全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员员期摇 摇 圆园员猿年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
新一代 蕴葬灶凿泽葬贼系列卫星院蕴葬灶凿泽葬贼 愿 遥感影像新增特征及其生态环境意义 徐涵秋袁唐摇 菲 渊猿圆源怨冤噎噎噎噎
两种自然保护区设计方法要要要数学建模和计算机模拟 王宜成 渊猿圆缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
家域研究进展 张晋东袁灾葬灶藻泽泽葬 匀哉蕴蕴袁欧阳志云 渊猿圆远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
浅水湖泊生态系统稳态转换的阈值判定方法 李玉照袁刘摇 永袁赵摇 磊袁等 渊猿圆愿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
辐射传输模型多尺度反演植被理化参数研究进展 肖艳芳袁周德民袁赵文吉 渊猿圆怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
微囊藻毒素对陆生植物的污染途径及累积研究进展 靳红梅袁常志州 渊猿圆怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
年龄尧性别及季节因素对千岛湖岛屿社鼠最大活动距离的影响 叶摇 彬袁沈良良袁鲍毅新袁等 渊猿猿员员冤噎噎噎噎
寄主大小及寄生顺序对蝇蛹佣小蜂寄生策略的影响 詹月平袁周摇 敏袁贺摇 张袁等 渊猿猿员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种苹果砧木根系水力结构及其 孕灾曲线水分参数对干旱胁迫的响应
张林森袁张海亭袁胡景江袁等 渊猿猿圆源冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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三种根系分泌脂肪酸对花生生长和土壤酶活性的影响 刘摇 苹袁赵海军袁仲子文袁等 渊猿猿猿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
象山港春季网采浮游植物的分布特征及其影响因素 江志兵袁朱旭宇袁高摇 瑜袁等 渊猿猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
洞头海域网采浮游植物的月际变化 朱旭宇袁黄摇 伟袁曾江宁袁等 渊猿猿缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力 李兆佳袁熊高明袁邓龙强袁等 渊猿猿远圆冤噎噎噎噎
三亚岩相潮间带底栖海藻群落结构及其季节变化 陈自强袁寿摇 鹿袁廖一波袁等 渊猿猿苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长期围封对不同放牧强度下草地植物和 粤酝真菌群落恢复的影响 周文萍袁向摇 丹袁胡亚军袁等 渊猿猿愿猿冤噎噎噎
北京松山自然保护区森林群落物种多样性及其神经网络预测 苏日古嘎袁张金屯袁王永霞 渊猿猿怨源冤噎噎噎噎噎
藏北高寒草地生态补偿机制与方案 刘兴元袁龙瑞军 渊猿源园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质 徐天乐袁朱教君袁于立忠袁等 渊猿源员缘冤噎噎噎噎噎噎噎
施氮对亚热带樟树林土壤呼吸的影响 郑摇 威袁闫文德袁王光军袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
人工高效经营雷竹林 悦韵圆 通量估算及季节变化特征 陈云飞袁江摇 洪袁周国模袁等 渊猿源猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆典型荒漠区单食性天花吉丁虫磷元素含量对环境的响应 王摇 晶袁 吕昭智袁宋摇 菁 渊猿源源缘冤噎噎噎噎噎噎
双斑长跗萤叶甲越冬卵在玉米田的空间分布型 张摇 聪袁葛摇 星袁赵摇 磊袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
舟山群岛四个养殖獐种群遗传多样性和遗传结构 林杰君袁鲍毅新袁刘摇 军袁等 渊猿源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
乡镇尺度金塔绿洲时空格局变化 巩摇 杰袁谢余初袁孙摇 朋袁等 渊猿源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
