全 文 ：自 然 资 源 学 报
JOURNAL OF NATURAL RESOURCES
第31卷 第1期
2016年1月
Vol.31 No.1
Jan., 2016
藏东南高山松天然林水文过程中养分元素变化特征
卢 杰 1，2，张硕新 1*，方江平 2，郑维列 2
(1.西北农林科技大学林学院，陕西杨凌 712100；2.西藏大学农牧学院，西藏林芝 860000）
摘要：对藏东南高山松天然林内的穿透雨、树干茎流以及林外大气降水进行了观测和取样，测
定了水样中的N、P、K、Na、Ca、S、Mg、Si、Mn、Fe、Cu和Zn元素的含量，分析了其降水过程中养
分元素浓度变化特征和输入规律。结果表明：大气降水、穿透雨和树干茎流中，养分元素浓度
值的最大变异系数分别是 1.485（Zn）、0.844（Na）和 0.809（P），最小变异系数分别为 0.255（S）、
0.304（S）和0.318（Si）。3种形式水样中，微量元素之间以及微量元素与其他元素之间浓度值相
关性不显著，其他元素俩俩之间浓度值相关性大部分达到显著水平。3种水样中，Cu元素年平
均浓度值均最小，分别为0.023、0.047和0.066 mg/L，最大浓度分别为1.604 mg/L（N）、3.401 mg/
L（Na）和4.371 mg/L（Na）。3种水样中各养分元素浓度值差异显著，并且均表现为：树干茎流＞
穿透雨＞大气降水，各养分元素浓度月变化主要呈“∩”型、“N”型或“∪”型。所有元素的树干茎
流和穿透雨淋溶系数均大于1，并且前者均大于相应的后者。研究期间，3种形式的养分输入量
分别为 64.172、79.949和 15.623 kg/hm2。养分净淋溶量为 34.057 kg/hm2（N除外），净淋溶量排
序为：Na＞Ca＞K＞Mg＞Si＞S＞P＞Mn＞Fe＞Zn＞Cu，N元素净淋溶为-2.658 kg/hm2。
关 键 词：高山松天然林；穿透雨；树干茎流；养分特征；淋溶效应；藏东南
中图分类号：S715 文献标志码：A 文章编号：1000-3037(2016)01-0151-12
DOI：10.11849/zrzyxb.20141744
全球变化背景下，森林与水的相互作用过程是当今社会关注的一个热点问题，也是
当前森林生态学研究领域的核心问题之一[1-2]。大气降水是森林生态系统养分输入的主要
形式之一，输入的养分不仅对于森林群落的生长和演替具有重要意义，而且是森林生态
系统生物化学循环的重要组成部分[3-4]。大气降水通过林冠时进行再分配，被林冠截获的
大部分降水顺着枝条、树干流入林内，形成树干茎流，而直接穿过林冠进入林内的形成
穿透雨，树干茎流和穿透雨中养分的分配是森林生态系统养分平衡的重要内容[5-7]。近年
来对森林生态系统大气降水、穿透雨和树干茎流的养分含量及输入动态的研究颇受国内
外学者关注，并取得了一定成果，但由于研究对象及时空的差异，研究结果多种多样[8-12]。
此外，对影响大气降水、穿透雨和树干茎流养分含量及输入的外部因子研究也逐渐深
入，如台风暴雨特征、林冠受损程度、全球变化下物候特征等[13-16]，这些研究成果对分析
收稿日期：2015-01-04；修订日期：2015-04-07。
基金项目：国家科技支撑计划重点项目（2013BAC04B01）；西藏林芝森林生态系统定位研究（2012-LYPT-DW-
016）；西藏特色农牧资源研发协同创新中心建设（高原生态）（2014-2015）。[Foundation item: National Key Tech-
nology R&D Program, No. 2013BAC04B01; Tibet Forest Ecosystem Observation & Research, No. 2012-LYPT-DW-016;
Collaborative Innovation Center Construction of Research and Development on Tibetan Characteristic Agricultural and An-
imal Husbandry Resources (Plateau Ecology), No. 2014-2015. ]
第一作者简介：卢杰 （1973- ），男，四川安岳人，副教授，博士研究生，中国自然资源学会会员
（S300001467M），研究方向为森林生态与植物保护。E-mail: tibetlj@163.com
*通信作者简介：张硕新（1959-），男，教授，博士，研究方向为森林生态、植物生理生态和景观生态。E-
mail: sxzhang@nwsuaf.edu.cn
31卷自 然 资 源 学 报
森林生态系统的养分循环及养分的科学管理提供了本底资料。
高山松（Pinus densata）为中国特有树种，在西藏主要生长于海拔2 600~3 500 m的
山地、阶地、峡谷等，常成纯林或与林芝云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis）等树
种混生，是藏东南横断山脉、念青唐古拉山脉以及雅鲁藏布江中游针叶林的主要建群种
之一[17]。已有文献报道对高山松森林生态学的研究主要包括繁殖特性与天然更新[18-19]、种
群结构与数量动态[20-21]、群落组成与结构功能[22-23]、年轮特性与气候关系[24-25]、光合特性与
亲本差异[26]、居群分化与亲本关系[27-29]等方面，而在森林水文方面，仅对其降雨分配格局
与枯落物持水特性进行过初步研究[30-31]，未见有对降水养分再分配特征研究的报道。高山
松林是藏东南雅鲁藏布江中游地区的重要水源涵养林，对维持水量平衡和保持水土等方
面有着重要作用。本文采用定位观测方法对藏东南工布自然保护区内的大气降水、高山
松天然林的穿透雨和树干茎流进行研究，分析其养分元素浓度变化及输入特征，以期为
进一步研究该区域高山松森林生态水文过程、整个区域典型森林生态系统水源涵养功能
以及西藏高原国家生态安全屏障评价指标体系等奠定基础。
1 材料与方法
1.1 研究区及试验地概况
研究地位于藏东南工布自然保护区（92°54′～94°53′E、28°39′～30°20′N），平均海拔
3 500 m。为青藏高原南缘及其由西北向东南倾斜下降的地带，以雅鲁藏布江和尼洋河交
汇处为中心，包括周边18个乡镇，面积为21 626.38 km2，森林覆盖率为26.02%。该区属
较典型的高原温带半湿润季风气候区，干湿季分明，年平均温度7 ℃以上，无霜期150 d
以上，降雨量600~800 mm，主要集中于6—9月，占80%以上，相对湿度50%~75%，土
壤以棕壤和暗棕壤为主。主要植被为暗针叶林、针阔混交林和高山灌丛，有维管束植物
1 106种，其中被子植物 1 024种、蕨类植物 73种、裸子植物 9种，特有种的比例较高。
在自然保护区的试验区，选择典型高山松地段设置试验地，试验地植被乔木层是天然的
高山松，平均胸径29.3 cm，平均高15.5 m，郁闭度0.7，密度572 株/hm2；灌木层主要有
川滇高山栎（Quercus aquifolioides）、山生柳（Salix oritrepha）、小叶栒子（Cotoneaster
obscurus）、白毛金露梅（Potetilla fuuticosa var. albicans）、越桔忍冬（Lonicera lanceola-
ta）、密毛纤细悬钩子（Rubus hypargyrus var. niveus）、伞花小檗（Beris uymbtlliflora）、
细枝绣线菊（Spiraea myrtilloedes）、多蕊金丝桃（Hypericum hookerianum）等，盖度约
35%；草本主要有云南野古草 （Arundinella yunnanensis）、旱茅 （Eremopogon dela-
