全 文 ：第 12卷 第 1期
2 0 0 4年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．12 No l
Jan．， 2004
江西千烟洲试区杉木人工林降雨过程及养分动态研究
陈永瑞 林耀明 李家永 刘允芬 杨汝荣
(中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101)
摘 要 定位试验研究干烟洲试区杉木人工林生态系统水文过程及养分动态结果表明，该森林生态系统年降雨量
为 1392．0ram，其 e以林 冠 穿透 雨形 式 输入 林 地水 量 占年 降雨 量 的 89．38％，以 树 干流 形 式 输 入 林地 水 量 占
0 27％ ，林冠年截 流量 占 10．35％。 以地表径流 形式输 出该 系统 的水量 占年 均 降雨量 的 9．4％。该森 林生 态系统
e随 降雨年输入 的 N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Sr、Zr、Na、Si l1种 营养 元素总量 为 144．032kg／hm ，随地表径流年 输 出
林地养分总量为 155．335kg／hm ，年亏损量 11．303kg／hm 。
关键 词 杉木人工林 水文过程 营养元素 输入输 出
Rainfal process and nutrient dynamics of artificial Chinese fir plantation in Jiangxi Qianyanzhou experimental station．
CHEN Yong—Rui，LIN Yao-Ming，LI Jia—Yong，LIU Yun—Fen，YANG Ru—Rong(Institute of Geographical Sciences and
Natural Resources，Chinese Academy ofSciences，Beijing 100101)，CJEA，2004，12(1)：74～76
Abstract Course hydrologic and nutrient processes of artificial Chinese fir forest were studied by located experiment．The
results show that the average annual rainfall is 1392．0ram ，89．38％ ，0．27％ ，and 10．35％ of which are alocated tO
throughfal，stemflow，and canopy interception，respectively．The surface runoff output is 9．4％ of the average annum
rainfal1．The annual inputting nutrient by rainfal in plantation ecosystem including N，P，K，Ca，Mg，Fe，Mn，Sr，Zr，
Na，and Si，amounts tO 144．0321~：g／hm ，and the surface runoff output is 155．335kg／hm The annual net nutrient aCCH—
mulation is一11．303kg／hm ．
Key words Chinese fir forest，Hydrologic proce~，Nutrient dynamic，Input and output
杉木为我国亚热带特有优良用材树种，生长快，用途广，产量高，深受南方人民的喜爱。但纯林杉木特别
是多代连栽面积不断扩大而产生的杉木林地地力及生产力维持问题已引起有关学者关注 。本研究利用
连续 2年定位观测数据分析杉木人工林降雨过程及其养分动态变化，探讨森林与水的关系以及森林生态系
统水文过程和水化学动态变化规律 ，为杉木人工林经营和林地生产力的维持提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
试验在江西省泰和县灌溪乡境 内中国科学院千烟洲试验站进行 ，该地位于东经 115。04 13 ，北纬 26。44 48 ，
典型红壤丘陵地貌，最高海拔高度 115．5m，相对海拔高度20～50m，地势起伏，丘顶浑圆，以10。～30。坡度居
多 ，由白垩系红色与紫红色砾岩 、砂岩和泥岩组成，除少数丘顶 和裸露地外 ，风化层一般厚 30～50cm。林地
土壤为红黄壤，pH值 4．45～5．45，有机质含量 0．67～1．93g／kg。年均气温 16．512，年均相对湿度 88．8％，
年均降雨量 1389．3mm，年蒸发量 1358．6ram，夏无酷热，冬无严寒，气候温和，降水量季节分配不均，水热不
完全同步。杉木人工林径流场面积为 156．18m ，造林密度 2385株／hm ，林龄 16年，平均胸径14．2cm，平均
树高 12．5m，郁闭度 0．9，林木均为春季造林且未进行任何处理。林分密度大，林内仅有少量蕨(Pteridium
∞“ilin“ )类分布，林缘和林窗内少布篌竹(Phyllostachys nidularia)类植物生长。
林外大气降雨量测定即在林间空地设置口径为200ram的虹吸式自记雨量计，测量每次降雨量并采集水
样；林内穿透雨量测定即在固定样地内均匀设置 10个标准雨量筒，测定每次通过树冠的穿透雨量，并采集雨
量筒内少量水样混合后再取样；树干流量测定是将固定样地内每棵树干距地面约 0．5m处用塑料胶管蛇型
缠绕，并用沥青密封塑料管与树干问空隙，将树干上流水通过塑料管导引至塑料桶内测定每次干流量，并逐
一 采集少量水样混合后再取样 ；地表径流量测定即在封闭的径流场集水区出口处设置 1个 1m 水池用水表
测其径流量，并从水池取样。每次每水样采量为200mL，装入干净塑料瓶中及时送实验室分析，用 ICP—AES
*中国科学院知识创新项 目(KZCX2—407和 CX10G—E01—08—02)资助
收稿 日期：2002—10—30 改回日期：2002—1 l-30
第 1期 陈永瑞等：江西干烟洲试区杉木人工林降雨过程及养分动态研究 75
(即等离体发射光谱法)测定水样中N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Sr、Zr、Na和 Si等养分含量，用凯氏半微量定 N