合并与不合并院两个相似性聚类分析方法比较 刘新涛袁刘晓光袁申摇 琪袁等 渊猿源愿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于投入产出表的中国水足迹走势分析 王艳阳袁王会肖袁张摇 昕 渊猿源愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 酝砸陨悦耘杂模型的气候融资模拟分析 朱潜挺袁吴摇 静袁王摇 铮 渊猿源怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄东海陆架区沉积物中磷的形态分布及生物可利用性 张小勇袁杨摇 茜袁孙摇 耀袁等 渊猿缘园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖采砂南移扩大影响范围要要要多源遥感的证据 崔丽娟袁翟彦放袁邬国锋 渊猿缘圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
温度尧盐度及其互作效应对吉富罗非鱼血清 陨郧云鄄陨与生长的影响 强摇 俊袁杨摇 弘袁王摇 辉袁等 渊猿缘圆远冤噎噎噎
城乡与社会生态
福建省城镇鄄交通系统的景观分隔效应 张天海袁罗摇 涛袁邱全毅袁等 渊猿缘猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
青藏高原高寒草原区工程迹地面积对其恢复植物群落特征的影响 毛摇 亮袁周摇 杰袁郭正刚 渊猿缘源苑冤噎噎噎噎
黄土山地苹果树树体不同方位液流速率分析 孟秦倩袁王摇 健袁张青峰袁等 渊猿缘缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿员源鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄园远
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封面图说院 清晨的天山马鹿群要要要家域是动物行为学和保护生物学的重要概念之一袁它在动物对资源环境的适应与选择袁种群
密度及社会关系等生态学过程研究中有着重要的作用遥 马鹿属于北方森林草原型动物袁在选择生境的各种要素中袁
隐蔽条件尧水源和食物的丰富度是最重要的指标遥 野生天山马鹿是中国的特产亚种袁主要分布在北天山深山海拔
员缘园园要猿愿园园皂地带的森林草原中袁在高山至谷地之间不同高度的坡面上袁马鹿按季节尧昼夜变化的不同进行采食遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
第 33 卷第 11 期
2013 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 11
Jun. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大项目(2012ZX07202鄄008)
收稿日期:2012鄄03鄄28; 摇 摇 修订日期:2012鄄08鄄29
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: jiaojunzhu@ iae. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201203280430
徐天乐, 朱教君, 于立忠, 王睿照, 张金鑫.辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质.生态学报,2013,33(11):3415鄄3424.
Xu T L, Zhu J J, Yu L Z, Wang R Z, Zhang J X. Physical and chemical properties of stemflow in different forest types of a secondary forest ecosystem in
montane regions of eastern Liaoning Province, China. Acta Ecologica Sinica,2013,33(11):3415鄄3424.
辽东山区次生林生态系统不同林型
树干茎流的理化性质
徐天乐2,3, 朱教君1,2,3,*, 于立忠2,3, 王睿照2, 张金鑫2
(1. 中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳摇 110016;
2. 中国科学院清原森林生态实验站,沈阳摇 110016;3. 中国科学院大学,北京摇 100049)
摘要:为明确森林对降雨水质的影响,于 2011 年 6—8 月,对辽东山区次生林生态系统 5 种主要林型:落叶松人工林(Larix
olgensis)(Lo)、花曲柳林(Fraxinus rhynchophulla) (Fr)、杂木林(Mb)、红松人工林(Pinus koraiensis) (Pk)和蒙古栎林(Querus
mongolica)(Om)中树干茎流和林外雨理化性质进行了监测。 与林外雨相比,5 种林型树干茎流均出现明显酸化(P<0. 05),酸
化程度为:Pk > Lo > Fr> Om > Mb;各林型树干茎流的电导率、总溶解固体含量、氯离子浓度、硝酸根离子浓度、铵根离子浓度浓
度和总磷浓度显著升高(P<0. 05),溶解氧浓度明显下降(P<0. 05)。 林型间相比,Lo与 Pk的电导率和总溶解固体含量和 Lo的
氯离子浓度较高;Lo和 Pk的硝酸根离子浓度和总磷浓度明显低于其它林型(P<0. 05);Mb的硝酸根离子浓度和总磷浓度显著
高于其它林型(P<0. 05)。 各林型树干茎流的硝酸根离子浓度和胸径与树高的乘积呈显著正相关。 上述结果主要受降雨因素