vayi）、尼泊尔鸢尾 （Lris decora）、卷叶黄精 （Polygonatum cirrhifolium）、草玉梅
（Anemone rivularis）、早熟禾（Poa sp.）等，盖度约40%。
1.2 水样监测与采集
2013年4—10月，在试验地对大气降水及高山松林穿透雨和树干茎流进行监测与采
样，具体方法参照《中国森林生态系统长期定位观测方法》 [32]。将由PVC材料制作的宽
30 cm、深20 cm、长200 cm，水平面积为0.6 m2的“V”型收集器，在3%的盐酸中连续
浸泡24 h以上，并用蒸馏水清洗3次以上（其他器具采用同样处理）。在试验地对角线安
置5个收集器，用木架支撑使收集器离地面高度约50 cm，以排除草本植物及灌木对穿透
雨的影响。收集器与地面保持一个较小的倾角，在收集器较低一端开一个小口，并连接
一个清洁塑料桶，定期对收集器内的凋落物进行清理，以避免枯枝落叶等对测量结果的
152
1期 卢 杰 等：藏东南高山松天然林水文过程中养分元素变化特征
影响。最后以5个收集器的平均值作为穿透雨量，并取其混合样测定养分元素浓度。在
林外约80 m的空旷地，安置1个自记雨量计，监测大气降水，同时放置1个收集器，作
为监测对照并取样测定养分元素含量。在试验地，根据高山松径级分布，选择10株不同
径级标准木，每株用直径为2 cm、沿中缝剪开一段的聚乙烯塑料管，从2 m处由上螺旋
状往下缠绕于树干一圈，用小钉固定塑料管，并用玻璃胶封严接缝处，在塑料管下端接
放一个清洁塑料桶，用于收集监测树干茎流，并取混合样测定养分元素含量。每个月分
别对大气降水、穿透雨和树干茎流采集3—5次水样，共采集了27次、81个水样。
1.3 水样分析与数据处理
对取回的水样，立即过滤、测定。主要测定了全N、全 P、K、Na、Ca、S、Mg、
Si、Mn、Fe、Cu和Zn的含量。全N采用凯氏定氮法测定，全P采用钼酸铵分光光度法
测定，S采用硫酸钡比浊法测定，K和Na采用火焰分光光度法测定，Si采用硅钼蓝分光
光度法测定，Ca、Mg、Mn、Fe、Cu、Zn采用原子吸收分光光度法测定[33]。分别计算出
大气降水、穿透雨和树干茎流中各测定养分元素浓度的均值、标准误、变异系数等特征
值。其他相关计算公式如下[4,34]：净淋溶含量=穿透雨或树干茎流的养分含量-大气降水养
分含量；淋溶系数=穿透雨或树干茎流的养分含量/大气降水养分含量；大气降水养分输
入量=大气降水养分浓度×大气降雨量/100；穿透雨养分输入量=穿透雨养分浓度×穿透雨
量/100；树干茎流养分输入量=树干茎流养分浓度×树干茎流量/100；净淋溶量=穿透雨养
分输入量+树干茎流养分输入量-大气降水养分输入量；净淋溶沉积比（DR） =净淋溶量/
大气降水养分输入量。使用Excel 2010及SPSS 19.0软件进行数据处理和分析。
2 结果与分析
2.1 大气降水的养分特征
大气降水中各养分元素含量有较大随机性，表现为各元素浓度有很大差异（表 1）。
结合图 1可知，N元素变化最大，最大浓度值达 5.025 mg/L，而最小浓度值仅为 0.180
表1 大气降水中养分元素浓度的月变化
Table 1 Monthly variations of nutrient concentration in the precipitation （mg/L）
元素
N
P
K
Na
Ca
S
Mg
Si
Mn
Fe
Cu
Zn
雨量/mm
4月
0.456±0.188
0.194±0.052
1.194±0.476
1.106±0.239
0.530±0.163
0.345±0.067
0.406±0.122
0.433±0.093
0.075±0.049
0.050±0.013
0.014±0.002
0.037±0.010
65.9
5月
0.723±0.234
0.245±0.073
1.196±0.332
1.409±0.304
0.669±0.226
0.389±0.036
0.519±0.176
0.496±0.106
0.126±0.035
0.062±0.013
0.016±0.005
0.033±0.017
73.0
6月
0.904±0.236
0.295±0.102
1.103±0.236
1.344±0.306
0.795±0.279
0.422±0.069
0.533±0.186
0.516±0.115
0.214±0.080
0.077±0.016
0.034±0.012
0.044±0.009
109.5
7月
2.016±1.398
0.562±0.181
1.885±0.539
1.944±0.185
1.441±0.394
0.529±0.053
0.976±0.237
1.057±0.410
0.107±0.112
0.072±0.012
0.027±0.016
0.033±0.012
123.5
8月
2.089±0.726
1.050±0.483
2.244±0.475
1.922±0.398
1.983±0.299
0.597±0.136
0.843±0.359
0.528±0.133
0.164±0.107
0.118±0.032
0.035±0.015
0.050±0.019
159.7
9月
3.457±1.651
0.725±0.354
1.449±0.386
1.318±0.324
1.025±0.191
0.308±0.068
1.029±0.422
0.367±0.116
0.030±0.023
0.048±0.022
0.005±0.001
0.156±0.098
154.3
10月
0.884±0.423
0.315±0.121
1.377±0.179
1.573±0.258
0.929±0.347
0.465±0.060
0.580±0.214
0.590±0.188
0.126±0.026
0.094±0.020
0.014±0.003
0.041±0.003
40.0
153
31卷自 然 资 源 学 报
mg/L，相差 26.92倍；其次是Zn，二者相差 25.91倍；S元素浓度变化最小，二者相差
2.11倍；所测定的养分元素中，最大浓度值（N：5.025 mg/L）是最小浓度值（Cu：
0.007 mg/L）的717.86倍。浓度变异系数最大的是Zn，为1.485，其次是N（0.944）和P
（0.870），最小的是 S（0.255），各元素变异系数排序是：Zn＞N＞P＞Mg＞Mn＞Cu＞
Si＞Ca＞K＞Fe＞Na＞S。
大气降水中各养分元素浓度月变化也较明显，N、P、K、Na、Ca、Mg和Zn元素总
体上呈“∩”型，7—9月浓度值较大，4—5月浓度值较小；其他元素呈“N”型，6—8
月浓度值较大，而9月较小。由图1可知，各元素的年平均浓度值差异也明显，N元素的
平均浓度最大，为 1.604 mg/L，Cu元素的平均浓度最小，仅为 0.023 mg/L，二者相差
68.74倍。各元素平均浓度排序为：N＞Na＞K＞Ca＞Mg＞Si＞P＞S＞Mn＞Fe＞Zn＞
Cu，后 3者均在0.100 mg/L以下。
大气降水中各养分元素（样本数 n=27）的相关分析表明，N与 P、K、Ca、Mg、
Si，P与Na、Ca、Mg、Si，Na与Mg、Si，Ca与Mg、Si，Mg与Si浓度值相关性达到极
显著水平（P＜0.01）；N与Na、S，P与K、S，K与Na、Ca、S、Mg、Si，Na与 Ca、
S，Ca与S，S与Mg、Si浓度值相关性达到显著水平（P＜0.05）。
2.2 穿透雨的养分特征
大气降水通过树冠直达林地形成穿透雨，养分元素含量也随之发生变化（表2），所
测定的养分元素含量中，最大浓度值是 9.938 mg/L（Na），最小浓度值为 0.010 mg/L
（Cu），二者相差992.80倍；同一元素的最大浓度值与最小浓度值之比变化也较大，变化
最大的是Ca元素，最大浓度值（6.992 mg/L）是最小浓度值（0.142 mg/L）的 49.24倍，
