全 文 ：陇中黄土高原油松人工林林冠截留特征及模拟*
方书敏1. 2**摇 赵传燕2 摇 荐圣淇2 摇 余摇 凯3
( 1甘肃农业大学资源与环境学院, 兰州 730000; 2兰州大学生命科学学院干旱农业研究所, 兰州 730000; 3兰州大学资源环境
学院, 兰州 730000)
摘摇 要摇 以陇中黄土高原安家沟小流域的油松人工林为对象,于 2011 年生长季(5—9 月)观
测其林外降雨、穿透雨、树干茎流及林冠结构特征,采用修正的 Gash 解析模型模拟林冠截留,
研究油松人工林的生态水文过程及影响机理.结果表明: 研究期间共观测到 19 次降雨事件,
总降雨量为 215. 80 mm,其中林冠截留 48. 27 mm,占总降雨量的 22. 4% ;穿透雨 165郾 24 mm,
占同期林外降雨量的 76. 7% ;树干茎流量 2. 29 mm,占同期降雨量的 1. 1% .模拟的林冠截留
量为 41. 24 mm,比实测值低 7. 13 mm,相对误差为 14. 7% ,其中,33. 8%和 60. 0%截留分别在
降雨期间和降雨之后蒸发.修正的 Gash 解析模型对林冠盖度、林冠持水能力、蒸发和雨强有
较强的敏感性,而对树干茎流率和树干持水能力的敏感性不高.
关键词摇 陇中黄土高原摇 安家沟小流域摇 油松人工林摇 林冠截留摇 Gash解析模型
文章编号摇 1001-9332(2013)06-1509-08摇 中图分类号摇 S715. 2摇 文献标识码摇 A
Canopy interception of Pinus tabulaeformis plantation on Longzhong Loess Plateau, North鄄
west China: Characteristics and simulation. FANG Shu鄄min1,2, ZHAO Chuan鄄yan2, JIAN
Sheng鄄qi2, YU Kai3 ( 1College of Resources and Environmental Sciences, Gansu Agricultural Univer鄄
sity, Lanzhou 730000, China; 2 Institute of Arid Agriculture, College of Life Science, Lanzhou Uni鄄
versity, Lanzhou 730000, China; 3College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou Universi鄄
ty, Lanzhou 730000, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(6): 1509-1516.
Abstract: Taking the Pinus tabulaeformis plantation in the Anjiagou catchment on Longzhong Loess
Plateau as test object, an observation was made on the characteristics of throughfall, stemflow, in鄄
terception, and canopy structure of P. tabulaeformi during its growth season (from May to Septem鄄
ber) in 2011. Based on the observed data, the revised Gash analytical model was adopted to simu鄄
late the canopy interception, aimed to understand the ecological hydrological processes of Pinus
tabulaeformis plantation and related mechanisms. In the observation period, a total of 19 precipitati鄄
on events were observed, with a total precipitation of 215. 80 mm. The throughfall, stemflow, and
canopy interception were 165. 24 mm, 2. 29 mm, and 48. 27 mm, occupying 76. 7% , 1. 1% , and
22. 4 % of the total precipitation, respectively. The simulated canopy interception was 41. 24 mm,
being 7. 13 mm lower than the observed value and with a relative error of 14. 7% . There were
33郾 8% and 60. 0% of interception were evaporated from the canopy during and after precipitation,
respectively. The revised Gash analytical model was highly sensitive to the canopy storage capacity,
forest coverage, rainfall intensity, and evaporation, but less sensitive to the stemflow rate and stem
water holding capacity.
Key words: Longzhong Loess Plateau; Anjiagou catchment; Pinus tabulaeformis plantation; cano鄄
py interception; revised Gash analytical model.
*国家自然科学基金重点项目(91025015)资助.
**通讯作者. E鄄mail: fangsm@ gsau. edu. cn
2012鄄08鄄23 收稿,2013鄄03鄄28 接受.
