全 文 ：植物生态学报 2009, 33 (5) 878~884
Chinese Journal of Plant Ecology

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收稿日期: 2009-02-10 接受日期: 2009-04-27
基金项目: 广东省林业局资助项目(4400-F08018)和佛山市科技资助项目(2005020061)
* E-mail: forxue@scau.edu.cn
加勒比松林凋落物对地表径流和氮、磷流失的影响
薛 立1* 史小玲1 冯慧芳1 傅静丹1 郑卫国1 田雪琴2
(1 华南农业大学林学院,广州 510642) (2 佛山市林业科学研究所,广东佛山 528222)
摘 要 以佛山的加勒比松林(Pinus caribaea)为对象, 研究了其地表径流及N和P流失量特点。结果表明, 有凋落
物加勒比松林和无凋落物加勒比松林的年径流量分别为12.6和51.8 mm, 其中夏季占90%以上。2种林分的地表径
流量和降雨量的关系遵循线性方程。除2007年7月和2008年2月外, 各月地表径流N浓度为有凋落物加勒比松林大
于无凋落物加勒比松林, 浓度的差异主要是因为年径流量不同引起的。总体来看, 有凋落物加勒比松林的地表径
流P浓度高, 无凋落物加勒比松林低。地表径流N浓度与径流量之间存在着负指数关系。有凋落物加勒比松林和无
凋落物加勒比松林的地表径流总N输出量分别为341和983 g·hm–2, 夏季分别占其年N流失量的73%和64%。无凋落
物加勒比松林的地表径流P流失量高达21.5 g·hm–2, 而有凋落物加勒比松林为6.5 g·hm–2。2008年6月为有凋落物加
勒比松林和无凋落物加勒比松林的地表径流P流失高峰, 分别占其年流失量的46%和60%。因此, 保留林下凋落物
可以降低加勒比松林的N和P的流失。
关键词 加勒比松 地表径流 氮流失 磷流失
EFFECTS OF LITTER IN PINUS CARIBAEA STANDS ON RUNOFF AND
NITROGEN AND PHOSPHORUS LOSSES
XUE Li1*, SHI Xiao-Ling1, FENG Hui-Fang1, FU Jing-Dan1, ZHENG Wei-Guo1, and TIAN Xue-Qin2
1College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China, and 2Foshan Institute of Forestry Science, Foshan,
Guangdong 528222, China
Abstract Aims Litter reduces surface runoff directly by an interception effect and indirectly by a
barrier effect. Our objective is to study the effects of litter in Pinus caribaea stands on runoff and nitro-
gen and phosphorus losses by analyzing their runoff.
Methods We collected runoff from a P. caribaea stand with litter and a P. caribaea stand without litter
in Foshan, Guandong Province and analyzed concentrations of nitrogen and phosphorus in the runoff in
the lab.
Important findings Annual runoff amounts of the stands with and without litter were 12.6 and 51.8
mm, respectively, with >90% of annual runoff in summer. The relationships between rainfall and runoff
in both stands were linear. Except for July 2007 and February 2008, monthly N concentration of the
stand with litter was greater than the stand without litter, which was mainly caused by the difference in
runoff amount between the two stands. Generally, monthly P concentration in the stand with litter was
greater than that in the stand without litter. A negative exponent relationship existed between runoff and
N concentration. Annual N losses of the stands with and without litter were 341 and 983 g·hm–2, respec-
tively, accounting for 73% and 64% of their annual N losses, respectively. Annual P losses of the stands
with and without litter were 6.5 and 21.5 g·hm–2, respectively. The greatest monthly P losses of the
stands with litter and without litter occurred in June 2008, accounting 46% and 60% of their annual P
losses, respectively. Therefore, N and P exports from P. caribaea stands could be significantly reduced
by keeping litter in place.
Key words: Pinus caribaea, runoff, nitrogen loss, phosphorus loss
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.05.006

5 期 薛 立等: 加勒比松林凋落物对地表径流和氮、磷流失的影响 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.05.006 879

