全 文 ：黄土丘陵沟壑区苹果树冠截留规律*
李晶晶1 摇 白岗栓1,2**
( 1中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌 712100)
摘摇 要摇 以陕北黄土丘陵沟壑区的盛果期山地苹果为研究对象,2008—2010 年连续 3 年监测
其树冠外大气降水、树冠穿透降水和树干径流,分析不同降水因子对树冠截留能力的影响.结
果表明: 研究区苹果树干径流率为 0. 8% ,树冠截留率为 8. 9% ,且株间的截留量高于行间,距
树干越近,截留量越高.苹果树冠在雨季截留量较大而截留率较低,旱季截留量较小但截留率
较高.苹果树冠截留量随降水量、降水强度、降水历时、降水间隔的增大而增加,为幂函数或对
数函数关系;截留率随降水量、降水强度、降水历时的延长而降低,随降水间隔的延长而增加,
呈幂函数关系.不同降水因素中,降水量对苹果树冠截留能力的影响最大.
关键词摇 苹果树冠摇 降水因子摇 截留能力
文章编号摇 1001-9332(2013)02-0379-09摇 中图分类号摇 S661. 1;S715. 2摇 文献标识码摇 A
Crown interception of apple trees in loess hilly and gully region, Northwest China. LI Jing鄄
jing1, BAI Gang鄄shuan1,2 ( 1 Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences
and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi, China; 2 Institute of Soil and Water
Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2013,24(2): 379-387.
Abstract: Taking the apple trees at their full鄄fruit stage in the loess hilly and gully region of
Shaanxi as test objects, a three鄄year consecutive monitoring was conducted on the precipitation out鄄
side the tree crown, the through fall of the crown, and the stem flow from 2008 to 2010, with the
effects of different precipitation factors on the crown interception analyzed. In the study region, the
stem flow rate and crown interception rate of the trees accounted for 0. 8% and 8. 9% of the precip鄄
itation, respectively, the inter鄄plant interception was higher than the inter鄄row interception, and the
interception increased with the decreasing distance to the stem. In rainy season, the crown intercep鄄
tion was greater while the interception rate was smaller; in drought season, it was in adverse. The
crown interception increased with increasing precipitation amount, precipitation intensity, precipita鄄
tion duration, and precipitation interval, and the relationships followed power function or logarith鄄
mic function. The interception rate was negatively correlated with precipitation amount, precipitati鄄
on intensity, and precipitation duration, but positively correlated with precipitation interval, and the
relationships were in power function. Among the precipitation factors, precipitation amount had the
greatest effects on the crown interception capability of the apple trees.
Key words: apple tree crown; precipitation factor; interception capability.
*国家“十二五冶科技支撑计划项目(2011BAD31B05)资助.
**通讯作者. E鄄mail: gshb@ nwsuaf. edu. cn
2012鄄06鄄21 收稿,2012鄄11鄄28 接受.
摇 摇 林冠截留是森林水文和水土保持研究的重点.
林冠作为森林对降水调节的起点,促使降水在时间
和空间上重新分配,是土壤鄄植被鄄大气(SPAC)水文
循环中不可忽视的环节,影响森林生态系统的水热
及营养物质的循环与分配[1-3] . 林冠截留削弱了雨
滴对地表的直接打击,可减少地表径流次数和径流
量以及土壤侵蚀[4-5] . 温带阔叶林截留率一般为
20% ~30% ,针叶林为 25% ~ 35% [6-7] .我国干旱半
干旱区人工林截留率多在 15% ~ 37% ,针叶林为
25% ~50% ,阔叶林为 10% ~ 35% [8];针叶林中,云
杉(Picea asperata)、冷杉(Abies holophylla)林的截留
率为 40% ~ 60% ,红松(Pinus koraiensis)为 20% ~
30% ,落叶松(Larix gmelinii)为 15% ~20% [9] .不同
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 2 月摇 第 24 卷摇 第 2 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, Feb. 2013,24(2): 379-387
林分中,混交林的截留量较大,针叶林次之,阔叶林
较低[10-11] .林冠截留受降水特征、林冠特征及多种
因素的影响[10-11] .我国林冠截留方面的研究多集中
于林冠截留率、影响因素及林冠截留模型等方面,国
外的 Gash 解析模型是在我国广泛应用的林冠截留
模型[12-15],国内学者建立的崔启武模型、王彦辉模
型在气象资料不甚详细的地区应用较广泛[1] . 目前
从野外观测到模型建立,林冠截留研究多集中于生
态林.陕北黄土丘陵沟壑区是黄土高原水土流失最
严重的区域,土壤侵蚀模数高达 9000 t·km-2 ·
a-1[1] .陕北黄土丘陵沟壑区光照充足、昼夜温差大,
为陕西省第二大优质苹果(Malus domestica)生产基
地和最大的优质红枣(Zizyphus jujuba)生产基地.随
着退耕还林建设及农村产业结构的调整,宝塔区、安
塞县等县区苹果园面积占耕地面积的 65%以上,佳
县、清涧县等县区红枣面积占耕地面积 85%以上,
但该区有关果树、经济林树冠截留方面的研究较少.
