样地内树木的胸径、树高和冠幅等。

1.3 穿透雨和树干径流的测定方法

将白铁皮制作的集水槽(表面积1 m ×0.2 m)用清水处理干净，然后在样地内随机安装5 个集水槽，在林外约50 m 处安装自记式雨量筒作对照。为避免灌木和草本的影响，集水槽和雨量筒安装在距地面50 cm 处，集水槽要有稍微的坡度，便于雨水流出，出水口通过软管连接10 L 的塑料桶。为避免枯枝落叶对测量结果的影响，降雨前把集水槽内清理干净。

根据径级分布，选取5 株标准木测定树干径流。用防潮垫截取宽为20 cm 左右的长条，边缘要裁成斜度，用铁丝将其围在胸径处，低边与树皮接触，然后用玻璃胶密封树干与防潮垫的缝隙，防潮垫接口处放上软管，软管同样裁成斜口，低面接触树木，与防潮垫地面相平，在软管下方链接自记式雨量筒。

每次降雨后及时记录测量桶的水量和雨量筒的数据。样地内得的值为穿透雨T，对照雨量筒的为总值P，根据每次降雨测定径流平均值作为林内总径流量S。利用公式I=P－T－S 计算林冠截留量。

2 结果与分析

2.1 降雨强度和次数

观测时间为2012年 6月 15日—9月 25日，共记录27 次，平均每3.7 d 就有一次降雨，总降雨量为216.6 mm，平均每次降雨为 8.02 mm，降雨强度在2 mm 以下的次数最多，占总降雨次数的29.6%(图1)。本地区主要是小雨(日降雨量≤10 mm)和中雨(10m ＜日降雨量≤30 mm)，大雨(日降雨量＞30 mm)次数为1 次。其中小雨占总降雨次数的74.1%(表1)。

图1 不同雨量降雨次数

2.2 穿透雨的变化特征

由表1 可知，降雨量和降雨强度越大，穿透雨越大，而且穿透雨率也在增加。根据回归方程，取R2最大值做最佳回归模型，结果表明，降雨量P 与穿透雨T 之间呈线性关系，其方程式:P =0.639 8 T－0.597(R2=0.999 3)(图 2)。但应用于 ＜0.93 mm降雨时，穿透雨出现负值，这是由于降雨小于0.93 mm 时，林冠没有充分湿润。

表1 各雨量级分配

图2 降雨量与穿透雨之间的关系

2.3 树干径流的变化特征

径流主要取决于林分特征和降雨特征。由各径级径流量的分析得知，兴安落叶松林径级越大其径流量越大，总树干径流量占总降雨量的20.6%，其主要径流集中在中雨和大雨时各占 7.1% 和13.5%。说明影响径流变化的主要因素取决于降雨量的大小，降雨量越大，径流越大。

2.4 树冠截留的变化特征

林冠截留在森林生态系统水文循环和水量平衡中占重要地位，受降雨特征、树种组成、林冠特征、降雨前林冠润湿度、风速、地形等多种因素的影响［3］。研究结果表明，该林分的树冠截留随降雨的增加而减少，林冠截留占总降雨量的5.5% ～100% (表1)。通过回归方程，取最佳回归模型，结果表明降雨P 与截留S 呈多项式关系，方程式为P= －0.014 4 S2+0.505 S+0.097 9(R2=0.880 9)(图 3)。

图3 降雨量与截留量之间的关系

3 结论

3.1 研究表明，黑龙江南瓮河国家级自然保护区观测期间总降雨量为216.6 mm，穿透雨为121.6 mm，占总降雨量的56.2%。树冠截留量为62.5 mm，占总降雨量的28.8%。径流量为32.5 mm，占总降雨量的15%。

3.2 随着降雨量增加，穿透雨和径流量增加，树冠截留量减小;随着冠层减少，穿透雨和径流量增加，树冠截留量减少。

3.3 用回归方程表示降雨量与穿透雨和树冠截留量的相关关系，线性方程能较好地表示降雨量与穿透雨关系，多项式方程能较好表示降雨量与树冠截留的关系。

3.4 树干径流量取决于降雨量、降雨强度和树冠特征。

［1］曹群根.毛竹林冠层对降水的截留作用［J］.福建林学院学报，1991，11(1):37 －43

［2］巩合德，王开运，杨万勤，等.川西亚高山原白桦林穿透雨和茎流特征观测研究［J］.生态学杂志，2004，23(4):17 －20

［3］巩合德，王开运，杨万勤，等.川西亚高山原始云杉林内降雨分配研究［J］.林业科学，2005，41(1):198 －201