摇 摇 冠层截留作为水文循环的重要环节,对土壤水
分的收支、地表径流的形成及河川径流的调节具有
重要影响,一直是森林水文学研究的热点[1] . 在黄
土高原地区,降水是土壤水分的唯一来源,而植被冠
层对降雨的截留损失将影响到达地表土壤的水分总
量,从而影响植被生长. 因此,研究植被冠层对降雨
的再分配,对于理解黄土高原人工林的生态水文过
程具有十分重要的意义. 目前有关林冠截留的研究
在不同气候带不同植被类型中都有开展,例如:干旱
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 6 月摇 第 24 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2013,24(6): 1509-1516
半干旱地区的森林与灌木[2]、温带针叶林[3-4]、温带
落叶阔叶林[5]以及热带雨林. 研究结果表明,林冠
截留一般占降雨量的 10% ~ 35% [6],在一些地区甚
至高达 48% [7] .林冠截留因树种、林分密度、冠层结
构、叶面积指数及气候条件的不同而差异显著.
林冠截留模型是估算和评价林冠截留特征的有
效工具,主要包括经验模型[8]、半理论模型[9]和理
论模型[10] .经验模型是基于野外实测数据,通过数
理统计等方法建立起来的统计或回归模型;半理论
模型是通过实测数据确定截留理论中的经验参数而
建立起来的;理论模型则是基于林冠截留动态过程
的物理描述、严谨的推理过程和坚实的数量基础建
立的模型.其中,半理论模型具有一定的理论基础并
与经验参数相结合,具有较高的实用性,代表性模型
有 Calder随机模型[11]和 Rutter 模型[12] . Rutte 模型
的突出特点是用蒸发理论来处理附加截留问题,克
服了用经验公式求算附加截留的弊端,但气象要素
的测定和计算比较繁琐,给实际应用带来不便. Gash
等[13-14]在 Rutter 模型基础上提出了 Gash 解析模
型,之后又对 Gash 模型进行修正,从林冠截留机理
出发,结合降雨特征、林冠特征及空气动力学特征了
解林冠截留各个部分的组成,从而获得林冠截留总
量.由于 Gash 模型实用性强,因此在世界不同森林
类型的林冠截留模拟研究中得到广泛应用.
油松(Pinus tabulaeformis)是我国北方主要的造
林树种之一,在涵养水源、保持水土及改善生态环境
方面都有重要作用.因此,开展油松人工林的降雨再
分配特征模拟研究,对于准确理解该林型的生态水
文功能具有重要的意义.从 20 世纪 80 年代至今,我
国有关油松林冠截留的水文效应研究分别在华北地
区[15-18]、黄土高原地区[19-22]、岷江上游[23]、辽西低
山丘陵区[24]、内蒙古半干旱石质山区[25-26]等区域
开展,为深入了解油松林生态系统的生态水文功能
提供了大量可靠的数据.但是,上述研究主要集中在
油松林冠截留特征的观测方面,对油松的林冠截留
模拟研究较少,尤其是采用 Gash解析模型模拟的研
究鲜有报道.本研究基于油松人工林降雨截留观测
数据,采用修正的 Gash 解析模型进行林冠截留模
拟,以期为进一步研究油松人工林的生态水文过程
及影响机理奠定基础.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
安家沟小流域位于甘肃省定西市,是祖厉河的
一个小流域,流域面积 8. 54 km2,海拔在 1900 ~
2250 m,地形波状起伏,平均坡度 18. 08毅,具有典型
沟壑地貌特征.该地区年均气温 6. 3 益,多年平均降
水量 427 mm,年降水量 50% 集中在 7—9 月,且
50%的降水是以暴雨的形式发生;潜在蒸散发量
1450 mm,蒸发量与降水之比巨大,导致区域农业经
常受到干旱的威胁.
观测样地位于安家沟小流域(图 1)的油松人工
林内,样地面积 20 m 伊 20 m,坡度 10毅,平均树高
6郾 88 m,株密度 467 株· hm-2,平均胸径 11. 51 cm,
平均叶面积指数 2. 76,平均盖度 64. 9% .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 林外降雨、穿透雨和树干茎流的观测
1)气象数据采集:在研究区内距离油松林样地
约 100 m处布设小型自动气象站,观测的气象数据
包括:太阳辐射强度(W·m-2)、空气温度(益)、空
气相对湿度(% )、风速(m·s-1)、风向. 同时,在林
外开阔处放置一个标准雨量筒,与自动气象站配合
测定林外降雨量.
