全 文 ：Vol. 33 No. 5
May 2013
第 33卷 第 5期
2013年 5月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
收稿日期：2012-12-19
基金项目：林业公益性行业科研专项：典型森林植被对水资源形成过程的调控研究（201104005）
作者简介：赵亮生（1986-），男，甘肃敦煌人，硕士研究生，主要从事森林生态学、城市生态学研究
通讯作者：闫文德（1969-），男，甘肃武威人，教授，博士，主要从事生态学的教学与科研工作
林冠截留作为水文过程中的重要一环，是降
雨在到达地面过程中发生的第一次水量分配 [1]，
它不仅影响降水的重新分配，还可以对降雨产生
滞留作用及影响雨水中营养元素的输入等 [2]，是
森林生态系统重要的生态水文功能之一 [3]，在森
林生态系统水文循环中占居重要地位 [4]。森林林
冠以其特有的结构，减少水分输入，影响地表径
流 [5]，进而影响林地土壤的水分空间分布格局以
及养分的循环和利用 [5-6]，对林冠水文效应的研究，
有利于探明森林对降水分配的机制 [7]。
本实验选取中南地区典型乔木树种——樟树，
作为研究对象，关于樟树林冠层对降水再分配研
究已有较多报道，杨中文等 [8]在室内对樟树林冠
截留模拟试验研究，闫文德等 [9]对樟树人工林冠
层对大气降水再分配规律的影响做了研究，但是
对于城市市区与城郊的樟树人工林林冠截留效应
对比分析却少有报道。本文通过监测两个地区樟
树人工林林冠对降雨再分配过程，对比分析林冠
截留效应，揭示林冠水文效应的变化规律，探讨
降雨特征对林冠水文的影响，为中南地区水源涵
养林的树种选择、结构设置和合理经营提供基础
数据和理论依据。
樟树人工林林冠截留效应分析
赵亮生 1，闫文德 1,2，项文化 1,2，梁小翠 1,2，伍 倩 1
(1.南方林业生态应用技术国家工程实验室，湖南 长沙 410004；
2.湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站，湖南 会同 418307)
摘 要：文章对比分析长沙城区内与城郊樟树人工林 2011年林冠层对降水的截留效应，研究得出结论：城郊樟
树林年降水量为 2 028 mm，年截留量为 515.8 mm，林内降水量占总降水量的 74.57%，达 1 512.2 mm; 市区樟树
林年降水量、截留量、林内降水量均低于城郊，虽然年截留量低于城郊，但截留率则高于城郊。市区和城郊樟
树林的穿透水变化规律虽存在差异，但整体趋势相似，两块检测样地在雨量极低时截留作用差异较为明显，但
随着降雨量的增加，截留率差异变小。通过研究分析两块样地的监测数据可看出无论是在城区还是城郊樟树人
工林林冠均有明显的截留效应。
关键词：樟树人工林；林冠截留；截留效应
中图分类号：S715.2；S792.23 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2013)05-0091-05
Analysis of canopy interception effects on Cinnamomum camphora plantation
ZHAO Liang-sheng1, YAN Wen-de1, 2, XIANG Wen-hua1,2, LIANG Xiao-cui1,2, WU Qian1
(1.National Engineering Lab. for Applied Technology of Forestry & Ecology in South China, Changsha 410004, Hunan, China;
2. Huitong National Field Station for Scientifi c Observation & Experiment for Chinese Fir Ecosystem, Huitong 418307, Hunan, China)
Abstract: The interception effects of canopy layers between urban and suburban Cinnamomum camphora plantations in 2011 were
compared and analyzed. The results show that in the suburban, the annual precipitation of C. camphora artifi cial forest was 2 028 mm,
the annual interception quantity was 515.8 mm, the net rainfall accounted for 74.57% of the total through-fall rainfall being 1 512.2 mm;
in the urban, the annual precipitation, interception quantity and forest net rainfall were lower than the suburban, but the intercepting
rate was higher than the suburban; the urban and suburban’s forest through-fall were different with each other, but the overall trend was
similar to each other, when in low level rain interception, the interception actions of two tested samples had obvious differences, but with
the increase in precipitation, the intercepting rates tended to be similar to each other. Through the monitoring researches of two samples,
the canopy layer was found to have very obvious interception effects to C. camphora.
