文峪河流域森林水文与土壤抗冲性研究

文峪河流域森林水文与土壤抗冲性研究

作者：秦智通，郭汉清

来源：《农业与技术》2014年第08期

摘 要：山西省文峪河流域分布有省内森林面积最大、林相较为整齐的次生林，地区生态环境较好。本文以森林水文为切入点，通过野外调查和实验研究，结合室内化验和分析，探究文峪河流域内不同林分的森林水文效应以及对土壤的改良作用，以期为山西省加快生态重建、水资源合理利用提供一定的帮助。

关键词：文峪河流域；森林水文；土壤抗冲性 中图分类号：S714.7 文献标识码：A 引言

森林枯落物及土壤是森林生态系统的重要组成结构，对森林水源涵养起着决定性作用。不同森林类型因其树种生物学特性、林分结构等不同，其水源涵养功能也存在一定的差异[1]。枯枝落叶层是森林中最为活跃的组成部分，是土壤有机养分的重要来源[2]。森林土壤的物理性质差异直接影响土壤水分的储蓄方式和蓄存量，关系到森林涵养水源潜能的强弱[3]。近年来，各地学者已入手从各个角度对森林的水文效应进行了研究，并取得了很大进展，为我国森林水文效应的研究奠定了坚实的基础[4-5]。山西省西部的文峪河流域分布有省内森林面积最大，林相较为整齐的次生林。由于森林的存在，导致该区域山清水秀，空气良好，水土流失微弱，生态环境良好。本项目以森林水文为切入点，通过野外调查和实验研究，结合室内化验和分析，探求文峪河流域内不同林分的森林水文效应以及对土壤的改良作用，以期为山西省加快生态重建、水资源合理利用提供一定的帮助。 1 森林水源涵养及水土保持 1.1 森林的水源涵养功能

森林枯落物具有很好的吸水和透水能力，可避免雨滴的击溅和径流的侵蚀，阻延径流的流速、拦截泥沙，在森林的水文生态效益和保土等功能方面具有十分重要的作用。

枯落物的最大持水率（%）和单位面积枯落物的蓄积量之积，即为最大持水量。但最大持水量并不代表枯落物对降雨的截留量，有效（或净）截留量才是反映枯落物对1次降水拦蓄的真实指标，其与枯落物的数量、水分状况、降雨特性有关[6]。

雨滴打击地面不仅造成土壤击溅、分散土壤，使细小颗粒堵塞孔隙，阻碍水分入渗。枯枝落叶层像绒毯一样覆盖地面，防止了雨滴打击地面和表面结皮的形成；像海绵和过滤器一样，吸收和过滤径流和泥沙，具有较好的蓄水特性；给土壤提供有机养分，改善土壤结构使水稳性

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团粒结构增加；不同枯落物下土壤结构、土壤养分组成、腐殖质性质、土壤酸碱度状况等都明显不同。通过枯落物覆盖地表，增加了地面粗糙度，使流速减缓，不仅减少冲刷，而且延长了水分入渗时间。枯枝落叶层促进了水分渗透，减少了地表径流。枯枝落叶层覆盖地表，改变了地表状况，抑制了土壤蒸发。枯枝落叶层越厚，土壤蒸发量越小。

总之，枯枝落叶层是森林中影响水分变化的最为活跃的因素，没有枯枝落叶层的森林，实际上很难真正起到水源涵养的作用。因此，枯枝落叶层的管理状况是衡量森林水源涵养和保持水土的重要因素。