森林凋落物是森林土壤有机质的主要来源 ,
对土壤物理性质有重要影响(薛立等, 2005a), 并
通过分解后释放的养分影响土壤养分动态
(Didham, 1998; Sayer et al., 2006)和循环(Xue,
1996)。同时森林凋落物层结构疏松, 吸水能力和
透水性强(薛立等, 2005b; 彭耀强等, 2006), 可以
减少地表径流。收获林下凋落物减少了凋落物的
养分归还量(莫江明等, 2001)和林分的养分积累
量 (莫江明等 , 2004), 影响林分的 C和 N动态
(Zhang et al., 2006; Matsushima & Chang, 2007),
恶化森林土壤的理化性质(Tan et al., 2005; 张希
彪和上官周平, 2006; 陆耀东等, 2008)和土壤的
保水能力(Xiong et al., 2008)。
加勒比松(Pinus caribaea)自1961年从古巴引
进我国以来, 由于速生和耐瘠薄土壤, 在我国热
带和南亚热带地区广泛栽植 , 面积已超过10万
hm2 (Zheng & Wang, 2000), 成为华南地区用材、
长纤维纸浆材和生产松脂的主要树种之一。加勒
比松比马尾松 (P. massoniana)和湿地松 (P. elli-
otti)具有更高的日同化量和水分利用效率, 生长
更快(曾小平等, 1999)。加勒比松林主要被种植在
人烟稠密地区, 当地居民由于缺乏燃料而频繁收
集其林下凋落物。收获凋落物对森林生态系统的
养分循环和土壤的影响有一定的报道(莫江明等,
2004; 陆耀东等, 2008), 但是罕见收获林下凋落
物对森林地表径流影响的报道。由于缺乏凋落物
层的保护, 降雨对地表的击溅及冲刷产生的水力
侵蚀容易引起地表径流, 使土壤表层的N和P等养
分随地表径流汇入各种水体, 是造成土壤退化和
水体污染的重要原因。森林凋落物吸收一部分降
水,并通过机械拦截减少地表径流的产生(薛立等,
2005b)。由于凋落物的分解及根系的生长和穿插
使森林土壤疏松多孔(薛立等, 2008), 从而加大了
林地土壤的入渗率, 因而减少了径流量。利用人
工控制的径流小区试验是定量研究地表径流和养
分流失的常用方法(Kumar et al., 1997; Zöbisch et
al., 1999), 因而得到广泛应用(Basic, 2001; Kang,
2001; Wan & Zhang, 2001)。本研究在加勒比松林
建立径流场, 对其降雨和径流状况进行监测, 对
比凋落物对土壤N和P流失的影响 , 探索人工林
群落在人类活动干扰下的土壤N和P流失机制 ,
可为控制水土流失和防止土壤退化提供科学
依据。
1 研究方法
1.1 试验地概况
试验地位于广东省佛山市林业科学研究所
(113°00′ E, 23°06′ N), 属亚热带季风性气候。年
平均温度22 ,℃ 年降水量2 383 mm, 集 中 在
4~8月。试验林位于5°的东南坡上。土壤为赤红
壤, 土层深厚, 呈强酸性。2001年在加勒比松林中
部设置收获凋落物样地和不进行收获凋落物活动
的样地, 两块样地的坡度、坡向、土壤和林分密
度一致。当地居民根据他们的习惯继续在收获凋
落物样地进行收获凋落物活动(每月1次), 不收获
凋落物的样地则禁止任何人为活动。2008年试验
林的林龄为18 a, 林分结构简单, 林冠稀疏, 密度
为204株·hm–2。有凋落物加勒比松林和无凋落物
加勒比松林的平均胸径分别为28.8和36.3 cm, 平
均树高分别为12.2和16.1 m。林下层植物以海金
莎(Lygodium japonicum)、扇叶铁线蕨(Adiantum
flabellulatum)和金银花(Lonicera japonica)为主。
有凋落物加勒比松林的凋落物干重为11×103
kg·hm–2,凋落物最大持水量为30×103 kg·hm–2。
1.2 径流场设置
2007年6月在有凋落物和无凋落物加勒比松
林和湿地松林中各设置一个径流场, 两个径流场
相距50 m。径流场为长方形, 长20 m, 宽5 m, 水
平面积100 m2, 长边顺坡垂直于等高线, 短边与
等高线平行。场四周用砖砌成截水墙, 用水泥抹
面, 场上方及两侧均开排水沟。场下端设倒梯形
集水槽 , 下设积流池 , 每次雨后进行收集 , 并测
量径流体积。地表径流受植被盖度、坡度、土壤
结构、水文气象和人为干扰等因素的影响。由于
所选径流小区的坡度、坡位、坡向、海拔、森林
类型和土壤类型等相似, 因此人为去除凋落物引
起的干扰成为影响地表径流的主要因素。
1.3 降雨量的测定
从2007年7月底直到2008年6月, 在距离径流
场 10 m 的裸地设置标准雨量筒 3 个 , 每次降
雨跟踪测量降雨量和采集水样 , 并按月份进行
统计。
1.4 水样分析
各月份按每次降雨量的大小取样后混合成
1 000 mL雨水样品, 并按每次生成径流量的大小取
样后混合成1 000 mL径流样品, 水样测定前在4 ℃