Key words: artifi cial forest of Cinnamomum camphora; canopy interception; interception effects
DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2013.05.027
赵亮生，等：樟树人工林林冠截留效应分析92 第 5期
1 研究地区概况与研究方法
试验地概况、监测样地的设置和降水量的测
定方法详见参考文献 [9,10]。两监测样地樟树人工
林的林分概况见表 1，数据为 2011年全年监测值。
表 1 城市与城郊樟树人工林林地基本情况
Table 1 Basic situation of C. camphora plantation forest land in city and suburban
位置 海拔 /m 坡度 /(°) 坡向 树高 /m 胸径 /cm 郁闭度 冠幅 /m 龄级 密度 /(株·hm-2) 年均降水量 /mm 相对湿度 /% 年均温 /℃
城郊 100 5 北 13.47 14.5 0.7 5 中龄林 1 500 1 685.8 80 17.4
市区 80 5 北 15 15.2 0.8 5.2 成熟林 1 100 1 361.6 80 17.9
2 结果与分析
2.1 樟树人工林降水输入与分配
樟树林人工林冠对降水输入的再分配具有它
自身的特点，与落叶林相比，樟树叶的新旧更替
并不以年为周期，冠层常年都有一定数量的树叶
存在 [9]。根据 2011年近 100多次实测降水的资料，
统计出城郊与市区樟树人工林降水输入及分配情
况 (见表 2、表 3)。由表 2可看出，城郊樟树林年
降水量为 2 028 mm，年截留量为 515.8 mm，占年
降水量的 25.43%，林内的林内降水量占总降水量
的 74.57%，达 1 512.2 mm，但绝大部分为穿透水，
占林内降水总量的 99.1%，达 1 498.5 mm，树干茎
流量为 13.7 mm，仅占林内降水总量的 0.9%。与
表 2 相比，表 3显示市区樟树林年降水量、截留量、
林内降水量均低于城郊，分别为 1 381.9 mm、
393.21 mm、988.7 mm；虽然年截留量低于城郊，
但截留率则高于城郊，为 28.45%；而与城郊相似
的是，穿透水占林内降水比例也达到了 99%。
表 2 2011年城郊樟树人工林降水输入及分配规律
Table 2 Precipitation input and distribution rules of C.
camphora plantation in suburban in 2011
月份
林外降
水 /mm
穿透水 树干茎流 林内降水 林冠截留
量
/mm
百分
比 /%
量
/mm
百分
比 /%
量
/mm
百分
比 /%
量
/mm
百分
比 /%
1 34.8 8.2 23.56 0.00 0.00 8.20 23.56 26.60 76.44
2 55.6 18.8 33.81 0.00 0.00 18.80 33.81 36.80 66.19
3 159.3 93.2 58.51 1.10 0.69 94.30 59.20 65.00 40.80
4 299.8 207.9 69.35 1.90 0.63 209.80 69.98 90.00 30.02
5 318.2 250.3 78.66 2.50 0.79 252.80 79.45 65.40 20.55
6 399.3 338.7 84.82 3.00 0.75 341.70 85.57 57.60 14.43
7 149.3 124.3 83.26 1.20 0.80 125.50 84.06 23.80 15.94
8 254.0 204.2 80.39 2.00 0.79 206.20 81.18 47.80 18.82
9 190.4 151.5 79.57 1.00 0.53 152.50 80.09 37.90 19.91
10 117.3 85.9 73.23 0.90 0.77 86.80 74.00 30.50 26.00
11 30.3 9.3 30.69 0.10 0.33 9.40 31.02 20.90 68.98
12 19.7 6.2 31.47 0.00 0.00 6.20 31.47 13.50 68.53
合计 2 028.0 1 498.5 73.89 13.70 0.68 1 512.2 74.57 515.8 25.43
2.2 降水输入及分配的月变化
由表 2可以看出，2011城郊樟树林 1月降水
量为 34.8 mm，林内降水量为 8.2 mm，其中穿透
水为 8.2 mm，占降雨量 23.56%，而截留量为 26.6
mm，截留率达到 76.44%，为全年最高；于此相
比，市区樟树林 1月份的降水量比城郊少很多，
仅为 8.5 mm，但截留量为 7.1 mm，截留率达到
83.53%； 由表 2、表 3数据显示，1月、2月、11月、
12月林冠对降水再分配规律具有相似的特征，因
为该时段属于冬春季节，降水少，且多以小雨为主，
所以出现截留量与林内降水量较少，但林冠截留
率为全年最大的现象。
表 3 2011年市区樟树人工林降水输入及分配规律
Table 3 Precipitation input and distribution rules of C.