1.2 森林的水土保持作用

在侵蚀性暴雨雨滴的击溅和浸润下，裸露地表层土壤的结构易遭破坏，抵抗力急剧下降，被水分饱和并溅散的土粒很快呈稀泥状阻塞土壤非毛管孔隙，影响水分下渗，增大地表径流量。林地由于枯落物的保护，雨滴不能直接打击表层土壤，有效地削减侵蚀性雨滴的溅蚀动能，加之森林土壤结构良好，保持较高的水分入渗能力，大量地表径流变成地下径流，减少了土壤侵蚀的可能性[6]。森林生态系统通过多层次的截持，减少地表径流，延长径流下泄时间，具有减洪滞洪的作用。枯落物的存在同样会对径流产生减缓作用，这是因为枯落物的覆盖增加了地表粗糙度，增大了曼宁粗糙系数。无论是枯落物对降雨侵蚀力的抑制作用，还是对径流的减缓作用，最终都体现在林地减流减沙效应方面，并从总体上客观地反映森林枯落物水土保持功能。

2 实验内容及方法 2.1 实验内容

对文峪流域林区6种典型林种（云杉林、油松林、华北落叶松林、山杨林、辽东栎林、白桦林）和其混交林（白桦-落叶松混交林、杨桦混交林林、云落混交林）的枯落物层总厚度、未分解层厚度和半分解层厚度，分层称枯落物层鲜重、枯落物层干物质重，枯落物浸水不同时段的湿重，枯落物最大持水率，枯落物持水量，枯落物有效拦蓄量，人工径流冲刷下不同林分土壤的产流时间、径流速率、径流量和泥沙含量。主要对上述不同林分的林下土壤分层（0-10cm、10-20cm、20-30cm）取样，测定土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量、土壤初渗速率、土壤稳渗速率。具体研究内容和技术路线如图1。 图1 技术路线 2.2 实验方法

在文峪河流域内选定不同的林分，布设样地，进行样地内的每木检尺（如胸径、林龄和树高等），同时对林下生物量进行调查（如盖度、频度等）。在此基础上进行不同林种的持水实验。与此同时，对于林下枯落物的持水进行持水实验。森林的生长离不开土壤，反过来，森林的生长又反作用于土壤的改善，使得土壤的抗冲性能得以加强。通过对不同林分内的原状土进

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行放水冲刷实验，可以得出土壤孔隙度、有机质含量、土壤粒径分析等因素之间的相关关系。具体实验方法见图2。 图2 实验方法 3 结论

森林枯落物在涵养水源、保持水土、调节洪枯径流及地表和地下径流比例、改良土壤理化性、提高土壤渗透性及改善地下水质等方面有着重要的作用，其蓄积量的大小是反映森林水源涵养能力高低的重要指标之一。枯落物蓄积量受多种因子的影响，如林龄、林分组成、林型、生长季节、气候状况、人为活动、枯落物的输入量、分解速度、本身的厚度和性质等[7-9]。 不同林分枯落物未分解层及半分解层蓄积量，各层所占的比例均不同。

枯落物阻滞流速的效应随凋落物的厚度、强度以及径流深的增加而减少，这是因为枯落物的厚度增加实际上是增加了地表的粗糙度，进而增加了径流流动的阻力；径流深度和坡度增加的结果使径流流动的动力增加。不同流量下，9种林地的产流时间约是裸地产流时间的1.9～2.9倍，径流速率约是裸地径流速率的1/6～1/3。在同一流量下，云杉林阻延的效应最大，其次是油松林，山杨林阻延效应最小。随着冲刷流量增大，枯落物层增大产流时间和减小径流速率的效应更加明显。

不论是枯落物对降雨的有效拦蓄，还是它对径流的阻滞作用，最终都表现在它对林地的减流减沙方面，从而有力地说明了在水土保持过程中，枯落物发挥了巨大的作用，防止了大量的水土流失。

森林土壤结构疏松、富含有机质、水稳性团聚体较多，是森林涵养水源的主体。森林土壤对水分的贮藏量和输出量有非常显著的影响，对流域水资源合理分配起着重要的作用，其贮存数量、过程及动态变化规律是制约林木生长的重要因素。林地对降水涵养调节功能又体现为对水分的静态涵养能力（蓄水能力）和动态调节能力（渗透性能）。 参考文献

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