2)穿透雨观测:在油松林样地内按照 1 m伊1 m
规格布设口径为 20 cm、高 30 cm的塑料小桶 40 个,
同时布设长 1 m、口径 20 cm的承雨槽 3 个.每次降
雨后用标准雨量杯及时测量雨量筒(承雨槽)内的
雨量,然后通过承雨器与标准雨量筒的面积比换算
为降雨量.
3)树干茎流观测:在样地中按照不同径级(6 ~
13 cm),以 1 cm 为一个径级选择油松测定树干茎
流,共选择 8 株样树. 将直径为 2 cm 的聚乙烯塑料
管剖开,从距地面 1 m 开始蛇形缠绕树干一周半
(缠绕部分树皮稍微刮平),用“U冶型针将塑料管固
定在树干上,并用玻璃胶对接缝处进行密封;在塑料
管下端接上容积为 15 L的塑料桶来收集树干茎流,
图 1摇 研究区地理位置
Fig. 1摇 Location of study region.
0151 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
每次降雨后用量筒测量桶内水量(mL).树干茎流量
(SF,mm)计算公式如下:
SF =移
N
i = 1
C i 伊 Mi
Sp 伊 10000
(1)
式中:N为树干径级数;C i为径级 i 的树干径流体积
(mL);Mi为径级 i的树木株数;Sp为样地面积(m2).
根据水量平衡原理,由林冠水量平衡方程计算
出林冠截留量( I,mm):
I=P-T-SF (2)
式中:P为大气降水量(mm);T为穿透雨量(mm).
1郾 2郾 2 油松林冠结构参数观测摇 2011 年 7 月对观测
样地进行林分结构调查.采用 LAI鄄2000 植物冠层分
析仪测定油松样地的叶面积指数(LAI);将鱼眼相
机架设在雨量筒上方 l m 处,拍摄每个雨量筒上方
的半球影像,利用 Gap light analyzer 2. 0 软件对半球
影像进行处理,获取每个雨量筒上方的冠层盖度.
1郾 2郾 3 油松人工林林冠持水能力测定摇 在实验样地
按照不同径级(6 ~ 13 cm)选择 8 株样树.每株样树
取茎部的树皮 1 片(10 cm伊10 cm),同时取树冠上、
中、下部直径<1 cm的枝条 3 枝,采集枝条上的油松
针叶,共采集树皮样品 8 份,枝样品 24 组,叶样品
21 组.采集后立即用密封袋装好,并记录样树的胸
径、树高,带回实验室进行林冠持水能力测定. 油松
人工林林冠最大持水能力采用尺度上推法确定[27] .