camphora plantation in urban district in 2011
月份
林外
降水
/mm
穿透水 树干茎流 林内降水 林冠截留
量
/mm
百分
比 /%
量
/mm
百分
比 /%
量
/mm
百分
比 /%
量
/mm
百分
比 /%
1 8.5 1.4 16.47 0.00 0.00 1.40 16.47 7.10 83.53
2 23.8 10.7 44.96 0.00 0.00 10.70 44.96 13.10 55.04
3 110.3 65.9 59.75 0.50 0.45 66.40 60.20 43.90 39.80
4 139.7 88.4 63.28 0.80 0.57 89.20 63.85 50.50 36.15
5 109.6 82.8 75.55 0.80 0.73 83.60 76.28 26.00 23.72
6 451.2 348.2 77.17 3.50 0.78 351.70 77.95 99.50 22.05
7 48.6 30.4 62.55 0.30 0.62 30.70 63.17 17.90 36.83
8 231.9 192.8 83.14 2.10 0.91 194.90 84.04 37.00 15.96
9 66.9 38.7 57.85 0.30 0.45 39.00 58.30 27.90 41.70
10 107.8 74.9 69.47 0.70 0.65 75.60 70.12 32.21 29.88
11 50.8 32.8 64.57 0.30 0.59 33.10 65.16 17.70 34.84
12 32.8 12.4 37.80 0.00 0.00 12.40 37.80 20.40 62.20
合计 1 381.9 979.4 70.87 9.30 0.67 988.70 71.55 393.21 28.45
由表 2还可以看出，从 3月份开始降水量开
始增加，3～ 6月降水 1 176.6 mm，占年降水量
58%，净降水 898.6 mm，占年降水量的 44.3%，
其中穿透水 890.1 mm，茎流量为 2.86 mm，该时
段截留总量比冬春季节增加，但是截留率呈下降
趋势，3～ 6月平均截留率为 26.45%；与表 2 相
比，表 3中 3～ 6月降水 810.8 mm，占年降水
量 58.7%，林内降水量 590.9 mm，占年降水量
93第 33卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
42.8%，其中穿透水为 585.3 mm，茎流量为 2.53
mm，3～ 6月平均截留率为 30.43%。该时段降水
量均占年降水量 58%左右，而市区截留率略高于
城郊，而总体来看该时段属于春夏季节，降雨量
多、降雨强度大，所以截留量与林内降水量较多，
但林冠的月平均截留率比冬春季节有所降低。
从表 2可以看出，7～ 10月份降水量为 711
mm，占年降水量 35.1%，穿透水 565.9 mm，占该
时段降水量 79.6%，同时产生茎流 5.1 mm，林冠
截留量 140 mm，占该时段降水量 19.7%，而 7～
10月平均截留率为 20.17%；于此相比市区该时段
降水总量为 455.21 mm，占年降水量 32.9%，穿
透水 336.8 mm，占该时段降雨量 74%，产生茎流
3.4 mm，林冠截留量 115.01 mm，占该时段降雨量
25.3%。总体来看该时段属于夏季，气温高，辐射
强，空气湿度小，林冠干燥，大气的蒸散力大，
降雨次数减少，降雨多为大雨或暴雨，造成单次
降雨雨量增加，降雨强度大，林冠截留作用减弱，
所以该时段林冠截留率相对较低。
2.3 林冠对不同类型降雨再分配规律
从表 4可以看出，随着降雨的加强，穿透水
量会增加，中雨及以上强度才会出现茎流，而且
与降雨强度呈正相关；截留量随降雨强度增加而
降低，截留率也随之降低。在小雨情况下，截留
率最大，城郊全年降水 165次，其中小雨 112次：
市区降雨 141次，小雨 103次，小雨次数占全年
降雨次数的 70%左右，但是小雨累计降雨量仅在
300 mm左右，城郊总降水量高于市区，主要是
由于大雨及暴雨的次数多一些。城郊小雨降雨量
329.7 mm，穿透水 92.3 mm，截留量 237.4 mm，
截留率 72%；市区小雨累计降雨量 296.91 mm，
穿透水 101.7 mm，截留量 195.21 mm，截留率
65.75%。表 4中暴雨下穿透水量为 569.7 mm，穿
透率 89.48%，截留量为 61.6 mm，截留率 9.67%，
