魏宏征,肖戰(zhàn)峰,何小軍,李世軒,佘占軍

(1.甘肅省子午嶺林業(yè)管理局合水分局,甘肅 合水 745400；2.甘肅省子午嶺林業(yè)管理局合水分局蒿咀鋪林場(chǎng),甘肅 合水 745405)

子午嶺位于黃河中游,其森林生態(tài)系統(tǒng)為黃河流域主要水源涵養(yǎng)林區(qū),也是黃土高原目前保存較好的一塊天然植被區(qū)和重要的生態(tài)公益林。子午嶺甘肅段位于黃土高原甘肅省東部慶陽市境內(nèi)。子午嶺林區(qū)既是涇河、洛河兩大水系的分水嶺,又是這兩大水系的發(fā)源地和補(bǔ)給區(qū),也是陜西和甘肅兩省的分界線,被譽(yù)為隴東大地的“生態(tài)安全屏障”、黃土高原的“天然水庫”。甘肅子午嶺林區(qū)總經(jīng)營面積 488 790hm2,其中:森林面積318 715.93hm2,活立木總蓄積1 605.28萬m3,森林覆蓋率65.21%。其較完備的森林生態(tài)系統(tǒng)在該區(qū)域內(nèi)發(fā)揮著水土保持、水源涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣及生物多樣性平衡等至關(guān)重要的作用。在干旱半干旱地區(qū),生態(tài)環(huán)境問題的核心是水資源的有效保護(hù)和合理開發(fā)利用[1],而水源涵養(yǎng)林對(duì)減緩水土流失、維持流域水量和水質(zhì)起著非常重要的作用[2]。本次研究的水源涵養(yǎng)是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)功能之一,它主要體現(xiàn)在林冠層、枯枝落葉層及土壤層對(duì)水分的調(diào)蓄與再分配等功能上[3]。因此,該實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)只從不同森林類型樹冠截持、地表徑流、枯落物持水量和土壤含水量等方面對(duì)涵養(yǎng)水源能力(僅從水量方面進(jìn)行探討,不作水質(zhì)方面的研究分析)影響的差異性,進(jìn)行綜合分析研究,以期為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)、修復(fù)和造林綠化樹種合理配置提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位于甘肅省子午嶺林業(yè)管理局合水分局蒿咀鋪林場(chǎng)的三官橋營林區(qū)12林班58小班和11小班內(nèi),地理坐標(biāo)為北緯36°04′42.32′′,東經(jīng)108°20′32.53″。蒿咀鋪林場(chǎng)經(jīng)營總面積為25 480hm2,其中:森林面積15 759.95hm2,活立木總蓄積為64.62萬m3,森林覆蓋率為61.85%。境內(nèi)分布有大面積的天然次生林和人工林,常見的主要樹種有油松(Pinustabuliformis)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)等常綠針葉純林以及遼東櫟(Quercuswutaishanica)、山楊(Populusdavidiana)、小葉楊(Populussimonii)、白樺(Betulaplatyphylla)、茶條槭(Acerginnala)等天然落葉闊葉混交林；天然生長灌叢以胡枝子(Lespedezabicolor)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、西北栒子(Cotoneasterzabelii)為主；草本以蒿類(Artemisiaspp)、羊茅草(Festucasp.)為主。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)屬于涇河水系,暖溫帶半濕潤區(qū),實(shí)測(cè)年均降雨量690.8mm,年均氣溫10.8℃；土壤種類以森林灰褐土為主,有機(jī)質(zhì)含量較高。

2 研究材料與方法

2.2 研究材料

自2013年以來,甘肅省林業(yè)廳(現(xiàn)為甘肅省林業(yè)和草原局)“天?！鞭k、公益林辦共投入資金168.16萬元,在蒿咀鋪林場(chǎng),建立了“天?！惫媪稚稚鷳B(tài)效益監(jiān)測(cè)點(diǎn)。截至目前,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有:地面氣象園1處、坡面徑流場(chǎng)3處、樹干徑流觀測(cè)樣地1處、固定樣地3處、量水堰1座、觀測(cè)井1眼、小型實(shí)驗(yàn)室1處。儀器設(shè)備配有:氣象監(jiān)測(cè)類設(shè)備2臺(tái)、水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)類設(shè)備4臺(tái)、森林土壤監(jiān)測(cè)類設(shè)備3臺(tái)、土壤入滲儀1組、植物生長狀態(tài)檢測(cè)類設(shè)備3臺(tái)、數(shù)據(jù)采集類設(shè)備8臺(tái)、復(fù)合氣體檢測(cè)儀1臺(tái)、激光連續(xù)檢測(cè)粉塵儀1臺(tái)、負(fù)氧離子測(cè)定儀1臺(tái)、泥沙比重計(jì)1臺(tái)、電子天平1臺(tái)、實(shí)驗(yàn)器皿等儀器。2016年1月,正式開始按照《森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)指標(biāo)體系》(LY/T 1606-2003)、《森林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測(cè)方法》(GB/T 33027-2016)等國家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行森林氣象、水文、土壤、植物群落結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、分析和初步研究等工作。

