全 文 ：古尔班通古特沙漠梭梭和白梭梭树干茎流特征
①
戴 岳1，2， 郑新军1，3， 李 彦1，3， 唐立松1，3
(1． 中国科学院新疆生态与地理研究所 阜康荒漠生态国家野外科学观测研究站，新疆 乌鲁木齐 830011;2． 中国科学院大学，
北京 100049;3． 中国科学院新疆生态与地理研究所 荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011)
摘 要:通过对古尔班通古特沙漠 2 个主要建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)和白梭梭(Haloxylon persicum)树
干茎流的野外实验观测，分析植株冠层和降雨特征对树干茎流形成的影响，并明确了树干茎流量在降雨再分配中
的比例。结果表明:当降雨量≥2． 4 mm时，梭梭和白梭梭开始有树干茎流产生。梭梭、白梭梭的树干茎流量随树
冠体积的增大而增加，但是，当梭梭树冠体积大于 4 m3，白梭梭树冠体积大于 1． 5 m3 时，树干茎流量随树冠体积的
增加不再增大，甚至有下降趋势。梭梭和白梭梭的树干茎流量和降雨量之间存在显著正相关，累计树干茎流量分
别占降雨总量的 9． 1%和 6． 4%。梭梭和白梭梭的集流率均随降雨量增加而增大，能够有效地将树干茎流汇聚到
树干基部，梭梭表现出更强的汇集树干茎流的潜力。
关键词:梭梭(Haloxylon ammodendron) ;白梭梭(Haloxylon persicum) ;树干茎流;集流率;古尔班通古特沙漠
植被对降水的截留和再分配是水文循环的重要
环节〔1 － 2〕，而树干茎流是植被对降水再分配过程中
不可忽视的组成部分，其在形成过程中淋溶了大量
来自枝条及其附生物、叶片和空气尘埃中的营养物
质，有效补充了土壤的水分和养分〔3〕。荒漠灌木群
落通过树干茎流将水分在根部富集，更有利于土壤
水分的集中〔4 － 5〕。研究表明:荒漠灌木可以通过树
干茎流收集 4% ～ 43%的降水〔6〕，这些水量能够以
植物的茎干为中心进入根区，将水分贮存在较深的
土体中供植物利用〔7〕，减缓干旱缺水对其生长造成
的影响，更好地适应环境胁迫，在较为干旱的条件下
保持相对稳定〔7 － 8〕。
树干茎流的形成规律、变化特征及生态水文效
应受到研究者的广泛关注〔6，9 － 10〕。杨志鹏等〔11〕对
毛乌素沙地固沙灌木沙柳(Salix psammophila)和籽
蒿(Artemisia sphaerocephala)树干茎流的研究表明:
分枝较多、树冠体积较大、分枝与地面夹角较小的冠
层结构有利于灌木树干茎流的形成。李衍青等〔12〕
以科尔沁沙地的小叶锦鸡儿(Caragana microphlla)
为研究对象，分析表明:该灌丛的穿透雨量、树干茎
流量和截留量都与降雨量呈正相关关系。王正宁
等〔13〕研究了腾格里沙漠固沙灌木柠条(Caragana
korshinskii)树干茎流影响下根际区水分入渗与再分
配过程，结果表明:茎流使表层土壤含水率迅速增
加，加速土壤水分向深层入渗。以上研究为提高干
旱半干旱区植被对降雨量的利用效率提供了理论依
据，并对降雨截留分配模型的建立提供了重要参数。
然而，对古尔班通古特沙漠建群种梭梭和白梭梭树
干茎流的实验研究较少，对于自然条件下梭梭和白
梭梭的树干茎流产生条件、影响因素、树干茎流量与
降雨量之间的关系等问题还不明确，因此有必要加
强此方面的研究。
梭 梭 (Haloxylon ammodendron)和 白 梭 梭
(Haloxylon persicum)是古尔班通古特沙漠 2 个主要
建群种，在维护区域生态平衡和促进区域可持续发
展中起着重要作用，均被列为国家三级濒危保护植
物。本研究以上述 2 种灌木为研究对象，通过野外
实验观测，分析降雨特征和植株冠层对灌木树干茎
流形成的影响，以及植株通过树干茎流对水分的汇
集效应，为进一步认识古尔班通古特沙漠灌木的生
态水文功能提供观测数据和经验参数。
1 研究地区与研究方法
1． 1 研究区概况
试验于 2012 年 5—10 月在古尔班通古特沙漠
第 30 卷 第 5 期
2013 年 9 月
干 旱 区 研 究
ARID ZONE RESEARCH
Vol． 30 No． 5
Sept． 2013
① 收稿日期:2013 － 06 － 25; 修订日期:2013 － 08 － 16
基金项目:国家重点基础研究发展计划(2009CB825102) ;国家自然科学基金面上项目(41171049) ;中国科学院西部之光项目
(XBBS201001)共同资助
作者简介:戴岳(1987 －) ，女，博士研究生，主要从事植物水分关系研究． E-mail:happydaiyue@ 163． com
通讯作者:郑新军． E-mail:zhengxj@ ms． xjb． ac． cn
867 － 872 页 http:/ /azr． xjegi． com
DOI:10.13866/j.azr.2013.05.004
南缘的旱生荒漠(44°22 N，87°55 E，海拔 447 m)
进行。在大陆性干旱气候的影响下，研究区域干旱
少雨，温差大，蒸发强烈〔14〕，年降水量 80 ～ 160 mm，
