全 文 ：六盘山主要植被类型冠层截留特征*
徐丽宏1**摇 时忠杰2 摇 王彦辉1 摇 熊摇 伟1 摇 于澎涛1
( 1 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京 100091; 2 中国林业科学研究院荒漠化研究所, 北京 100091)
摘摇 要摇 通过野外观测和模型模拟,研究了六盘山主要森林类型的冠层截留量、冠层截留容
量和冠层截留模拟参数的变化. 结果表明:六盘山主要森林类型的冠层截留率在 8郾 59% ~
17郾 94% ,穿透降雨率超过 80% ,树干茎流率在 0郾 23% ~ 3郾 10% ;冠层截留容量在 0郾 78 ~
1郾 84 mm,其中叶截留容量在 0郾 62 ~ 1郾 63 mm,枝干截留容量在 0郾 13 ~ 0郾 29 mm,且针叶林的
冠层截留容量高于阔叶林.考虑冠层叶面积指数的冠层截留改进模型较原有模型具有更好的
模拟精度, 其中,研究区红桦林、华山松林、李灌丛和辽东栎鄄少脉椴混交林的模拟效果较好,
辽东栎林、油松林和华西四蕊槭鄄石枣子灌丛模拟效果相对较差,这可能与冠层结构、叶面积
指数以及降水特性等差异有关.
关键词摇 冠层截留摇 截留容量摇 截留模型摇 六盘山
文章编号摇 1001-9332(2010)10-2487-07摇 中图分类号摇 S715郾 2摇 文献标识码摇 A
Canopy interception characteristics of main vegetation types in Liupan Mountains of China.
XU Li鄄hong1, SHI Zhong鄄jie2, WANG Yan鄄hui1, XIONG Wei1, YU Peng鄄tao1 ( 1Research Institute
of Forestry Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091,
China; 2 Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(10): 2487-2493.
Abstract: Based on field observation and modeling analysis, this paper studied the canopy inter鄄
ception, interception capacity, and some parameters for interception modeling of main forest types
in Liupan Mountains of China. For the test main forest types, the ratio of their canopy interception
to precipitation ranged from 8郾 59% to 17郾 94% , throughfall was more than 80% , and stemflow
ranged from 0郾 23% to 3郾 10% . The canopy interception capacity was 0郾 78 - 1郾 88 mm, among
which, leaf interception capacity was 0郾 62-1郾 63 mm, and stem interception capacity was 0郾 13-
0郾 29 mm. Conifer forest had a higher canopy interception capacity than broad鄄leaved forest. The
modified model considering the change of leaf area index, which was used in this paper, had a
higher simulating precision than the interception model used before. The simulation results for
Betula albo鄄sinensis forest, Pinus armandii forest, Prunus shrub, and Quercus liaotungensis-Tilia
paucicostata forest were good, but those for Quercus liaotungensis forest, Pinus tabulaeformis forest,
and Acer tetramerum and Euonymus sanguineus shrub were bad, which might be related to the
differences in canopy structure, leaf area index, and precipitation characteristics.
Key words: canopy interception; interception capacity; interception model; Liupan Mountains.
*国家自然科学基金项目(40801017, 40730631, 30700640)、林业公
益性行业科研专项 (200904056,200904005)、中央级公益性科研院
所基本科研业务费专项(CAFYBB2010001鄄02)和国家林业局森林生
态环境重点实验室项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: xulihong2000@ 163. com
2010鄄02鄄25 收稿,2010鄄08鄄12 接受.
摇 摇 冠层截留作为森林水文循环的重要环节,对土
壤水分收支、地表径流形成、河川径流调节等具有重
要影响,一直是森林水文学研究的热点和核心问
题[1] .森林冠层是影响降水传输的第一个作用层,
大气降水通过林冠层后形成冠层截留、穿透降雨和
树干径流,改变了降雨特性,削减部分降雨动能,进
而影响森林冠层系统生态水文过程[2] . 冠层截留与
降水的关系复杂,冠层截留受降水特征和植被特性
等多种因素的影响和制约[3-7] . 冠层截留容量反映
了植被冠层对降水的最大截留能力,是模拟冠层截
留的重要参数,但它易受叶面积指数、降水量和降水
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 10 月摇 第 21 卷摇 第 10 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, Oct. 2010,21(10): 2487-2493
强度等因素影响,确定冠层截留容量的方法主要有
浸水鄄叶面积法、基于野外试验数据的回归法以及基
于微波衰减技术的遥感法等[8],目前多用基于野外
试验观测的回归法获取冠层截留容量.
