赵鸿雁，吴钦孝，从怀军 （中国科学院、水利部 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100） 提　要　用定位观测的方法研究了人工油松林枯枝落叶的截流量及其截留的动态过程。结果表明，黄土高原人工油松林枯枝落叶的截流量年均为 49.3mm，截留率为 12.5%。枯枝落叶截留的动态过程受大气降水和环境因子的影响较大，也与其自身湿润程度有关。在次降水过程中，其截留的过程是当降水开始时，截留量增加迅速；降水持续到一定时间后，截流量的增量变小，达到最大值后，截流量在此处上下增减。枯枝落叶截留的动态过程可用直线和正弦函数的组合描述，且该函数能揭示枯枝落叶截留的生物学特性和环境因素对其过程的影响。该模型在计算森林水文及其水土保持效应评价中有广泛的应用前景。 关键词　黄土高原；人工油松林；枯枝落叶；截留；动态过程 中图分类号　S715.3 文献标识码　A 文章编号　1000－3037(2001)04－0381－05 　　森林枯枝落叶层在保持水土，调节洪枯径流和地表、地下径流比例，延长洪水历时，改良土壤理化性质等方面具有重要的作用。长期以来，国内外学者对枯枝落叶层的多种功能进行了有意义的研究，取得了许多重要结果[1～3]。近年来，国内在营造水土保持林和水源涵养林中，认识到枯枝落叶层在上述各方面所发挥的积极作用，从而对枯枝落叶层水文水保功能的研究进入到一个新的阶段[4～6]。枯枝落叶层的诸多功能不仅是相互联系的，而且对次降雨事件来说同时又是相互制约和相互促进的。国内外在枯枝落叶截流量的总量方面的研究较多，对枯枝落叶截留的动态过程的研究极少，尤其是在野外对次降水的截留过程的研究未见报道，而枯枝落叶截留的动态过程对正确评价森林涵养水源及其环境效应又是不可缺少的重要指标，同时又对产流产沙的过程有深刻的影响。因此，研究枯枝落叶的截留过程对正确评价森林水文效应及其水土保持功能有重要的意义。 1 试验区概况 　　试验在宜川县铁龙湾林场森林水文和水土保持试验站完成。该区地处黄龙山东缘，海拔 800～1200m, 年平均气温 9.8°C，年平均降水量 574.4mm，土壤为灰褐色森林土，地带性植被属落叶阔叶林。供观测的人工油松林为 1963 年植造，分布于东、北、西北坡，初植密度为 6000 株/hm2，1983、1992 年进行过抚育间伐，目前每公顷保留 1800 株，平均树高 11～13m，胸径 12～15cm，林地枯枝落叶厚 2.0～3.0cm，郁闭度 0.8。 2 研究方法 　　在生长适中的油松林内和林外放置自计雨量计，在林内雨量计的承雨口上放置与其直径一样大小的铁圈纱网，再在其上铺设与林地一样厚 (2.0cm) 的原状枯枝落叶，次降水时测定林内外的降水量，计算枯枝落叶的截流量；截留的动态过程用自计雨量计测定。 3 结果分析 3.1 枯枝落叶层的截留量 　　枯枝落叶层的截留量与枯枝落叶的数量有直接的关系，也与枯枝落叶分解的程度有关，分解程度高，吸收、截留的量大；反之，则小。除此之外，枯枝落叶层的截留量，还与当时的气象条件、干湿程度以及降水特征等有关。 　　由表 1 可见，人工油松林枯枝落叶层年均截留量为 49.3mm，占大气降水的 12.5%。年内截留量的变化主要受降水和由气象条件变化引起自身湿润程度的影响。 表 1 人工油松林枯枝落叶层截取留量的月变化 Table 1 The monthly dynamic process of the litter interception 　　 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 合计 1995 大气降水 　　 　　 6.4 22.5 30.1 24.2 66.1 114.8 25.2 12.7 　　 　　 302.0 枯枝落叶层截留 　　 　　 1.8 2.6 5.3 2.7 3.5 14.2 6.3 0.6 　　 　　 37.0 1997 大气降水 3.9 7.8 23.4 16.3 11.8 0.3 131.6 31.3 81.0 11.0 14.4 0.0 332.8 枯枝落叶层截留 2.5 2.2 3.3 2.7 2.2 0.0 7.1 5.3 5.0 2.0 7.8 0.0 40.1 1998 大气降水 1.6 0.0 23.8 21.1 130.8 26.0 182.9 91.6 40.9 15.5 0.0 0.0 534.2 枯枝落叶层截留 0.7 0.0 12.2 5.8 7.7 9.2 11.6 9.5 3.2 2.3 0.0 0.0 62.2 1999 大气降水 0.0 0.0 19.7 53.1 44.0 66.1 89.7 23.1 71.7 29.8 3.0 0.0 400.2 枯枝落叶层截留 0.0 0.0 5.2 