庙山坞自然保护区典型森林类型水文生态效应研究

【摘要】： 本文在庙山坞自然保护区选择我国亚热带地区分布较典型的天然次生林和人工毛竹林两种森林类型,从森林植被冠层、林下灌木层、凋落物层等多层次研究了林内降雨分配规律和森林的水土保持功能,以及森林生态系统各个层次对水质的影响改善作用,同时探讨了林内降雨各分量与林外降雨量的关系,并进行了方程拟合,为不同森林类型涵养水源和水土保持等功能的客观评价提供了基础数据,同时也为天然林和人工林的可持续经营和改造提供了理论基础,具有十分重要的理论和现实意义。研究结果表明: (1)森林植被对降雨再分配具有显著效果,森林植被冠层、林下灌木层、凋落物层可有效截留降雨。其中人工毛竹林植被冠层截留率平均达14.5%,凋落物每次降水最大蓄水潜力0.98 mm;天然次生林植被冠层截留率平均达33.8%,林下灌木层截留率平均达7.0%,总截留率平均高达40.8%,凋落物每次降水最大蓄水潜力1.58 mm。天然次生林林冠截留降雨、凋落物蓄水潜力均大于人工毛竹林。 (2)森林生态系统具有较好的水土保持功能,对减少产流量和产沙量具有较好效果。天然次生林和人工毛竹林地表径流系数分别为0.10%和0.20%,产生地表径流的最小降雨量分别是10.1 mm和7.0 mm;天然次生林和人工毛竹林径流泥沙量仅分别为0.262 kg/(hm~2·mm)、1.034 kg/(hm~2·mm),几乎没有泥沙流失。天然次生林水土保持功能较人工毛竹林更好。 (3)天然次生林、人工毛竹林林内降雨各分量与林外降雨量的关系均可用数学方程拟合,具有较高的相关性与显著性水平。其中穿透雨量、树干流量、地表径流量与林外降雨量用线性方程拟合最佳,而穿透雨率、树干茎流率、地表径流系数与林外降雨量用对数方程拟合最佳。林冠截留量/率与林外降雨量呈幂函数关系。树干茎流与树木胸径正相关。 (4)森林生态系统植被冠层、凋落物层、森林土壤和岩石改变了降雨的化学成分,对水质有一定的改善作用。从大气降雨到地表径流,除pH值外,几乎所有检测指标都呈上升趋势,这主要体现大气降雨对林冠层和凋落物层的淋溶作用。到流域出口,NO_3~-、NH_4~+、K~+、Na~+浓度大幅降低,说明森林土壤在保持NO_3~-、NH_4~+、K~+、Na~+方面有“调蓄库”的作用。Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度升高,可能主要是土壤、岩石中Ca、Mg的溶解引起。 总之,天然次生林和人工毛竹林在截留降雨、涵养水源、保持水土、改善水质等方面发挥着十分重要的作用。但相比较而言,天然次生林林内降雨分配效果更好,水土保持功能更强。