冠层截留模型对于理解森林冠层降水截持作
用、估算冠层截留量、模拟森林水文循环具有重要作
用[9] . 目前国内外已提出许多冠层截留模型,如
Horton 模型[10]、 Rutter 模型[11] 和 Gash 解析模
型[12-13]等,机理性模型往往需要较多的参数,应用
常受较多限制,而简单的经验模型又不能很好地揭
示截留作用机制[14] . 由于截留过程复杂,导致不同
条件下测定的截留量不具可比性,如何推导出一个
既含参数较少、易确定、物理意义明确,又能客观地
模拟林冠截留的模型,一直是森林冠层截留研究关
注的难点[15-16] .王彦辉等[3]在总结前人研究的基础
上提出了一个适合我国实际的半经验模型,形式简
单、易于操作,但该模型以植被静态特征为基础,无
法反映植被叶面积动态变化的影响,如能在此基础
上引入植被动态特征对于研究冠层截留作用将具有
十分重要的科学意义.
六盘山区是黄河支流泾河的发源地,是我国西
北地区重要的生态屏障. 本文量化了六盘山主要森
林类型的冠层截留容量,模拟了冠层截留变化,并建
立基于叶面积指数影响的冠层截留模型,旨在深入
了解六盘山主要森林类型的冠层截留特征,并为冠
层水文模型的发展和参数化提供基础,以及为六盘
山区植被保护与水源涵养林的管理提供理论依据和
技术支持.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究地点位于六盘山自然保护区的香水河小流
域 (35毅 15忆—35毅 41忆 N、106毅 9忆—106毅 30忆 E,海拔
2060 ~ 2931 m),地处黄土高原中西部、宁夏回族自
治区南端,是黄河支流泾河的源头.该区属暖温带大
陆性季风气候,年均温度 5郾 8 益,最热月(7 月)平均
气温 17郾 4 益,最冷月(1 月)平均气温-7郾 0 益,年均
降水量 591郾 6 mm,降水多集中于 6—9 月.香水河小
流域植被保存完好,垂直带谱明显,覆盖度为70% ~
80% ,植被主要以天然次生林为主,如山杨(Populus
davidiana)、红桦(Betula albo鄄sinensis)、白桦(Betula
platyphylla)、辽东栎(Quercus liaotungensis)、华山松
(Pinus armandii)、少脉椴(Tilia paucicostata)等,人工
林主要是华北落叶松(Larix principis鄄rupprechtii)和油
松(Pinus tabulaeformis),在山体阳坡还分布着大量灌
丛,高海拔(2700 m以上)地区则分布着亚高山草甸
群落.流域内土壤以灰褐土为主,此外还分布着一定
面积的亚高山草甸土.土壤中砾石较多,成土母质为
沙质泥岩、页岩、灰岩风化的残积物和坡积物.
1郾 2摇 样地设置
在香水河小流域设置 8 个观测样地,其植被类
型分别为辽东栎、油松、华北落叶松、红桦、华山松、
华西四蕊槭鄄石枣子灌丛、李灌丛、辽东栎鄄少脉椴混
交林,样地基本特征见表 1,各样地在流域内的位置
如图 1 所示.