本文对安塞县苹果树树冠外大气降水、树冠穿透降
水和树干径流等进行监测,分析了苹果树冠的截留
能力及降水因子对其的影响程度,以期为果树、经济
林的生态环境建设提供参考.
1摇 研究区概况与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
试验园位于陕北黄土高原丘陵沟壑区的安塞县
县南 沟 流 域 寨 子 湾 村 ( 36毅 43忆 09郾 44义 N、
10毅15忆11郾 85义 E),海拔 1270 m,坡向南偏东 30毅,坡
度 10毅,整地方式为窄条梯田,田面宽 5郾 0 m.土壤为
黄绵土,厚度 90 ~ 110 m.该地属暖温带半干旱大陆
性季风气候,年均降水量 502郾 6 mm,年均气温
8郾 8 益,逸10 益活动积温 3171郾 2 益,气温日较差
>10 益,雨热同季,为优质山地苹果产区[16] .
供试苹果品种为红富士,砧木为新疆野苹果
(Malus sieversii),面积 2郾 1 hm2,1986 年定植,株行
距 4郾 0 m 伊 5郾 0 m,东西行向,品字型栽植.试验树干
径 18郾 0 ~ 20郾 0 cm,树高 4郾 1 ~ 4郾 2 m,树冠直径
4郾 8 ~ 5郾 2 m,冠层高度 3郾 2 ~ 3郾 4 m,郁闭度约 0郾 55,
树冠透光率约 25% ,叶面积指数约 3郾 0,地面为清
耕,无杂草.
1郾 2摇 监测项目与方法
根据水量平衡方程[P=P t+Ps+P i .式中:P 为树
冠外大气降水量(mm);P t为穿透降水量(mm);Ps
为树干径流量(mm);P i为树冠截留量(mm)],通过
测定 P、P t和 Ps,计算 P i .
1郾 2郾 1 树冠外大气降水量摇 在样地旁的空地处布设
口径 20 cm的 SJ1 虹吸式自记雨量计,测定每次降
水的降水量和降水强度. 树冠外降水量为 1 次降水
历时的气象数据累加值. 降水间隙大于 2 h 记为 2
次降水.
1郾 2郾 2 树冠穿透降水量摇 根据果园树冠枝叶分布和
郁闭度状况,选取 6 株干径、冠幅、树高、冠层高度基
本一致的苹果树,以树干为中心,分别在半径为
0郾 5、1郾 0、1郾 5、2郾 0 m的同心圆上均匀放置 3、5、7、9
个简易雨量筒(其中,3 株每个同心圆有 1 个雨量筒
放置于行间,另外 3 株每个同心圆有 1 个雨量筒放
置于株间),共计 24 个雨量筒,每次降水结束后,立
即测定不同雨量筒的降水量(mm),取 24 个雨量筒
的平均值作为该株树冠穿透降水量(mm). 简易雨
量筒用铁皮制作,内径 20 cm、高 45 cm.