年平均气温 5 ～ 5． 7 ℃，极端最低气温小于 － 40 ℃，
极端最高气温大于 40 ℃，年蒸发量 2 000 ～ 2 800
mm。沙漠中几乎无地表径流，地下水位较深，边缘
大于 5 m，内部大于 16 m。土壤以固定、半固定风沙
土为主。固定风沙土主要分布于垄间低地及沙垄中
下部，半固定风沙土多分布于沙垄中部和中上
部〔15〕。垄间主要植物有梭梭、蛇麻黄(Ephedra prze-
walskii)、绢蒿(Seriphidium sp．)以及短命植物尖喙
牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、条叶庭荠(Alys-
sum linifolium)、荒漠庭荠(A． desertorum)、琉苞菊
(Hyalea pulchella)等，有生物结皮发育。垄顶主要
植物有白梭梭、白皮沙拐枣(Calligonum leucoclad-
um)、蛇麻黄以及多种短命植物〔16〕。
1． 2 研究方法
在试验区内随机选取具有代表性的长势良好的
梭梭 12 株、白梭梭 14 株。测量各样株的株高、垂直
投影面积和树冠体积等基本参数(表 1)。梭梭、白
梭梭的冠幅投影近似于椭圆形，采用椭圆形面积公
式求算;树冠体积近似于倒圆锥形，采用圆锥形体积
计算，其中树冠高度用株高减枝下高代替。
表 1 样本植株冠层特征(平均值 ±标准误)
Tab． 1 Features of the canopy of H． ammodendron
and H． persicum (mean ± SE)
株高 /m 投影面积 /m2 树冠体积 /m3
梭梭 2． 45 ± 0． 10 3． 38 ± 0． 37 2． 52 ± 0． 37
白梭梭 2． 12 ± 0． 10 1． 87 ± 0． 24 1． 18 ± 0． 16
树干茎流的收集方法是将铝芯绝缘电线环绕在
树干接近地表部分，选择优质的中性硅酮玻璃胶密
封接缝处，并以环绕的电线为底座围绕树干周围堆
积成槽型，留有出水口，出水口下部安装塑料集水容
器，将树干茎流导入容器，收集后用量筒测定集水
量。集流率(funnelling ratio)的测定〔17〕:通过树干
基部单位横截面积上的树干茎流量与降雨量的比值
表示，公式如下:
FR = VB × P (1)
式中:FR 为集流率;V 为树干茎流的体积(L) ;B 为
树干基部的横截面积(m2) ;P为降雨量(mm)。
试验区安置有自动气象站(Campbell Scientific，
Logan，Utah，USA)获取包括降水、气温、湿度、辐射、
风速等气象数据，每 30 min记录 1 次。
数据分析使用软件 SPSS 16． 0(SPSS Inc，Chi-
cago，USA)完成，用回归分析中的线性回归建立降
雨量与树干茎流量之间的关系。显著性水平设定为
α = 0． 05。平均值的标准误用误差线表示。
2 结 果
2． 1 降雨特征
实验期间发生降雨 33 次，总降雨量 73． 3 mm。
梭梭、白梭梭共收集了 7 次树干茎流，降雨总量为
52． 2 mm，占观测期间总降雨量的 71． 2%。梭梭的
树干茎流量累计为 4． 7 mm，占降雨总量的9． 1%;白
梭梭的累计树干茎流量为 3． 3 mm，占降雨总量的
6． 4%。
降雨量分析表明(图 1a) :单次降雨量的最小值
为 0． 1 mm，最大值为 11． 9 mm。雨量分配为 4 个量
级，即 0 ～ 1、1 ～ 5、5 ～ 10、10 ～ 20 mm 的降雨量分别
为 8． 5、10． 5、30． 7、23． 6 mm，占总降雨量的 11． 6%、
14． 3%、41． 9%、32． 2%。降雨以小降雨事件(≤5
mm)为主，出现频率占 81． 9%，降雨量占总降雨量
的 25． 9%。 ＞ 5 mm 的降雨事件发生次数较少，出
现频率占 18． 1%，降雨量占总降雨量的74． 1%。降
雨强度分析表明(图 1b) :最大 30 min 降雨强度
(I30)为 4． 6 mm· h
－1。其中降雨强度在 0． 2 ～
1 mm·h －1的降雨占总降雨次数的 64． 9%，降雨强
度在 1 ～ 2、2 ～ 3、3 ～ 5 mm·h －1的降雨占总降雨次
数的 27%、4． 7%和 3． 4%。
2． 2 冠层特征对树干茎流的影响
相同树冠体积下白梭梭、梭梭的树干茎流量均
随降雨量的增加而增大(图 2a ～ 2d)。相同降雨量
下，梭梭、白梭梭的树干茎流量随树冠体积的增加而
增大，当白梭梭树冠体积大于 1． 5 m3，梭梭的树冠
体积大于 4 m3 时，树干茎流量随树冠体积的增加不
再增大，甚至有下降的趋势。
2． 3 降雨特征对树干茎流的影响
通过回归分析表明，梭梭、白梭梭的树干茎流量
和降雨量之间均呈显著正相关(图 3)。梭梭的树干
茎流量随降雨量增加的趋势明显地大于白梭梭。经
独立样本的双尾 t 检验，梭梭的树干茎流量显著高
于白梭梭(P ＜ 0． 05)。
868 干 旱 区 研 究 30 卷
图 1 试验期间降雨特征
Fig． 1 The frequency，volume and intensity of rainfall during the study period