表 1摇 研究区样地基本特征
Tab. 1摇 Basic characteristics of sampling plots in the study area
森林类型
Forest type
海拔
Altitude
(m)
坡位
Slope
position
坡向
slope
aspect
坡度
Slope
degree
(毅)
平均胸径
Mean
DBH
(cm)
平均树高
Mean
height
(m)
平均密度
Mean
density
(stem·
hm-2)
平均叶面
积指数
Mean
LAI
平均
郁闭度
Mean
canopy
density
辽东栎林 Quercus liaotungensis forest 2080 下 Lower E 34 18郾 1 9郾 3 600 2郾 74 0郾 60
油松林 Pinus tabulaeformis forest 2155 下 Lower SE 7 13郾 7 7郾 0 1525 3郾 84 0郾 65
华北落叶松林 Larix principis鄄ruppre鄄
chtii forest
2180 下 Lower SE 32 11郾 1 14郾 3 1725 4郾 69 0郾 85
红桦林 Betula albo鄄sinensis forest 2200 中 Middle NW 35 12郾 8 9郾 8 1000 2郾 86 0郾 60
华山松林 Pinus armandii forest 2200 下 Lower SW 35 20郾 2 11郾 5 575 3郾 13 0郾 70
华西四蕊槭鄄石枣子灌丛 Acer tetra鄄
merum-Euonymus sanguineus shrub
2150 下 Lower E 10 - - - 4郾 42 0郾 90
李灌丛 Prunus shrub 2230 中 Middle SE 32 - - - 3郾 99 0郾 90
辽东栎鄄少脉椴混交林 Quercus liao鄄
tungensis-Tilia paucicostata forest
2060 下 Lower N 31 18郾 3 12郾 3 1050 3郾 80 0郾 80
E:东 East; S:南 South; W:西 West; N:北 North.
8842 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 21 卷
图 1摇 研究区样地位置示意图
Fig. 1摇 Sketch map of location of plots in the study area.
a)辽东栎林 Quercus liaotungensis forest;b)油松林 Pinus tabulaeformis
forest;c)华北落叶松林 Larix principis鄄rupprechtii forest;d)红桦林 Betu鄄
la albo鄄sinensis forest;e) 华山松林 Pinus armandii forest;f) 华西四蕊
槭鄄石枣子灌丛 Acer tetramerum-Euonymus sanguineus shrub;g) 李灌丛
Prunus shrub;h) 辽东栎鄄少脉椴混交林 Quercus liaotungensis - Tilia
paucicostata forest. 下同 The same below.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 叶面积指数测定 摇 乔木林分叶面积指数
(LAI)采用 LI鄄2000 冠层分析系统(美国 LI鄄COR 公
司)测定,阔叶林以实际测定值作为真实叶面积指
数,华北落叶松、华山松和油松等针叶树种则以测定
值乘以投影系数 R(R =针叶的投影面积 /枝条的平
均投影面积,本文中,针叶林 R = 1郾 5)为真实叶面积
指数.测定时间为 2005 年 5—10 月,每隔约 20 d 测
定一次.
1郾 3郾 2 冠层穿透降雨、树干茎流和冠层截留测定 摇
在样地内按 5 m间隔划分网格,交汇点上随机布设
雨量筒 6 ~ 8 个测定林内穿透降雨,林外降雨在样地
外空地上布设雨量筒测定;以 4 cm 为径级,每径级
选择 1 ~ 2 棵树形和树冠中等的标准样树,以胶管做
槽粘牢于样树上,把树干茎流水收集到塑料桶内,于
降雨结束后人工观测.树干茎流量的计算公式为:
S =移
N
i =
Si·Mi
A·104
(1)
式中:S为树干茎流量(mm);N为树干径级数;Si 为
径级 i的单株树干茎流量(ml);Mi 为径级 i 的树木
株数;A为样地面积(m2).
冠层截留量的计算公式如下:
I=P-T-S (2)
式中: I 为冠层截留量 ( mm); P 为林外降雨量
(mm);T 为穿透降雨量 (mm); S 为树干径流量
(mm).
灌木林穿透降雨测定方法同乔木林,其茎流量
测定方法按照乔木干流测定的方法缠绕胶管,雨后
测定茎流量.树干茎流计算方法为:对每场降雨建立
各地径大小的分枝干流量与地径的关系,然后以此
计算样地所有分枝的树干茎流量,再换算成水深
(mm),即树干茎流量. 测定时间为 2004 和 2005 年
的 6—9 月.
1郾 3郾 3 冠层截留容量测定摇 冠层截留容量是表征冠
层截留降水能力的重要参数,包括叶截留容量和枝
干吸附容量.冠层截留容量受植被冠层的郁闭度、叶
面积指数、密度以及群落物种组成等因素影响.一般
来说,林分结构越复杂、郁闭度越高、密度越大,叶面
积指数越大,冠层截留容量就越大.