1郾 2郾 3 树干径流量 摇 距地面 70 cm,用剖开的聚乙
烯管与水平面呈 30毅蛇形缠绕树干一周半,并用图
钉固定在树干上,树干径流通过聚乙烯管导入密封
的塑料桶,雨后测量收集的径流量. 为了防止漏水,
聚乙烯管与树干的空隙用乳胶密封. 根据收集的径
流量(mL)与单株树冠所占面积(4 m伊5 m= 20 m2)
计算树干径流量(mm).
1郾 2郾 4 监测时期 摇 2008—2010 年,在树冠叶幕形成
初期到落叶前,即每年的 4 月 20 日—11 月 30 日进
行监测.期间共监测 190 次降水.
1郾 3摇 数据分析
树冠截留量(P i)等于树冠外降水量(P)与穿透
降水量(P t)和树干径流量(Ps)的差值.树冠截留率
(Di)等于各次降水后 P i与 P的百分比.树干径流率
(Ds)等于各次降水后 Ps与 P的百分比.穿透降水率
(Dt)等于各次穿透降水量 P t与 P的百分比.
树冠株间、行间的穿透降水量:统计不同树下不
同同心圆处于株间、行间雨量筒的降水量,其平均值
作为树冠下株间、行间不同位置的穿透降水量.
树冠株间、行间的截留量:树冠下株间、行间的
截留量为树冠外降水量与株间、行间穿透降水量的
差值(由于该处的树冠径流无法测取,且树冠径流
所占份额较小,故该处的截留量不含树冠径流).
树冠株间、行间的穿透降水率及截留率:树冠下
株间、行间的穿透降水率为该处穿透雨量与树冠外
083 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
降水量的百分比,截留率为该处截留量与树冠外降
水量的百分比(不含树干径流).
将 2008、2009 和 2010 年相同月份的树冠外降
水量、截留量进行平均,统计不同月份的降水量、降
水频率及树冠截留量、截留率.
降水量分级:安塞县地处干旱半干旱地区,通常
将一次降水量<5 mm划为小雨,5 ~ 15 mm 为中雨,
15 ~ 25 mm 为中到大雨, 25 ~ 50 mm 为大雨,
>50 mm为暴雨.根据每次监测的树冠外降水量,将
降水量划分为<5、5 ~ 15、15 ~ 25、25 ~ 50、>50 mm 5
个等级,统计不同等级的降水量、降水频率及树冠截
留量、截留率.
降水强度分级:根据树冠外 30 min 最大雨强及
当地的降水特征,将降水强度划分为<1、1 ~ 5、5 ~
10、10 ~ 20、>20 mm·h-1 5 个等级,统计不同降水强
度的降水量、降水频率及树冠截留量、截留率.
降水历时分级:根据树冠外降水历时长短及当
地的降水特征,将降水历时划分为<1、1 ~ 3、3 ~ 12、
12 ~ 24、>24 h 5 个等级,统计不同降水历时的降水
量、降水频率和树冠截留量、截留率.
降水间隔分级:根据树冠外相邻 2 次降水间隔
时间的长短及当地的降水特征,将降水间隔划分为
<12、12 ~ 24、24 ~ 48、48 ~ 72、>72 h 5 个等级,统计
不同降水间隔的降水量、降水频率和树冠截留量、截
留率.
为了比较各降水因子与截留量和截留率之间的
相关性及影响程度,采用多元相关分析和主成分分
析法对降水量、降水强度、降水历时、降水间隔进行
分析,根据相关性及各因子在主成分中的贡献率确
定其重要程度.
株间、行间不同部位的降水量用 SPSS 10郾 0 软
件进行单因素方差分析;如果差异显著,则采用邓肯
检验进行多重比较,检验处理间的差异显著性.不同
降水因素对树冠截留的影响采用 Microsoft Excel
2010 软件进行处理和绘图,采用 SPSS 18郾 0 统计分
析软件对数据进行相关性检验及主成分分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 苹果树冠截留能力
树冠截留与树冠结构、树种组成、枝叶表面积指
数以及叶、枝、树干的表面持水能力等密切相关.
2008—2010 年监测的树冠结构、叶面积指数等基本
相同,不同年份树冠的截留量和截留率主要与当年
的降水特征密切相关. 2008、2009 和 2010 年总降水
量分别为 377郾 71、385郾 3、442郾 7 mm,与 1997—2007
年降水量的平均状况相比,这 3 年的降水量偏低,尤
其 2008 年降水量只有研究区平均降水量的 75% .