8.6 7.0 4.9 7.1 5.0 7.7 7.5 0.4 0.0 53.4 4 年平均 大气降水 1.8 2.6 18.3 28.3 54.2 29.2 117.6 65.2 54.7 17.3 5.8 0.0 395.0 枯枝落叶层截留 1.1 0.7 5.6 4.9 5.6 4.2 7.3 8.5 5.6 3.1 2.7 0.0 49.3 截留率 (%) 61.1 26.9 30.6 17.3 10.3 14.4 6.2 13.0 10.2 17.9 46.6 0.0 12.5 3.2 枯枝落叶层截留的动态过程 　　由人工油松林枯枝落叶层截留过程可见（表 2），其截留不仅与降水历时有关，而且主要和林内降水量有关。枯枝落叶截留过程截流量的大小随降水历时的增加呈增加的态势，降水开始时，枯枝落叶干燥，吸水量大；达到一定程度后，枯枝落叶的吸水量进入到其细胞的内部，此过程缓慢，吸水量的增加较小；并且枯枝落叶的截流量受降水雨滴的影响，大雨滴打击枯枝落叶后，使已经截留的降水又掉落到林地，尔后截流量又继续累积，且往复该过程；只有其细胞内部的吸水受雨滴的影响较小。枯枝落叶内部的吸水较小，外部的截流量累积迅速，使得该过程呈现出波动状态，表明其截留的规律受它的生物特性的影响；也受外部条件的制约。根据其截留过程的分析得出，枯枝落叶层截留的动态模型可用下列函数表示：Il =alt＋blPfsinclt 式中：Il 表示枯枝落叶层时段截留的累计量；t 为降水历时；Pf 表示林内降水量；al，bl，cl 为参数。 表 2 人工油松林枯枝落叶层的截留过程 Table 2 The processes of the litter interception of artificial pine forest 降水历时 (h) 大气降水量 (mm) 林内降水量 (mm) 枯枝落叶层下降水量 (mm) 枯枝落叶层截留量 (mm) 降水历时 (h) 大气降水量 (mm) 林内降水量 (mm) 枯枝落叶层下降水量 (mm) 枯枝落叶层截留量 (mm) 次降水 I 　　 1 0.8 0.0 0.0 0.0 11 24.3 19.8 14.9 4.9 2 2.4 0.9 0.0 0.9 12 26.8 22.0 17.1 4.9 3 5.5 3.4 2.2 1.2 13 28.5 23.0 18.8 4.2 4 6.3 4.1 2.7 1.4 14 28.6 23.6 19.2 4.4 5 8.1 5.1 3.2 1.9 15 28.9 24.9 19.4 5.5 6 10.1 6.6 4.0 2.6 16 30.4 26.6 20.9 5.7 7 13.5 9.4 7.0 2.4 17 31.9 27.8 22.0 5.8 8 15.2 11.0 8.9 2.1 18 34.4 29.6 24.6 5.0 9 15.8 13.0 9.4 3.6 19 35.5 30.8 24.9 5.9 10 19.8 17.0 12.2 4.8 20 36.1 32.0 25.3 6.7 次降水 II 　　 1 0.1 0.0 0.0 0.0 16 15.1 10.3 9.6 0.7 2 0.2 0.0 0.0 0.0 17 15.7 10.6 9.7 0.9 3 0.3 0.0 0.0 0.0 18 16.3 10.9 9.7 1.2 4 0.4 0.0 0.0 0.0 19 17.1 11.2 9.7 1.5 5 0.8 0.0 0.0 0.0 20 18.0 12.3 10.2 2.1 6 2.1 0.0 0.0 0.0 21 20.3 13.1 11.8 1.3 7 2.8 0.6 0.2 0.4 22 23.8 14.9 14.2 0.7 8 6.0 1.1 0.7 0.4 23 24.3 16.9 15.8 1.1 9 7.8 3.7 3.0 0.7 24 25.9 18.8 16.1 2.7 10 10.3 5.2 4.6 0.6 25 26.1 19.9 16.5 3.4 11 11.8 7.7 6.8 0.9 26 26.1 20.5 16.9 3.6 12 12.7 9.2 8.1 0.9 27 26.4 21.2 17.3 3.9 13 12.9 9.5 8.9 0.6 28 26.7 21.2 17.5 3.7 14 13.3 9.8 9.2 0.6 29 26.9 21.3 17.6 3.7 15 13.7 10.1 9.4 0.7 　　 次降水 III 　　 1 2.8 1.2 0.0 1.2 9 30.4 26.0 21.4 4.6 2 8.3 6.4 4.1 2.3 10 33.4 28.8 24.0 4.8 3 12.6 10.6 8.0 2.6 11 36.1 30.8 25.8 5.0 4 17.8 14.8 