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条件下保存8~24 h, 总氮(TN)经过硫酸钾氧化消
解后 , 用紫外分光光度法测定 , 总磷(TP)用过硫
酸钾氧化消解后 , 钼酸铵分光光度法测定(国家
环境保护总局水和废水监测分析方法编委会 ,
2002)。所有样品取3个重复分析。
养分流失量按如下公式计算:

2 结果分析
2.1 降雨和径流量变化特征
2007年7月至2008年6月 ,有凋落物加勒比松
林和无凋落物加勒比松林的年径流量分别为12.6
和51.8 mm, 月径流量的年内分布规律和降雨量
相似, 2007年7~9月和2008年5~6月有凋落物加勒
比松林和无凋落物加勒比松林的径流量均占其全
年径流量的90% (图1A)。在累积降雨量小于20
mm的10月、11月和12月 , 没有径流产生。2007
年7月至2008年6月径流场降雨量为2 091 mm, 其
中2007年7~9月和2008年5~6月的降雨量占全年
降雨量的82%, 10月、11月和12月的降雨量仅占全
年降雨量的1.5% (图1B)。无凋落物加勒比松林的
径流总量大于有凋落物加勒比松林, 为后者的3.1
倍。有凋落物加勒比松林地表枯枝落叶多, 凋落
物有一定的持水能力 , 月降雨量小于100 mm时
不易形成地表径流。无凋落物加勒比松林丧失了
凋落物的持水功能, 加上清除地表凋落物使得土
壤矿质颗粒和有机质减少, 影响了团聚体的形成,
导致了土壤非毛管孔隙的减少, 土壤水分下渗受
阻(陆耀东等 , 2008), 故降雨时容易形成地表径
流。
2.2 地表径流和降雨量的关系
据实测数据, 选择各月降雨量和地表径流值
对降雨量与地表径流的关系进行模拟, 得出有凋
落物加勒比松林地表径流量JY和无凋落物加勒
比松林地表径流量JW与降雨量x呈线性关系, 地
表径流量与降雨量极显著相关(p<0.001) (图2)。
2.3 N和P浓度随径流量变化的规律
有凋落物加勒比松林和无凋落物加勒比松林
各月份的地表径流N浓度存在显著差异(图3)。有
凋落物加勒比松林各月份的地表径流N浓度普遍

图1 两个林分的地表径流(A)和降雨量的月动态(B)
Fig. 1 Monthly surface runoff of two stands (A) and
monthly rainfall of stands (B)
□: 有凋落物加勒比松林Pinus caribaea with litter
▩ : 无凋落物加勒比松林P. caribaea without litter :
降雨量 Rainfall



图2 地表径流与降雨量的关系
Fig. 2 Relationship between surface runoff and rainfall
●: 有凋落物加勒比松林 Pinus caribaea with litter
▲: 无凋落物加勒比松林 P. caribaea without litter