1郾 2郾 4 林冠截留模型摇 修正的 Gash 模型[14]描述的
是一系列彼此分离的降雨事件,每个降雨事件都包
含林冠加湿、林冠饱和以及降雨停止后林冠干燥的
过程,且假定每次降雨事件之间有足够的时间让林
冠完全恢复到降雨前的干燥程度. 模型采用分项求
和的形式,将整个林冠在降雨过程中各个阶段的截
留损失相加得到总的林冠截留量. 该模型计算林冠
截留量( I j, mm)的基本公式为:
移
n+m
j = 1
I j = c移
m
j = 1
Pg j + pt移
n-q
j = 1
Pg j + qSt + c移
n
j = 1
Pg j忆 +
(c軈Ec / 軈R)移
n
j = 1
(Pg j - Pg j忆) (3)
式中: n 为林冠达到饱和的降雨次数;m 为林冠未
达到饱和的降雨次数;q 为树干达到饱和产生树干
茎流的降雨次数;j 为总的降雨次数;c 为林分郁闭
度; pt 为树干径流系数; 軈R 为平均降雨强度
(mm·h-1);軈Ec 为单位覆盖面积平均林冠蒸发速率
(mm·h-1);軈Ec = 軈E / c,軈E 为饱和林冠的平均蒸发速
率(mm·h-1);Pg j为总降雨量(mm);Pg为单次降雨
的降雨量(mm);St为树干持水能力( mm);Pg忆为使
林冠达到饱和所需降雨量(mm). 林冠饱和所需降
雨量算式为:
Pg忆 = - (軈R / 軈Ec)Sc ln[1 -(軈Ec / 軈R)] (4)
式中:Sc为单位覆盖面积林冠持水能力. 由 Penman鄄
Monteith公式计算 軈E:
姿軈E = (驻Rn + 籽cpD / ra)(驻 + 酌) -1 (5)
式中:姿为水的汽化潜热(20 益时,2453 J·g-1);驻
为饱和水汽压曲线的斜率(hPa·益 -1);Rn 为大气
净辐射 (W·m-2 ); 籽 为空气密度 (20 益时,1204
g· m-3); cp 为空气在常压下的比热 ( 1. 0048
J· g-1 ·益 -1);D为饱和水汽压差(hPa);酌为空气
湿度常数(hPa·益 -1),酌 = 0郾 016286P / 姿;ra为空气
动力学阻力(s·m-1),由下式计算:
ra =(1 / k2u){ln[( z-d) / z0]} (6)
式中:z为风速观测高度(m);d 为零位移高度;z0为
粗糙长度(m);k为 von Karman 常数(k = 0. 4);u 为
z高度的风速(m·s-1).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 安家沟小流域的降雨特征
2011 年 5—9 月观测期间共发生降雨事件 60
次,总降雨量为 330. 2 mm.其中,产生穿透雨的降雨
事件有 19 次,降雨量为 215. 8 mm.次降雨量的最小
值和最大值分别为 0. 2 mm和 24. 8 mm.其中<5 mm
的降雨出现的频率最高,占总降雨事件的 66. 7% ,
其次是 5 ~ 10 mm 的降水,占 12. 7% ,而>15 mm 的
降雨发生频率较低. 从降雨量的分配上看,>10 mm
的降雨量占总降雨量的 64. 2% ;雨强则以 1. 5 ~ 2
mm·h-1的小雨强为主;降雨持续时间以<5 h 的短
历时降雨出现的频率最高(图 2).由此可见,观测期
间研究区的降雨以小降雨事件为主,大降雨事件出
现的频率较低,但大降雨事件对总降雨量的贡献大.
2郾 2摇 油松人工林中穿透雨与林外降雨量
观测期间,研究区产生穿透雨的降雨事件有 19
次,总降雨量为 215. 80 mm,穿透雨量为 165. 24
mm,穿透雨占林外总降雨的 76. 6% ,次降雨穿透雨
率为 13. 1% ~ 92. 5% ,林内穿透雨量(T)与林外总
降雨量(P)呈良好的线性关系:T = 0郾 6839P-1郾 499
(R2 =0郾 972,n=19) (图 3a).由两者拟合的线性回
归方程可以看出,在降雨量 P逸2郾 19 mm 时才产生
穿透雨,这与实际观测情况基本吻合. 降雨初始时,
穿透雨量缓慢增加,然后随着降雨量级的增大快速
增加.林内穿透雨率(TF)与总降雨量(P)的关系为:
TF =19郾 036lnP+5郾 4007(R2 =0. 623,n =19)(图3b).
11516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 方书敏等: 陇中黄土高原油松人工林林冠截留特征及模拟摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 2011 年观测期间研究区的降雨特征
Fig. 2摇 Characteristics of rainfall in the study region during the
observation period in 2011.
玉:降雨量 Rainfall; 域:占降雨量百分比 Percentage of rainfall; 芋:频
率 Frequency.
在小雨量级时,穿透雨率增加较快;在大雨量级时,
穿透雨率增加缓慢.
