全 文 ：中国农学通报 2014,30(34):117-122
Chinese Agricultural Science Bulletin
草冠截留影响因素及其测定方法对比研究综述
朱永杰 1,2，毕华兴 1,2，霍云梅 1,2，王晓贤 1,2
（1北京林业大学水土保持学院，北京 100083；
2北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京 100083）
摘 要：截留是植被对降水的第1次再分配，是重要的水文要素之一。目前，大多数植被截留的研究都是
以乔木和灌木为主，关于草冠截留的研究还是相对欠缺。笔者针对目前草坪草冠层截留研究的现状和
所存在的问题，从草冠截留的主要影响因素（降雨量、降雨强度、叶面积或叶面积指数等）以及现有草冠
截留量测定方法和装置2个方面论述了草冠截留的研究进展。分析表明：草被植物的截留影响因素研
究主要是以降雨条件、叶面积指数和草被盖度，以及草被植物本身特征为重点，各因素的综合交互作用
影响研究非常缺乏；测定方法在精确度和适用范围上也有待提高。
关键词：草冠截留；影响因素；测定方法与装置；对比
中图分类号：S715.2，N33 文献标志码：A 论文编号：2014-0841
Reviews of the Affecting Factors and Comparison Study on Methods for Grass Crown Interception
Zhu Yongjie1,2, Bi Huaxing1,2, Huo Yunmei1,2, Wang Xiaoxian1,2
(1College of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083; 2Key Laboratory of Soil and
Water Conservation and Desertification Combating, Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083)
Abstract: Rainfall interception was the first redistribution of rainfall and was also one of the important
hydrological elements. At present, arbor trees are the main object of the researches on vegetation interception,
while studies on lawn grass canopy interception are few. In view of the present situation and the problems about
the turf grass canopy interception, the paper reviewed the research progress of grass canopy interception from
two aspects: main factors (the amount of rainfall, rainfall intensity, leaf area or leaf area index etc.) affecting the
grass canopy interception and the methods for determination of grass canopy interception and device. Analysis
showed that: the influencing factors of grass grown interception was mainly based on the condition of rainfall,
leaf area index and grass coverage, as well as the grass characteristics, while studies on the effect of
comprehensive interaction between each factor were few; accuracy and applicability of method for the
determination were largely limited .
Key words: grass canopy interception; influencing factors; method and device for determination; contrast
0 引言
植被的枝叶拦截雨水，这种拦截雨水作用，称之为
植被截留[1]。植被截留是生态水文过程的水文要素之
一[2-8]，植被通过对降雨的截留，影响蒸散发等一些其他
水文过程的水分输入速率、深度及空间分布[9]，减弱了
