林冠截留研究现状及其影响因素

2022-09-12

林冠截留是雨水在植物叶面吸着力、承托力、重力和水分子内聚力作用下的叶面水分储存现象。在森林与降水的关系中, 林冠截留是对降水的第1层阻截, 也是森林生态系统对降水的第1次再分配, 其余大部分雨水通过林内穿透雨的形式落到地表枯枝落叶层, 最终形成土壤蓄水。

1 林冠截留的研究现状

目前, 林冠截留的研究已有100多年的历史, 通过国内学者对林冠截留的研究, 积累了大量有关截留率和截留量的实测数据。据研究, 在林分成熟、长势较好的天然林中, 森林林冠层对降雨的截流量在10~20 mm, 而林冠层年截留量一般跟该地区的年降雨量和年降雨次数有关, 其截留量基本达到年降水量的15%~45%。石培礼[1]等研究认为, 林冠截留率为19.85%±7.16%, 变动范围和变异系数分别在1 1.4%~3 4.3%和6.68%~55.05%。刘世荣[2]等人对我国不同气候、不同森林植被类型的冠层截留特征的研究表明:我国主要森林植被类型的年平均林冠截留量在134.0~626.7 mm, 变动系数在14.27%~40.53%;而平均林冠截留率在11.40%~34.34%, 变动系数在6.86%~55.05%。由于森林冠层具有比较大的降水截留量和附加截留降水的能力, 能够有效减少进入林地内的降雨量, 延长降雨和产流的历时, 减少由于地表径流而造成的水土流失状况。张胜利[3]等分别对不同树种林冠层对降雨动能的影响的研究表明:当华山松的冠层下限高度高于7 m, 林内穿透雨则具有较大的动能, 当降雨等级为小雨时, 华山松的林冠层能够有效的减少林内穿透雨的动能, 而当降雨强度在中雨以上的情况下, 森林冠层降雨动能的影响微弱。王礼先[4]等的研究表明, 雨强较小时, 冠层枝叶对雨滴的积聚和汇流的作用明显, 从而增加了林内二次降雨的动能, 加大了溅蚀的强度;而在雨强较大时, 林冠的截留作用大大减少了林内降雨的动能。张琨[5]等的研究结果表明, 对截留量影响程度的大小依次为:降雨量>降雨强度>风速>气温>空气湿度。范世香[6]等采用林冠截留能力模型对不同森林植被类型的林冠截留的研究证明, 林冠截留能力模型的有效性, 能够更准确的反应林冠对降雨的截留效果, 由于植被种类、密度、结构和气象条件的不同, 截留量存在很大差异。一些地方的植被截留量可能占到降雨量的50%。

2 林冠截留的影响因素

林冠截留降雨是一个复杂的过程, 截留雨量受到植物本身特性和气象因素的影响。

2.1 植物本身的特性

如树种, 树冠厚度, 树龄, 疏密度等。研究表明, 林冠截留量的大小和叶面积指数密切相关, 叶面积指数越大, 林冠截留量也越大, 不同树种的枝叶繁茂程度不同, 冠幅越大、长势越茂密的植被叶面积指数也越大, 相应的林冠截留量也就越大;而对于同一树种来说, 叶面积指数和树龄有关, 从幼龄到成熟直到过熟的不同生长阶段, 叶面积指数先增大后减小, 林冠截留量也随着叶面积指数的变化相应的增长或减小。针对同一流域来说, 由于林冠结构的差异, 不同森林植被类型的冠层截留量和降雨量之间的关系也有较大的差异, 即便是同一种植被类型的林分, 截留量也会由于郁闭度的不同而不同。此外, 冠层厚度的大小也对林冠截留量较大的影响, 冠层厚度越大, 冠层对降雨的截留作用越好, 能够增加降雨在通过冠层的历时, 更加有效的减少降雨的动能。研究表明, 林冠截留量与林分的郁闭度呈正相关, 即郁闭度增加截留量增加。树龄在30~40 a的植被截留量是最大的。

2.2 气象、气候因素

如降雨量、降雨强度、雨滴直径、气温、风和前期枝叶湿度等。降雨量及降雨强度对林冠截留也有显著影响。在降雨初期, 降雨能够完全被林冠层的树叶吸收截持, 随着降雨时间的延长, 冠层的树枝树叶对雨水的吸收达到饱和状态。因此, 在一场降雨中, 林冠截留量并不会随降雨量的增加不断增加, 而是当降雨量达到某一个值时, 林冠截留量达到饱和。降雨强度也和林冠截留过程有关, 降雨强度越大, 冠层的饱和时间也就越快。对于连续的降雨, 冠层在降雨初期就已经达到饱和状态, 因此对于之后其他场次的降雨不再有截留的效果。当有蒸发存在时, 截留量随降雨量变化是一种非饱和的缓慢上升关系。林冠截留量具有随雨滴直径减小而增大的特性。风也是影响林冠截留的重要因素。但风对冠层截留量大小的影响会产生两种截然不同的效果:其一, 因为风的吹动, 冠层树枝树叶上吸附的雨水会被风吹走, 从而减少了林冠截留量;其二, 由于风的吹动增加了林内的空气流动性, 因而增加了冠层树枝树叶的蒸发量, 能够延长冠层达到饱和状态的时间, 进而增加了林冠截留量。