图 2 不同降雨量下白梭梭(a，b)和梭梭(c，d)的树干茎流量与树冠体积的关系
Fig． 2 Relationship between stemflow and canopy volume of H． persicum (a，b)and H． ammodendron (c，d)under different rainfall
图 3 降雨量与梭梭、白梭梭树干茎流量的关系
Fig． 3 Relationship between stemflow of H． ammodendron
and H． persicum and rainfall
梭梭、白梭梭的树干茎流百分数随降雨量的变
化总体呈增加趋势(图 4)。在 0 ～ 3、3 ～ 6、6 ～ 9、9
～ 12 mm 4 个降雨量级下，梭梭的树干茎流分别为
7． 6%、6． 6%、8%、11%，白梭梭的树干茎流分别为
4． 7%、4． 1%、5． 7%、7． 9%。梭梭、白梭梭的平均树
干茎流均在 9 ～ 12 mm 降雨范围内达到最大，分别
为 11%和 7． 9%。经独立样本的双尾 t 检验，梭梭
的树干茎流比例显著高于白梭梭(P ＜ 0． 05) ，根据
曲线方程的渐近线推得，梭梭、白梭梭树干茎流比例
的理论最大值分别为 11． 9%、10． 1%。
梭梭、白梭梭的集流率随降雨量的增加呈增大
趋势(图 5) ，最大集流率均在 11． 7 mm降雨量下形
9685 期 戴 岳等:古尔班通古特沙漠梭梭和白梭梭树干茎流特征
图 4 降雨量与梭梭、白梭梭树干茎流的关系
Fig． 4 Relationship between stemflow percentage of
H． ammodendron and H． persicum and rainfall
图 5 降雨量与梭梭、白梭梭集流率的关系
Fig． 5 Relationship between funnelling ratio of
H． ammodendron and H． persicum and rainfall
成，分别为 151． 2 ± 14． 1、121． 2 ± 11． 9。梭梭的集
流率随降雨的增加趋势大于白梭梭，经独立样本的
双尾 t检验，自然降雨下梭梭的集流率显著大于白
梭梭 (P ＜ 0． 01)。根据曲线方程的渐近线推得，梭
梭、白梭梭集流率的理论最大值分别为 151． 8、127． 8。
3 讨 论
树干茎流产生的条件是降雨量达到或超过冠层
的截留能力〔8〕。Owens 等〔18〕对不同降雨量下刺柏
属群落冠层截留量的研究表明，当降雨量小于
2． 5 mm 时，雨水全部被冠层截获，最终被蒸发消
耗，或者可能被植物吸收，没有树干茎流形成。树干
茎流量受到降雨大小、强度、持续时间的影响，雨强
较大、历时较短的降雨比雨强较小、历时较长的降雨
更有利于树干茎流的形成〔19〕。而非连续性的降雨
会增加林冠的截留〔20 － 21〕，从而减少树干茎流量。风
速、空气温度、湿度、太阳辐射等气象条件通过改变
蒸发速率〔20，22〕，影响降雨在林冠层的停留时间，间
接影响树干茎流的形成。观测期间以雨量小于
5 mm，雨强小于 1 mm·h －1的降雨出现次数居多，
较低的树干茎流形成的临界雨量为梭梭和白梭梭有
效利用降雨提供了可能性。
梭梭和白梭梭的树干茎流量受降雨量大小的影
响，随降雨量的增大成线性增加，与已有的研究结果
存在相似之处〔4，5，8〕。植株形态的大小影响着梭梭、
白梭梭树干茎流形成的多少。相同降雨条件下，可
能由于更多的叶片和枝干吸收，树冠体积较大的梭
梭和白梭梭冠层的截留能力更强，因此，削弱了汇集
树干茎流的能力。
张卫宾等〔23〕采用模拟降雨的方法，对梭梭和白
梭梭的降雨再分配过程进行了研究，结果表明，20
mm·h －1的雨强下，梭梭、白梭梭的树干茎流占降雨
量的比例分别为(16． 7 ± 1． 37)%、(19． 2 ± 1． 42)%。
高强度的降雨可以使植株冠层截留的雨水快速形成
树干茎流。模拟降雨的雨强远大于自然条件下的雨
强，应该是造成模拟降雨条件下梭梭、白梭梭树干茎
流比例显著增大的原因。已有研究表明，树干茎流
比例随降雨量的增大而增加，在降雨量达到一定值
后呈现平缓趋势〔5，8，19，24〕。本研究中，梭梭和白梭梭
的树干茎流比例随降雨量的增大并未呈现平缓趋
势，可能由于试验期间最大降雨量仅为 11． 9 mm，没
有达到梭梭和白梭梭的最大树干茎流量。
对荒漠灌木集流率的研究表明，籽蒿和沙柳的
平均集流率分别为 41． 5 和 64． 9〔11〕;柽柳(Tamarix
ramosissima)、柠条、红砂(Reaumuria soongorica)的
集流率分别为 24． 8 ± 15． 3、153． 5 ± 66． 2、53． 2 ±
25． 7〔5〕。梭梭和白梭梭具有较强的雨水收集能力，
在降雨达到植株形成树干茎流所需的前期降雨量
后，到达树干基部的茎流将达到同期降雨的几十甚
至上百倍，能够有效地将树干茎流汇聚到树干基部。
对梭梭根区周围土壤水分和养分含量的研究发
现，梭梭根区水分和养分的聚集效应显著，表现出荒
漠区典型的灌丛“湿岛”和“肥岛”现象〔25 － 27〕。白梭
梭的根区也有显著的养分聚集现象〔28〕。树干茎流
能够使雨水高度汇集于根部，并对养分有溶解聚集