其次是Na元素，二者相差33.15倍，变化最小的Si元素，两者浓度也相差2.02倍。最大
浓度值与最小浓度值之比的排序为：Ca＞Na＞K＞Zn＞Mg＞P＞N＞Cu＞Mn＞Fe＞S＞
Si，与大气降水中的排序差异较大，说明养分元素在冠层与降水之间的交换过程中并不
是完全等同的。浓度变异系数最大的是Na，为0.844，其次是P（0.840）和Zn（0.822），
最小的仍是S（0.304）。
N元素浓度月变化呈“∪”型，最低值出现在7月；Cu呈多峰型，5、7和10月浓度
值较高，其他元素浓度均呈“∩”型，最小值为4月。由图1可知，Na元素年平均浓度最
大，为 3.041 mg/L；其次是K和Ca元素，分别为 2.931和 2.398 mg/L；Cu元素浓度最
图1 大气降水、穿透雨和树干茎流中养分元素浓度特征
Fig. 1 Characteristics of nutrient concentration in the precipitation, throughfall and stemflow
154
1期 卢 杰 等：藏东南高山松天然林水文过程中养分元素变化特征
小，仅有0.047 mg/L。各元素平均浓度排序为：Na＞K＞Ca＞N＞Mg＞Si＞S＞P＞Mn＞
Fe＞Zn＞Cu，后4者均在0.300 mg/L以下，但明显高于大气降水中相对应元素的浓度。
统计分析（样本数n=27）表明，穿透雨中除S与N、P、Mg以及P与Mg浓度值相关
性达显著水平外，N、P、K、Na、Ca、S、Mg、Si元素浓度值俩俩之间相关性达极显著
水平。Ca、S、Si、Mn、Fe和 Cu元素在大气降水和穿透雨中浓度值差异极显著，K、Na
和Mg元素在二者中差异显著，而N、P和Zn元素在二者中差异不显著。
2.3 树干茎流的养分特征
树干茎流虽然很小，但它能把养分直接输送到植物根际，是植物生长养分输入的重
要来源[35-36]。高山松树干茎流中养分元素浓度变化较大（表3），变化最大的是P元素，最
大浓度值为 4.601 mg/L，而最小浓度值是 0.282 mg/L，仅为最大值的 6.13%；其次是K，
最小浓度值是最大浓度值的 6.50%；变化最小的是 Si，最小浓度值是最大浓度值的
表2 穿透雨中养分元素浓度的月变化
Table 2 Monthly variations of nutrient concentration in the throughfall （mg/L）
元素
N
P
K
Na
Ca
S
Mg
Si
Mn
Fe
Cu
Zn
水量/mm
4月
1.674±0.447
0.381±0.075
0.728±0.514
0.746±0.578
0.374±0.316
0.656±0.267
0.730±0.280
1.012±0.110
0.145±0.060
0.132±0.036
0.038±0.009
0.073±0.045
40.5
5月
2.066±0.883
0.697±0.249
2.831±1.080
3.190±1.379
2.338±0.622
1.205±0.190
1.288±0.856
1.460±0.255
0.212±0.093
0.210±0.069
0.060±0.004
0.132±0.093
41.8
6月
1.810±0.836
0.626±0.234
2.447±1.144
2.324±1.018
1.711±1.075
1.123±0.192
1.149±0.740
1.381±0.214
0.234±0.178
0.185±0.031
0.033±0.032
0.153±0.135
74.9
7月
1.081±0.585
1.034±0.578
4.384±1.765
5.262±3.091
3.828±1.788
1.352±0.211
2.396±1.309
1.760±0.452
0.312±0.114
0.190±0.058
0.052±0.027
0.122±0.046
89.7
8月
1.446±0.375
1.191±0.561
3.802±0.962
5.617±1.041
3.495±0.781
0.884±0.121
2.534±0.908
1.198±0.216
0.274±0.068
0.142±0.041
0.044±0.008
0.134±0.093
107.6
9月
2.263±0.877
0.550±0.244
2.189±1.575
1.836±1.477
1.421±1.323
1.030±0.308
1.200±0.744
1.254±0.286
0.223±0.236
0.143±0.056
0.039±0.030
0.078±0.034
105.6
10月
4.553±1.044
0.901±0.251
4.141±0.739
4.885±1.886
3.496±0.918
1.448±0.025
2.580±0.434
1.749±0.204
0.297±0.069
0.266±0.065
0.059±0.032
0.249±0.181
24.5
表3 树干茎流中养分元素浓度的月变化
Table 3 Monthly variations of nutrient concentration in the stemflow （mg/L）
元素
N
P
K
Na
Ca
S
Mg
Si
Mn
Fe
Cu
Zn
水量/mm
4月
2.606±0.471
2.607±1.343
4.646±1.060
5.311±1.560
4.339±0.554
1.670±0.326
3.433±1.378
1.730±0.374
0.304±0.052
0.236±0.070
0.074±0.015
0.281±0.151
7.5
5月
2.337±0.271
1.779±0.322
4.249±0.243
4.475±0.169
3.790±0.267
1.516±0.182
2.677±0.448
1.586±0.276
0.388±0.030
0.221±0.042
0.071±0.022
0.230±0.084
5.7
6月
2.163±0.679
1.477±0.780
3.704±0.971
4.209±1.455
3.516±0.648
1.284±0.445
2.386±0.959
1.302±0.192
0.286±0.137
0.183±0.054
0.069±0.033
0.257±0.108
12.9
7月
2.123±0.562
0.740±0.150
2.536±1.477
3.834±1.116
2.935±1.208
1.297±0.146
2.108±0.352
1.555±0.274
0.195±0.063
0.162±0.060
0.062±0.017
0.187±0.055
17.4
8月
2.088±0.825
0.873±0.302
2.479±1.216
3.514±0.413
2.960±1.768
1.376±0.337
2.040±0.439
1.433±0.239
0.161±0.059
0.181±0.064
0.067±0.025
0.186±0.079
20.3
9月
1.677±0.819
0.523±0.322
1.996±0.976
3.025±0.816
2.374±0.979
1.063±0.262
1.682±0.471
1.149±0.214
0.254±0.041
0.168±0.054
0.039±0.005
0.211±0.042
16.5
10月
3.047±0.981
2.394±1.376
4.265±0.981
5.782±2.465
4.053±0.499
1.763±0.562
3.797±2.547
1.845±0.834
0.402±0.085
0.273±0.045
0.086±0.016
0.328±0.069