(降雨前干沉降时间长度等)、林分特征(叶面积指数、树皮特征)、树木枝叶表层积累物质的理化性质等影响。 结论:各林型树
干茎流水质均明显下降,其中 Mb树干茎流对雨水化学性质影响较大;Pk和 Lo树干茎流水体纯度下降最为显著。
关键词:树干茎流;红松人工林;pH值;硝酸根离子浓度
Physical and chemical properties of stemflow in different forest types of a
secondary forest ecosystem in montane regions of eastern Liaoning
Province, China
XU Tianle2, 3, ZHU Jiaojun1,2,3,*, YU Lizhong2, 3, WANG Ruizhao2, ZHANG Jinxin2
1 State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2 Qingyuan Experimental Station of Forest Ecology, Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: To make clear the influence of forests on the water quality of rainfall, the physical and chemical properties of
bulk precipitation and stemflow were monitered in five different forest types, i. e. , Larix olgensis stand (Lo), Fraxinus
rhynchophylla stand (Fr), mixed forest stand (Mb), Pinus koraiensis stand (Pk), and Querus mongolica stand (Mo) of
secondary forest ecosystems in montane regions of eastern Liaoning Province, China. Comparing with bulk precipitation, the
stemflow in five forest types was significantly acidified (P<0. 05), and the acidification degree was in the order of Pk>Lo>
Fr>Mo>Mb. The conductivity, total dissolved solids, and the concentrations of Cl-, NH+4, NO
-
3 and TP of the stemflow
increased significantly (P <0. 05), while the dissolved oxygen concentration of the stemflow lowered significantly (P <
0郾 05). Among the five forest types, there were higher conductivity and concentrations of dissolved solids of stemflow in Lo
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and Pk, and stemflow in Lo had higher Cl- concentration. The concentrations of NO-3 and TP of stemflow in Lo and Pk were
significantly lower than those in other forest types (P<0. 05), and the concentrations of NO-3 and TP of stemflow in Mb were
significantly higher than those in other forest types(P<0. 05). NO-3 concentration of stemflow was significantly positively
correlated with the product between diameter at breast height and tree height. These results were mainly influenced by the
rainfall factors (e. g. , the length of the dry period before a rain event), stand characteristics ( including leaf area index and
characteristics of bark), and physical and chemical properties of substance of foliage and branch of trees etc. It can be
