全 文 ：第 30卷　第 3期 　　　　　　　　　　　　　　　　西　南　林　学　院　学　报　　　　　　　 Vol.30　No.3
　 2010年 6月 　　　　　　　　　　　　JOURNALOFSOUTHWESTFORESTRYUNIVERSITY　　　　　 Jun.2010　
收稿日期:2010-03-18
基金项目:国家 “十一五 ”科技支撑计划项目(2006BAD03A15)资助。
第 1作者:张鹏(1983— ),男 ,硕士生。研究方向:森林水文学 ,植被缓冲带的构建。 E-mail:zp caf@163.com。
通信作者:张旭东(1962— ),男,博士 ,研究员 ,硕士生导师 。研究方向:林业生态工程,植被恢复,人工林碳水通量。 E-mail:zhxd@caf.ac.cn。
河岸缓冲带硬头黄竹人工林对降水再分配及氮 、磷养分的影响
张　鹏1 ,黄玲玲 1 ,魏　远1 ,张旭东 1 ,朱维双2 ,唐森强 2
(1.中国林业科学研究院林业研究所 ,北京 100091;2.长宁县林业局 ,四川长宁 644300)
摘要:观测了河岸缓冲带硬头黄竹人工林群落 2008年 1个观测年的大气降雨量 、穿透雨量和树干
茎流量 ,并对其取样进行氮 、磷养分分析 。结果表明:全年降雨量为 973.3 mm,穿透雨量和树干茎
流量分别为 586.0 、71.7mm,占同期降雨量的 60.2%、7.4%。以 24组不同雨量级数据用线性方程
拟合林外降雨量与穿透雨量和树干茎流量间的关系 ,穿透雨和树干茎流的养分浓度与降雨量呈负
相关 ,表现出明显的季节性变化 。全年向林地内输入总氮 59.543 kg/hm2 ,其中 NH4+、NO3 -和 NO2-
的养分含量分别为 35.010、20.461、1.423 kg/hm2;输入总磷 0.230 kg/hm2 ,其中 PO4 3-养分含量
0.123kg/hm2 ,穿透雨和树干茎流带来的养分对竹林的生长和养分循环有重要的生态意义。
关键词:硬头黄竹;穿透雨;树干茎流;氮磷养分输入
中图分类号:S715.1;S795.9　　　文献标识码:A　　文章编号:1003 -7179(2010)03 -0001 -05
InfluenceofBambusarigidaPlantationGrowingintheRiparianBufer
ZoneonRainfalRedistributionandN, PNutrientCharacteristics
ZHANGPeng1 , HUANGLing-ling1 , WEIYuan1 , ZHANGXu-dong1 , ZHUWei-shuang2 , TANGSen-qiang2
(1.ResearchInstituteofForestry, CAF, Beijing100091, China;2.ForestryBureauofChangningCounty, ChangningSichuan644300, China)
Abstract:Thetotalprecipitation, throughrainfalandstem-flowoftheBambusarigidaplantationintheripari-
anbuferstripsinthewholeyearof2008 wereobserved, andN, Pnutrientcontentsofthesoilsampleswereana-
lyzed.Theresultsshowedthatthetotalprecipitationofthewholeyear2008 inthestudiedareawas973.3 mm, the
yearlythroughrainfalandstem-flowwere586.0 mmand71.7 mmrespectively, whichaccountedfor60.2% and
7.4% ofthetotalprecipitation.Thecorelationsamongthetotalprecipitation, throughrainfalandstem-flowcould
bedescribedbyalinearfunctionbasedon24 groupsofdiferentrainfaldata.Nutrientcontentsinthethroughrain-
falandstem-flowwerenegativelycorrelatedwiththeprecipitation, whichpresentedobviousseasonalchanges.The
inputoftotalNbyprecipitationwas59.543 kg/hm2 , includingNH+4 35.010 kg/hm2 , NO-3 20.461 kg/hm2 ,
NO-2 1.423 kg/hm2.TheinputoftotalPwas0.230 kg/hm2 , includingPO3-4 whichwasonly0.123 kg/hm2.N
andPnutrientsbroughtbythroughrainfalandstem-flowtotheplantationwereofimportantecologicalsignificance
tothebamboogrowthandnutrientcycling.