仪测定 N含量。
2 结果与分析
2．1 杉木人工林生态系统降雨输入与径流输出状况
根据 1999～2000年连续 2年观测资料统计试区杉木人工林生态系统降雨输入与分配(见表 1)并绘制
年动态变化图(见图 1和图 2)。由表1可知该森林生态系统穿透雨量 占年降雨量的89．38％，树干流量占年降
表 1 杉木 人工林生态 系统 降雨输入与 分配状况(1999~2000)
Tab．1 Monthly distributions of rainfal in the Chinese fir~rest from 1 999 to 2000
雨量 的 0．27％，林 冠
截留雨量 占年降雨量
的 10．35％。而 进 入
该森林 生态 系统 内雨
量多为穿透雨水 ，树干
流量非常少 ，受降雨量
大小 和时间长短 的影
响 ，各月树干流量有一
定变化 ，但变幅较小 ，4
月份降 雨最大其干 流
量仅为 0．90mm，12月
份基本 无 降雨 量。图
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 l1 12
月 份
图 1 杉木人工林生态系统降雨量分配状况
Fig．1 Month distributions of rainfall in the
plantation of Chinese fir
墨
妞
啊
l娶
避
图2 杉木人工林生态系统净降雨率与截留雨率月变化
Fig．2 Monthly changes of net precipitaion rate
and interception rate
1显示该区杉木人工林生态系统降雨输入及其分配月变化规律 ，林 内净降雨量 随大气 降雨量 的增加而增加 ，
而林冠截留雨量则不明显。由图2可知 1～2月和 l2月份由于降雨量分散，林冠截留雨水能力较强，林冠截
留雨率为全年最大值，3个月平均截留雨率达31．2％，4～7月份为雨季，空气湿度大，雨水多且连续降雨时间
较长，林冠截留雨率较小，4个月平均截留雨率仅为4．5％。8～11月份空气湿度小，树冠干燥 ，降雨量分散，
故截留雨率开始逐渐上升，4个月平均值升至11．5％，净降雨率与截留雨率表现恰相反。由表 2可知该区杉
木人工林年地表径流量(地下径流和蒸发散因某种原因未计 )占净降雨量的 9．4％。净降雨量最大的 4月份
和 5月份地表径流仅占16．4％和9．4％，而 6月份净降雨量虽仅 155．4mm，但地表径流量占年地表径流总
量的25％。杉木人工林2年定期取样化学分析平均值见表3，由表3可知该区大气降雨经过林冠后N、K、
表 2 杉木 人工林 生态 系统 地表径流输出状况 (1999~2000)
Tab．2 Monthly distributions of surface runoff in the Chinese fir forest from 1 999 tO 2000
项 目 平均元素含量／g·kg Average contens of mineral elements
1tems N P K Ca Mg Fe Mn Sr Zr Na Si
瑚 瑚 ∞ 0
E 酲 删窿牲
76 中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
Ca、Mg、Fe、Mn、Sr和zr等营养元素平均浓度明显增加，其中K、ca和Mg元素增幅较大，而P、Na和si元素
有所减少。大气降雨经过树干后营养元素平均浓度均有所增加，其中N、K、Ca、Mg、Fe、Na和 si等元素增幅
较明显。
2．2 杉木人工林生态系统降雨中营养元素输入与收支状况
由表4可知该区杉木人工林生态系统随降雨年输入营养元素总量为471．738kg／hm ，其中K元素输入
量最大，年达 172．8kg／hm ，P元素输入量最少，年仅有0．297kg／hm ，其他元素依次为 Ca>Si>Na>Mg>Zr
>Mn>N>Sr>Fe。由表5可知该区杉木人工林生态系统营养元素年输入总量为 144．032kg／hm ，年输出
总量为 155．335kg]hm ，年亏损量 11．303kg／hm ，其 中 N、P、Mn、Sr、Zr和 Na 6种元素为正积累，年达
56．690kg／hm ，且以Na积累量最高，占正积累量的 39．7％，其他元素正积累依次为 zr>sr>Mn>N>P。
而 K、Ca、Mg、Fe和 si为负积累，年亏损量 67．992kg／hm ，其中K元素亏损量最大，占43．7％，ca、Fe和 si
次之 ，Mg最少 ，年亏损量 1．611kg／hm 。
表 4 杉木人工林生态系统降雨中营养元素年输入状况
Tab．4 Distributions of nutrient substance input of rainfal a year in Chinese fir forest
3 小 结
定位试验研究千烟洲试区杉木人工林生态系统水文过程及养分动态结果表明，该森林生态系统 中以林
冠穿透雨形式输入林地水量占年降雨量的89．38％，以树干流形式输入林地水量占0．27％，林冠年截流量占
10．35％。以地表径流形式输出该系统的水量占年平均降雨量的 9．4％。该森林生态系统中随降雨年输入
的 N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Sr、Zr、Na、Si 11种营养元素总量为 144．032kg／hm ，随地表径流年输出林地养分
总量为 155．335kg／hm ，年亏损量 11．303kg／hm ，其中 K元素亏损量最大 ，占43．7％。
参 考 文 献
田大伦，项文化，康文星．湖南第 2代杉木幼林的水文过程及养分动态研究．林业科学，2001，37(3)：64～72
陈永瑞，李 飞 千烟洲试区人工林营养元素生物积累的研究．自然资源学报，1999，14(1)：84～87
陈永瑞．千烟洲试验区湿地松人工林生态环境的元素特征．北京林业大学学报，1999，21(6)：41～45
陈永瑞．千烟洲试验区湿地松人工林中降雨对矿质元素淋溶的影响．资源科学，2000，22(1)：65～68
陈永瑞 千烟洲试验区马尾松人工林凋落叶及其数量动态 江西科学，2000，18(1)：19～23
陈永瑞，李 飞 人工湿地松林营养元素的积累、迁移与分布 资源科学，1998，20(增刊)：49～55