concluded that the water quality of stemflow significantly decreased, representative of the fact that stemflow in Mb has the
most effects on the chemical properties of the rainfall, and the water purity of stemflow in Pk and Lo was significantly lower
than that of bulk precipitation.
Key Words: stemflow; Korean pine plantation; pH; NO-3
降雨进入森林生态系统后,主要以穿透雨和树干茎流两种形式输入林地。 总降雨中透过树冠直达林地的
部分称为穿透雨;沿叶片、枝条、茎干向下运动,直达植物根部的水量称为树干茎流[1鄄3]。 由于雨水对植物表
面粉尘、分泌物等的淋洗和淋溶作用,穿透雨和树干茎流营养元素的含量通常高于林外雨[3鄄4]。
近年来,穿透雨和树干茎流的理化性质受到国内外学者的广泛关注[4鄄6]。 一般认为树干茎流在森林水文
循环中所占的比重较小[3, 5],但其在森林生态系统中的作用却不容低估[7鄄9]。 树干茎流不仅是引起局部地段
产生蓄满径流的源,更会对森林生态系统养分、矿质元素的输入产生较大影响[4, 10鄄11]。 关于树干茎流理化性
质的研究多集中在 pH值、金属元素及氮、磷等养分元素含量方面,即,大部分关注其化学性质[12鄄14]。 因此,缺
乏较为全面的树干茎流理化性质的分析,从而影响人们对其水质状况的深入了解。
辽东山区次生林生态系统位于浑河源头区,是辽宁省大伙房水库的重要水源地,对区域水生态安全至关
重要[15]。 2008 年 7 月至 9 月,席兴军等对该区落叶松人工林、花曲柳林、红松人工林、杂木林和蒙古栎林穿透
雨的理化性质进行了测定[15],但未对其树干茎流水质状况进行监测,因而无法科学、全面的评价该区次生林
生态系统对降雨水质的影响。 为此,于 2011 年 6 月至 8 月,在以上 5 个林型内,测定了其树干茎流及林外雨
的主要理化指标,包括 pH 值、电导率、溶解氧、总溶解固体含量、总磷浓度等,旨在反映该区森林生态系统不
同林型对降雨水质的影响,为制定浑河上游水生态保护方案提供科学依据。
1摇 研究区概况与研究方法
1. 1摇 研究区概况
试验样地设在中国科学院清原森林生态实验站(简称:清原站)试验林地内,海拔 456—1116 m。 该站位
于辽宁省东部山区清原县南部(41毅51. 102忆N,124毅54. 543忆E),为长白山余脉,属温带大陆性气候,年均气温
3. 9—5. 4 益,最冷月为 1 月,最热月为 7 月,极端最高气温 36. 5 益,最低气温-37. 6 益,其中大于 10 益年积温
2497. 5—2943. 0 益,无霜期 120—139 d,平均日照时数 2433 h,年降水量 700—850 mm,降雨集中在 6—9月,
生长季为 4—9月[15]。 土壤多为棕色森林土,原生时期的代表植物为红松(Pinus koraiensis),长期破坏后逐渐
演变为天然次生林,主要乔木树种为蒙古栎(Querus mongolica)、花曲柳(Fraxinus rhynchophulla)、水曲柳(F.
mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、桦树(Betura spp. )、杨树(Populus spp. )等;同时,在清原站区内
存在部分长白落叶松 (Larix olgensis)和红松人工林。 主要灌木有:瘤枝卫矛(Euonymus pauciflorus)、刺五加
(Acanthopanax senticosus)、辽东丁香(Syringa wolfii)和东北山梅花(Philadelphus schrenkii)等,主要草本种类
有:荨麻叶龙头草(M eehania urticifolia)、白花碎米荠(Cardamine leucantha )、珠芽艾麻(Laportea bulbifera)、透
茎冷水花( Pilea pumila )和球果堇菜(Viola collina)等[16鄄17]。
1. 2摇 研究方法
1. 2. 1摇 样地及试验设置
2011 年 5 月,在清原站内选取落叶松人工林、花曲柳林、杂木林(主要乔木组成为胡桃楸、桦树和杨树)、
6143 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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红松人工林和蒙古栎林 5 个林型作为试验样地[15]。 每个林型设置 3 块重复样地,每块重复样地面积 20 m伊
30 m。 在每块重复样地内选择径级大、中、小(>20 cm、15—20 cm、<15 cm)树木各 1 株,采用剖开的胶皮管螺
旋形固定在刮平树皮的树干上做成截水槽(开口向上,与树干连接处密封),用导管连通截水槽,将树干茎流
