三峽庫(kù)區(qū)森林植被水源涵養(yǎng)功能研究.pdf

1、三峽庫(kù)區(qū)因地形復(fù)雜、物種豐富、群落多樣，一直是我國(guó)乃至世界關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū)。隨著三峽工程的建設(shè)，庫(kù)區(qū)生態(tài)問題不僅關(guān)系到周邊及下游地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，而且對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在至關(guān)重要的影響。同時(shí)，三峽庫(kù)區(qū)是我國(guó)重要水源區(qū)，開展三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能評(píng)價(jià)研究，特別是水源涵養(yǎng)功能研究，為三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)指導(dǎo)庫(kù)區(qū)土地利用和植被建設(shè)具有重要的意義。 本研究通過收集庫(kù)區(qū)森林資源二類清查資料及氣候數(shù)據(jù)，建立森林植

2、被地理信息系統(tǒng)，分析了庫(kù)區(qū)氣候因子空間變化規(guī)律和各植被類型結(jié)構(gòu)、分布。在樣地調(diào)查和實(shí)地監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，建立了葉面積指數(shù)模型，并對(duì)三峽庫(kù)區(qū)森林植被林冠截留、枯落物持水、土壤儲(chǔ)水等水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明： (1)三峽庫(kù)區(qū)森林植被總面積為272.39萬hm<'2>，主要包括馬尾松林、杉木林、柏木林、落葉闊葉林、常綠闊葉林、溫性松林、針闊混交林、針葉混交林、經(jīng)濟(jì)林、竹林、灌木林等十一種類型，森林覆蓋率達(dá)到46.96％。森林分布呈

3、現(xiàn)“東高西低”的空間特征。 (2)采用空間插值法和模型模擬等方法生成以小班為同質(zhì)空間的氣候因子空間數(shù)據(jù)。三峽庫(kù)區(qū)降水總體呈現(xiàn)夏季多雨和降水量存在東西差異時(shí)空特征，夏、秋季降水量約占全年68％左右，日降水量≧10mm的天數(shù)主要集中在夏季。建立了各小班各月份日降水量為0.1mm～10mm、10mm～25mm、25mm～50mm、≧50mm的等級(jí)的降水天數(shù)預(yù)測(cè)模型，同時(shí)建立了降水量與不同降水等級(jí)天數(shù)的相關(guān)關(guān)系模型，模型形式為P=1.7

4、899d<,1>+19.0732d<,2>+33.4977d<,3>+77.6944d<,4>，模型的各參數(shù)分別為日降水量在上述各等級(jí)下的日降水量平均值。 (3)實(shí)地調(diào)查庫(kù)區(qū)104個(gè)固定樣地和114個(gè)臨時(shí)樣地物種組成、群落結(jié)構(gòu)。表明庫(kù)區(qū)森林植被物種組成豐富，但高位芽植物比例偏低，不同的植被類型其多樣性指數(shù)相差較大，人為活動(dòng)強(qiáng)的低海拔地區(qū)，其多樣性指數(shù)明顯較低，群落中種群的空間分布多為集群分布，少量人工種群為均勻分布。 (

5、4)采用標(biāo)準(zhǔn)木、標(biāo)準(zhǔn)枝法測(cè)定了各植被類型優(yōu)勢(shì)樹種單株葉面積，建立了以胸徑、樹高、林分郁閉度等自變量的單株葉面積預(yù)測(cè)模型，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)各小班喬木層和灌木層葉面積指數(shù)進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明不同植被類型葉面積指數(shù)存在較大差異，各植被類型葉面積指數(shù)由高到低依次為竹林(34.15)、常綠闊葉林(9.02)、經(jīng)濟(jì)林(6.10)、落葉闊葉林(4.48)、杉木林(4.09)、針闊混交林(4.05)、溫性松林(3.78)、針葉混交林(3.47)、灌木林(3