研究期间的年均降水量为 371郾 86 mm,平均穿透降
水率、树干径流率和截留率分别为 90郾 3% 、0郾 8%和
8郾 9% (表 1),比其他树种、林分低[5,8,17] .
摇 摇 与行间穿透降水量(338郾 84 mm)相比,株间
(332郾 32 mm)略低,但两者间无显著差异.株间的截
留量为 39郾 54 mm、截留率为 10郾 6% ,行间的截留量
为 33郾 02 mm、截留率为 8郾 9% ,株间的截留量、截留
率极显著高于行间(P<0郾 01).为了保证行间通风透
光,修剪时行间预留的枝条较少,生长期叶面积指数
低[18],故行间的截留量小于株间.
从树干向外,株间不同部位的穿透降水量、穿透
降水率逐渐增大,截留量、截留率逐渐降低,但不同
部位基本处于同一水平,之间无显著差异.行间的穿
透降水量、降水率也随距树干的距离而逐渐增大,其
中,距树干 2郾 0 m处的穿透降水量、降水率均显著高
于距树干 0郾 5 m(P<0郾 05);行间的截留量、截留率
均随距树干的距离而逐渐降低,其中,距树干 0郾 5 m
处的截留量、截留率极显著高于距树干 1郾 00 m 处
(P<0郾 01),1郾 0 m处显著高于 1郾 50 m处(P<0郾 05),
1郾 5 m处极显著高于 2郾 0 m 处(P<0郾 01)(表 2).行
间不同部位的截留量、截留率差异较大,主要原因在
表 1摇 苹果树冠对降水的再分配状况
Table 1摇 Redistribution of precipitation of apple tree crown
年份
Year
降水量
Precipitation
(mm)
穿透降水 Through fall
穿透降水量
Through fall
(mm)
穿透降水率
Through fall rate
(% )
树干径流 Stem flow
树干径流量
Stem flow
(mm)
树干径流率
Stem flow rate
(% )
截留量 Crown interception
树冠截留量
Crown interception
(mm)
树冠截留率
Crown interception
rate (% )
2008 307郾 18 277郾 68 90郾 4 2郾 66 0郾 9 26郾 84 8郾 7
2009 377郾 70 340郾 61 90郾 2 2郾 75 0郾 7 34郾 34 9郾 1
2010 430郾 70 388郾 42 90郾 2 3郾 68 0郾 9 38郾 60 9郾 0
平均 Average 371郾 86 335郾 57 90郾 3 3郾 03 0郾 8 33郾 26 8郾 9
1832 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李晶晶等: 黄土丘陵沟壑区苹果树冠截留规律摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 苹果树冠不同部位对降水的再分配
Table 2摇 Redistribution of precipitation under different parts of apple tree crown
距树干的距离
Distance to
stem (m)
降水量
Precipitation
(mm)
株间 Between plant
穿透降水量
Through fall
(mm)
穿透降水率
Through fall
rate (% )
截留量
Interception
(mm)
截留率
Interception
rate (% )
行间 Inter鄄row
穿透降水量
Through fall
(mm)
穿透降水率
Through fall
rate (% )
截留量
Interception
(mm)
截留率
Interception
rate (% )
0郾 5 371郾 86 331郾 05a 89郾 0a 40郾 81a 11郾 0a 331郾 35b 89郾 1b 40郾 51aA 10郾 9aA
1郾 0 371郾 86 331郾 41a 89郾 1a 40郾 45a 10郾 9a 336郾 67ab 90郾 5ab 35郾 19bB 9郾 5bB
1郾 5 371郾 86 332郾 56a 89郾 4a 39郾 30a 10郾 6a 338郾 48ab 91郾 0ab 33郾 38cB 9郾 0cB
2郾 0 371郾 86 334郾 26a 89郾 9a 37郾 60a 10郾 1a 348郾 86a 93郾 8a 23郾 00dC 6郾 2dC
平均 Average 371郾 86 332郾 32 89郾 4 39郾 54 10郾 6 338郾 84 91郾 1 33郾 02 8郾 9
不同小写字母表示差异显著(P<0郾 05),不同大写字母表示差异极显著(P<0郾 01) Different small and capital letters indicated significant difference
at 0郾 05 and 0郾 01 levels, respectively郾 下同 The same below郾
于从树干向外,不同部位的叶面积指数逐渐降
低[18] .