2.2
155
31卷自 然 资 源 学 报
30.26%；各元素浓度变异系数排序为：P＞Mg＞Mn＞K＞N＞Na＞Cu＞Ca＞Fe＞Zn＞
S＞Si。
Mn元素浓度月变化趋势呈“N”型，5和 10月浓度值较大，8月浓度值最小；其他
11种元素月浓度变化呈“∪”型，分别在雨季初（4月）和雨季末（10月）出现较大值，
雨季较集中的 6—9月浓度值较小。年平均浓度排序是：Na＞Ca＞K＞Mg＞N＞Si＞P＞
S＞Mn＞Zn＞Fe＞Cu，最大值是 4.317 mg/L，其次是 3.505 mg/L，微量元素浓度值均小
于0.300 mg/L，同样明显高于大气降水中相对应元素的浓度（图1）。
统计分析（样本数n=27）表明，树干茎流中Ca与K和Na，Mg与Si浓度值相关性达
到极显著水平；N与K、Ca、Mg，K与Na，S与Mg和Si浓度值相关性达显著水平。N元
素在大气降水、穿透雨和树干茎流中浓度值差异显著，其他11种元素在三者中差异极显
著，所有元素浓度值均表明为：树干茎流＞穿透雨＞大气降水。N和Si元素在大气降水
和树干茎流中浓度值差异性显著，其他 10种元素在二者中差异极显著；P、K、Ca、
Mg、Si、Cu和Zn元素在树干茎流和穿透雨中浓度值差异极显著，N在二者中差异显
著，Na、S、Mn和Fe元素在二者中差异不显著。
2.4 大气降水的淋溶效应
由于降水与林冠表面发生洗脱、淋洗、吸收、吸附等作用，使得林内穿透雨和树干
茎流的养分元素浓度有所增加。大气降水流经高山松天然林后，林冠净淋溶含量和树干
净淋溶含量各异。Na元素的林冠净淋溶含量最大，为1.916 mg/L；其次是K和Ca，分别
是 1.543和 1.377 mg/L；Cu的淋溶量最小，仅为 0.024 mg/L。Na、Ca和K元素的树干净
淋溶含量较大，分别为2.832、2.484和2.091 mg/L，同样Cu的树干净淋溶含量最小，为
0.043 mg/L。
淋溶系数方面，各养分元素不同月份的淋溶系数大小不一（表4），穿透雨最大淋溶
系数是 9月的Cu元素（8.621），而最小的是Zn元素（0.503，9月）；穿透雨平均淋溶系
表4 穿透雨和树干茎流的淋溶系数
Table 4 Leaching coefficients of the throughfall and stemflow
系数类型
穿透雨
淋溶系数
树干茎流
淋溶系数
月份
4
5
6
7
8
9
10
均值
4
5
6
7
8
9
10
均值
N
3.675
2.856
2.003
0.536
0.692
0.655
5.150
1.371
5.722
3.231
2.393
1.053
1.000
0.485
3.446
1.439
P
1.968
2.848
2.126
1.842
1.135
0.758
2.860
1.512
13.469
7.266
5.012
1.317
0.831
0.721
7.596
2.916
K
0.610
2.366
2.219
2.325
1.695
1.511
3.006
2.112
3.893
3.551
3.358
1.345
1.105
1.378
3.097
2.506
Na
0.674
2.265
1.729
2.707
2.922
1.394
3.106
2.290
4.801
3.177
3.132
1.972
1.828
2.296
3.676
2.907
Ca
0.705
3.494
2.152
2.656
1.762
1.386
3.762
2.349
8.181
5.665
4.421
2.037
1.492
2.316
4.362
3.433
S
1.901
3.102
2.661
2.554
1.482
3.344
3.116
2.438
4.838
3.903
3.042
2.450
2.307
3.452
3.793
3.188
Mg
1.799
2.480
2.157
2.454
3.005
1.166
4.447
2.372
8.466
5.154
4.478
2.159
2.419
1.634
6.546
3.766
Si
2.335
2.946
2.675
1.666
2.267
3.415
2.967
2.468
3.991
3.200
2.522
1.471
2.711
3.128
3.130
2.701
Mn
1.925
1.681
1.094
2.921
1.677
7.386
2.364
2.008
4.025
3.075
1.336
1.826
0.986
8.424
3.206
2.248
Fe
2.673
3.415
2.401
2.623
1.205
2.968
2.816
2.467
4.764
3.590
2.371
2.233
1.536
3.492
2.892
2.840
Cu
2.616
3.692
0.976
1.962
1.229
8.621
4.172
2.043
5.196
4.389
2.045
2.343
1.900
8.600
6.125
2.870
Zn
1.978
4.060
3.468
3.716
2.663
0.503
6.040
2.686
7.570
7.074
5.830
5.679
3.707
1.350
7.943
4.745
156
1期 卢 杰 等：藏东南高山松天然林水文过程中养分元素变化特征
数排序是：Zn＞Si＞Fe＞S＞Mg＞Ca＞Na＞K＞Cu＞Mn＞P＞N。Mn和Cu元素树干茎
流淋溶系数在9月最大，分别是8.424和8.600；Zn元素10月最大，为7.943；其他9种元
素树干茎流淋溶系数均在4月最大，树干茎流平均淋溶系数排序是：Zn＞Mg＞Ca＞S＞
P＞Na＞Cu＞Fe＞Si＞K＞Mn＞N。所有元素的树干茎流平均淋溶系数和穿透雨平均淋溶
系数均大于 1，并且各自的树干茎流淋溶系数均大于相应的穿透雨淋溶系数，这说明大
气降水流经高山松林冠和树干后，养分元素产生了富集现象，并且树干的富集大于林冠
的富集。
2.5 高山松天然林养分输入特征
从树冠和树干上淋溶出来的养分都是水溶性的，无需经过复杂的分解过程就可以直
接被植物吸收，这有利于植物生长和养分循环。大气降水流经高山松林时养分元素浓度
发生了较大变化，输入林地的养分量也发生较大变化（表5）。由表5可知，4—10月大气
降水养分输入量为 64.172 kg/hm2，其中输入较多的是N、K、Na和Ca，分别占 20.77%、
18.02%、 17.71%和 13.42%，其次是 Mg、P、Si、S和 Mn，分别占 8.73%、 6.61%、
6.49%、5.05%和 1.35%，Fe、Cu和Zn微量元素输入较少，均在 1%以下。4—10月穿透
雨养分输入量为 79.949 kg/hm2，输入量占优势的是 Na、K、Ca、N和Mg，分别占
21.61%、18.34%、14.96%、11.17%和10.59%，输入较少的是Si、S、P、Mn和Fe，分别
占 8.35%、6.53%、4.91%、1.51%和 1.02%，Cu和Zn输入量均未超过 1%。4—10月树干
茎流输入量为 15.623 kg/hm2，输入较多的是 Na、Ca、K、Mg和 N，分别占 20.50%、
16.56%、 15.95%、 11.90%和 11.17%，其次是 Si、S、P、Mn和 Zn，分别占 7.55%、
7.02%、5.97%、1.28%和1.15%，Fe和Cu输入量同样在1%以下。
大气降水流经树冠和树干后，养分净淋溶量为34.057 kg/hm2（N除外），养分元素净
淋溶量排序为：Na（26.77%）＞Ca（17.44%）＞K（16.24%）＞Mg（13.88%）＞Si
（10.84%）＞S（9.02%）＞P（1.08%）＞Mn（1.56%）＞Fe（1.23%）＞Zn（0.89%）＞
Cu（0.31%），N元素净淋溶为负值（-2.658 kg/hm2），说明该元素一部分被林冠和树干吸