Keywords:Bambusarigida;throughfal;stem-flow;N, Pnutrientinput
　　水分与养分是森林生态系统的重要组成部分 ,
也是当今林学和生态学研究领域的核心问题之一 。
大气降水进入到森林生态系统后 ,林冠对降水再分
配导致了林冠截留的产生 ,减少了进入林地的水量
并形成林内穿透雨和树干茎流 [ 1] 。而森林生态系
统养分输入的一个重要途径就是大气降水的过程 ,
作为载体 ,水在森林生态系统中整合了养分循环的
生态过程 [ 2] 。大气降水携带着养分物质进入森林
生态系统 ,经过林冠层后 ,由于林冠的吸收 、淋溶作
用以及树干上的分泌物质 ,穿透雨和树干茎流中的
养分特征发生了明显改变。硬头黄竹 (Bambusa
rigidaKeng)是地下茎合轴丛生型竹种 ,适宜生长在
山脚及河边滩地处 ,近年来 ,在我国广东 、广西 、四
川 、福建 、江西等南方省份均有较大面积的种植 。该
竹种除具有重要的经济效益外 ,还可在涵养水源 、保
护水土及改善生态环境方面发挥重要的生态效
益 [ 3] 。淯江河是长江的一级支流 ,本文以淯江河流
域河岸缓冲带上的硬头黄竹人工林为研究对象 ,通
过对总降雨量 、林内穿透雨量 、树干茎流量以及水样
养分特征的测定 ,为进一步研究硬头黄竹人工林的
水文生态效益和科学经营管理提供理论依据。
1　研究区概况
研究区设在长江一级支流长宁县境内的淯江河
流域 ,长宁县位于宜宾市中南部腹地 ,属于典型的中
亚热带湿润性季风气候。县内年均气温 18.3℃,年
最高极端气温 40.7℃,最低气温 -4.2℃, 1月平均
气温 8.0℃, 7、8月是最热月 ,均温 27.5℃以上 。年
均降雨量 1 104 mm,雨量集中在 6— 9月 ,以 8月最
多 , 12月最少。平均日照时间 1 112 h,年均空气湿
度 83%, ≥10℃的积温为 6 000 ℃左右 ,无霜期长达
358d。试验地位于东经 104°56′,北纬 28°31′的淯
江河河岸带上 ,对河岸带上的农田进行部分退耕还
林 ,使农田与河流之间形成 10 ～ 20 m宽的硬头黄竹
林缓冲带。硬头黄竹人工林林相整齐 ,郁闭度 0.9,
密度 1.99万株 /hm2 ,平均胸径 4.78 cm,平均高度
13.37m。林下无灌木 ,草本也较少 ,主要有过江藤
(Phylanodiflora)和竹叶草(Lophatherumgracile)等。
2　研究方法
2.1　大气降水 、穿透雨及树干茎流的观测与收集
1)大气降水(P):林外安装小型气象站一套 ,
用 TE525雨量筒和 CR1000数据采集器监测降雨
量 ,围绕气象站随机布设 3个直径为 20 cm的自制
降雨收集装置。
2)林内穿透雨(T):在林下设置 6个 “V”型盛
雨槽(用白铁皮制作 ,宽 20 cm、长 200 cm)收集穿透
雨 ,为避免草本植物对穿透雨的影响 ,使盛雨槽距离
地面的高度不低于 50 cm;为使测量结果准确 ,降雨
前把集水槽内的凋落物等清理干净 ,集水槽的一端
底部开口 ,连接一个体积为 10L的塑料桶 ,最后以 6
个盛雨槽的雨量平均数作为穿透雨的量。
3)树干茎流(S):在试验地内 ,根据每木检尺
的结果 ,分别按照龄级(1 ～ 3 a)和主要径级(4 ～ 6
cm),共选择 12株生长良好的标准竹 , 将直径为 2
cm大小的聚乙烯塑料管沿中缝剪开一段 ,将剪开的
塑料管从两边螺旋上升缠绕树干 1圈并用铁丝固定
在树干上 ,用玻璃胶将接缝处封严 ,在塑料管的下端
接 1个 10 L的塑料桶。然后根据硬头黄竹不同龄
级 、径级的株数 ,计算林内单位面积的树干茎流量。
2.2　氮 、磷指标的分析方法
测定 2008年每场降雨的雨量 、穿透雨量和树干
茎流量 ,并以 15 d为周期测定水质的氮磷指标 ,为减
小外界环境造成氮磷指标发生变化的可能性 ,在降雨
停止 、穿透雨和树干茎流完成后 ,便立即对穿透雨和
茎流取样带回实验室 ,用 ALLIANCE公司的 FUTURA