2.2 研究方法

2.2.1樣地設(shè)置

在典型代表性的地段,通過衛(wèi)片比對(duì)和現(xiàn)地踏查取樣方法,選擇地形、流域、土壤、坡度、植被、密度等因子基本相同,枯落物層近自然狀態(tài)的針闊混交林、闊葉混交林、油松純林3種林分,在每一種林分內(nèi),分別選取3個(gè)植被類型不同的植物群落:1)喬木植被,實(shí)驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)該植物群落只有喬木樹種且郁閉度為0.6,沒有灌叢及草本植物,除油松純林由于初植密度過大,可以直接選取樣地之外,其它兩個(gè)林分類型因?qū)嶒?yàn)所需,均通過人工撫育后達(dá)到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；2)喬灌植被,實(shí)驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)該植物群落只有喬木樹種和灌叢植被,且喬木層郁閉度為0.6,灌叢蓋度為16%,沒有草本植物,該植被類型的3個(gè)樣地均通過人工撫育后達(dá)到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；3)喬灌草植被:實(shí)驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)喬灌草植被均有,且喬木層郁閉度為0.6,灌叢和草本蓋度為16%和22%,該植被類型的3個(gè)樣地可以直接選取,沒有經(jīng)過人工撫育。3種林分共建立9個(gè)監(jiān)測(cè)樣地開展實(shí)驗(yàn)研究。

2.2.2觀測(cè)方法

分別建立簡(jiǎn)易坡面徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)地表徑流量,徑流場(chǎng)四周有圍堰,下部有儲(chǔ)水槽,坡度在10°以上,寬度為5m,水平投影長20m,面積為100m2。以2cm為一個(gè)徑階,每個(gè)樣地每個(gè)徑階選3株樹形、冠幅接近平均值的標(biāo)準(zhǔn)樹,采用橫切的半環(huán)聚乙烯管,與水平面呈30°傾角繞樹干1～2周,并用橡皮泥將樹干與膠管間的空隙封嚴(yán),膠管下端接入雨量筒,通過無線傳感器讀取數(shù)據(jù)的方式,測(cè)定樹干徑流量。在9個(gè)不同類型的徑流場(chǎng)附近,選擇草層均勻(高不超過20cm)的空曠地塊,建立5m×5m的小氣候觀測(cè)站,安裝10要素氣象觀測(cè)儀(型號(hào):Vantage Pro2)獲取林外降雨量。嚴(yán)格按照《森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站數(shù)據(jù)管理規(guī)范》要求,在3株目標(biāo)樹下和1處林間空隙處沿等高線方向,分別安裝集雨槽4個(gè),監(jiān)測(cè)林內(nèi)降雨量。在徑流場(chǎng)下部通過集水導(dǎo)管,將地表徑流水、林內(nèi)降雨分別匯集到翻斗式雨量筒(型號(hào):L3,UK-YL-D)中,通過自動(dòng)雨量計(jì)(型號(hào):Vantage Pro2)和無線傳感器(型號(hào):GPRS-1),在電腦終端花生殼軟件上,自動(dòng)讀取地表徑流量和林內(nèi)降雨量數(shù)據(jù)。由于本研究對(duì)冬季降雪不做分析,因此,地表徑流量、林內(nèi)外降雨量和樹干徑流量監(jiān)測(cè)從2019年4月開始至11月底結(jié)束；由于油松純林完全落葉至第二年3月底結(jié)束,所以,枯落物及土壤測(cè)定數(shù)據(jù)在2020年3月底完成采樣監(jiān)測(cè)。

2.2.3測(cè)定與計(jì)算方法

1) 林冠截持量測(cè)定:依據(jù)樹冠截持量計(jì)算公式(式(1)),得出不同林分類型和植被類型的林冠層截持降雨量；

I=P-T-S

(1)