收或吸附。淋溶强度方面，由表5可知，S元素的净淋溶沉积比最高，为0.948，淋溶强
度最大；Si和Mg次之，分别为0.886和0.844；P较低，为0.144；最小的是N元素，净淋
溶沉积比为负值。
3 结论与讨论
高山松林水文过程中养分元素浓度具有明显的时空变化，但各元素在不同水样中变
化趋势不尽相同。研究显示，大气降水流经高山松林后，所测定大部分养分元素的浓度
表5 高山松天然林地4—10月降水养分输入情况
Table 5 Nutrient input by rainfall from April to October in Pinus densata natural forest （kg/hm2）
项目
大气降水输入量
穿透雨输入量
树干茎流输入量
净淋溶量
净淋溶沉积比
N
13.330
8.928
1.745
-2.658
-0.199
P
4.245
3.926
0.932
0.613
0.144
K
11.565
14.659
2.436
5.530
0.478
Na
11.362
17.276
3.203
9.117
0.802
Ca
8.610
11.961
2.588
5.939
0.690
S
3.241
5.217
1.097
3.073
0.948
Mg
5.602
8.470
1.860
4.727
0.844
Si
4.164
6.675
1.180
3.691
0.886
Mn
0.866
1.206
0.199
0.539
0.623
Fe
0.552
0.819
0.153
0.420
0.761
Cu
0.160
0.214
0.051
0.105
0.656
Zn
0.474
0.597
0.180
0.302
0.636
总计
64.172
79.949
15.623
31.400
7.270
157
31卷自 然 资 源 学 报
值差异达极显著，这主要是由于降水淋溶了植物组织上的营养物质、降水淋洗了植物体
表的尘埃、植物与雨水之间的离子交换以及林冠截留所造成[2,15,37-38]。由于大气降水中养分
来源的复杂性和降水特征（降水量、降水强度、降水间隔时间、降水持续时间等）的差
异，不同水样中养分元素浓度月变化趋势各异，如N元素在大气降水中呈“∩”型变
化，最大值和最小值分别在9和 4月，而在穿透雨和树干茎流中却呈“∪”型变化趋势，
10月浓度值最大，最小值分别在 7和 9月。高山松林树干茎流中各养分浓度主要表现为
雨季（6—9月）低、而旱季（4或10月）高，其他树种研究结果报道也有类似现象，如
亚热带的刨花楠（Machilus pauhoi）、樟树（Cinnamomum camphora）、黄果厚壳桂
（Cryptocarya concinna）等 [5,11,35]，暖温带的华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）、油
松（P. tabuliformis）、麻栎（Quercus acutissima）等 [34,39- 40]，寒温带红松（P. koraiensis）
等[10]。所测定元素年平均浓度总体表现为：树干茎流＞穿透雨＞大气降水，树干茎流中
浓度均较高，可能是因为高山松植株表面给大气沉降物提供了良好的接受场所，以及很
少的茎流量使养分元素出现了浓缩现象。
不同地区或者不同年际，大气降水中养分浓度差异较大，并且对不同林木的穿透雨
和树干茎流影响也有较大差异。本研究显示，高山松林穿透雨中K、Na、Ca、S、Mg和
树干茎流中K、Na、S、Fe元素浓度变异系数分别大于大气降水中相应元素的变异系数，
其他养分元素则相反，这与对林芝云杉、红松、樟树等的研究结果不完全相同[9-10,41]。高
山松林穿透雨养分元素浓度变异系数为 0.304～0.844，而同区域的林芝云杉林则为
0.359～1.010 [41]。有研究表明，森林生态系统的生物多样性、冠层结构、单位面积物种
数、树种年龄结构、物种空间分布格局等都会影响到穿透雨养分元素浓度的变异系数[42]；
高山松为强阳性树种，冠层结构相对单一，林下单位面积物种数相对较少，而林芝云杉林
下除生物多样性相对较高外，还有层间植物长松萝（Usnea longissima）和绣球藤（Clem-
atis montana）等，这可能是高山松林穿透雨养分元素浓度变异系数相对较低的原因。
高山松林水文过程中养分输入量也有较大时空差异。研究期间（4—10月），大气降
水中养分输入以N元素为主，为 13.330 kg/hm2，但经高山松林冠层作用后减少为10.673
kg/hm2，这表明林冠和树干对N元素有一定的吸收或者吸附作用，这与同区域的急尖长
苞冷杉（Abies georgei var. smithii）林研究结果相似[43]。本研究中大气降水N元素输入量
低于大岗山林区（60.650 kg/hm2） [44]、鼎湖山林区（39.365 kg/hm2） [11]、欧洲林区（16.8
kg/hm2） [12]、非洲林区（15.8 kg/hm2） [12]、哀牢山林区（14.179 kg/hm2） [45]，高于南美洲
林区（10.5 kg/hm2） [46]、北美洲林区（9.3 kg/hm2） [12]、川西亚高山林区（6.44 kg/hm2） [2]、
大洋洲林区（5.8 kg/hm2） [12]，这充分体现了大气降水中N元素输入量的时空差异。研究
期间，穿透雨和树干茎流养分输入量均以Na、K、Ca为主，三者的输入量占 50%以上。
穿透雨养分输入总量是树干茎流养分输入总量的5.12倍，这表明穿透雨对林地贡献量远
大于树干茎流，但树干茎流中的养分能直接到达根部附近，而高山松林地干燥、坡度
大、土壤紧密、松针分解缓慢，故树干茎流的养分显得尤为重要。一般认为，Ca元素含
量较低、释放速度缓慢，溶脱程度不如K元素，并且林内雨（穿透雨、树干茎流）中K
元素的输入量应大于Ca元素。本项研究表明，林内雨K元素输入量为17.095 kg/hm2，高
出Ca元素输入量 14.549 kg/hm2的17.50%。
本研究选材选点较典型，但还有待长期观测研究。高山松是西藏工布自然保护区的
158
1期 卢 杰 等：藏东南高山松天然林水文过程中养分元素变化特征
优势树种之一，也是雅鲁藏布江中下游和尼洋河重要的水源涵养林，在该区其涵养水源
价值每年为6.33亿元[47]，故应保护好该资源，使其在西藏高原国家生态安全屏障建设中
发挥更显著的作用。研究区年降雨量为600~800 mm，并且主要集中在6—9月，本研究
期间（4—10月），观测到降雨量为725.8 mm，符合常年降雨范围，具有一定代表性，由
于 11月至翌年 3月几乎为固体降水，固体降水特征及其养分元素动态还有待进一步研
究。本研究期间，仅观测到3次地表径流和1次壤中流，不能较好地说明林地养分输出动
态情况，有待于长期定位观测。
参考文献(References):
[1] 李文华. 中国当代生态学研究(全球变化生态学卷) [M]. 北京: 科学出版社, 2013. [LI W H. Modern Ecology Re-
search in Chinese (Global Change Ecology). Beijing: Science Press, 2013. ]
[2] 中国科学技术学会.生态学学科发展报告 [M].北京:中国科学技术出版社, 2012. [China Association for Science and
Technology. Report on Advances in Ecology, Beijing: Science and Technology of China Press, 2012. ]
[3] 巩合德,王开运,杨万勤.川西亚高山 3种森林群落穿透雨和茎流养分特征研究 [J].林业科学, 2005, 41(5): 14-20.