的效应，对梭梭、白梭梭“湿岛”和“肥岛”的形成具
有一定影响。
4 结 论
(1)梭梭和白梭梭形成树干茎流的降雨阈值为
078 干 旱 区 研 究 30 卷
2． 4 mm，达到并超过此降雨量时，梭梭和白梭梭可
以观测到有树干茎流的产生。
(2)植株形态的大小影响着梭梭、白梭梭树干
茎流形成的多少。当梭梭的树冠体积大于 4 m3，白
梭梭的树冠体积大于 1． 5 m3 时，树干茎流量随树冠
体积的增加趋于稳定，甚至有下降趋势。
(3)梭梭和白梭梭的树干茎流量与降雨量之间
存在显著正相关关系，累计树干茎流量分别占降雨
总量的 9． 1%和 6． 4%。
(4)梭梭和白梭梭能够有效地将树干茎流汇聚
到树干基部，前者表现出更强地产生树干茎流的潜
力。
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Stemflow of Haloxylon ammodendron and H． persicum
in the Gurbantonggut Desert
DAI Yue1，2， ZHENG Xin-jun1，3， LI Yan1，3， TANG Li-song1，3
(1． Fukang Station for Desert Ecosystem Observation and Experiment，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，
Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China;2． University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;
3． State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，
Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China)
Abstract: During the growing season of 2012，Stemflow of two dominant plant species，Haloxylon ammodendrom
and H． persicum，was studied in Gurbantonggut Desert，Northwestern China． We firstly selected some trees of the
two species to be standard tree and surveyed the size of canopy，and then measured the stemflow after every storm
of single precipitation． It was showed that the stemflow both emerged when rainfall lager than 2． 4 mm for the two
species． It was demonstrated that the stemflow increased with the volume of canopy until larger than 4． 0 m3 for H．
ammodendrom and 1． 5 m3 for H． persicum，respectively． Then，it kept invariant and even began decreasing． There
was a significant positive correlation of the two species between the size of single rainfall and the stemflow following．
To sum up:the accumulated stemflow volume of the two plants proportioned 9． 1% and 6． 4% of the total rainfall，
respectively． The funneling ratio of the two species both increased with the size rainfall． Consequently，the stem-
flow of H． ammodendron and H． persicum could be effectively funneled down into the soil around the base of stems
to collect water to take up，especially for the former in Gurbantonggut Desert．
Key words: Haloxylon ammodendron;H． persicum;stemflow;funnelling ratio;Gurbantonggut Desert
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