6、.25)、柏木林(3.20)和馬尾松林(2.20)。從三峽庫(kù)區(qū)森林植被葉面積指數(shù)等級(jí)圖可以看出，各森林類型葉面積指數(shù)主要集中在2～10，葉面積指數(shù)較高的森林植被主要集中在湖北省西部及重慶市東部縣(市)，呈現(xiàn)“東高西低”的空間分布格局。 (5)植物葉片浸泡及失水實(shí)驗(yàn)表明，三峽庫(kù)區(qū)植物葉片飽和持水量從高到低依次為落葉闊葉林(915.34g·m<'-2>)、常綠闊葉林(691.41g·m<'-2>)、竹林(666.19g·m<'-2>

7、)、針闊混交林(638.93g·m<'-2>)、灌木林(629.10g·m<'-2>)、柏木林(624.78g·m<'-2>)、杉木林(615.75g·m<'-2>)、針葉混交林(534.35g·m<'-2>)、經(jīng)濟(jì)林(467.78g·m<'-2>)、溫性松林(366.08g·m<'-2>)、馬尾松林(362.52g·m<'-2>)。植物葉片吸水量與浸泡時(shí)間的對(duì)數(shù)呈極顯著的正相關(guān)，建立葉片吸水量與浸泡時(shí)間、吸水速度與浸泡時(shí)間的相關(guān)關(guān)系模

8、型。持水飽和的植物葉片失水量與時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系，葉片失水水速度與時(shí)間與時(shí)間呈倒數(shù)關(guān)系，建立了失水量與時(shí)間、失水速度與時(shí)間的相關(guān)關(guān)系模型。 在分析林冠截留影響因子及葉片吸水過程的基礎(chǔ)上，利用2004～2006年野外水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了三峽庫(kù)區(qū)主要森林植被類型林冠截留模型。模型經(jīng)過檢驗(yàn)均具有較高模擬精度。 (6)通過對(duì)三峽庫(kù)區(qū)不同植被類型臨時(shí)樣地枯落物存量的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)不同植被類型的枯落物儲(chǔ)量存在一定差異，杉木林最高，達(dá)

9、到11.610t·hm<'-2>，其后為常綠闊葉林和溫性松林，枯落物現(xiàn)存量分別達(dá)到10.139 t·hm<'-2>和10.178 t·hm<'-2>，柏木林最低，僅為3.948t·hm<'-2>。各植被類型枯落物的含水率最高為竹林，達(dá)到182.9％，溫性松林也達(dá)到118.6％，僅次于竹林，柏木林林地枯落物含水率最低，僅為32.2％。 林地枯落物浸泡實(shí)驗(yàn)表明，枯落物持水量是隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在前2h內(nèi)吸水速度最大，之后急劇下

10、降，各類型間趨勢(shì)基本一致，但不同植被類型問持水量相差較大。竹林枯落物的飽和持水量最高，達(dá)到自身重量的3.36倍，其后依次為溫性松林、常綠闊葉林，分別為自身重量的2.92倍和2.89倍，灌木林最低，為2.09倍。各森林植被類型林地枯落物的枯落物持水量與浸泡時(shí)間之間呈對(duì)數(shù)關(guān)系，吸水速率與浸泡時(shí)間之間為倒數(shù)關(guān)系，并建立了枯落物吸持水量與浸泡時(shí)間、吸水速率與浸泡時(shí)間相關(guān)關(guān)系模型。 (7)測(cè)定臨時(shí)樣地不同土層的土壤物理性質(zhì)分析和滲透指標(biāo)，

11、表明庫(kù)區(qū)各種植被類型下土壤A層的孔隙度均高于B層，導(dǎo)致滲透速度也表現(xiàn)相同趨勢(shì)。在各種植被類型中，常綠闊葉林各層土壤的孔隙度和滲透速度最高；杉木林、針葉混交林和柏木林的土壤滲透速度為較高水平；經(jīng)濟(jì)林林地土壤粘粒含量較高，孔隙度和穩(wěn)滲速度都較低；馬尾松林林地土壤孔隙度和滲透速度均為最低。比較不同種類和質(zhì)地土壤的孔隙狀況和滲透速度表明，紫色土因非毛管孔隙度最高，其滲透速度最高；山地黃壤孔隙度最低，土壤滲透速度最低。砂土具有最高的非毛管孔隙，穩(wěn)