[GONG H D, WANG K Y, YANG W Q. Nutrient characteristics of throughfall and stemflow in three forestsat the subal-
pine of western Sichuan. Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(5): 14-20. ]
[4] SCHEER M B. Mineral nutrient fluxes in rainfall and throughfall in a low land Atlantic rainforest in southern Brazil [J].
Journal of Forest Research, 2011, 16: 76-81.
[5] 田大伦, 项文化, 杨晚华. 第 2代杉木幼林生态系统水化学特征 [J]. 生态学报, 2002, 22(6): 859-865. [TIAN D L,
XIANG W H, YANG W H. Nutrient characteristics of hydrological process in young second-rotation Chinese fir planta-
tions. Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(6): 859-865.]
[6] 余新晓,史宇,王贺年,等.森林生态系统水文过程与功能 [M].北京:科学出版社, 2013. [YU X X, SHI Y, WANG H
N, et al. Hydrological Processes and Functions of Forest Ecosystem. Beijing: Science Press, 2013. ]
[7] CHIWA M, ONOZAWA Y, OTSUKI K. Hydrochemical characteristics of throughfall and stemflow in a Moso-bamboo
(Phyllostachys pubescens) forest [J]. Hydrological Processes, 2010, 24: 2924-2933.
[8] 蔡玉林,李飞,李家永,等.红壤丘陵区人工林降水化学研究 [J].自然资源学报, 2003, 18(1): 99-104. [CAI Y L, LI F,
LI J Y, et al. A study on rainfall chemistry of artificial forests in red earth hilly area. Journal of Natural Resources, 2003,
18(1): 99-104. ]
[9] 陈书军,闫文德,项文化,等.中亚热带地区几个树种树干茎流的养分特征研究 [J].林业科学研究, 2007, 20(3): 408-
414. [CHEN S J, YAN W D, XIANG W H, et al. Nutrient characteristics of stem-flow in different tree species in middle
subtropics. Forest Research, 2007, 20(3): 408-414. ]
[10] 盛后财,蔡体久,朱道光,等.原始红松林穿透雨和树干茎流养分特征研究 [J].水土保持学报, 2008, 22(5): 47-51.
[SHENG H C, CAI T J, ZHU D G, et al. Nutrient characteristics of through-fall and stem-flow in virgin forest of Pinus
koraiensis. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 22(5): 47-51. ]
[11] 张娜,乔玉娜,刘兴诏,等.鼎湖山季风常绿阔叶林大气降雨、穿透雨和树干流的养分特征 [J].热带亚热带植物学
报, 2010, 18(5): 502-510. [ZHANG N, QIAO Y N, LIU X Z, et al. Nutrient characteristics in incident rainfall, through-
fall, and stemflow in monsoon evergreen broad-leaved forest at Dinghushan. Journal of Tropical and Subtropical Bota-
ny, 2010, 18(5): 502-510. ]
[12] DOVEY SB, TOIT B, CLERCQ W. Nutrient fluxes in rainfall, throughfall and stemflow in Eucalyptus stands on the Zu-
luland coastal plain, South Africa [J]. Southern Forests, 2011, 73(3/4): 193-206.
[13] 周光益.台风暴雨对热带林生态系统地球化学循环的影响 [J].北京林业大学学报, 1998, 20(6): 36-40. [ZHOU G Y.
Influence of atyphoon storm on nutrients’geochemical cycling in tropical mountain rainforest ecosystem. Journal of
Beijing Forestry University, 1998, 20(6): 36-40. ]
[14] 彭舜磊,王艳红,由文辉,等.台风暴雨对沿海森林水文过程与养分迁移的影响 [J].湖北农业科学, 2012, 51(19):
4181-4183. [PENG S L,WANG Y H, YOU W H, et al. Effects of typhoon storm on hydrological process and nutrient
159
31卷自 然 资 源 学 报
transportation of coastal forest. Hubei Agricultural Sciences, 2012, 51(19): 4181-4183. ]
[15] 李力,刘立强,周光益,等.南岭常绿阔叶林林冠受损对穿透雨和树干流水化学的影响 [J].水土保持学报, 2014, 28
(2): 45-50, 68. [LI L, LIU L Q, ZHOU G Y, et al. Effects of canopy damage on hydrochemistry of throughfall and stem-
flow in evergreen broadleaved forest of Nanling Mountains. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(2): 45-
50, 68. ]
[16] VAN STA II JT, LEVIA J D F, INAMDAR S P, et al. The effects of phenoseason and storm characteristics on through-
fall solute wash off and leaching dynamics from a temperate deciduous forest canopy [J]. Science of the Total Environ-
ment, 2012, 430:48-58.
