【论文精选】下层修枝对树种水分截留特性的影响

林冠截留是指在部分降水被地表植被接收并直接蒸发，未进入土壤的过程，一般可以截留全年降雨的15%~30%，这个过程推迟了降雨到达林下和产流时间，使得植被具有减缓水土流失的作用。影响林冠截留量的植被特征因素包括了树木叶片类型，叶面积和叶面积指数，枝干类型和枯落物单位面积质量。叶面积的大小直接影响降雨与林冠接触程度。叶面积指数和林冠截留量有高度的正相关性。高林冠产生穿透雨的雨滴动能会大于自然降水，幼树树冠下穿透雨动能小于林外自然降水动能。幼树林的水土保持效益研究对于水土保持林的营造过程具有非常特殊的意义。为了全面反映植被的水文和防蚀功能，有学者提出最大截流量C_max、最小截流量C_min、C_max与C_min的差值ΔC描述截留过程。反映植被延后降雨，调节入渗、径流和土壤侵蚀等的过程；在实际研究中，由于观测难度等原因，过程量很少被应用。

树木抚育修枝是中幼林抚育管理的重要措施，可以提高林木的林分生长量，发挥其水土保持和水源涵养能力。树木的修枝高度可达到树高的1/2，从短期的结果上来看，修枝能够明显降低中幼林树木的叶面积，降低树木降水截留量，而林下就地铺设使之成为枯落物能够增加林地截留能力，从而影响其水土保持效益。

笔者在人工降雨的基础上，通过自制的实验装置，较为精确地对植物降雨截留过程量进行测定，描述6种树种的林冠截留量对于修枝抚育的响应，分析针阔树种不同的响应结果，以及下层林下枯落物对于修枝产生的截留量减少的抑制作用，为中幼林修枝之后的水土保持效益评估提供借鉴，为水土保持林在中幼林龄的管理上提供理论的依据。

降雨实验装置示意图

研究区域位于鹫峰国家森林公园内的首都圈森林生态系统定位研究站，地属我国的华北土石山区，坐标为N39°54′，E116°28′，海拔在100~1153m之间。年平均气温12.5℃。该区域的降水时空分布特征十分不均匀，一年中平均降水量为628.9mm，夏季降水大约占整年降水量的70%，而冬季降水量占全年的1%左右。研究区植物群落属暖温带落叶阔叶林，主要树种包括侧柏、白皮松、油松、黄栌、栓皮栎和五角枫, 此外还有槲栎和鹅耳栎等植物。

通过对比研究发现，下层修枝处理会减小最大截留量C_max和有效截留量C_min，改变最大截留量与有效截留量差值ΔC。针叶树种下层枝叶生物量占比高，下层修枝对于针叶树种的影响大于阔叶树种。树种下层叶与下层枝的截留能力不同，阔叶树种下层叶的截留能力强于下层枝。针叶树种下层枝和下层叶的截留量小，下层叶最大截留量大于下层枝，而下层枝有效截留量大于下层叶，可以推断针叶树种下层枝在截留中起到了重要的作用，特别是树种经历了冠滴雨之后的有效截留量。树木的截留量与枝叶密度、冠幅大小、LAI、冠层厚度等因子相关，本实验中研究下层修枝对树种林冠截留特性的影响。铺设枯落物将下层修枝造成的截留量减小值控制在了10%以下。在水土保持林营造的过程中，下层修枝能带来长期的效益，增加了林木的生长量，但在短期内造成的林分水分蓄持能力的降低，然而林下枯落物的铺设使这种副作用显著降低。本实验并未深入研究枯落物对水分蓄持的影响，还需更多的研究来证明林下枯落物的存在对于林分水文过程影响的机制，包括了枯落物厚度、种类产生截留效益的研究等。由于该实验细致程度较高，加大了实验难度，这个局限性造成了实验样本数量相对不足，在之后的研究中需要补充完善。将实验结果拓展到林分尺度的应用还需更深入的研究和讨论，最终实现水文功能变化的模拟，应用于流域功能的研究。实验得出了以下结论：

1) 对比最大截留量C_max和有效截流量C_min的减少量，针叶树种下层生物量较大的特性，表现出的普遍规律为下层修枝对于针叶树种的林冠截留特性影响大于阔叶树种。6种树种中下层修枝对于侧柏和油松这2树种影响最大，对白皮松的最大截留量的影响远大于有效截留量，五角枫和黄栌的林冠截留量对于下层修枝的反应是最不敏感的。

6种树种修枝前后截留量过程曲线图

2) 下层修枝处理后，对比各树种下层枝和下层叶的截留能力。3种阔叶树种的下层叶的截留能力显著强于下层枝，在截留过程中下层枝的截留功能不显著。而3种针叶树种下层叶和下层枝的截留能力相当，都在截留过程中发挥重要的功能。

不同树种下层枝、叶截留特征

3) 铺设枯落物后，除栓皮栎外，其余5树种的截留能力都显著增强。在下层修枝处理后铺设枯落物，6树种的截留特性相比未处理的状态下变化不明显，除了栓皮栎的有效截留量减少了17.39%，其余各种树种的最大截留量和有效截留量的减少率均在10%以下。林下铺设枯落物能够显著地改善下层修枝给树种带来的截留特性的改变。

有枯落物情况下各修枝后树种H_max、H_min变化对比

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