雨滴溅蚀 [10]。同时，在土壤、植被、大气构成的界面
(SVAT)中，植被截留的水量是不可忽视的，在地表径
流形成和土壤水分收支平衡中有重要作用[11]，减少了
到达地面的实际雨量[10]。目前，有很多学者尝试过用
不同的方法研究冠层截留能力[12-19]，但研究主要集中于
基金项目：国家水体污染控制与治理重大专项“城市地表径流减控与面源污染削减技术研究”(2013ZX07304-001)。
第一作者简介：朱永杰，男，1990年出生，江西赣州人，硕士研究生，主要从事林业生态工程的研究。通信地址：100083北京市海淀区北京林业大学水
土保持学院2013级研究生，E-mail：455710351@qq.com。
通讯作者：毕华兴，男，1969年出生，陕西米脂人，教授，博士，主要从事水土保持方面的研究。通信地址：100083北京市海淀区北京林业大学水土保
持学院，E-mail：bhx@bjfu.edu.cn。
收稿日期：2014-03-25，修回日期：2014-06-25。
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乔灌木。草本植物冠层高度较株与株之间生长紧密，
植被群落茂密且低矮，普遍运用于乔木林的差量法，即
林外雨量减去树干流和穿透雨，在草本植物群落中不
适用，不宜用此法测定其截留量。由此，有许多针对草
本植物冠层截留的测定方法相继被学者们所尝试，特
别是其截留特点和截留影响要素，这对于草坪植物的
用水管理具有重要意义。笔者对草冠截留的影响因素
以及草冠截留量的测定方法进行了对比分析，旨在为
草冠截留的进一步深入研究提供理论支撑。
1 草冠截留的主要影响因素
与乔木、灌木的截留过程类似，草坪冠层水分截留
量同样受气候、气象因素（降雨量、降雨强度、雨滴大小、
风速、相对湿度）和植物本身特性（叶面积或者叶面积指
数、草被种类、植株高度、植株鲜重、叶片数目、大小）等因
素的影响，但由于草坪草特殊的群体结构和分布，其草
冠截留量研究往往存在一定难度。目前大多数研究集
中于以降雨量、降雨强度、叶面积或叶面积指数为代表
的几个主要影响因子，研究其对冠层截留的影响规律。
1.1 降雨
降雨是草冠截留最直接的影响因素。降雨初期，
落在冠层的雨水全部被截留于枝叶表面，降雨强度越
小，叶片达到饱和截留能力所需时间越长。卓丽等[1]
分别测定了单株草坪草和草坪植物群落整体的最大截
留量，同时对比了在相同降雨条件下中华结缕草、高羊
茅和草地早熟禾 3种草坪草的截留性能，结果表明，3
种草坪植物的截留量与降雨强度呈负相关关系，并且，
随着降雨的进行，草坪植物截留水量可以分为 3个时
期，即截留量快速增长期、截留量平缓增长期和截留量
基本达到饱和的截留稳定期。截留量随着降雨强度的
增大而降低，因为降雨强度增大，雨滴的直径就会变
大，叶片所受到的雨滴冲击力也增大，叶片在暴雨中因
为变得湿润而加重，所以截留量偏低[20]。另外，雨强的
增大会导致截留率的减小，地面产流也随之增加。
在一定范围内，随着降雨量的增加，截留量也是增
加的；当达到饱和截留量后，降雨量不再是草坪植物截
留量的决定因素，随着降雨量的增加，截留量变化不明
显，几近稳定，此时被植物叶片截留的水向下滴落，穿
过草坪植物冠层到达植物根区土壤并向下入渗[21-24]。
同时，有关研究表明，草坪植物的冠层水分截留量随着
降雨量的增加呈指数形式增加，只有当降雨量达到一
定的程度，才能使冠层的截留能力达到最大，此时的截
留能力即为冠层截留容量[11,21,25]，当降雨量不足以使草
坪植物截留量达到饱和时，降雨量决定草坪植物的截
留量。当降雨量超过使草坪植物达到饱和截留量所需
的雨量时，截留量就以最大截留降雨量为准[26]。
1.2 叶面积或叶面积指数
体现草坪植物截留能力的一项重要指标就是叶面
积[26-27]，叶面积通常用叶面积指数(leaf area index，LAI)
来描述。叶面积指数是指单位土地面积上植株叶片的
单侧总面积。植被生长越茂密，其叶面积指数就越高，
地上部分生物量就越大，截留能力就越大。已有研究
表明，草坪植物截留量与叶面积呈正相关关系[28-29]。王
迪等[23]在对作物冠层截留能力研究中发现，随着作物
叶面积指数的增加，作物冠层的截留能力呈线性增
加。模拟人工降雨对苜蓿冠层的截留试验中，Burgy[30]
也得到了类似的结果。Kang[20]通过冬小麦冠层截留量
田间试验得到叶面积指数与冬小麦冠层截留量呈正线
性相关关系。刘战东等[31]研究发现，群体截留量与叶
面积指数、地上部生物量呈线性正相关。此外，有研究
者提出，皮尔逊相关系数表明叶面积在准确评价冠层
持水能力上要比冠层投影面积更具有参考性[32]。无论
是截留模型的建立还是影响因素的评价，用叶面积指
数作为变量会比冠层投影面积更具说服力。
1.3 其他影响因素
叶片数量、大小、形状和生长方向[33]、植株修剪高
度和鲜重[20,25,34-35]、植物种类、生长年限等因素均对冠层
的截留量大小均有一定影响。卓丽等[24]研究发现，单