通过“单木法冶测定叶截留容量.按样地内树木
大小,选择标准株,伐后采摘所有枝叶,称量,并取部
分样品测其叶面积,根据质量鄄叶面积关系计算总叶
面积,然后将样品在水中浸泡 30 min 后,控至不滴
水时测定浸水质量,再根据吸附水量鄄叶面积关系换
算单位叶面积截留量,再乘样地叶面积指数转换为
样地叶截留容量,或按单位叶量吸附水率,通过样地
总叶量推算样地叶截留容量.
在进行标准木解析时,按枝径分级取样,计算枝
条表面积,然后按总分枝数计算样地尺度总枝条表
面积和单位枝条面积指数(总枝条表面积 /样地面
积).枝条分级取样,水中浸泡 30 min 后,控至不滴
水时测定浸水后质量,最后按枝表面积鄄吸附水量计
算样地枝吸附容量.树干吸附容量测定方法为:取伐
倒标准木部分树干,用石蜡封住两端断面,置于水中
浸泡 60 min,测定树皮的吸附水量,然后按树皮表面
积鄄吸附水量关系求算单位树皮表面积的吸附水量,
最后推算样地树干总吸附容量.
1郾 3郾 4 冠层截留模拟摇 根据王彦辉等[3]基于我国实
际情况提出的仅有 2 个独立参数(降雨蒸发率 琢 和
林冠吸附容量 I*cm)的截留模型(式 3)为基础,考虑
冠层郁闭度和叶面积对冠层截留的影响,增加冠层
郁闭度和叶面积指数对王彦辉等[3]提出的模型进
行修正,修正模型见式(4):
Ic = I*cm 1 - exp( -
P
I*cm
[ ]) + 琢P (3)
Ic = dLAI 1 - exp( -
CP
dLAI[ ]) + 琢P (4)
984210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐丽宏等: 六盘山主要植被类型冠层截留特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 六盘山主要森林类型冠层截留、穿透降雨及树干茎流
Tab. 2摇 Canopy interception, throughfall and stemflow of the main forests in Liupan Mountains
林分类型
Forest type
观测时间
Observed date
降雨量
Precipitation
(mm)
冠层截留
Interception
(mm) (% )
穿透降雨
Throughfall
(mm) (% )
树干茎流
Stemflow
(mm) (% )
辽东栎林 Quercus liaotungensis forest 2004鄄06鄄12—2004鄄09鄄24 489郾 7 87郾 9 17郾 94 392郾 4 80郾 14 9郾 4 1郾 92
油松林 Pinus tabulaeformis forest 2004鄄06鄄12—2004鄄09鄄24 510郾 6 80郾 1 15郾 69 423郾 6 82郾 96 6郾 9 1郾 36
华北落叶松林 Larix principis鄄rupprechtii forest 2004鄄06鄄12—2004鄄09鄄24 510郾 6 87郾 7 17郾 17 419郾 7 82郾 20 3郾 2 0郾 63
2005鄄06鄄04—2005鄄09鄄20 640郾 9 74郾 6 11郾 63 557郾 5 86郾 98 8郾 9 1郾 39
红桦林 Betula albo鄄sinensis forest 2004鄄06鄄12—2004鄄09鄄24 498郾 7 42郾 8 8郾 59 454郾 7 91郾 17 1郾 2 0郾 23
华山松林 Pinus armandii forest 2004鄄07鄄02—2004鄄09鄄24 497郾 6 78郾 6 15郾 80 416郾 3 83郾 67 2郾 7 0郾 53
2005鄄06鄄24—2005鄄09鄄20 544郾 0 77郾 0 14郾 16 462郾 2 84郾 95 4郾 8 0郾 89
华西四蕊槭鄄石枣子灌丛 Acer tetramerum-
Euonymus sanguineus shrub
2004鄄07鄄02—2004鄄09鄄24 509郾 6 77郾 8 15郾 27 431郾 8 84郾 73 - -
2005鄄06鄄24—2005鄄10鄄02 600郾 7 95郾 6 15郾 92 505郾 1 84郾 08 - -
李灌丛 Prunus shrub 2004鄄06鄄27—2004鄄09鄄25 447郾 2 69郾 1 15郾 45 378郾 1 84郾 55 - -
2005鄄06鄄24—2005鄄08鄄29 623郾 9 84郾 4 13郾 53 522郾 0 83郾 67 17郾 5 2郾 81
辽东栎鄄少脉椴混交林 Quercus liaotungensis
-Tilia paucicostata forest
2004鄄07鄄17—2004鄄09鄄24 403郾 2 55郾 8 13郾 85 334郾 8 83郾 03 12郾 6 3郾 10
- 无测定值 No data.