12、滲速度為最高，其后依次為輕壤、中壤，重壤和粘土。 (8)運(yùn)用建立的各種模型，對(duì)不同森林類型林冠層、枯落物層和土壤層在典型場(chǎng)降水下水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在小降水量下(1.79mm)，各種植被類型水源涵養(yǎng)功能主要為林冠層的截留作用(包括林下植被)，杉木林、柏木林等植被類型喬木層林冠截留達(dá)到100％，馬尾松林和溫性松林通過灌草層對(duì)喬木層穿透雨的截留，使整個(gè)植被層截留率達(dá)到100％；隨降雨量增加，林冠截留功能所占整個(gè)水源涵養(yǎng)

13、功能的比例下降，而枯落物層和土壤層的功能在逐漸發(fā)揮。在降雨量達(dá)到19.07 mm時(shí)，林冠層截留約占11.84％～39.07％之間，其中常綠闊葉林最高，灌木林最低。林地枯落物持水約占6.02％～18.45％之間(除經(jīng)濟(jì)林外)，而土壤層可以吸持所有枯透水；在降雨量達(dá)到33.50 mm時(shí)，林冠層截留約占8.39％～29.97％之間，林地枯落物持水占降水比例下降，約占2.51％～8.33％之間(除經(jīng)濟(jì)林外)，土壤層功能為吸持降水量的45.51％

14、～78.13％，地表徑流占0～32.36％；在降雨量達(dá)到77.69mm時(shí)，林冠層截留約占5.79％～23.13％之間，林地枯落物持水占降水比例下降，約占1.08％～3.60％之間(除經(jīng)濟(jì)林外)，土壤層功能為吸持降水量的22.78％～49.84％，地表徑流占23.54％～68.67％。 (9)三峽庫(kù)區(qū)森林植被層平均截留降水為394.869mm·a<'-1>，水源涵養(yǎng)總量為1075582萬m<'3>·a<'-1>，枯落物平均吸持降水

15、為85.729mm，水源涵養(yǎng)量為233516.9萬m<'3>·a<'-1>，土壤層年降水入滲平均為620.918 mm，水源涵養(yǎng)效益為1691319.100萬m<'3>·a<'-1>?？傆?jì)年涵養(yǎng)水源量為3000418.435萬m<'3>。其中植被層林冠截留占水源涵養(yǎng)總量的35.85％，枯落物層涵養(yǎng)水源量占7.78％，林地土壤層涵養(yǎng)水源量占56.37％。 在所有植被類型中，以灌木林涵養(yǎng)水源量最大，達(dá)到823684.90萬m<'3>

16、·a<'-1>，占總量的27.45％，其后依次為馬尾松林(817114.20萬m<'3>·a<'-1>)、落葉闊葉林(364574.71萬m<'3>·a<'-1>)、針闊混交林(248603.83萬m<'-3>·a<'-1>)、針葉混交林(242524.41m<'3>·a<'-1>)、柏木林(121401.23萬m<'3>·a<'-1>)、經(jīng)濟(jì)林(119174.32萬m<'3>·a<'-1>)、常綠闊葉林(90184.62萬m<'3>·

17、a<'-1>)、杉木林(72750.08萬m<'3>·a<'-1>)、溫性松林(66582.96萬m<'3>·a<'-1>)，最小為竹林(33823.16萬m<'3>·a<'-1>)，僅占總量的1.12％。 三峽庫(kù)區(qū)森林植被林冠截留量在288.82mm～586.00之間，截留率為19.86％～38.63％之間，除經(jīng)濟(jì)林外，其他森林植被枯落物持水量在30.58mm～117.58mm之間，占降水量2.43％～9.30％，林地土壤入滲