式中:I為林冠截留量；P為大氣降雨量；T為林內(nèi)穿透降雨量；S為樹干徑流量,單位均為mm[4]。

本次實(shí)驗(yàn)將通過大氣降雨進(jìn)入林地內(nèi)的所有降雨稱為林內(nèi)產(chǎn)水量,因此,林內(nèi)產(chǎn)水量=林內(nèi)穿透降雨量+樹干徑流。

2) 土壤侵蝕模數(shù)測(cè)算:測(cè)定一次徑流過程泥沙總量,利用式(2)計(jì)算得出土壤侵蝕模數(shù)。在不考慮樹木自身蒸騰儲(chǔ)備降雨的情況下,林冠截持降雨全部通過冠層蒸散至大氣層。

H=(10-6C)×(1000×1000)/(5×20)

(2)

式中:H為土壤侵蝕模數(shù),C為一次徑流過程泥沙總量)。

3) 枯落物層持水量測(cè)定:選擇有代表性的地塊,布設(shè)50cm×50cm的樣方,按未分解層(基本保持原有形狀和質(zhì)地的枯枝落葉)、半分解層(未完全腐化,肉眼觀察能分辨出枝葉大體形狀的枯枝落葉)和已分解層(完全腐化,通過肉眼不能分辨出枝葉形狀的枯枝落葉)分別取樣調(diào)查。現(xiàn)地調(diào)查厚度及自然含水重量平均值后,將樣品及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室,采用電熱恒溫干燥箱將樣品烘干24 h后稱重,求出自然含水率；原狀裝入細(xì)網(wǎng)尼龍袋,進(jìn)行浸水實(shí)驗(yàn),浸泡24 h后,靜置至枯落物中有極少的水滴滴出為止,稱枯落物濕重,分別計(jì)算枯落物未分解層、半分解層和已分解層持水率。計(jì)算公式[5]為:

W0=(ma-m)/m

(3)

式中:W0為枯落物層持水率(mm),ma為樣品總濕重(g),m為烘干后樣品質(zhì)量(g)。

依據(jù)式(4)推算出枯落物持水總量:

枯落物持水總量=林內(nèi)產(chǎn)水總量×(枯落物未分解層持水率+枯落物半分解層持水率+枯落物已分解層持水率)

(4)

4) 土壤容重測(cè)定:在選定的代表性地段,挖掘土壤剖面,分別在10,30,50cm和100cm處用200 cm3環(huán)刀(高5.2 cm,半徑3.5 cm)分層采樣取土,每層取樣3個(gè)(環(huán)刀內(nèi)樣品無石塊或粗根,土壤結(jié)構(gòu)不受破壞,使環(huán)刀內(nèi)土壤體積與環(huán)刀容積相等,并蓋好蓋子,寫好標(biāo)簽),帶回室內(nèi)測(cè)定。將充滿土樣的環(huán)刀,放入烘箱中在105℃下烘至恒重、稱重。計(jì)算公式為:

dv=(W-W環(huán))/V

(5)

式中:dv為土壤容重,單位g/cm3；W為烘干后環(huán)刀重+干土重,單位g；W環(huán)為環(huán)刀重,單位g；V為環(huán)刀的體積,單位cm3。

5) 土壤飽和含水重量測(cè)定:將測(cè)定土壤容重的原土樣放入水槽中,使水面高度和環(huán)刀土面相平,靜置6h后,從水槽中取出,稍置10s,使多余水流出,用干布將環(huán)刀擦干、稱重,然后再將環(huán)刀放回水槽內(nèi),放置4～5h后重復(fù)稱重,直到恒重,利用土壤容重計(jì)算公式求出土壤飽和含水重量。

6) 土壤飽和含水率計(jì)算:通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的土壤容重和飽和含水重量平均值,利用式(6)得出土壤飽和含水率。土壤飽和含水率=(土壤飽和含水重量-土壤容重)/土壤容重×100%

(6)

7) 土壤層儲(chǔ)水總量估算:本次實(shí)驗(yàn)通過各林分不同植被類型土壤飽和含水率,結(jié)合林內(nèi)產(chǎn)水量,利用式(7)估算出各林分不同植被類型的土壤層儲(chǔ)水總量。

土壤層儲(chǔ)水總量=林內(nèi)產(chǎn)水量×土壤飽和含水率

(7)

8) 地表蒸散量估算:由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)未設(shè)置蒸散儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備,本次實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定的林外降雨量-地表徑流總量-枯落物持水總量-土壤儲(chǔ)水總量,估算得出各林分不同類型的地表蒸散量。