这说明林冠截留能力是有限的，达到饱和后就不
再增加，而表 4反应出市区林冠层对暴雨截留率
高于城郊，可能是因为暴雨次数比较少，累计暴
雨降雨量少，所以截留量占的比例会稍微高一点。
表 4 城郊与市区樟树人工林林冠对不同类型降雨再分配规律
Table 4 Redistribution rules of different types of rainfall by C. camphora plantation canopy in suburban and urban district
位置 降雨强度
降雨次数 降雨量 穿透水 树干茎流 截留量
次数 百分比/% 量 /mm
占总降雨量
百分比 /% 量 /mm
占降雨量
百分比 /% 量 /mm
占降雨量
百分比 /% 量 /mm
占降雨量
百分比 /%
城
郊
小雨 112 67.88 329.70 16.26 92.30 28.00 0.00 0.00 237.40 72.00
中雨 27 16.36 428.20 21.11 292.80 68.38 3.20 0.75 132.20 30.87
大雨 16 9.70 526.40 25.96 447.70 85.05 4.10 0.78 74.60 14.17
暴雨 9 5.45 636.70 31.40 569.70 89.48 5.40 0.85 61.60 9.67
大暴雨 1 0.61 107.00 5.28 96.00 89.72 1.00 0.93 10.00 9.35
合计 165 2 028.0 1 498.5 13.7 515.8
市
区
小雨 103 73.05 296.91 21.49 101.70 34.25 0.00 0.00 195.21 65.75
中雨 23 16.31 353.80 25.60 260.90 73.74 2.80 0.79 90.10 25.47
大雨 10 7.09 370.20 26.79 307.00 82.93 3.10 0.84 60.10 16.23
暴雨 4 2.84 253.00 18.31 212.80 84.11 2.40 0.95 37.80 14.94
大暴雨 1 0.71 108.00 7.82 97.00 89.81 1.00 0.93 10.00 9.26
合计 141 1 381.91 979.4 9.3 393.21
2.4 穿透水的变化规律
从图 1和图 2可以看出，两块样地林内穿
透水与降雨量都呈明显的线性关系方程分别为：
y= 0.927x-2.8247，R2=0.99，N=165；y=0.8718x-
2.011，R2 =0.98，N=141；（y为穿透水，x为降雨量）。
而穿透率与降雨量之间存在的非线性关系，从图
中可以看出，当雨量小的时候穿透率不高，从表 4
可以看出，在小雨雨量级下，城郊平均穿透率为
28%，而市区为 34.5%；随着雨量的增大，穿透率
也随之提高并在大雨到暴雨雨量情况下趋于稳定，
由表 4可知，在中雨时，两块样地穿透率在 70%
左右，到大雨或暴雨时，穿透率则在 80%以上。
2.5 截留量变化规律
从图 3 和图 4 可以看到，截留量与降雨
量之间关系为指数函数关系，函数关系是分别
为：y=0.812 8x0.645 2，R2=0.868 9，N=165；
y=0.7754x0.6571，R2=0.823，N=141（y为截留量，
x为降雨量）。同时，从图中还可以看出截留率与
降雨量呈对数函数关系。总体来看，降雨量越小截
赵亮生，等：樟树人工林林冠截留效应分析94 第 5期
留率越高，随着降雨量的增加，截留量减少，截
留率也降低。同样，从表 4中可以看出，小雨雨
量级下，城郊截留量 237.4 mm，截留率为 72%，
市区截留量 195.21 mm，截留率为 65.75%；但到
中雨时，截留量分别为 132.2 mm和 90.1 mm，截
留率降低到 30%左右；到大雨以至暴雨时，截留
率降低到 15%左右。这说明，两块监测样地在雨
量级低的时候截留作用有差异，但是随着降水量
增加，截留率趋于相似。另外从降雨强度角度分
析，雨强越小，截留率越高，林冠对雨水的截留
时间越长；雨强越大，截留量越小，截留率越低，
截留作用的时间越短，降雨强度与林冠截留量之
间存在负相关性。
2.6 茎流变化规律
从表 2和表 3可以看出，2011年城郊产生茎
图 1 城郊穿透水和穿透率与降雨量的关系
Fig.1 Relationship of through-fall and though-fall percentage to rainfall in suburban area