2郾 3摇 油松人工林树干茎流的变化
在研究期间 60 次降雨事件中,产生树干茎流的
降雨有 14次.单次降雨的树干茎流量在 0. 01 ~ 0郾 65
mm,总茎流量 2. 29 mm,树干茎流率在 0. 05% ~
1郾 72% ,平均茎流率为 1. 06% .树干茎流量(SF)与
降雨量 ( P) 呈正相关,二者的拟合关系: SF =
0郾 0243P-0郾 0731(R2 = 0. 600,n = 14) (图 4). 观测
发现,当降雨量>7 mm 时才产生树干茎流. 树干茎
流除了受降雨量的影响之外,还受气候、林冠特征和
树皮粗糙度等多种因素的影响. 由于油松侧枝多为
水平张开,不利于树枝上的积水向树干集中,且树皮
十分粗糙,瞬间吸收水能力较强,需大量降雨才能湿
润整个树干.
2郾 4摇 油松人工林林冠截留特征
观测期间,林冠总截留量为48. 27 mm,占总降
图 3摇 林内穿透雨与降雨量的关系
Fig. 3摇 Relationship between throughfall and rainfall.
图 4摇 树干茎流与降雨量的关系
Fig. 4摇 Relationship between stemflow and rainfall.
雨量的 22. 4% . 林冠截留量( I)与降雨量呈幂函数
关系: I=1郾 0827P0郾 637(R2 =0郾 790,n = 19);林冠截留
率( Ic)与降水量呈对数递减关系:Ic = -19郾 823lnP+
95郾 466(R2 =0郾 622,n=19).当降雨量<2. 19 mm时,
林冠截留率达 100% ;降雨量在 0 ~ 5 mm之间时,截
留率均>70% ;在 5 ~ 15 mm 降雨量级,随着降雨量
增大,截留量增大,截留率却降低;在 15 ~ 25 mm 降
雨量级,随着降雨量增加,截留量增加,截留率基本
保持稳定;在降雨量>25mm 时,林冠截留率呈减小
趋势.在整个降雨量级中,林冠截留率随着降雨量级
的增加有下降趋势 (图 5),反映了林冠截留降水能
力的有限性. Ic与雨强(軈R)呈对数递减关系: Ic =
-5郾 31ln軈R+50郾 75(R2 =0郾 080,n=19),但相关性不显
著(图 6).这主要与降雨持续时间及林冠特性有关.
2151 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
图 5摇 林冠截留与降雨量的关系
Fig. 5 摇 Relationship between interception by canopy and rain鄄
fall.
玉:降雨量 Rainfall; 域:林冠截留量 Interception; 芋:林冠截留率 In鄄
terception rate.
图 6摇 林冠截留率与雨强的关系
Fig. 6 摇 Relationship between interception rate and rainfall in鄄
tensity.
2郾 5摇 油松人工林林冠截留模拟
2郾 5郾 1 模型参数确定 摇 由表 1 可以看出,油松松针
和枝的最大持水能力分别为 0. 47 和 0. 23 mm,树干
的最大持水能力(St)为 0郾 12 mm,油松样地林冠总
的持水能力(S)为 0郾 82 mm.
2郾 5郾 2 林冠截留实测值与模拟值对比分析摇 本研究
中,两场降雨之间的时间间隔>8 h. 基于 2011 年
5—9 月的降雨观测数据,根据式(3)计算的林冠截
留量为 41. 24 mm,比实测值低 7. 13 mm,相对误差
为 14. 7% ;模拟树干茎流量为 2. 75 mm,比实测值
高 0. 46 mm,相对误差 20. 1% ;模拟穿透雨量为
171. 81 mm,比实测值高 6. 57 mm,相对误差 3. 9% ,
由表 2 可以看出,降雨停止后的林冠蒸发是油松林
冠截留的主要组成部分,占总截留量的 60. 0% ,降
雨停止前的林冠蒸发量,占总截留量的 33. 8% .图 7
显示,模型能够模拟大部分单场降雨的林冠截留量,
但个别场次降雨模拟值与实测值之间还存在较大差
异,总体上模拟值小于实测值.