式中:Ic 为林冠截留量(mm); I*cm为冠层截留容量
(mm);琢为降雨蒸发率;P 为降雨量(mm);d 为单
位叶面积指数截留容量(mm·LAI-1);C 为降雨拦
截系数或冠层郁闭度,C = 0郾 05 LAI[17];LAI 为冠层
叶面积指数,通过线性内插法获取降雨时的 LAI值.
1郾 4摇 数据处理
采用 STATISTICA非线性参数估计拟合冠层截
留模型参数,采用 Excel 2003 软件进行绘图及数据
的统计分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 六盘山主要植被冠层降水再分配特征
由表 2 可以看出,研究区 8 种主要森林类型冠
层截留率在 8郾 59% ~ 17郾 94% ,以辽东栎林最大,截
留量达 87郾 9 mm,华北落叶松林的截留率与之相当,
红桦林最小.该区 2 种灌木林分的截留率相当,均在
15%左右.
穿透降雨包括透过林冠空隙直接降落到林地表
面的降雨量和从林冠上汇集的滴落雨,是林地土壤
水分和径流的主要来源,穿透降雨大小受林型、林分
密度、冠层郁闭度等植被特征和降雨量、降雨强度等
气象因素的制约.六盘山主要森林类型的穿透降雨
率均在 80%以上,以红桦林分最大,达 91郾 17% ,辽
东栎林最小,为 80郾 14% (表 2);灌木林分的穿透降
雨率均在 84%左右.
冠层中叶片和枝条截留降雨达到饱和后多余水
分中一部分直接降至树干的雨水,经树干表皮吸收
湿润形成重力水,沿树干汇集而下形成树干茎流.六
盘山主要森林类型的树干茎流量在 0郾 23% ~
3郾 1% ,以辽东栎鄄少脉椴混交林的树干茎流率最大,
红桦林最小(表 2);灌丛的树干茎流率较高,可达
2郾 81% .
2郾 2摇 六盘山主要植被冠层截留容量
由表 3 可以看出,六盘山主要森林类型冠层截
留容量在 7郾 80 ~ 18郾 44 t·hm-2,以油松林最大,达
18郾 44 t·hm-2(相当于水深 1郾 84 mm),辽东栎林最
小,为 7郾 8 t·hm-2(相当于水深 0郾 78 mm),截留容
量大小依次为油松林 ( 1郾 84 mm) > 华山松林
(1郾 67 mm)> 华北落叶松林(1郾 65 mm)> 辽东栎鄄少
脉椴混交林(1郾 42 mm) > 红桦林(1郾 27 mm) >辽东
栎林(0郾 78 mm);枝干吸附容量在 0郾 13 ~ 0郾 29 mm,
约占总截留容量的 9郾 59% ~ 20郾 48% ,枝干吸附容
量大小依次为辽东栎鄄少脉椴混交林(0郾 29 mm)>华
北落叶松林(0郾 25 mm) >油松林(0郾 21 mm) >华
表 3摇 六盘山主要森林类型冠层截留容量
Tab. 3摇 Interception capacity of canopy and stem of forest
types in Liupan Mountains (mm)
森林类型
Forest type
叶
Leaf
枝干
Stem and
branch
总计
Total
辽东栎林 Quercus liaotungensis forest 0郾 62 0郾 16 0郾 78
油松林 Pinus tabulaeformis forest 1郾 63 0郾 21 1郾 84
华北落叶松林 Larix principis鄄ruppre鄄
chtii forest
1郾 40 0郾 25 1郾 65
红桦林 Betula albo鄄sinensis forest 1郾 14 0郾 13 1郾 27
华山松林 Pinus armandii forest 1郾 51 0郾 16 1郾 67
辽东栎鄄少脉椴混交林 Quercus liao鄄
tungensis-Tilia paucicostata forest
1郾 13 0郾 29 1郾 42
0942 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 21 卷
山松林(0郾 16 mm)、辽东栎林(0郾 16 mm) >红桦林
(0郾 13 mm).研究区 6 种主要乔木森林类型的冠层
叶截留容量在 0郾 62 ~ 1郾 63 mm,其叶截留容量大小
依次为油松林(1郾 63 mm)>华山松林(1郾 51 mm)>华
北落叶松林(1郾 40 mm) >红桦林(1郾 14 mm) >辽东
栎鄄少脉椴混交林 ( 1郾 13 mm) >辽东栎林 ( 0郾 62
mm).研究区针叶林冠层截留容量较大,阔叶林较
小.