2郾 2摇 降水因子对苹果树冠截留的影响
2郾 2郾 1 降水时期摇 陕北黄土丘陵沟壑区属半干旱半
湿润大陆性季风气候,降水集中在 6—9 月,有明显
的旱季(1—5 月和 10—12 月)和雨季(6—9 月)之
分,监测期间的雨季降水量平均值为 296郾 84 mm,占
监测期间年降水量的 79郾 8% (图 1).苹果树冠截留
量及截留率随旱季、雨季的变化差异较大.雨季截留
量 24郾 06 mm,占年总截留量的 72郾 3% ,平均截留率
为 8郾 1% ;旱季截留量为 9郾 21 mm,平均截留率为
12郾 3% .苹果树冠截留具有明显的季节性.树冠在 4
月的截留率较低,主要与该期叶幕没有完全形成、叶
面积指数较低、幼嫩叶片的持水能力较弱[19]以及降
水较少有关.在干旱季节,降水次数少且每次的降水
量少,故树冠总体的截留量也相应较低,但由于干旱
季节叶片的吸水量大、吸附能力强、每次降水相对吸
附的降水较多,因而截留率较大;雨季降水较多、降
水次数多,故截留量大,但由于雨季叶片的吸水量
小、吸附能力弱、每次降水相对吸附的降水较少,且
雨季每次的降水量相对较大,因而截留率较小.
2郾 2郾 2 降水量摇 由图 2 可以看出,陕北黄土丘陵沟
壑区次降水以<5 mm出现的频率最大,为71郾 6% ,
图 1摇 树冠截留的月变化
Fig. 1摇 Monthly variation of crown interception郾
图 2摇 降水量对树冠截留的影响
Fig. 2摇 Effect of precipitation on crown interception郾
但其仅占总降水量的 16郾 2%;5 ~ 50 mm次降水出现
的频率虽然为 27郾 9%,但却占总降水量的 79郾 1% .当
树冠叶面积指数基本稳定后(5 月 20 日—10 月 20
日),截留量随降水量的增大而增加,最大可达
1郾 3 mm. 当降水量<3 mm 时,截留量增大的幅度较
大,当降水量>3 mm以后,截留量的变化趋于稳定.树
冠截留量(Pi)与树冠外降水量(P)之间关系为:Pi =
0郾 34P0郾 28(n=151,R2 =0郾 34,P<0郾 01).苹果树冠截留
率随降水量的增大而减小,当降水量较小时树冠截
283 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
留率可达 100% .当降水量<1郾 5 mm时,随降水量的
增加,截留率降低幅度较大;当降水量>1郾 5 mm,随
降水量的继续增大,截留率趋于稳定. 树冠截留率
Di与树冠外降水量 P的关系为:Di = 34郾 37P-0郾 72(n =
151,R2 = 0郾 77,P<0郾 01). 虽然降水量越小、截留量
越低,但由于<5 mm 降水出现的次数多且截留率
高,故其累计截留量最高,占总截留量的 58郾 5% ,而
5 ~ 50 mm 降水的累计截留量仅占总截留量的
40郾 2% .当降水量<5 mm 时,苹果树冠截留率高达
32郾 2% ,当降水量为 25 ~ 50 mm 时,截留率仅为
1郾 9% .苹果树冠截留率随降水量的增加而降低,主
要是当树冠的截留量达到一定程度,即使降水量继
续增加,树冠截留量也基本不变,故截留率不断减
小.
