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《中国林业科学研究院》 2011年
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闽北不同类型毛竹林水文生态功能研究

刘蔚漪  
【摘要】:闽北是我国毛竹分布和种植的主要地区,现有毛竹林面积36.1×104 hm2,占全国的1/10,毛竹林是当地农民经济收入的主要来源。由于人们过分追求经济效益,该地区竹林种植纯林化明显,整体林分结构和质量差,加上不合理的经营措施,盲目推广“深翻”垦复模式,易引起水土流失,地力衰退,导致竹林生态环境恶化。因此,如何在大规模高效培育和利用毛竹林资源的同时,提高毛竹林水源涵养功能至关重要。本研究以闽北山区竹杉混交林(Ⅱ)、毛竹纯林(Ⅲ)、竹阔混交林(Ⅳ)为研究对象,杉木纯林(Ⅰ)和常绿阔叶林(Ⅴ)为对照,从森林的3个界面,即林冠层、枯落物层、土壤层,对各林分穿透水、树干茎流、林冠截留、地表径流、枯落物截留、土壤含水率等进行连续观测和分析,探讨不同类型毛竹林对降水的再分配作用和林内水分运动规律,以及对森林水文功能的影响,并运用层次分析法模型建立毛竹林水文生态功能评价的指标体系,对各林分生态水文功能及水源涵养价值进行评价,为闽北地区竹林可持续经营提供理论依据和技术指导。具体结论为: (1)不同类型毛竹林林冠截留能力介于常绿阔叶林和杉木纯林之间,其中竹杉混交竹林的截留能力最优。5种林分林冠截留率、穿透雨率和树干茎流率变化范围分别22.29%~31.33%,67.72%~76.98%、0.73%~2.87%。林冠截留率的大小顺序为:常绿阔叶林(31.33%)竹杉混交林(28.17%)竹阔混交林(23.48%)毛竹纯林(22.88%)杉木纯林(22.29%)。林冠截留量和降雨量之间的关系可用3次曲线(Y =β_0 +β_1X +β_2X~2 +β3X3)方程表示。采用林冠层蓄水容量和叶面积指数对各林分场降雨截留进行拟合,得到林冠截留的概念模型,能较好地模拟实验区不同林分的林冠截留过程。 (2)杉木纯林枯落物对降雨的截留能力最强,竹杉混交林在3种竹林类型中枯落物的截留能力最强。各林分枯落物截留量与林内降雨量呈正相关关系,各林分枯落物层对低雨量,低雨强的降雨截留能力更强,而对高雨量和高雨强的降水截留能力有所降低。当降雨量小,历时短,降雨强度小的时候,枯落物截留率排序为:杉木纯林(33.09%)竹杉混交林(30.63%)常绿阔叶林(29.40%)竹阔混交林(28.69%)毛竹纯林(28.48%)。在降雨量大、历时长、降雨强度大的情况下,5种林分的枯落物截留能力相应减少,枯落物的截留率从大到小的排序为:杉木纯林(24.33%)常绿阔叶林(21.59%)竹杉混交林(20.53%)竹阔混交林(17.98%)毛竹纯林(17.56%)。 (3)试验区全年的土壤含水量较高,分布均匀,月平均土壤含水量为22.98%~37.88%,年均土壤含水量排序为:常绿阔叶林(31.95%)竹杉混交林(30.46%)竹阔混交林(30.10%)杉木纯林(29.78%)毛竹纯林(29.31%)。通过主成分分析,光辐射强度、林地空气温度和地表温度及地下0-60 cm温度是决定各林分土壤含水量的重要因子。通过非线性参数拟合,求得根系密度与上壤水分之间的非线性模型,根系密度随着土层深度的增加,平均根长密度排序为:竹阔混交林(5.81×10~(-3) cm·cm~(-3))毛竹纯林(5.57×10~(-3) cm·cm~(-3))竹杉混交林(5.04×10~(-3) cm·cm~(-3))常绿阔叶林(2.18×10~(-3) cm·cm~(-3))杉木纯林(2.05×10~(-3) cm·cm~(-3))。通径分析表明土壤的物理性状直接影响到土壤的持水性能、保水能力等,以最大持水量的直接作用最大。 (4)通过坡面人工径流小区观测,降雨量是影响地表径流的主要因子。当降雨量小于5 mm时各林分均不产生地表径流,各林地产流降雨的临界值分别为杉木纯林6.11 mm,竹杉混交林6.21 mm,毛竹纯林5.15 mm,竹阔混交林5.9 mm,常绿阔叶林6.21 mm。地表径流有随着雨量级的增大而增加的趋势,全年的地表径流量以毛竹纯林的最多,常绿阔叶林最少,排序为:常绿阔叶林(12.6 mm)竹杉混交林(13.2 mm)杉木纯林(14.4 mm)竹阔混交林(16.2 mm)毛竹纯林(28.1 mm)。通过灰色关联分析,植被参数对径流量的影响以草本层盖度的影响最大,灰色关联度为0.772。水量平衡分析表明各林分的实际支出水量小于实际输入水量,说明实验区降雨量可以保证植物的正常水分代谢,而无需额外从土壤系统中获取水分。 (5)综合评价,水源涵养生态功能、经济价值均以常绿阔叶林最优,混交竹林优于毛竹纯林,尤其是竹阔混交林最好。水源涵养功能排列顺序为:常绿阔叶(0.877)杉木纯林(0.805)竹阔混交林(0.783)竹杉混交林(0.684)毛竹纯林(0.627)。采用替代工程法评估了各林分单位面积水源涵养的经济价值,各林分水源涵养总价值排序为:常绿阔叶林(1 546.46元·hm~(-2))竹阔混交林(1 467.54元·hm~(-2))竹杉混交林(1 357.23元·hm~(-2))杉木纯林(1 322.91元·hm~(-2))毛竹纯林(1 273.87元·hm~(-2))。闽北地区的山坡度大,降雨量及强度大且集中,容易造成山体滑坡和水土流失,在经营毛竹林时适当发展混交竹林,尤其是竹阔混交林,既能有效提高林分质量,又能充分发挥其涵养水源的功能,兼容了经济、生态两者的效益,将更有利于竹林经营可持续发展。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S715.2

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