[17] 李文华.西藏森林 [M].北京:科学出版社, 1985. [LI W H. Xizang Forest. Beijing: Science Press, 1985. ]
[18] 吴明山,许彦红,王俊峰,等.因子分析在林地更新评价中的应用——以香格里拉高山松为例 [J].西南林业大学学
报, 2011, 31(6): 36-39, 44. [WU M S, XU Y H, WANG J F, et al. Application of factor analysis to evaluation of forest
regeneration—A case study of Pinuns densataforest in Shangri- la county. Journal of Southwest Forestry University,
2011, 31(6): 36-39, 44. ]
[19] MAOJ F, Li Y, WANG X R. Empirical assessment of the reproductive fitness components of the hybrid pine Pinus den-
sata on the Tibetan Plateau [J]. Evolutionary Ecology, 2009, 23(3): 447-465.
[20] 禄树晖,潘朝辉.藏东南高山松种群分布格局 [J].东北林业大学学报, 2008, 36(11): 22-24. [LU S H, PAN Z H. Dis-
tribution pattern of Pinus densata population in the Southeast Tibet. Journal of Northeast Forestry University, 2008, 36
(11): 22-24. ]
[21] 卢杰,郭其强,郑维列,等.藏东南高山松种群结构及动态特征 [J].林业科学, 2013, 49(8): 154-160. [LU J, GUO Q
Q, ZHENG W L, et al. Population structure and dynamic characteristics of Pinus densatain Southeast Tibet. Scientia Sil-
vae Sinicae, 2013, 49(8): 154-160. ]
[22] 马飞,徐婷婷,陈立同,等.低温胁迫下二倍体杂交种高山松光系统Ⅱ功能稳定性研究 [J].西北植物学报, 2011, 31
(6): 1174-1179. [MA F, XU T T, CHEN L T, et al. Functional stability of photosystem Ⅱ in the diploid hybrid species
(Pinus densata) under low temperature stress. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica. 2011, 31(6): 1174-1179. ]
[23] MAO J F, WANG X R. Distinct niche divergence characterizes the homoploid hybrid speciation of Pinus densata on the
Tibetan Plateau [J]. The American Naturalist, 2011, 177(4): 424-439.
[24] LIU X H, SHAO X M, WANG L L, et al. Climatic significance of the stable carbon isotope composition of tree-ring cel-
lulose: comparison of Chinese hemlock (Tsuga chinensis Pritz) and alpine pine (Pinus densata Mast) in a temperate-
moist region of China [J]. Science in China Series D-Earth Sciences, 2007, 50(7): 1076-1085.
[25] WU P, WANG L L, SHAO X M. Reconstruction of summer temperature variation form maximum density of alpine pine
during 1917-2002 for west Sichuan Plateau, China [J]. Journal of Geographical Sciences, 2008, 18: 201-210.
[26] MA F, ZHANG X W, CHEN L T, et al. The alpine homoploid hybrid Pinus densata has greater cold photosynthesis tol-
erance than its progenitors [J]. Environmental and Experimental Botany, 2013, 85: 85-89.
[27] 考洪娜,兰婷,王晓茹,等.高山松及其亲本种油松和云南松DHAR基因的功能分化 [J].植物学报, 2012, 47(1): 1-
10. [KAO H N, LAN T, WANG X R, et al. Functional divergence of dehydroascorbate reductase genes in Pinus densa-
ta, P. tabulaeformis and P. yunnanensis. Chinese Bulletin of Botany, 2012, 47(1): 1-10. ]
[28] 蔡年辉,张瑞丽,许玉兰,等.高山松不同居群种子萌发及其分化研究 [J].云南大学学报(自然科学版), 2013, 35(2):
225-232. [CAI N H, ZHANG R L, XU Y L, et al. Seed germination characteristics and divergence of homoploid hybrid
pine Pinus densata among populations, Journal of Yunnan University (Natural Science Edition), 2013, 35(2): 225-232. ]
[29] 代剑峰,孟景祥,毛建丰,等.油松×云南松人工杂种与亲本种在高山松生境下的苗期指标对比分析 [J].北京林业大
学学报, 2014, 36(1): 8-14. [DAI J F, MENG J X, MAO J F, et al. Comparison analysis of seedling traits for hybrids be-
tween Pinus tabuliformis × P. yunnanensis and its parental species in P. densata habitat site. Journal of Beijing Forestry
University, 2014, 36(1): 8-14. ]
[30] 五金旦增,郑维列,张昆林,等.西藏色季拉山高山松林降雨再分配格局研究 [J].林业资源管理, 2013(6): 133-136,
167. [WUJIN D Z, ZHENG W L, ZHANG K L, et al. The re-distribution pattern of Pinus densata forest precipitation in
Tibet Sejila Mountains. Forest Resources Management, 2013(6): 133-136, 167. ]
[31] 李菊,卢杰.色季拉山针叶林凋落物持水特性研究 [J].林业资源管理, 2014(4): 98-102. [LI J, LU J. Water-holding
160
1期 卢 杰 等：藏东南高山松天然林水文过程中养分元素变化特征
characteristics of coniferous forest litter in the Sejila Mount. Forest Resources Management, 2014(4): 98-102. ]
[32] 国家林业局.中国森林生态系统长期定位观测方法 [M].北京:中国标准出版社, 2011. [State Forestry Administra-
tion. Observation Methodology for Long-term Forest Ecosystem Research. Beijing: China Standards Press, 2011. ]
[33] 谢贤群,王立军.水环境要素观测与分析 [M].北京:中国标准出版社. 1998. [XIE X Q, WANG L J. Observation and
Analysis of Water Environment Factors. Beijing: China Standards Press, 1998. ]
[34] 王登芝, 聂立水, 李吉跃. 北京西山地区油松林水文过程中营养元素迁移特征 [J]. 生态学报, 2006, 26(7): 2101-
2107. [WANG D Z, NIE L S, LI J Y. Transfer characteristics of nutrient elements through hydrological process of Pinus
tabulaeformis stand in Beijing Xishan area. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(7): 2101-2107. ]
[35] 闫文德,田大伦,陈书军,等. 4个树种茎流养分特征研究 [J].林业科学, 2005, 41(6): 50-56. [YAN W D, TIAN D L,
CHEN S J, et al. Nutrient characteristics of stem-flow in four tree species. Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(6): 50-56. ]
[36] LIORENS P, DOMINGO F. Rainfall partitioning by vegetation under Mediterranean conditions. A review of studies in
Europe [J]. Journal of Hydrology, 2007, 335: 37-54.
[37] LACLAU JP, RANGER J, GONCALVESJ L, et al. Biogeochemical cycles of nutrients in tropical Eucalyptus planta-
tions: Main features shown by intensive monitoring in Congo and Brazil [J]. Forest Ecology and Management, 2010,
259: 1771-1785.