株结缕草的截留性能受结缕草的叶片数量、结缕草的
叶面积影响较为显著。单株结缕草的截留量随着叶片
数量的增多而增加，截留量高达0.16 g的结缕草为5叶
枝条的结缕草，此截留量为自然状态结缕草自身重的
81.22%，叶枝条越少的结缕草截留量就越低。对于结
缕草草坪，修剪留茬高度越高，截留量就越多。同时，
其研究得出，草坪生长年限不同，其截留能力也存在差
异，建植3年、高14 cm的草坪冠层截留可达1.05 mm，
修剪到株高为6 cm时截留量为0.48 mm。于璐等[36]利
用模拟降雨观测高羊茅、早熟和和结缕草 3种草的单
株截留特征发现最终截留量的大小与修剪高度有一定
关系，最终截留量较大的是修剪高度高的植株；草坪植
物种类不同，高羊茅和结缕草在不同修剪高度下的大
小关系不同，但草地早熟禾的截留量始终最小。
2 草冠截留的测定方法
总结有关草冠截留研究的文献发现，目前研究者
测定主要采用浸水法、擦拭法和水量平衡法这 3种方
法。对这些方法的操作步骤和运用概况进行较为详细
的介绍，并对每一种方法的优缺点进行对比。
2.1 浸水法（简易吸水法）
植被冠层截留量的测定对于低矮茂密的草坪植物
·· 118
来说是较为困难的，“简易吸水法”被国内学者广泛运
用于测定草坪植物冠层截留量。Beard[37]首先将草坪
植物剪下，并在容器中对草屑进行模拟人工降雨。此
类方法后来发展演变成为“浸水法”，并为国内外研究
者所利用[24,38]。针对草坪植物，第一步先用剪刀将草坪
植物齐地表剪下，然后将剪下的草坪植物用电子天平
（精度 0.01）快速称重，再把这些草屑放入水中浸泡
5 min后取出，取出后待枝叶上的水珠不再往下滴时，
立即再次称重，2次重量的差值即为最大截留量。
I =M2 -M1 …………………………………… (1)
I0 =[(M2 -M1) M2] × 100% …………………… (2)
式(1)~(2)中，I为最大截留量(g)；I0为截留率(%)；
M1为植株鲜重(g)；M2为植株浸水后重(g)[39-40]。
卓丽等[1]采用浸水称重法，研究草坪植物的截留
性能；同时采用模拟人工降雨的方法，测定在不同降雨
强度、降雨量条件下草坪植物的截留能力，观察降雨过
程中的整个截留过程，对草坪植物的截留规律做了基
本地探索与描述。
胡建忠等[39]利用简易吸水法研究了祁连山南麓退
耕地草本层的截留性能，结果显示，该地的草本植物冠
层截留量为 0.29 mm，截留率为 42.60%。刘战东等[31]
采用简易吸水法分别研究了冬小麦单茎的截留能力以
及冬小麦群体的冠层截留性能，并对其影响因素进行
了探讨。在对冬小麦各生育时期群体冠层截留能力的
研究中，王迪等[23]也采用了浸水法（简易吸水法），并对
冬小麦群体截留能力的影响因素进行分析。
大多数研究结果表明，通过浸水法测得的持水能
力要比模拟降雨试验条件下获得的值小[41-43]。这是因
为忽略了草冠的内在及形态学特征，这些特征与附着
水滴的形成有关，而这些水滴在植物浸泡在水中时是
不会出现的[43]。因此，目前多数相关研究运用最普遍
的还是降雨模拟的方法，因为它有较好的湿润效果，同
时也能更好地模拟自然状态下的湿润过程[19,43]。
2.2 擦拭法
王庆改等[34]提出了一种直接测定草坪植物冠层截
留水量的方法——擦拭法(WWM)，详细步骤如下：首
先把吸水材料装在密封袋里，在实验室内用分析天平
称重，每次测定时，在试验区随机取 25株草，并做标
记；降雨结束后，立刻从自封袋里拿出高分子吸水材料
来擦拭植物叶片（做过标记）上的水，擦时特别细心，以
防水滴掉到地上，擦完以后立刻装在自封袋里，把口封
好；对25株样本逐一擦拭，结束后立刻带回实验室，用
万分之一天平逐一称重；计算25株植物冠层截留的平
均值，得到单株的平均冠层截留如式(3)。
I =∑i = 1
25
Ii
25 ……………………………………… (3)
式(3)中，Ii为第 i株样本植物的冠层截留(g)，I为25
株样本平均的单株冠层截留(g)；然后根据单位面积
(1 m2)上植物的株数，换算成单位面积上的水深，计算
冠层截留，如式(4)。
WCI = nI × 10-3 ………………………………… (4)
式(4)中，WCI为冠层截留(mm)；n为单位面积(1 m2)
上植物的株数。
Klaassen[35]、王迪[23]、刘海军[44]、何云丽[45]等在对草
坪冠层截留水量的测定过程也用到此法。这种方法的
优点在于能够较为直观地用吸水材料吸取附着在草坪
植物冠层的截留水分，但其精确度难以保证，主要取决
于操作者本身的操作熟练程度和材料的吸水力和持水
力。
2.3 水量平衡法
水量平衡法的基本原理就是利用水量平衡原理，
用降雨量减去通过草冠以后收集到的穿透雨量或者径
流量，两者的差值就是草冠截留的水量。计算如式
(5)。
I=P-T-R………………………………………… (5)
式(5)中，I表示冠层截留的水量，P表示总的降雨
量，T表示通过冠层直接到达地面的穿透雨量，R表示