9) 水源涵養(yǎng)量計(jì)算:水源涵養(yǎng)量為區(qū)域降水量與蒸散量之差再扣除其它消耗部分[6]。計(jì)算公式為[7]:

W=P-E-R

(8)

式中:W為區(qū)域水源涵養(yǎng)量(mm),P為林外降雨量(mm),E為地表蒸散量(mm),R為地表徑流量(mm)。

3 結(jié)果與分析

3.3 林冠層截持量

實(shí)驗(yàn)區(qū)各林分不同植被類型林外、林內(nèi)降雨量數(shù)據(jù)采集分析情況如表1所示。由表1可知,各林分不同植被類型平均林冠截持量為71.84mm,截持量最大的是針闊混交林喬灌草植被(85.42mm),最小的是油松純林喬木植被(48.30mm)。通過表1可以看出,樹冠截持涵養(yǎng)水源幾乎不受植被類型的影響,但受林分類型影響明顯,呈現(xiàn)出針闊混交林>闊葉混交林>油松純林,與林內(nèi)穿透降雨量變化完全相反,即:林外降雨量相同的情況下,林冠截持量越大,林內(nèi)降雨量越小。說明,林外降雨量通過不同林分的林冠層截持后,進(jìn)入林內(nèi)的降雨量不同。樹冠截持的部分降水少量通過樹體自身蒸騰涵蓄之外,其余全部蒸散于大氣層。結(jié)合林冠層計(jì)算方法進(jìn)一步分析可知,林冠截持量只與喬木層有關(guān),與灌草層關(guān)系不是很明顯。當(dāng)然,林冠截持量的影響因素還與降雨強(qiáng)度、郁閉度、林冠結(jié)構(gòu)、葉面積指數(shù)、風(fēng)及溫度等其它許多因素影響有關(guān)[8],本次試驗(yàn)研究的同一林分不同植被類型之間的數(shù)據(jù)差距,可能與選定樣地內(nèi)這些影響因素的微小差異有關(guān),這里不再做深入研究。

表1 各林分不同植被類型林外 林內(nèi)降雨量數(shù)據(jù)采集分析表Tab.1 Data collection and analysis of precipitation outside and within forest of different vegetation types mm

3.3 地表徑流量

植被覆蓋度的高低,明顯影響地表徑流和區(qū)域水土流失[9]。各林分不同植被類型地表徑流量數(shù)據(jù)采集分析情況如表2所示。表2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映出地表徑流量和土壤侵蝕模數(shù)既受林分類型影響,同時(shí)也受植被類型影響明顯。各林分不同植被類型全年平均徑流量為68.06 mm,土壤侵蝕模數(shù)為9.61 t/(km2·a),徑流量和土壤侵蝕模數(shù)最大的是油松純林喬木植被(162.39mm和22.99 t/(km2·a)),最小的是針闊混交林喬灌草植被(3.24mm和0.46 t/(km2·a))。分析其原因,影響因素主要是不同林分類型、不同植被群落、地表枯落物厚度和土壤結(jié)構(gòu)決定的[10]。針闊混交林喬灌草植被林冠喬木層冠幅密度大,截持面廣,進(jìn)入林地內(nèi)的林內(nèi)降雨量小,并且林下植被物種較多、總蓋度高、枯落物蓄積量大,在該種林地植被類型影響下,形成的表層土壤孔隙度大。這些因素減緩了降雨對(duì)地表的擊濺,延長了降雨進(jìn)入地表的時(shí)間和土壤入滲時(shí)間,因此,降雨在這種立地條件下,形成的地表徑流相對(duì)較小,土壤侵蝕模數(shù)很低,減少了區(qū)域水土流失。相反,油松純林喬木植被只有林冠層截持降雨,并且樹種單一,林間空隙利用不充分,對(duì)降雨攔蓄能力不足,加之地表缺少其它植被緩沖,降雨直接進(jìn)入地表后,得不到及時(shí)下滲儲(chǔ)備,容易形成地表徑流和區(qū)域水土流失。

表2 各林分不同植被類型地表徑流量數(shù)據(jù)采集分析表Tab.2 Data collection and analysis of surface run off of different vegetation types