2郾 3摇 六盘山主要植被冠层截留的模拟
从图 2 可以看出,本文修正模型较原模型精度
有所提高,模拟值与观测值的相关关系呈不同程度
的增加或基本相当.其中,红桦林、华山松林、李灌丛
和辽东栎鄄少脉椴混交林的模拟效果较好,模拟值与
观测值的相关系数均在 0郾 8 以上;辽东栎林、油松林
和华西四蕊槭鄄石枣子灌丛模拟效果相对较差,总体
来说,低截留量时模拟值一般偏高,高截留量的模拟
值偏低.
研究区主要森林类型冠层截留模型参数 d 值在
0郾 17 ~ 0郾 88 mm·LAI-1,平均为 0郾 53 mm·LAI-1,
变异系数 43郾 01% ,大小依次为华北落叶松林(0郾 88
mm·LAI-1 ) >辽东栎鄄少脉椴混交林(0郾 74 mm·
LAI-1) >辽东栎林 (0郾 62 mm·LAI-1 ) >华山松林
(0郾 58 mm·LAI-1) >油松林(0郾 56 mm·LAI-1 ) >
李灌丛(0郾 44 mm·LAI-1) >华西四蕊槭鄄石枣子灌
图 2摇 研究区主要植被冠层截留量模拟值与观测值的比较
Fig. 2摇 Comparison between measured and simulated value of canopies interception for the main forest types in Liupan Mountains.
194210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐丽宏等: 六盘山主要植被类型冠层截留特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 4摇 六盘山主要植被类型冠层截留模型
Tab. 4摇 Model of interception for the main vegetation types in Liupan Mountains
森林类型
Forest type
模型
Model
相关系数
Relation
coefficient
观测次数
Times for
observation
辽东栎林
Quercus liaotungensis forest I=0郾 62LAI[1-exp(-
CP
0郾 62LAI)]+0郾 5690P
0郾 84 16
油松林
Pinus tabulaeformis forest I=0郾 56LAI[1-exp(-
CP
0郾 56LAI)]+0郾 0513P
0郾 89 15
华北落叶松林
Larix principis鄄rupprechtii forest I=0郾 88LAI[1-exp(-
CP
0郾 88LAI)]+0郾 0508P
0郾 67 13
红桦林
Betula albo鄄sinensis forest I=0郾 17LAI[1-exp(-
CP
0郾 17LAI)]+0郾 0572P
0郾 95 13
华山松林
Pinus armandii forest I=0郾 58LAI[1-exp(-
CP
0郾 58LAI)]+0郾 0410P
0郾 86 26
华西四蕊槭鄄石枣子灌丛
Acer tetramerum-Euonymus sanguineus shrub I=0郾 44LAI[1-exp(-
CP
0郾 44LAI)]+0郾 1156P
0郾 88 22
李灌丛
Prunus shrub I=0郾 44LAI[1-exp(-
CP
0郾 44LAI)]+0郾 0920P
0郾 88 21
辽东栎鄄少脉椴混交林
Quercus liaotungensis-Tilia paucicostata forest I=0郾 74LAI[1-exp(-
CP
0郾 74LAI)]+0郾 0407P
0郾 84 15
LAI: 叶面积指数 Leaf area index; C: 冠层郁闭度 Canopy density; P: 降雨量 Precipitation.