11.8 3.0 12 43.0 36.7 30.8 5.9 5 19.4 16.2 13.0 3.2 13 45.8 38.9 32.9 6.0 6 20.8 17.5 14.2 3.3 14 46.8 40.9 34.4 6.5 7 24.5 20.7 16.6 4.1 15 47.3 41.1 35.2 5.9 8 28.4 24.1 19.9 4.2 16 47.3 41.2 35.2 6.0 次降水 IV 　　 1 1.8 0.4 0.0 0.4 8 34.8 30.0 26.0 4.0 2 18.6 14.8 12.7 2.1 9 35.6 31.4 26.8 4.6 3 23.6 18.9 16.6 2.3 10 38.1 33.3 28.8 4.5 4 27.0 22.6 19.4 3.2 11 41.7 36.8 31.9 4.9 5 29.2 24.8 21.3 3.5 12 44.4 38.5 33.9 4.6 6 32.3 27.9 24.2 3.7 13 45.0 40.2 35.6 4.6 7 34.0 29.0 25.1 3.9 　　 次降水 V 　　 1/6 14.1 11.2 8.2 3.0 2/3 27.7 21.6 17.2 4.4 1/3 24.1 19.2 15.5 3.7 5/6 28.0 22.0 17.6 4.4 1/2 27.0 21.2 17.0 4.2 1 28.6 22.4 18.0 4.4 次降水 VI 　　 1/6 0.9 0.0 0.0 0.0 2/3 20.5 16.2 11.6 4.6 1/3 10.8 7.0 5.0 2.0 5/6 25.8 20.3 15.9 4.4 1/2 17.8 12.5 9.9 2.6 1 26.5 21.0 18.9 2.1 次降水 VII 　　 1/6 1.9 0.7 0.0 0.7 2/3 15.7 13.4 9.8 3.6 1/3 9.5 6.5 3.7 2.8 5/6 16.0 13.5 11.0 2.5 1/2 13.0 9.8 6.4 3.4 1 16.4 14.8 12.8 2.0 次降水 VIII 　　 1/6 2.0 0.3 0.0 0.3 5/6 8.4 4.8 3.4 1.4 1/3 4.6 2.7 0.3 2.4 1 9.8 5.9 4.0 1.9 1/2 7.0 3.3 1.3 2.0 7/6 10.7 7.5 5.6 1.9 2/3 8.3 4.0 2.9 1.1 4/3 13.0 8.6 7.3 1.3 　　为了减小误差，提高模型的预测精度，在实测数据的基础上，采用灰色系统理论中建模时的数据处理方法，将每个时间段中的枯枝落叶层截留量，按顺序依次累加，求出某时段末枯枝落叶层截留的总量，然后进行拟合。拟合后的参数及显著性检验见表 3。由于该模型是线性和正弦函数的组合，线形过程代表其内部截留（生物学吸水）的变化趋势；正弦函数表示外部（环境影响）截留的变化特点，因而该模型能够反映枯枝落叶截留的真实过程。用显著性和适应性检验，该模型能准确描述不同降雨类型的枯枝落叶截留动态过程。 表 3 人工油松林枯枝落叶层截留动态过程参数值 Table 3 The constant value of litter layers 项目 　　 a b c n R R2 I Il 0.694 0.753 0.229 6 1.000 0.999 II Il 1.666 -0.026 0.778 8 0.995 0.980 III Il 1.075 141.351 0.001 6 0.999 0.997 IV Il -0.191 0.978 0.170 6 0.999 0.997 V Il -0.431 1.625 0.071 13 0.999 0.998 VI Il 3.490 -0.283 0.284 16 0.999 0.997 VII Il 0.472 169.469 0.001 20 1.000 0.999 VIII Il 0.736 0.241 -0.849 29 0.869 0.759 4 结论 　　(1) 人工油松林枯枝落叶 4 年平均截留量为 49.3mm，截留率为 12.5%； 　　(2) 人工油松林枯枝落叶截留的动态过程为降水开始时，截留量增加，降水量达到一定程度后，截留量达到最大值，降水继续时，截留量增加的量减小，截留量一直在此处波动； 　　(3) 人工油松林枯枝落叶截留的动态过程可用线性和正弦函数的组合来描述，而且该模型有良好的预测精度，能够反映枯枝落叶截留的实质，在水土保持效益评价中广泛应用。 参考文献 1Asdak C, Jarvis P, Gardingen P V. 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