3.3 枯落物及土壤持水量

不同林分類型的枯落物蓄積量和持水量、土壤儲(chǔ)水量各不相同,并且林地水源涵養(yǎng)能力重點(diǎn)體現(xiàn)在枯落物層和土壤層上,是森林水源涵養(yǎng)的主體[11]。各林分不同植被類型持水量及含水量數(shù)據(jù)分析情況如表3所示,通過表3測(cè)定數(shù)據(jù)可以看出,枯落物層和土壤層水源涵養(yǎng)能力均受林分類型、植被類型、枯落物蓄積量及分解程度影響,枯落物已分解層持水量最大,未分解層持水量最小,針闊混交林喬灌草植被持水量最大,油松純林喬木植被持水量最小。結(jié)合枯落物厚度和土壤含水量分析可知,枯落物厚度和土壤空隙度越大,水源涵養(yǎng)能力越強(qiáng)。這是因?yàn)獒橀熁旖涣謫坦嗖葜脖豢萋湮锖偷叵赂到M成種類多,分布面廣范圍大,改善了土壤的通透性,從而增加了枯落物和土壤的含水量,加大了入滲速度,減少了地表徑流量,提高了水源涵養(yǎng)能力。而闊葉混交林喬灌草植被和油松純林喬灌草植被枯落物儲(chǔ)量不及針闊混交林喬灌草植被類型,地下根系組成種類相對(duì)較少,在這些因素的影響下,形成的表層土壤結(jié)構(gòu)比針闊混交林喬灌草植被差一點(diǎn),因此,這兩種植被類型的水源涵養(yǎng)能力比針闊混交林喬灌草植被類型差。其它植被類型在枯落物儲(chǔ)量、種類以及土壤通透性能等方面均不占優(yōu)勢(shì),尤其是油松純林喬木植被類型,灌叢稀少,地表幾乎沒有草本層覆蓋,除較少的枯落物之外,表層土壤接近裸露,土壤質(zhì)地堅(jiān)硬,林內(nèi)降雨缺少阻延,最易形成地表徑流,容易引發(fā)區(qū)域水土流失。

表3 各林分不同植被類型持水量及含水量數(shù)據(jù)分析表Tab. 3 Data analysis of water holding capacity and moisture content of different vegetation types

3.3 水源涵養(yǎng)量

3.4.1年水源涵養(yǎng)量

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定分析,各林分不同植被類型全年降雨量為690.8mm,年均水源涵養(yǎng)能力為505.45mm(圖1),占全年降雨量的73.17%,說明甘肅子午嶺林區(qū)具有較高的水源涵養(yǎng)能力,為典型的水源涵養(yǎng)林分。

圖1 各林分不同植被類型水源涵養(yǎng)能力分析圖Fig.1 Analysis of water conservation capacity of different vegetation types in each stand

不同林分類型和不同植被類型的水源涵養(yǎng)功能各不相同[12],從圖1各林分不同植被類型的枯落物層和土壤層水源涵養(yǎng)量上可以看出,林分類型和植被類型不同,水源涵養(yǎng)量各不相同,并表現(xiàn)出針闊混交林喬灌草植被降雨攔蓄量最大,油松純林喬木植被降雨攔蓄量最小。主要是因?yàn)獒橀熁旖涣至窒嗝荛],林地枯落物種類多,根系分布深厚廣闊,土壤空隙度大,通透性能好,因此,大量降雨能夠通過枯落物和土壤充分?jǐn)r蓄涵養(yǎng)。從林分類型上可以看出,前6種混交林類型的水源涵養(yǎng)量高于后3種純林類型,說明混交林的水源涵養(yǎng)功能高于純林模式；從植被群落上可以看出,完整結(jié)構(gòu)的喬灌草植被水源涵養(yǎng)量均高于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的喬木植被。這是因?yàn)?完整結(jié)構(gòu)林內(nèi)降雨截流載體多,土壤表層腐殖質(zhì)深厚,裸露面少,不容易形成地表徑流。因此,喬灌草植被類型水源涵養(yǎng)能力高于喬灌植被類型和喬木植被類型,這一點(diǎn)說明了完整結(jié)構(gòu)植被群落水源涵養(yǎng)功能高于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)植被群落。

3.4.2年地表徑流量

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出(表2),各林分不同植被類型年均地表徑流總量只占全年降雨量的9.85%,大量降雨通過林地全部?jī)?chǔ)存,說明林地是最好的降雨“儲(chǔ)存器”,因此,可以通過增加林地面積,抑制高強(qiáng)度降雨引發(fā)的洪水峰值。從圖1可以看出,針闊混交林喬灌草植被地表徑流量最小,油松純林喬木植被地表徑流量最大,這主要是針闊混交林喬灌草植被降雨有效攔蓄量最高,不易形成地表徑流,其它林分不同植被類型降雨攔蓄量相對(duì)低一些,所以形成的地表徑流就比針闊混交林喬灌草植被類型大。