沿着茎和秆流到地面的茎流量[44]。
卓丽[1]采用类似的方法，将草皮块去掉土壤后放
置在雨量桶上方，然后进行人工模拟降雨，测定集水器
所收集的渗透雨量。Clark[46]去掉供试草坪植物下方
的土壤去掉，放在收集区上方，并在漏斗上方覆盖1层
塑料薄膜，然后收集并测定通过去除土壤的草坪植物
水量。国外有研究者在土壤表面用氯丁橡胶覆盖，然
后通过测定地表径流以确定冠层截留的水量[47]，国内
外相关研究中也可见到相同或者相类似的方法研
究[48-49]，如何避免水分到达土壤后下渗以及如何收集产
生的径流是此测定方法的难点。
2.4 测定方法对比
以上所陈述的方法是目前草冠截留中运用最为普
遍的几种测定方法，根据每种方法的测定步骤和测定
过程可能会产生的误差，现将每种方法的优缺点及大
致的适用条件总结如表1。
3 展望
草坪植物冠层对雨水的截留量大小对于草坪水分
利用效率具有重要影响。对草坪植物降雨截留的研究
朱永杰等：草冠截留影响因素及其测定方法对比研究综述 ·· 119
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能够更好地揭示大气降水通过植物群落的相关水文过
程，有助于理解草坪植物冠层截留部分水对植被、土
壤、大气三相之间水分平衡的影响。目前，对低群落、
生长密集草坪植物的截留作用尚处于过程原理的基础
阶段，截留量测定的方法也没能有较好的精准度，存在
较大不可控误差。在对草坪植物冠层截留影响因素的
研究中，气候气象因子（降雨量、降雨强度、雨滴大小、
温度、相对湿度等）和植物本身特性（植物种类、叶面积
或叶面积指数大小、叶片数量、生长期、植株高度、植株
鲜重等）是现在以及今后的研究重点。现阶段针对各
因素对草冠截留的影响规律主要是单因素的影响规律
分析，并且各单因素与冠层截留的关系已经取得一定
的理论成果，但很少对各因子进行定量化研究，而且对
综合各因素的交互作用对冠层截留影响规律研究以及
冠层截留水文模型的建立还有待进一步加强。同时，
草坪植物冠层结构不同于林冠结构，随着对水文要素
的研究，现阶段冠层截留测定方法的可操作性和精度
难以满足研究要求，其截留能力测定方法的改进与精
度的提高也会是今后研究的难点。无论是从截留角
度，还是草冠层对蒸散发影响的角度，现有研究明确了
草冠截留在整个水文过程的重要地位，但这一过程有
针对性的定量化研究还急需进一步探讨。
所以，在未来研究阶段，为了充分明确特定草坪草
的截留过程以及其对生态水文过程的影响，对于草坪
植物冠层研究应侧重于草冠层整体。冠层的各项指标
会随着气候不断发生变化，如叶面积指数、叶片湿度、
降雨等。为了可以综合考虑这些因素的交互作用，将
截留模型引入草冠截留很有必要。国外已有诸多学者
开展了相关研究，尤其是低矮密集植物群的截留模
型[50-51]，为国内草冠截留影响因素及草冠截留量的研
究方向提供了借鉴。除此之外，现阶段城市绿化和各
种园林景观大部分都采用乔冠草结合的布局方式，所
以在草冠和林冠单一截留作用研究取得一定进展的情
况下，开展林冠和草冠交互作用下的截留过程和效果
研究有很大的现实意义。
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测定方法
简易吸水法
（称重法）
擦拭法
水量平衡法
优点
（1）地上部分用水浸泡，简单
快速使枝叶含水量饱和
（2）操作简便易行，所需仪器
少，能够适应各类草坪草及作
物截留量的测定需求
（1）保持植被原有的冠层结
构，能够很好模拟降雨过程中
的截留作用
（2）吸取对象比较能够
符合冠层截留水的定义，
测定结果较为准确
（1）依据水量平衡原理，
原理简单易懂，能够知道
降雨在截留、茎流、
穿透雨量各部分中的分配
不足
（1）需要将草本或者地被物剪下，
破坏了草被植物原有的冠层结构
（2）不能较好的模拟降雨时候的实际截留
过程，实际中不同雨强和雨量的截留效果
与此法存在差异
（3）测定结果往往偏大
（1）对操作者熟练程度要求较高，在擦拭时
容易不小心造成水滴脱落，导致结果偏小
（2）过程需要一定时间，水分可能被风吹
掉，造成结果偏低
（1）装置要求复杂，且安装有一定难度
（2）选取较为理想的部分区域的
测定值为代表，各部分误差相叠加
会降低结果的准确性
适用条件
可作为测定地上部分生物量的截留能力快速、有效的方法；
是较为容易掌握的一种方法。适用于缺少相关试验设备，
在理想条件下，降水量足以使植被冠层达到饱和时所表现
出的冠层截留能力，测定的截留量为地上部分最大或饱和
截留量或茎叶的潜在截留能力，适用于面积较小的试验区
适用于叶片较大的草被植物，最好是在各项条件可控的室
内，可以模拟不同雨强的降雨截留过程；操作者对整个擦拭
过程较为熟练，可用于面积较大的试验场地
（需要重复试验）
试验前期准备较为充足，能够把相关装置设备准备并安装
好；植物茎秆整齐直立，有一定高度，不贴地生长
表1 草冠截留测定方法对比
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