2郾 2郾 3 降水强度 摇 监测期间, 树冠外降水以
<1 mm·h-1和 1 ~ 5 mm·h-1降水强度出现的频率
较高,分别为 38郾 4% 和 45郾 8% . 降水强度 1 ~
5 mm·h-1的降水量最多,占总降水量的 47郾 2% .研
究区降水频率、降水量以小到中雨为主.树冠截留量
随降水强度的增加而增加,当降水强度达到
2 mm·h-1,树冠截留量变化逐渐趋于稳定. 树冠截
留量(P i)与树冠外降水强度(E)的关系式为 P i =
0郾 37E0郾 32(n = 151,R2 = 0郾 22,P<0郾 01). 树冠截留率
随降水强度的增加而降低,降水强度<1 mm·h-1时
树冠截留率达到 45郾 7% ,>20 mm·h-1仅为 2郾 8% .
当降水强度达到 1郾 5 mm·h-1后,树冠截留率缓慢
降低,树冠截留率(Di)与降水强度(E)的关系为:
Di =28郾 97E-0郾 83 (n=151,R2 = 0郾 51,P<0郾 01). 降水
强度越大,雨滴的打击力越大,不仅不利于叶片吸附
雨水,而且还会将已吸附的雨水溅落,从而消弱树冠
截留,但由于该区的总趋势是随着降水强度的增大,
单次降水量往往增加,因此树冠截留量仍随着降水
强度的增加而增加(图 3).
2郾 2郾 4 降雨历时摇 研究区降水历时<1 h 和 3 ~ 12 h
出现的频率较高,分别占总降水次数的 35郾 3% 和
31郾 1% ,其中 3 ~ 12 h的降水量最大,占总降水量的
38郾 1% ,且其截留量最高,为 41郾 33 mm,但其截留率
较低,为 9郾 7% ,而降雨历时 < 1 h 的截留率高达
34郾 8% .当降雨历时<1郾 75 h,随降水历时的延长,树
冠截留量的增加幅度较大;当降水历时>1郾 75 h 以
后,截留量增加的幅度减小,逐渐稳定在一定水平.
树冠截留量( P i )与降水历时( T)的关系为:P i =
图 3摇 降水强度对树冠截留的影响
Fig. 3摇 Effect of precipitation intensity on crown interception郾
0郾 11lnT+0郾 48(n = 151,R2 = 0郾 20,P<0郾 01),相关程
度较低.树冠截留率随降水历时的延长而降低,截留
率与降雨历时呈显著负相关.当降水历时<1郾 5 h,随
降水历时的延长,截留率的降低幅度明显;当降水历
时>1郾 5 h,截留率则随降水历时的继续延长而逐渐
趋于稳定.树冠截留率(Di)与降雨历时(T)之间的
关系为:Di = 457郾 98T-0郾 65 ( n = 151,R2 = 0郾 530,P <
0郾 01).降水历时较短,树冠的截留率较高(图 4).
2郾 2郾 5 降水间隔摇 陕北黄土丘陵沟壑区降水以降水
间隔<12 h和>72 h出现的频率较高,分别占总降水
频率的 31郾 6%和 31郾 1% . 降水量以降水间隔>72 h
的最高,其次为<12 h,分别占总降水量的 28郾 6%和
23郾 8% .树冠截留量和截留率以降水间隔>72 h 的
最高,分别为 45郾 92 mm和 14郾 4% ,其次为降水间隔
24 ~ 48 h,分别为 19郾 7 mm和 9郾 2% (图 5).
树冠截留量随降水间隔的延长而增加,但增加趋
势逐渐缓慢.树冠截留量(Pi)与降水间隔(T吟)的关
系为 P i = 0郾 12T吟0郾 37(n = 151,R2 = 0郾 50,P<0郾 01).
树冠截留率随降水间隔的增加而增加,当降水间隔
3832 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李晶晶等: 黄土丘陵沟壑区苹果树冠截留规律摇 摇 摇 摇 摇
图 4摇 降水历时对树冠截留的影响
Fig. 4摇 Effect of precipitation duration on crown interception郾
达到 10 h以后,截留率变化趋于稳定,树冠截留率
(Di)与 T吟的关系式为:Di = 12郾 23T吟0郾 17( n = 151,
R2 =0郾 04, P<0郾 01),但相关程度低. 陕北黄土丘陵
沟壑区为雨养果园,降水间隔越长,枝叶越干燥,树
冠截留的能力越大;降水相隔时间越短,枝叶上还有
较多的未蒸发的前次截留雨水,降低了截留能力.