表 1摇 油松人工林修正的 Gash解析模型参数
Table 1摇 Parameters for the revised Gash model to simulate
the interception of Pinus tabulaeformis plantation
参数
Parameter
数值
Value
c 0. 65
s(mm) 0. 82
sc = s / c (mm) 1. 26
p 0. 35
st (mm) 0. 12
Pt 0. 0114
E (mm·h-1) 0. 21
軈Ec =軈E / c (mm·h-1) 0. 32
軈R (mm·h-1) 1. 98
Pg 忆 (mm) 1. 38
c:林冠盖度 Canopy cover; s:林冠持水能力 Canopy storage capacity;
sc:单位面积林冠持水能力 Canopy storage capacity by canopy cover,
sc = s / c; p:自由穿透雨系数 Free throughfall coefficient; st:树干持水
能力 Trunk storage capacity; Pt:树干茎流系数 Stemflow coefficient; 軈E:
林冠平均蒸发速率 Mean evaporation rate during rainfall; 軈Ec:单位面积
平均蒸发速率 Mean evaporation rate scaling by canopy cover during
rainfall, 軈Ec =軈E / c; 軈R:平均雨强 Mean rainfall rate; Pg 忆:林冠饱和所需
降雨量 Amount of rain to saturate the canopy.
表 2摇 应用修正的 Gash模型模拟值与实测值
Table 2 摇 Observed and simulated values by the revised
Gash model
模型组成
Component
of model
模拟值
Simulated
value
(mm)
占林冠截留
模拟值百分比
% of total
estimated interception
林冠未饱和的 m次降雨的截留量
Interception of m small rainfalls when Pg<
Pg忆 (mm)
1. 5 3. 6
林冠饱和的 n 次降雨的林冠加湿过程
Rainfalls for wetting鄄up the canopy when
Pg逸Pg忆 (mm)
1. 31 3. 2
降雨过程中的蒸发量
Evaporation during rainfall process (mm)
3. 94 33. 8
降雨后的蒸发量
Evaporation after rain (mm)
22. 66 60. 0
树干蒸发量
Evaporation of stem (mm)
1. 83 4. 4
林冠截留量
Total interception loss (mm)
41. 24 100
树干茎流量
Total stemflow (mm)
2. 75
穿透雨量
Total throughfall (mm)
171. 81
2郾 5郾 3 影响截留因素的敏感性分析摇 为确定模型参
数对林冠截留总量的影响程度,对林冠结构参数和
气候参数进行模型敏感性检验(图 8). 当 S、c、E、
P t、St 分别增加 20% 时,林冠截留量分别增加
10郾 1% 、7. 7% 、6. 5% 、0. 1% 和 0. 8% ;当 R 增加
20%时,林冠截留减少 8. 8% . 由此可见,模型对林
冠结构参数 S、c和气候参数 R、E 的敏感性较高,特
别是冠层持水能力(S)对模型的影响最大;而树干
31516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 方书敏等: 陇中黄土高原油松人工林林冠截留特征及模拟摇 摇 摇 摇 摇
图 7摇 单次降雨林冠截留的实测值(a)与模拟值(b)
Fig. 7摇 Observed (a) and simulated (b) canopy interceptions
in a single rainfall event.
图 8摇 模型参数敏感性分析
Fig. 8摇 Sensitivity analysis of parameters in the revised model.
茎流系数(P t)和树干持水能力(St)对模型的影响
很小.