图 2 市区穿透水和穿透率与降雨量的关系
Fig.2 Relationship of through-fall and though-fall percentage to rainfall in urban area
图 3 城郊林冠截留量和截留率与降雨量的关系
Fig.3 Relationship of interception and interception percentage to rainfall in suburban
95第 33卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
流 13.7 mm，市区产生茎流 9.3 mm，不足年降水
量 1%。从表 4 看出，在中雨雨量级及以上才产生
茎流，在暴雨下茎流最大，但总量很小，从月降
水量角度分析，城郊降雨量最大的 6月份，月茎
流量也仅为 3 mm，市区降雨量 451.2 mm，茎流量
为 3.5 mm，各月茎流率在 0.5%～ 0.9%之间波动。
虽然树干茎流量所占的比重非常小，但是茎流输
入的养分对植物生长、森林生态系统养分循环的
作用却是不容忽视的。
3 讨 论
樟树林冠层在各时段截留能力有所差异，这
是因为林冠截留降雨是一个复杂的过程，截留雨
量受到植物本身特性和气象因素的影响 [3]，植物
本身的特性 ,如树种、树龄、林冠厚度、茂密度等；
气象、气候因素 ,如降雨量、降雨强度、雨滴直径、
气温、风和前期枝叶湿度等。研究地降雨集中在 3
～ 6月，降雨事件发生间隔时间短，冠层湿度大，
截留率相对较低；7～ 10月气温高，辐射强，空
气湿度小，林冠干燥，大气的蒸散力大，降雨次
数减少，降雨多为大雨或暴雨，造成单次降雨雨
量增加，降雨强度大，林冠截留作用减弱，所以
该时段林冠截留率普遍较低；11月至翌年 2月，
降雨次数多但都小雨，降雨量少，冠层湿度处于
不饱和状态，所以降雨基本上都被冠层截留了。
而城市市区和城郊樟树林林冠截留效应的差异主
要可以从以下两方面分析：第一，郊区总降雨量
大于市区，郊区樟树林的穿透水量及穿透率要高
于市区樟树林；第二，市区樟树林的龄级高于郊区，
林分的郁闭度、冠幅高于郊区，市区的林冠截留
率高于城郊。
4 结 论
(1) 城郊樟树林年降水量为 2 028 mm，年截
留量为 515.8 mm，占年降水量的 25.43%，林内
降水量占总降水量的 74.57%，达 1 512.2 mm，但
绝大部分为穿透水，占林内降水总量的 99.1%，
达 1 498.5 mm，树干茎流量为 13.7 mm，仅占林
内降水总量的 0.9%。市区樟树林年降水量、截
留量、林内降水量均低于城郊，分别为 1 381.9、
393.21、988.7 mm；虽然年截留量低于城郊，但截
留率则高于城郊，为 28.45%；而与城 郊相似的是，
穿透水占林内降水比例也达到了 99%。
（2）通过研究对比发现郊区和市区樟树人工
林林冠截月变化情况呈现 相似的季节性变化格局，
即 1、2、11、12月，属于冬春季节，降水少且多
以小雨为主，林冠对降水再分配规律表现为 截留
量与林内林内降水量较少，但林冠截留率为全年
最大。3～ 6月，属于春夏季 节，截留总量比前一
个季度增加，但是截留率呈下降趋势，市区樟树
林截留率略高于城 郊。7～ 10月份属于夏季，炎
热干燥，且降雨多为大雨或暴雨，樟树林穿透水
量增大，穿透率较高，但是截留量和截留 率都较低。
（3）通过对市区和城郊樟树林穿透水和截留
量数据的回归分析，分析结果表明两块样地的 穿透
水和截留量随着降雨量和降雨强度的变化，呈现出
来的规律存在差异，但是整体趋势还是相似的 。
总体而言，通过对两块样地的林冠截留效应
分析可以看出，樟树人工林对降水具有良好的截
留 作用。两块样地林冠层对降水的截留改变和减
少了雨滴的降落方式及速度，起到了缓和雨势、
降低和削弱雨滴对土壤的冲 刷作用，林冠截留对
降低地表径流量和泥沙流失量作用明显。
图 4 市区林冠截留量和截留率与降雨量的关系
Fig.4 Relationship of interception and interception percentage to rainfall in urban area
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[本文编校：吴 毅 ]
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[本文编校：吴 毅 ]
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