5 期 薛 立等: 加勒比松林凋落物对地表径流和氮、磷流失的影响 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.05.006 881


图3 两个林分地表径流中N浓度的月动态
Fig. 3 Monthly N concentration of runoff in two stands
□: 有凋落物加勒比松林 Pinus caribaea with litter
▩: 无凋落物加勒比松林 P. caribaea without litter 不
同字母表示差异显著(p<0.05) Different letters denote that
two stands were significantly different at p<0.05 level


较高, 除2008年5月和6月外, 在5.7到8.4 mg·g–1范
围内, 而无凋落物加勒比松林的地表径流N浓度
在 2007年 7 月和 2008年 1~4月较高 , 为 4.7~7.8
mg·g–1。除2007年7月和2008年2月外, 各月地表径
流N浓度为有凋落物加勒比松林大于无凋落物加
勒比松林。
除了2008年1月 , 有凋落物加勒比松林和无
凋落物加勒比松林的各月份的地表径流P浓度存
在显著差异(图4)。有凋落物加勒比松林的地表径
流P浓度在2007年7月和2008年2月较高, 2008年3
月达到0.21 mg·g–1的峰值, 无凋落物加勒比松林
在2008年4月达到0.11 mg·g–1的峰值。总体来看,
有凋落物加勒比松林的地表径流P浓度高 , 而无
凋落物加勒比松林的地表径流P浓度低。
由图5可以看出, 地表径流N浓度与径流量之
间存在着负指数关系, 2种林分的地表径流与N浓
度之间极显著相关(p<0.001), 说明通过这些回归
方程,可根据林分内某次降雨径流量, 方便地计算
出该径流中的N浓度。
2.5 地表径流中N和P的流失量
有凋落物加勒比松林和无凋落物加勒比松林
的地表径流总N输出量分别为341和983 g·hm–2,
各月地表径流中N流失量均为无凋落物加勒比松
林大于有凋落物加勒比松林(图6)。2007年8月和9
月及2008年的5月和6月为有凋落物加勒比松林和


图4 两个林分地表径流中P浓度月动态
Fig. 4 Monthly P concentration of runoff in two stands
图注同图3 Notes see Fig. 3


无凋落物加勒比松林的N流失高峰, 分别占其年
N流失量的73%和64%。
无凋落物加勒比松林的地表径流P流失量达
21.5 g·hm–2, 其变化幅度大, 有凋落物加勒比松
林为6.5 g·hm–2 (图7)。2008年6月有凋落物加勒比
松林和无凋落物加勒比松林的地表径流P流失量
分别占年流失量的46%和60%。
3 讨 论
研究发现, 2种林分的地表径流存在明显的季
节性变化, 与降雨量密切相关, 同时凋落物对地
表径流具有重要影响。其中2007年7~9月和2008
年5~6月为雨季, 降雨量占全年降雨量的82%, 且
大、暴雨多集中在此期间。这也是一年中地表径
流的高峰期, 约占全年径流量的90%。2008年6月
大雨和暴雨多, 降雨量达708 mm, 占全年降雨量
的34%, 有凋落物加勒比松林和无凋落物加勒比
松林6月产生的地表径流总量分别占年地表径流
量的50%和42%。可见大雨和暴雨是产生地表径
流的主要来源。国内的研究也有类似结论, 如陆
海明等(2008)在华北半干旱区的研究表明, 41%的
地表径流发生在2次大于60 mm降雨中。李纪元等
(2008)报道, 江西省新余市3~7月降雨量占全年降
雨量的54.8%, 且大雨和暴雨多 , 是地表径流的
高峰期。因为在降雨量较小的情况下, 雨水可以
通过非毛管孔隙下渗, 凋落物也可以吸收部分降
水 , 削弱了地表径流的产生 ; 下大雨和暴雨时 ,

882 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33 卷



图5 地表径流量和N浓度的关系
Fig. 5 Relationship between surface runoff and N concentration
A: 有凋落物加勒比松林 Pinus caribaea with litter B: 无凋落物加勒比松林 P. caribaea without litter