丛(0郾 29 mm·LAI-1) >红桦林(0郾 17 mm·LAI-1);
参数 琢 值在 0郾 0407 ~ 0郾 1155,平均为 0郾 0632,变异
系数 42郾 05% ,大小依次为华西四蕊槭鄄石枣子灌丛
(0郾 1155) >李灌丛(0郾 0920) >红桦林(0郾 0572) >辽
东栎林(0郾 0569) >油松林(0郾 0513) >华北落叶松林
(0郾 0508)>华山松林(0郾 0410)>辽东栎鄄少脉椴混交
林(0郾 0407)(表 4).
3摇 讨摇 摇 论
冠层截留容量反映了植被冠层静态最大截留能
力.一般情况下,针叶林冠层截留容量在 0郾 3 ~
3 mm[18],阔叶林冠层截留容量少于 1郾 8 mm[19],有
些情况下可达 3郾 5 mm[20] . 六盘山主要森林类型冠
层截留容量与其他区域或植被类型相当,略低于我
国西南亚高山暗针叶林的冠层截留能力[21] .
冠层截留容量受林分类型、郁闭度、叶面积指
数、林分密度、降水强度等因素制约[22] .空气干燥状
况也会影响冠层截留容量,降水后 2 天测定的叶表
面吸水率为 24郾 9% ~ 46郾 7% ,而降水后 4 天则达
58郾 5% ~122郾 1% ,相差 29郾 8% ~ 70郾 2% [23],这与叶
表面的干燥状况有关,本研究没有考虑冠层干燥程
度对截留容量的影响,这是误差产生的重要因素之
一.此外,浸水法测定的冠层截留容量与实际冠层截
留容量并不完全相符,原因主要是由于冠层枝叶的
空间分布差异所致,实际降雨时不同位置冠层叶片
不可能瞬间完全湿润,而且不同场次降雨各位值叶
片湿润程度也存在差异,因此在模型应用时,应根据
实际林分类型进行适当调整.另外,本研究没有考虑
灌草层枝叶的截留能力,而实际降雨截持中灌草层
可能会截留较多水分,有待今后深入研究.
王彦辉等[3]提出了转换冠层截留的标准模型,
此模型考虑了降雨蒸发率和林冠吸附降雨容量,然
而由于未考虑植被冠层的变化,无法反映植被对降
雨截留的影响.本研究的修正模型考虑了叶面积指
数变化对冠层截留的影响,能更好模拟冠层截留作
用,对于模拟不同季节冠层截留过程具有十分重要
的意义.从模拟结果来看,六盘山不同森林类型冠层
截留的模拟精度差异较大,红桦林、华山松林、李灌
丛和辽东栎鄄少脉椴混交林的模拟效果较好,辽东栎
林、油松林和华西四蕊槭鄄石枣子灌丛模拟效果相对
较差,这可能与冠层结构、叶面积指数以及降水特性
等差异有关.本文的改进模型较原模型虽然在一定
程度上反映了植被变化对冠层截留的影响,并增加
了冠层截留模拟的精度,但由于冠层水文过程复杂,
除林冠结构特征外,冠层截留还受植被类型、降水历
时、降水强度和风速等多种因素的影响,植被冠层截
留模拟仍需更深入的研究. 今后应重点加强截留过
程和主要影响因素的监测,建立综合反映植被特征
和气象特征的截留模型.
阔叶林单位叶面积的吸附降雨容量平均为
0郾 15 mm,针叶林平均为 0郾 20 mm,且不同植被或树
种差异较大[24] .本研究中六盘山主要森林类型的单
位面积冠层截留(参数 d)值在 0郾 17 ~ 0郾 88 mm,远
高于其他树种.王彦辉等[3]总结不同区域降雨蒸发
2942 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 21 卷
率(琢)的变化表明,亚热带地区在 0郾 031 ~ 0郾 047,温
带半湿润地区在 0郾 063 ~ 0郾 093,温带半干旱地区在
0郾 17 ~ 0郾 20. 本研究中参数 琢 值在 0郾 041 ~ 0郾 116,
与温带半湿润地区相当.
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作者简介 摇 徐丽宏,女,1975 年生,博士,助理研究员. 主要
从事景观生态与生态水文学研究,发表论文 10 余篇.
E鄄mail: xulihong2000@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
394210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐丽宏等: 六盘山主要植被类型冠层截留特征摇 摇 摇 摇 摇 摇