论文部分内容阅读
森林生态系统是陆地生态系统的主体,具有巨大的经济、社会、生态效益。森林和水的关系密不可分,森林通过林冠层截留、树干截留、枯落物层和土壤层持水以及地表径流的过程,对大气降水进行重新分配和调节,发挥着独特的水文生态功能。本研究选取湘西山地不同植被类型马尾松天然林、杜仲人工林、枫樟混交林为研究对象,同时以坡耕地作为对照,对各植被类型的林冠层、枯落物层、土壤层的森林水文生态功能进行了对比及综合分析研究,并测定大气降水及各植被类型穿透雨、树干茎流、地表径流、壤中流水质来研究不同植被类型净化水质的作用:为不同植被类型水文生态功能的综合评价,生态环境的合理维护、森林的合理经营及水资源的可持续利用提供理论基础。研究结果如下:(1)随着小流域内大量植被的生长,改变了当地的小气候环境,增加了降雨,降温增湿作用明显;增加了植被,减小了风速。降雨量、湿度和风速的相关系数分别呈正相关,风速与降雨量与湿度和风速与湿度呈显著的负相关。研究区降雨充沛,温湿度适宜,有利于植物生长。(2)植被有助于对降雨进行重新再次分配,穿透率、树干茎流率和林冠截留率也随降雨量的增大而增大,随着降雨量的减小而减小。不同植被类型杜仲林、枫樟混交林和马尾松林的林冠截留量分别为289.75 mm、358.78mm和351.46 mm,林冠截留率分别为14.69%、18.19%和18.79%。不同植被类型的林冠层穿透雨量、穿透雨量比、树干茎流量和林冠截留量随着降雨量的增大而增大;降雨量与林冠层降雨呈显著的正相关关系;混交林的穿透雨量和林冠截留量大于纯林,而纯林的树干茎流量大于混交林;不同植被类型林冠层对降雨的分配表现为穿透雨最多,其次是林冠截留,树干茎流最小。(3)不同植被类型均以叶为主要积累凋落物方式,其次是枝条,碎屑最小,而坡耕地有别于各森林植被类型,坡耕地碎屑排第三,最小的是落果积累的方式。不同植被类型枯落物总厚度以枫樟混交林最大,坡耕地的最小;枯落物总储量马尾松林最大,为18.75 t/hm2;其次是枫樟混交林,为13.59 t/hm2;坡耕地的最小,仅为5.81 t/hm2;未分解层和半分解层枯落物储量均表现为马尾松林>枫樟混交林>杜仲林>坡耕地。不同植被类型枯落物持水量与浸泡时间呈明显对数关系(R>0.93),枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系(R>0.99)。不同植被类型枯落物层渗漏水排序为杜仲林(1151.87 mm)>马尾松林(1095.64 mm)>枫樟混交林(1065.92mm)>坡耕地(908.11 mm)。(4)不同植被类型,土壤含水率最大的是坡耕地,其次是枫樟混交林,马尾松林的土壤含水率最小;不同植被土壤非毛管孔隙度排序为枫樟混交林(4.50%)>杜仲林(3.55%)>马尾松林(3.50%)>坡耕地(2.80%);土壤总孔隙度排序与毛管孔隙度排序一致,均为枫樟混交林>马尾松林>坡耕地>杜仲林;不同植被类型土壤有效持水量枫樟混交林最大,为364.50 t/hm2,其次是杜仲林,最小的是坡耕地,枫樟混交林是坡耕地的3.25倍;土壤毛管持水量和最大持水量的排序相同,均是枫樟混交林>杜仲林>马尾松林>坡耕地;不同植被类型土壤初渗速率枫樟混交林最大,杜仲林排第二,坡耕地最小,不同植被类型土壤入渗速率与入渗时间存在较好的幂函数关系(R>0.89);不同植被类型含水量均呈现显著差异,含水量最大的均是杜仲林,其次是枫樟混交林,含水量最低的是坡耕地;降雨前和降雨后,土壤的含水量与风速和温度均呈负相关的关系,土壤含水量与湿度呈正相关的关系。(5)随着降雨量的增加,地表径流量逐渐加大,其中杜仲林地极为显著;当降雨量逐渐增大到30 mm时,坡耕地的地表径流量最大;当降雨量≥50 mm时,4个类型的林地地表径流均有一个显著的增加,这说明土壤水分开始达到饱和;不同植被类型径流总量、径流深度和径流系数排序均为杜仲林>马尾松林>坡耕地>枫樟混交林;在相同降雨量下,蒸发量越大则径流量越小,枫樟混交林的径流总量最小。不同植被类型地表径流量均随着降雨量的增大而增大,地表径流量与降雨量呈较显著的线性关系。(6)植被的存在极大的改善了水体质量,从而起到积极的净化水质作用;随着时间延长穿透雨、树干茎流、地表径流和枯落物渗漏水的水质均有所好转,虽有部分监测水质离子减小,但是大部分离子含量均在提高,说明了森林强大的净化水质作用。鉴于森林植被的强大净化水质的能力,应充分发挥森林的净化水质作用。(7)不同植被类型的生态水文功能最好的是枫樟混交林,最差的是坡耕地,森林中最差的是马尾松林,具体排序为枫樟混交林(15.42)>杜仲林(7.15)>马尾松林(2.55)>坡耕地(-0.86)。阔叶树的水文功能较强,保持水土和涵养水源能力均强于针叶树,而坡耕地涵养水源和保持水土能力较差。(8)本研究结果表明植被具有保持水土、涵养水源和净化水质的生态功能,研究结果对科学评价不同植被类型的水源涵养功能、森林生态的保护建设提供理论支撑,也进一步说明森林具有涵养水源、保持水土、净化水质的功能,为森林生态效益评估提供数据支持。