2郾 3摇 降水因子对树冠截留的影响程度
树冠截留受树冠结构、降水特征和气候因子等
多重因素的影响[20] . 通过多元相关分析发现,研究
区苹果树冠截留量与树冠外降水量、降水强度、降水
历时、降水间隔均呈极显著正相关,其中,树冠截留
量与降水间隔的相关性最高(相关系数为 0郾 482).
树冠截留率与树冠外降水量、降水强度、降水历时均
呈极显著负相关,与树冠外降水量的相关性最高
(相关系数为-0郾 560). 截留率与降水间隔呈正相
关,但相关程度低,未达到显著性相关(表 3).
采用主成分分析法对降水量、降水强度、降水历
图 5摇 降水间隔对树冠截留的影响
Fig. 5摇 Effect of precipitation interval on crown interception郾
时、降水间隔 4 个因子进行降维分析,结果表明前 2
个因子累计贡献率接近 80% ,说明前 2 个因子基本
包括了原有变量的全部信息,对截留效果具有较高
的解释度(表 4). 第 1 个主因子受降水量、降水强
度、降水历时的综合影响较大,其贡献率为 52郾 3% ,
3 者的影响程度为降水量>降水历时>降水强度(表
5).第二个主因子主要为降水间隔,受降水间隔影
响较大,所占贡献率为 27郾 2% . 主成分分析和相关
程度表明,降水量对树冠截留的影响最突出,这与张
焜等[21]对林地截留监测的规律相同.
表 3摇 树冠截留与其影响因素的多元相关分析
Table 3 摇 Multiple correlation analysis between canopy in鄄
terception and its influence factors
指标
Index
降水量
Precipitation
降水强度
Precipitation
intensity
降水历时
Precipitation
duration
降水间隔
Precipitation
interval
截留量 Interception 0郾 392** 0郾 337** 0郾 312** 0郾 482**
截留率
Interception rate
-0郾 560** -0郾 473** -0郾 534** 0郾 112
** P<0郾 01郾
483 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
表 4摇 树冠截留影响因子的主成分分析
Table 4摇 Principal component analysis of factors influencing crown interception
因子
Component
初始特征值 Initial eigenvalue
合计
Total
贡献率
Contribution rate
(% )
累计贡献率
Cumulative contribution
rate (% )
提取平方和载入 Extraction sum of squared loading
合计
Total
贡献率
Contribution rate
(% )
累计贡献率
Cumulative contribution
rate (% )
1 2郾 093 52郾 3 52郾 3 2郾 093 52郾 3 52郾 3
2 1郾 088 27郾 2 79郾 5 1郾 088 27郾 2 79郾 5
3 0郾 711 17郾 8 97郾 3
4 0郾 107 2郾 7 100
表 5摇 降水因素对树冠截留的影响程度
Table 5摇 Effects of precipitation factors on crown intercep鄄
tion
因子
Component
降水量
Precipitation
降水强度
Precipitation
intensity
降水历时
Precipitation
duration
降水间隔
Precipitation
interval
1 0郾 969 0郾 727 0郾 791 -0郾 013
2 -0郾 037 0郾 396 -0郾 303 0郾 915
提取方法为主成分分析法摇 Extraction method was principal component analysis郾
3摇 讨摇 摇 论
树冠截留是树冠对大气降水进行截拦、重新分
配的过程[22],树冠截留与降水特征和树冠结构等密
切相关[8,23] . Leyton 等[24]发现,树冠截留量与树冠
外降雨量呈正相关,George[25]认为,树干径流与枝
叶的分枝角度密切相关. 陕北黄土丘陵沟壑区在干
旱季节的降水间隔时间长,且单次降水量小,故相应
的截留量较低,但截留率较大;雨季降水较多,降水
间隔时间短,且降水以中到大雨或暴雨出现,降水强
度及雨滴质量大,穿透力强,不利于截留发生,但由
于降水次数多及降水量大,故雨季树冠的截留量高
而截留率低.研究区雨季降水间隔时间短,树冠湿度
大,叶片的吸水能力弱,削弱了树冠的截留能力,而
旱季叶片含水量低,叶片持水能力强,因而截留率提
高,这与陈步峰等[26]在热带雨林、黄进等[27]在北亚
热带毛竹林监测的结果相同.