3摇 讨摇 摇 论
研究期间,陇中黄土高原人工油松林的林冠截
留率为22 . 4% ,林冠截留量随降雨量的增加而增
大,两者之间的关系以幂函数拟合效果较好.我国不
同研究区油松林冠截留率为 15. 7% ~ 36. 9% (表
3),本研究结果在此范围之内,但低于赵鸿雁等[20]
在陕北黄土高原的研究结果. 穿透雨率为 76. 6% ,
基本趋势为穿透雨随降雨量的增大而增大,穿透雨
量与林外降雨量呈明显的线性关系,这与大多数学
者的研究结果一致.据研究,针叶树的树干茎流不足
年降雨量 2% [28-29],虽然这部分水量较小,但对林木
生长有着重要的意义.尤其是在干旱半干旱区,水分
是限制林木生长、发育的主要因素,树干茎流可以数
倍于林外降水量进入林木树根周围,补偿林木蒸腾
耗散所需水分,对林木生长发育起到了积极作用.本
研究的树干茎流率为 1. 1% ,树干茎流与林外降雨
具有明显的线性关系,这与胡珊珊等[16] 和肖洋
等[17]的研究结果一致. 由表 3 可见,林冠截留和穿
透雨量除了受降雨量的影响之外,还与冠层盖度和
株密度有关,盖度和密度越大,截留量越大,而穿透
雨量则越小.树干茎流除了受降雨特征影响之外,还
受树干的粗细、枝条与树干的角度和树体表面的粗
糙程度的影响.
摇 摇 本文采用修正的 Gash 解析模型模拟油松人工
林的林冠截留量为 41. 24 mm,模拟值低于实测值
14. 7% .国内外相关研究也表明,采用 Gash 解析模
型模拟的林冠截留值低于实测值.如 Limousin 等[30]
采用 Gash 模型研究地中海常绿阔叶林林冠截留的
模拟值比实测值低 6. 2% ;Shi 等[31]在研究六盘山
华山松的林冠截留时,模拟值低于实测值 5. 87% ;
盛雪娇等[32]在研究辽宁山区落叶松人工林的林冠
截留时也发现模拟值低于实测值. 误差主要产生在
大降雨事件的截留模拟中,小降雨事件的误差较小.
由于 Gash模型的参数较多,模型的模拟精度取决于
表 3摇 不同地区油松林林冠截留的比较
Table 3摇 Comprison of the interception of Pinus tabulaeformis forests from different sites in China
树龄
Age
(a)
树高
Height
(m)
胸径
DBH
(cm)
密度
Density
(plant·hm-2)
盖度
Canopy cover
(% )
降雨量
Rainfall
(mm)
截留率
Interception
(% )
茎流率
Stemflow
(% )
穿透雨率
Throughfall
(% )
文献来源
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23 7. 5 13. 7 1525 70 510. 6 15. 7 1. 3 - [29]
40 6. 88 11. 51 356 65 215. 8 22. 4 1. 1 76. 6 本研究
This study
4151 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
参数的估算精度.根据敏感性分析,模型对冠层持水
能力 S有较大的敏感性.何常清等[33]在研究岷江上
游亚高山川滇高山栎林的林冠截留时也发现,模型
对 S的敏感性最高.因此,S 的估算精度影响到林冠
截留模拟的精度. Llorens 和 Gallart[34]研究表明,针
叶树的林冠持水能力介于 0. 3 ~ 3 mm 之间,本文估
算的 S值为 0. 82 mm,在此范围之内.林冠盖度及平
均蒸发速率也是敏感性较强的因子. 平均蒸发速率
与饱和水汽压差有关,本文估算的平均蒸发速率为
0. 21 mm·h-1,相关报道平均蒸发速率在 0. 07 ~
0郾 70 mm·h-1之间[35] .目前有关饱和林冠平均蒸发
速率的估算是采用 Penman鄄Monteith 方法,还没有更
精确的估算方法.提高模型的模拟精度必须提高模
型敏感参数的估算精度.
植被冠层截留在生态系统水文循环和水量平衡
中占有极其重要的地位.本文根据一年的观测数据,
研究了陇中黄土高原油松人工林的林冠截留特征,
并采用修正 Gash解析模型进行了林冠截留模拟.由
于观测时间序列较短,有关油松人工林林冠截留的
影响因素以及林冠截留与土壤水分之间的关系未作
探讨.这些工作将在继续观测的基础上进行.
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作者简介 摇 方书敏,女,1975 年生,讲师,博士研究生. 主要
从事生态水文与环境模拟研究. E鄄mail: fangsm@ gsau. edu.
cn.
责任编辑摇 李凤琴
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