连续流动分析仪 ,并配备紫外消解器和 104位进样
器 ,分析 TN(TotalNitrogen)、NO3-、NO2-、NH4+、TP
(TotalPhosphorus)和 PO43-等 6个指标。
3　结果与分析
3.1　研究区域的降雨特征及分布
根据研究区域小气象站的观测资料统计 , 2008
年降水总量为 973.3 mm,略低于年平均值 1 104.0
mm。其中 365 d有降雨 173 d, 占全年天数的
47.40%。 7— 9月 3个月降雨量为 405.7 mm,占全
年降雨量的 41.68%;而 11月到翌年 2月降水量较
少 ,仅占全年的 12.00%。降水量 <5 mm的降雨有
118 d,占降雨天数的 68.21%;5 ～ 10 mm降雨有 27
d,占 15.61%;10 ～ 15 mm降雨有 11 d,占 6.36%;
15 ～ 20mm降雨有 4 d,占 2.31%;>20 mm降雨有
13 d,占 7.51%;其中最大一天降雨量为 77.1 mm。
但 >10 mm的降雨在时间上多呈连续性分布 ,间隔
时间较短(表 1),其中穿插着 5 ～ 10 mm的降雨 。
2008年共发生较大规模的连续性降雨 7次 ,累积持
续天数 33 d,累积降雨量 528.3 mm,占全年降雨总
量的 54.30%。
表 1　连续性降雨的发生次数
降雨日期 持续天数 /d 累积降雨量 /mm
2008-04-21 7 85.0
2008-05-26 5 53.0
2008-06-14 2 49.3
2008-06-30 5 125.8
2008-07-25 4 61.2
2008-08-07 5 70.5
2008-10-27 5 83.5
由此可见 ,该地区全年雨水充足且分配较均 ,多
以 <5mm的降水为主 ,对当地竹林吸收和林冠截留
2 西　南　林　学　院　学　报　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　第 30卷
有很大的益处。以 7、8月份为主的雨季 , 以 >10
mm的降水为主 ,且在时间分布上呈现出连续性 。
3.2　穿透雨 、树干茎流的水文特征
降落到硬头黄竹人工林上部的雨水由于林冠层
的截留和缓冲作用 ,降雨所到达地面的数量和速度
均发生了明显的变化 ,是对降雨进行的第一次分
配 [ 4] 。降雨除被林冠截留外 ,沿竹秆流下的为树干
茎流;其余落入林地内的为林内穿透雨 ,包括直接到
达林内地面的降雨和从林冠上滴落下的降雨 [ 5] 。
林内穿透雨的大小与林型和林分密度密切相
关 [ 6] ,因此 ,对于丛生型的硬头黄竹人工林来说 ,林
内各个点的穿透雨量会有较大的差异 ,以丛生竹为
中心随机布设 6处林内穿透雨收集装置 ,取平均值
可有效地减少误差。由于 1年生的硬头黄竹不具备
枝和叶 ,且 2年 、3年生地上部分生物量也在变化 ,
所以不同龄级间单株树干茎流量有很大差异(见表
2)。对样地内的硬头黄竹进行每木检尺 ,表明 1年
生 、2年生的株数大致相当 , 3年生的竹子被采伐输
出仅保留 50%无病虫害 、长势优良的母竹。因此 ,
每次林内树干茎流量要由不同龄级的单株树干茎流
量和单位面积内的株数进行计算。
表 2　不同龄级硬头黄竹生物量与树干茎流量
不同
龄级 /a
秆
生物量 /g
枝
生物量 /g
叶
生物量 /g
单株茎流
总量 /mL 株数
1 1933 - - 18 628 7800
2 3191 538 341 54 022 8100
3 3174 428 205 33 530 4000
　　注:表中各生物量均为干质量。
此外 ,林内穿透雨和树干茎流更受大气降雨量
和降雨强度的制约 ,穿透雨与茎流的月变化见表 3。
表 3　穿透雨与茎流的月变化情况
月份 林外降雨量/mm
林内穿透雨
/mm
穿透
率 /%
树干
茎流 /mm
茎流
率 /%
1 30.2 9.5 31.5 1.3 4.3
2 28.7 10.7 37.3 0.9 3.1
3 49.6 23.1 46.6 3.2 6.5