3.4.3水源涵養(yǎng)能力

從圖1各林分不同植被類型水源涵養(yǎng)總量可以看出,針闊混交林喬灌草完整植被類型水源涵養(yǎng)能力最強(qiáng)(592.18mm),是甘肅子午嶺林區(qū)水源涵養(yǎng)量的主體。一方面,因?yàn)樵撝脖活愋凸趯由L空間利用充足,林間空隙少,林冠截持降雨量大,加之灌草層結(jié)構(gòu)完整且蓄積量大,作為水源涵養(yǎng)的主要載體,承載了大量的林內(nèi)產(chǎn)水量,在林冠和灌草層共同截持下,延緩了降雨到達(dá)地表的時(shí)間和地表水入滲時(shí)間,有效減少了地表徑流量；另一方面,針闊混交林喬灌草植被類型土壤經(jīng)過長期自然演替,形成非毛管孔隙度大、密度高、滲透性強(qiáng)的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),有利于非重力水的垂直滲透,不易形成地表徑流。相反,油松純林喬木植被類型水源涵養(yǎng)量最低(376.92 mm),只占年降雨量的54.56%。

從圖2可以明顯看出,針闊混交林喬灌草植被土壤侵蝕模數(shù)最小(0.46t/(km2·a)),可有效減少區(qū)域水土流失,這是因?yàn)樵撝脖活愋徒涤耆霛B量高,形成的地表徑流量較小,不易引發(fā)區(qū)域水土流失；而油松純林喬木植被土壤質(zhì)地差,入滲率低,表層持水載體少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形成的地表徑流量大,容易引起水土流失。因此,油松純林喬木植被的土壤侵蝕模數(shù)最大(22.99t/(km2·a)),水土流失治理效果不及其它林分植被類型。

圖2 各林分不同植被類型土壤侵蝕量分析圖Fig. 2 Analysis of soil erosion of different vegetation types

4 結(jié)論

1) 從林冠層、枯落物層和土壤層分析甘肅子午嶺林區(qū)水源涵養(yǎng)能力,結(jié)果為:各林分不同植被類型樹冠截持能力占林外降雨量的6.99%～12.37%,針闊混交林喬灌草植被截持量最大(85.42mm),可有效延緩降雨進(jìn)入地表的時(shí)間,并可阻滯降雨對(duì)表層土壤的直接侵蝕,是水土保持林分的首選植被培育模式；各林分不同植被類型枯落物持水量占林外降雨量的18.56%～33.04%,針闊混交林喬灌草植被枯落物儲(chǔ)量最豐富,是林內(nèi)降雨的最佳“攔蓄器”；各林分不同植被類型土壤含水總量為248.73～363.97mm,是降雨的主要“儲(chǔ)存器”,針闊混交林喬灌草植被土壤水源涵養(yǎng)量最大,是水源涵養(yǎng)林分培育模式的主要發(fā)展方向。從這些影響因子分析可知:在甘肅子午嶺水源涵養(yǎng)林區(qū),針闊混交林喬灌草植被水源涵養(yǎng)量最大,地表徑流量最小,是該區(qū)域最理想的營林培育模式。

2) 綜合分析結(jié)果表明:在甘肅子午嶺林區(qū)9種不同林分植被類型中,針闊混交林喬灌草植被類型水源涵養(yǎng)能力最佳,土壤侵蝕模數(shù)最小,是甘肅子午嶺林區(qū)水源涵養(yǎng)林最理想的培育模式、也是黃土高原水土流失治理效果最明顯的森林植被群落。

3) 森林的水源涵養(yǎng)能力是森林生態(tài)系統(tǒng)研究中最為復(fù)雜的問題,也是目前甘肅子午嶺林區(qū)森林生態(tài)價(jià)值評(píng)估的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題,本次實(shí)驗(yàn)指標(biāo)只對(duì)確定的林分和植被群落進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究,并且只在固定的指標(biāo)中做了相關(guān)測(cè)定分析,沒有進(jìn)行范圍擴(kuò)充,分析的影響因子還不全面。在以后的監(jiān)測(cè)研究中,還需從其它林分類型和影響因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,客觀評(píng)價(jià)森林的蓄水保土能力,為營林培育模式提供更加科學(xué)的依據(jù)。