图6 两个林分的N流失量月动态
Fig. 6 Monthly N loss of two stands
□: 有凋落物加勒比松林 Pinus caribaea with litter
▩: 无凋落物加勒比松林 P. caribaea without litter


降雨强度超过土壤的下渗及凋落物的持水量达到
饱和后 , 容易形成地表径流 , 且降雨量越大 , 对
地表径流形成的促进作用越强。
有凋落物加勒比松林的地表径流量仅12.6
mm, 而无凋落物加勒比松林高达51.8 mm。溅蚀
是引起地表径流的重要原因, 主要发生在清除凋
落物层的林下。因为森林凋落物消除雨滴对土壤
的击溅动能, 增加地表糙率, 使坡面径流流动受
阻, 可吸收降水, 增加了降水停留的时间和促进


图7 两个林分的P流失量月动态
Fig. 7 Monthly P loss of two stands
□: 有凋落物加勒比松林 Pinus caribaea with litter
▩: 无凋落物加勒比松林 P. caribaea without litter


土壤入渗, 从而阻滞和延缓了地面径流(张颖等 ,
2008)。Pote等(2004)的研究表明, 每年收获松针
可降低土壤的渗透性能, 使径流量增加, 但经过
一年松针的不断积累, 地表径流量可得到有效控
制。由上可知, 本研究中雨季降水的过分集中并
形成的大雨或暴雨是导致地表径流的主要原因 ,
森林凋落物能有效地减少地表径流。
各月地表径流N浓度为有凋落物加勒比松林
大于无凋落物加勒比松林, 两者的土壤速效N分

5 期 薛 立等: 加勒比松林凋落物对地表径流和氮、磷流失的影响 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.05.006 883
别为32和25 mg·kg–1 (陆耀东等, 2008), 表明地表
径流N主要受土壤中速效N的影响。有凋落物加勒
比松林的地表径流P浓度大于无凋落物加勒比松
林 , 由于二者土壤中速效P的浓度分别为13.3和
13.1 mg·kg–1 (陆耀东等, 2008), 对地表径流P浓度
的影响相差不大。凋落物中的P可被雨水淋洗出来
(Xue, 1996), 而有凋落物加勒比松林凋落物的P浓
度为0.35 mg·kg–1, 因此可影响地表径流P浓度。所
以地表径流P浓度主要受凋落物中的P影响。
地表径流量随着降雨量增加按线性方程增
长, 地表径流N浓度与径流量之间存在着负指数
关系, 且极显著相关, 因此, 可以通过降雨量方便
地预测地表径流量 , 并通过径流方便地预测地表
径流N浓度。由于径流小区的坡度、坡位、坡向、
海拔、森林类型和土壤类型都会影响地表径流和
N浓度, 得出的经验方程系数有一定差异, 因此,
方程只能用于对应的林分中。
降雨对地表的击溅及冲刷产生的水力侵蚀 ,
造成了结合在土壤颗粒和土壤团聚体中的N、P的
流失。有凋落物加勒比松林和无凋落物加勒比松
林在降雨集中的夏季的N流失量分别占全年N流
失量的73%和64%, 年降雨量最大的2008年6月的
地表径流中的P流失量分别占全年P流失量的46%
和60%。国外研究也有全年N、P的流失主要集中
于暴雨和特大暴雨集中时期的报道(Cosser, 1989;
Pionke et al., 1999; 高超等 , 2004; 洪华生等 ,
2004)。N和P的流失量主要决定于径流量以及径
流中的N和P含量。有凋落物加勒比松林地表凋落
物丰富 , 表土层的有机质积累较多 (陆耀东等 ,
2008), 而水分渗透特性与土壤有机质含量呈正
相关(Jimenez et al., 2006)。因为有机质含量高, 结
构疏松, 有利于降雨的下渗, 径流量小, 因而N和
P的流失量也少, 其N输出量为无凋落物加勒比松
林的35%, P流失量约是后者的30%, 表明径流量
是影响N和P流失量的主要因子。
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责任编委: 王仁卿 实习编辑: 黄祥忠