4 108.8 65.6 60.3 8.7 8.0
5 90.9 50.7 55.8 6.5 7.2
6 86.0 51.4 59.8 6.7 7.8
7 185.8 132.2 71.2 16.8 9.0
8 114.4 67.1 58.7 10.2 8.9
9 105.5 67.7 64.2 7.1 6.7
10 101.7 67.2 66.1 7.7 7.6
11 56.6 34.8 61.5 2.2 3.9
12 15.1 6.0 39.7 0.4 2.6
从表 3可看出 ,无论是林内穿透雨量和树干茎流
量 ,还是穿透率和茎流率 ,均与林外降雨量的变化一
致 ,即随着林外降雨量的增加而升高。 7月份降水量
最多 ,为 185.8 mm;林内穿透雨 、树干茎流分别为
132.2、16.8mm,其穿透率和茎流率也达到了最高 ,分
别为 71.2%和 9.0%。这主要是由于 7月份降雨量
和降雨强度明显增大 ,降雨频繁且林冠层湿润度一直
保持在较高的水平 ,枝叶表面的吸附力减小 ,其穿透
率和干流率相对较高。而在冬季降雨量较少 、降雨强
度和频度均较小 ,水分蒸发使林冠层一直处于不饱和
状态 ,枝叶表面对水分的吸附力增强 ,林冠截留能力
提升 ,其穿透率和茎流率相对较低 [ 7] 。
为进一步研究降雨量与穿透雨量 、茎流量之间
的关系 ,选取 24组不同雨量级的数据进行拟合 ,如
图 1、2所示 。结果表明:河岸缓冲带硬头黄竹人工
林生态系统中 ,林内穿透雨量 、树干茎流量与降雨量
拟合的线性方程相关性最高 , 分别为 0.968 3和
0.952 3 ;线性方程分别为 T=0.715 2P-3.331 5 ,
S=0.027 8P+0.259 8 ,式中:T为林内穿透雨量;
S为树干茎流量;P为降雨量;单位均为 mm。
3.3　穿透雨 、茎流的水质特征
穿透雨和树干茎流的氮 、磷养分变化主要发
生在大气降水对树干和枝叶的淋溶过程 , 这个过
程中降水对树干枝叶分泌物进行冲洗 、淋溶 ,而同
时树干枝叶对降水中的养分物质也在吸收 、吸附 。
所以氮 、磷浓度的变化不仅取决于植物的分泌 、吸
收和吸附作用 , 更取决于降雨的强度和持续时
间 [ 8] 。降雨强度越大 ,养分在穿透雨和茎流中的
含量越低 ,这表明少量低强度的降雨就能够有效
的从树干和枝叶表面淋洗出养分元素 。持续时间
3第 3期　　　　　　　　　　　　　张　鹏等:河岸缓冲带硬头黄竹人工林对降水再分配及氮 、磷养分的影响
长的大强度降雨必定对淋洗出来的养分物质进行
了稀释 ,从而导致养分浓度降低 。因此 ,穿透雨和
树干茎流养分浓度特征的变化与降雨量变化相
反 ,即穿透雨和树干茎流量越大 ,其养分浓度越
低 ,呈明显的负相关关系 [ 9] 。图 3为各月穿透雨
量和树干茎流量与氮 、磷的养分浓度关系 ,从图中
可以看出 ,穿透雨和树干茎流中氮 、磷养分浓度的
变化基本一致 ,均表现出明显的季节性差异。 1、2
月份穿透雨和树干茎流的养分浓度居中;3、4月份
降雨量有所增加 ,淋溶作用加强 ,使养分浓度开始
升高;5月份降雨量开始明显增加 ,养分开始被稀
释 ,从而浓度逐渐降低;7月份降雨量为全年最高 ,
而养分浓度为全年最低;9月份之后随着雨季的离
去 ,降雨量减少 ,养分浓度缓慢升高 。
3.4　降水带来林内养分输入量
为了探明大气降水所带来的氮 、磷养分对硬头
黄竹人工林的贡献 ,用单位面积每月穿透雨量和树
干茎流量乘以对应的养分浓度并求和 ,计算出大气
降水带来的各种形态养分的年输入总量 ,见表 4。
表 4　穿透雨和树干茎流的养分年输入总量
养分 穿透雨 /(kg· hm-2)
树干茎流 /
(kg· hm-2)
总量 /
(kg· hm-2)
TN 53.124 6.419 59.543
NO3 - 18.221 2.240 20.461
NO2 - 1.398 0.025 1.423
NH4 + 31.270 3.740 35.010
TP 0.210 0.020 0.230
PO4 3- 0.111 0.012 0.123