小雨条件下,苹果叶片能够充分吸附降水,因而
截留率相对提高;强降雨状况下,雨滴的打击力大,
穿透力强,且雨滴与叶片之间相互作用时间短,故截
留率较小;长降水历时条件下,虽然树冠枝叶可以充
分吸水,可增加截留量,但由于树冠枝叶吸水饱和后
吸水能力减弱,且长降水历时往往降水量较大,故截
留率较低;降雨间隔时间越长,枝叶的相对含水量越
低,树冠截留雨水的潜力越大,因而截留量、截留率
提高. 苹果树冠在小雨量 ( < 1郾 5 mm)、小雨强
(<1郾 5 mm·h-1)、短降水历时( <1郾 5 h)、长降水间
隔(>10 h)状况下的截留率较高,这与黄进等[27]的
研究结果一致.苹果树冠截留量随树冠外降水量、降
水强度的增加而增加,树冠截留率则随树冠外降水
量、降水强度的增加而减少,树冠截留量、截留率与
树冠外降水量、降水强度均存在幂函数关系,与前人
的研究结果[10,15,17,21,27-30]基本一致.
树冠截留能力与降水特性和树冠结构密切相
关.林冠截留率一般在 10% ~ 35% [31],有些地区会
超过 50% [32] .陕北黄土丘陵沟壑区苹果树冠的截
留率为 8郾 9% ,而半干旱区的油松(Pinus tabulifor鄄
mis)、小叶杨 (Populus simonii)、华山松 (Pinus ar鄄
mandii)的树冠截留率分别为 20郾 4% 、 14郾 6% 和
14郾 9% [8,10],重庆地区的针叶混交林、常绿阔叶林的
树冠截留率分别为 18郾 9%和 11郾 8% [30],陕北丘陵
沟壑区的山杨(Populous davidiana)、油松的树冠截
留率分别为 13郾 5%和 25郾 1% [33] . 苹果树的树冠截
留率极显著低于生态林树种,原因在于:1)苹果园
的郁闭度一般在 0郾 4 ~ 0郾 6,叶面积指数在 2郾 5 ~
3郾 0,苹果生长过程中要保证树冠通风透光,而林地
的郁闭度多在 0郾 7 ~ 0郾 8,叶面积指数在 5郾 0 ~ 7郾 0,
远高于苹果园;2)苹果为喜光树种,叶片表面附有
一层蜡质,不易吸附水分,叶片吸附水分的能力低于
热带雨林[34],且苹果主枝与树干间夹角大,树皮光
滑,不利于树干吸附降水;3)苹果园土壤管理采用
清耕,无杂草,而一般情况下生态林林冠下往往有灌
木层和地被植物,可截留部分降水量,因而截留率较
高.苹果株间、近树干区域的叶面积指数较高,因而
其树冠的截留率高[18] . 苹果树的树干径流率为
0郾 8% ,低于该区域的山杨、油松(均为 3郾 3% ) [33],
主要是苹果树通过整形修剪,大枝的开张角度多在
70毅,甚至 90毅以上,且树皮光滑,受重力的影响,大
枝上的降水大多直接坠落于地表,成为穿透降水量.
陕北黄土丘陵沟壑区山地果园为雨养果园,无
灌溉条件,苹果树冠的截留率为 8郾 9% ,树干径流率
为 0郾 8% ,显著低于其他树种. 降水因素中降水量、
降水强度、降水历时和降水间隔等对树冠截留有一
5832 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李晶晶等: 黄土丘陵沟壑区苹果树冠截留规律摇 摇 摇 摇 摇
定影响,其中降水量对树冠截留影响最大,与张焜
等[21,35]的结果一致.
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作者简介摇 李晶晶,女,1987 年生,硕士研究生.主要从事水
土保持研究. E鄄mail: lijingjing110@ mails. gucas. ac. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
7832 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李晶晶等: 黄土丘陵沟壑区苹果树冠截留规律摇 摇 摇 摇 摇