[38] FAN H B, WEI H. Estimation of dry deposition and canopy exchange in Chinese fir plantations [J]. Forest Ecology and
Management, 2001, 147: 99-107.
[39] 黄建辉, 李海涛, 韩兴国, 等. 暖温带两种针叶林生态系统中茎流和穿透雨的养分特征研究 [J]. 植物生态学报,
2000, 24(2): 248-251. [HUANG J H, Ll H T, HAN X G, et al. Nutrient characteristic of stemflow and throughfall in two
coniferous forest ecosystems. Acta Phytoecologica Sinica, 2000, 24(2): 248-251. ]
[40] 肖洋,陈丽华,余新晓.北京密云麻栎人工混交林降水再分配及树干茎流特征 [J].东北林业大学学报, 2007, 35(8):
16-18, 22. [XIAO Y, CHEN L H, YU X X. Characteristics of precipitation redistribution and stemflow in Quercus acu-
tissima mixed forest in Miyun, Beijing. Journal of Northeast Forestry University, 2007, 35(8): 16-18, 22. ]
[41] 方江平,项文化,刘韶辉.西藏南伊沟原始林芝云杉林水文学过程的水化学特征 [J].林业科学, 2010, 46(9): 14-19.
[FAND J P, XIANG W H, LIU S H. Chemical characteristics of hydrological processes in a primeval Picea likiangensis
var. linzhiensis forest in Nanyigou of Tibet. Scientia Silvae Sinicae, 2010, 46(9): 14-19. ]
[42] KEIM R F, SKAUGSETA E, WEILERM. Temporal persistence of spatial patterns in throughfall [J]. Journal of Hydrolo-
gy, 2005, 314(1/4): 263-274.
[43] 辛学兵,王景生,翟明普.西藏色季拉山急尖长苞冷杉林生态系统的元素降水输入研究 [J].林业科学, 2004, 40(1):
18-23. [XIN X B, WANG J S, ZHAI M P. A study on inputs of nutrients into Abies smithii forest ecosystem from precip-
itation in Sejila Mountain in Tibet. Scientia Silvae Sinicae, 2004, 40(1): 18-23. ]
[44] 马雪华.在杉木林和马尾松林中雨水的养分淋溶作用 [J].生态学报, 1989, 9(1): 15-20. [MA X H. Effects of rainfall
on the nutrient cycling in man-made forests of Cunninghamia lancelata and Pinus massoniana. Acta Ecologica Sinica,
1989, 9(1): 15-20. ]
[45] 甘健民,薛敬意,赵恒康.云南哀牢山大气降雨过程中养分输入及输出变化的初步研究 [J].自然资源学报, 1995, 10
(1): 43-50. [GAN J M, XUE J Y, ZHAO H K. A preliminary study on change of nutrient import and export in the pro-
cess of rainfall in the Ailao Mountains region of Yunnan Province. Journal of Natural Resources, 1995, 10(1): 43-50. ]
[46] MAYER R, LIESS S, LOPES MIMS, et al. Atmospheric pollution in a tropical rain forest: Effects of deposition upon
biosphere and hydrosphere II. Fluxes of chemicals and element budgets [J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2000, 121:
79-92.
[47] 胡世辉,章力建.西藏工布自然保护区生态系统服务价值评估与管理 [J].地理科学进展, 2010, 29(2): 217-224. [HU
S H, ZHANG L J. Study on the management of the nature reserves based on evaluation of ecosystem service value in Ti-
bet: A case of Gongbu Nature Reserve. Progress in Geography, 2010, 29(2): 217-224. ]
161
31卷自 然 资 源 学 报
Variation Characteristics of Nutrient Elements through Hydrological
Processes in Pinus densata Natural Forest of Southeast Tibet
LU Jie1,2, ZHANG Shuo-xin1, FANG Jiang-ping2, ZHENG Wei-lie2
(1. College of Forestry, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;
2. Agricultural and Animal Husbandry College, Tibet University, Linzhi 860000, China)
Abstract: Pinus densata is a tree unique to China. P. densata natural forest is an important
water conservation forest in the middle reaches of Yarlung Zangbo River in Tibetan Plateau. It
plays an important role in maintaining water balance and soil and water conservation.
Precipitation, throughfall and stemflow were monitored in natural forest of P. densata
distributed in Gongbu Nature Reserve of Southeast Tibet from April to October of 2013.
Meanwhile, nutrient elements (N, P, K, Na, Ca, S, Mg, Si, Mn, Fe, Cu, and Zn) contents in the
water were determined. According to allotment of water amount, input of each element in the
forest was calculated. The variation characteristics of nutrient elements through the
hydrological processes of the forest were analyzed. The results showed that: Since the
precipitation in Tibetan Plateau was divided into the obvious dry and wet season, temporal and
spatial dynamics of nutrient elements contents from throughfall and stemflow changed
remarkably when precipitation pass through canopy layer and after rainfall and surface of P.
densata’s interaction (needles, branches, and stem). The biggest variation coefficient of
concentration value in the precipitation was 1.485 for Zn, and the smallest was 0.255 for S. The
biggest in the throughfall was 0.844 for Na, and the smallest was 0.304 for S, while those in the
stemflow were 0.809 for P and 0.318 for Si, respectively. There were no significant relations
among the trace elements (Mn, Fe, Cu, Zn), and between the trace elements and the others,
respectively. There were significant relations between the others. The average contents of Cu
annually in the precipitation, throughfall and stemflow were the lowest, which were 0.023,
0.047 and 0.066 mg/L, respectively. That of N was the highest in the precipitation, which was
1.604 mg/L, and those of Na were highest in throughfall and stemflow, which were 3.401 and
4.307 mg/L, respectively. The differences of each element contents in the samples collected
from the precipitation, throughfall and stemflow were significant, and the order were:
stemflow＞throughfall＞precipitation. The monthly patterns of nutrient concentration were
“∩”,“N”or“∪”types. The leaching coefficients of the throughfall and stemflow were both
more than one, and the stemflow leaching coefficients were greater than the corresponding
throughfall leaching coefficient. The nutrients input of precipitation, throughfall and stemflow
were 64.172, 79.949 and 15.623 kg/hm2, respectively. The Na, K and Ca input of throughfall
and stemflow accounted for more than 50%. The total input of throughfall was 5.12 times that
of stemflow. The input of precipitation was main N element. The net leaching input was 34.057
kg/hm2 (except for N), and ranked in the order of Na＞Ca＞K＞Mg＞Si＞S＞P＞Mn＞Fe＞
Zn＞Cu, and the input of N was - 2.658 kg/hm2. The research results not only provided a
theoretical basis for economic evaluation of P. densata forest ecosystem service function, but
also enriched the assessment content of the national ecological security barrier in Tibet Plateau.
Key words: Pinus densata natural forest; throughfall; stemflow; nutrient characteristic;
leaching effect; southeast Tibet
162