从表 4可看出 ,通过降水 2008年全年输入林
内 TN为 59.543 kg/hm2 , 其中穿透雨为 53.124
kg/hm2 ,占 89.2%;树干茎流为 6.419 kg/hm2 ,仅
占 10.8%。但树干茎流的养分能够直接流入竹子
根 、蔸部附近 ,有利于竹子吸收 、利用 , 因此 ,更能
突显出树干茎流养分的重要性 。在 TN的各种形
态养分组成中 , NH4 +含量最高 ,为 35.010kg/hm2 ,
占 50% ～ 60%;其次是 NO3 - , 含量为 20.461
kg/hm2 ,占 30% ～ 40%, 而 NO2 -的含量为 1.423
kg/hm2 ,仅占 1% ～ 2%。 TP和 PO4 3-的含量都很
低 , TP为 0.230 kg/hm2 , 其 中 PO4 3-为 0.123
kg/hm2 ,占 TP的 50%左右 。
4 西　南　林　学　院　学　报　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　第 30卷
4　结论与讨论
1)2008年观测期内 ,硬头黄竹人工林内穿透
雨量和树干茎流量分别为 586.0、71.7 mm,其穿透
率和茎流率分别为 60.2%、 7.4%。与其他林分的
研究结果相比 ,其穿透率低于樟树林(68.5%)[ 10] 、
柑桔林(67.0%)[ 11] 、华山松人工林(74.2%)[ 12] 、红
松人工林(64.02%)、红皮云杉人工林(66.0%)、樟
子松人工林(68.51%)、白桦天然林(77.06%)、蒙
古柞林(66.05%)[ 13] 、青海云杉林(64.22%)[ 2] ,这
主要是由于硬头黄竹人工林密度大 ,郁闭度高 ,且高
频度低强度的降水也使林冠对降水的截留作用提
高 ,穿透率降低。与穿透率相反 ,茎流率远高于樟树
林(2.3%)[ 10] 、华山松人工林(4.9%)[ 12] 、红松人工
林(2.11%)、红皮云杉人工林(1.04%)、樟子松人
工林 (0.54%)、白桦天然林 (1.39%)、蒙古柞林
(0.71%)[ 13] 、青海云杉林(0.50%)[ 2] ,一方面由于
丛生硬头黄竹的林冠形态很容易形成树干茎流 ,另
一方面硬头黄竹的秆和枝表面光滑减小了树干茎流
阻力。
2)降水量的季节性分配是影响养分浓度的主
要因子之一 。大气氮沉降主要包括铵盐和硝酸盐 ,
因此 ,穿透雨和树干茎流中的 NH4+和 NO3-浓度最
高 ,缓冲带硬头黄竹人工林中 NH4+穿透雨浓度变化
范围为 4.627 ～ 7.231 mg/L,树干茎流为 3.833 ～
8.136 mg/L;NO-3 穿透雨为 2.543 ～ 5.030 mg/L,树
干茎流为 2.642 ～ 4.159 mg/L,与其他研究结果相
比浓度偏高 。这主要由于实验地点位于长宁县城通
往竹海风景区的公路旁边 ,汽车尾气和工业废气的
排放使样地上空的硝酸盐含量增加[ 14] ;而铵盐主要
来自农业污水的降解 ,在我国广阔的农村地区 ,为了
提高农作物产量 , 化肥和农家肥的施用水平较
高 [ 15] ,试验点的硬头黄竹人工林由原来稻田退耕还
林而来 ,在林带的上方仍保持着大量的稻田 ,在 4月
中旬对施肥之后的稻田取水样分析 ,稻田水中 NH+4
浓度达到了 40 ～ 60 mg/L。
3)氮 、磷是植物生长所必须的营养元素 ,也是
造成水体富营养化污染的主要原因 [ 16] 。河岸缓冲
带是陆地生态系统向水体生态系统的过渡带 ,对物
质 、能量的交换起到缓冲作用 [ 17] ,在河岸缓冲带上
营造硬头黄竹人工林 ,有必要对林内氮磷养分的输
入情况进行研究 。穿透雨和树干茎流是硬头黄竹人
工林氮磷养分输入的主要形式 。
[参　考　文　献 ]
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(责任编辑　赵粉侠)
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