引入地面的窄口集水箱。 在空旷地设置 3 个直径 16. 15 cm、高 17. 10 cm的聚乙烯水桶对林外雨进行收集,水
桶上方设有聚乙烯漏斗防止阳光直射和杂物的影响。 利用清原站内气象站监测的单次降雨起始时间和结束
时间计算降雨历时,同时,记录降雨量。
1. 2. 2摇 样地调查
采用高精度 Trimble Juno 3b 手持 GPS全球定位仪设置标准样地,调查内容包括:林龄、立木密度、林冠开
度以及样地内主要的乔木、灌木和草本植物种类。 林龄采用生长锥法确定;利用数码相机和鱼眼镜头在距地
面 1. 0 m处拍摄全天空照片,采用 Gap light analyzer 2. 0 软件对照片进行处理并计算林冠开度和叶面积指
数[18]。 样地基本概况见表 1。
表 1摇 样地调查
Table 1摇 The survey of sampling sites
林型
Forest type
落叶松人工林
Larix olgensis
stand
花曲柳林
Fraxinus
rhynchophylla stand
杂木林
Mixed forest
stand
红松人工林
Pinus koraiensis
stand
蒙古栎林
Querus mongolica
stand
林龄 Forest age / a 23 45 40 30 49
密度 样地 1 2513 907 1131 2083 2623
Density / (株 / hm2) 样地 2 2094 910 1910 2000 2086
样地 3 2932 1256 1527 1933 1609
坡向 Aspect 北偏西 21毅 南偏西 16毅 北偏东 30毅 北偏东 35毅 南偏西 45
坡度 Slope / (毅) 0 30 40 30 35
林冠开度 / % 样地 1 25. 33 17. 78 20. 88 25. 71 16. 69
Canopy openness 样地 2 25. 31 16. 43 18. 89 25. 94 19. 51
样地 3 26. 41 19. 63 22. 18 34. 82 17. 64
叶面积指数 / (m2 / m2) 样地 1 2. 09 1. 94 1. 85 1. 94 1. 95
Leaf area index 样地 2 1. 95 1. 93 1. 88 2. 03 1. 84
样地 3 2. 04 1. 96 2. 00 1. 90 1. 90
平均树高 样地 1 14. 70依1. 56 13. 04依3. 13 10. 88依3. 33 10. 98依2. 83 13. 22依3. 33
Tree height / m 样地 2 12. 64依3. 38 14. 32依2. 63 13. 01依3. 46 11. 33依2. 95 12. 14依2. 88
样地 3 12. 23依2. 96 14. 76依4. 37 13. 64依3. 39 13. 22依3. 33 10. 77依3. 33
胸径 / cm 样地 1 14. 77依1. 56 18. 01依1. 04 21. 60依1. 17 15. 10依0. 91 14. 34依1. 28
Diameter at breast 样地 2 14. 77依1. 22 21. 33依1. 62 13. 04依0. 97 15. 21依1. 53 19. 47依1. 69
tree height 样地 3 15. 44依1. 53 14. 31依1. 33 21. 04依1. 92 14. 34依1. 28 16. 51依1. 48
海拔 Altitude / m 样地 1 656 647 674 662 626
样地 2 653 638 664 664 631
样地 3 650 630 668 664 637
经纬度 样地 1 N41毅50. 629忆 N41毅50. 654忆 N41毅50. 509忆 N41毅50. 510忆 N41毅51. 145忆
Latitude and longitude E124毅56. 846 E124毅56. 855忆 E124毅56. 117忆 E124毅56. 115忆 E124毅56. 085忆
样地 2 N41毅50. 624忆 N41毅50. 651忆 N41毅50. 505忆 N41毅50. 512忆 N41毅51. 147忆
E124毅56. 855忆 E124毅56. 853忆 E124毅56. 119忆 E124毅56. 115忆 E124毅56. 088忆
样地 3 N41毅50. 619忆 N41毅50. 644忆 N41毅50. 501忆 N41毅50. 514 N41毅51. 142忆
E124毅56. 847忆 E124毅56. 8561 E124毅56. 114忆 E124毅56. 117忆 E124毅56. 082忆
1. 2. 3摇 雨水和树干茎流理化性质测定
2011 年 6—8月,在连续降雨超过 10 mm时,测定收集到的林外雨和树干茎流理化性质,雨后 12 h内利用
W鄄23 多参数水质监测系统(HORIBA公司,日本)现场测定雨水和树干茎流的 pH值、电导率、浊度、氧化还原
电位、总溶解固体含量、溶解氧、氯离子浓度等 7 项理化指标,剩余水样冷冻保存,带回实验室,利用 AA3 流动
7143摇 11 期 摇 摇 摇 徐天乐摇 等:辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质 摇
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分析仪(德国)对硝酸根离子、铵根离子及总磷浓度进行测定。 仪器各指标测定范围及精确度见表 2。
表 2摇 仪器功能参数
Table 2摇 The function parameters of instrument
水质指标
Water quality index pH值
电导率
Conductivity
(COND)
/ (m / s)
浊度
Turbidity
(TURB)
/ NTU
溶解氧浓度
Dissolved
oxygen
concentration
(DO)
/ (mg / L)
总溶解
固体含量
Total
dissolved
solid
(TDS)
/ (mg / L)
氧化还
原电位
Oxidation鄄
reduction
(ORP)
/ mV
氯离子浓度
[Cl-]
/ (mg / L)
硝酸根
离子浓度
[NO-3 ]
/ (mg / L)
铵根离
子浓度
[NH+4 ]
/ (mg / L)
总磷浓度
Total
phosphorus
concentration
/ (mg / L)
量程 Measuring range 0—14 0—9. 9 0—800 0—19. 99 0—100 依1999 0—35000 0—10 0—10 0—10
精确度 Precision 0. 01 0. 1 1 0. 1 0. 01 1 0. 01 0. 01 0. 01 0. 01
摇 摇 由于药品纯度问题,水样总磷浓度可能整体偏高
1. 2. 4摇 数据处理
数据分析采用 Microsoft Office Excel 2003 和 SPSS 13. 0 统计分析软件完成。 每个林型每次树干茎流的理
化性质为 3 个重复样地的平均值;按时间顺序依次列出每次降雨各林型树干茎流理化性质;根据各次降雨雨
量计算雨水及树干茎流各指标的加权平均值。 采用单因素方差分析(one鄄way ANOVA)和最小显著差异法
(LSD)比较不同林型树干茎流理化性质的差异。 利用 Person 相关分析确定林外雨与树干茎流各理化指标之
间以及林分特征与树干茎流理化性质之间的相关关系。 利用线性回归分析建立了树高和胸径的乘积与树干
茎流硝酸根离子浓度的关系。
2摇 结果
2. 1摇 降雨概况及林外雨的理化性质
试验期间(6—8月),共采集水样 8 次,总降雨量 463 mm(表 3)。 雨水的 pH值变化范围 5. 90—7. 66, 除
7 月 31 日外(5. 90),符合《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006 ( pH 值 6. 15—8. 15)。 雨水浊度变化范围
为 2—11 NTU,加权均值为 5 NTU,超出 GB 5749—2006 饮用水标准(<3 NTU)(表 4)。 8 次降雨的溶解氧浓
度均符合 GB3838—2002(中华人民共和国国家标准)中玉类水质标准( 逸7. 15 mg / L),总溶解固体含量变化
范围 0. 01—0. 05 g / L,符合 GB 5749—2006 中饮用水标准(<1 g / L )(表 4)。 雨水的氧化还原电位变化范围
为 167—364 mV(表 4)。 雨水中氯离子浓度的加权均值为 0. 48 mg / L,远低于 GB 3838—2002 集中式生活饮
用水地表水源地限值(250 mg / L );硝酸根离子在雨水中的浓度变化范围为 0. 24—0. 44 mg / L,加权均值为
0郾 35 mg / L,低于 GB 3838—2002 标准(10 mg / L);雨水中铵根离子浓度变化范围为 0. 15—0. 69 mg / L,加权均
值为 0. 54 mg / L,根据 GB 3838—2002 标准,达到芋类地表水要求;总磷浓度变化范围为 0. 05—0. 43 mg / L,加
权均值为 0. 14 mg / L,依照 GB 3838—2002 中地表水环境质量标准基本项目标准限值,属于芋类地表水范围
(表 4)。
表 3摇 2011 年清原站降雨量统计表
Table 3摇 The amount of bulk precipitation at Qingyuan Experimental Station of Forest Ecology in 2011
日期
Date
历时
Duration / h
雨量
Rainfall amount / mm
雨强
Rainfall intensity / (mm / h )
6鄄23 2. 5 15 6. 0
6鄄26—27 1. 8 11 6. 1
7鄄15 0. 6 15 25. 0
7鄄20—21 3. 8 70 16. 4
7鄄30—31 3. 2 57 17. 8
8鄄09—10 27 115 4. 3
8鄄16—16 22 116 5. 3
8鄄28 3. 8 64 16. 8
8143 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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表 4摇 林外雨的理化性质
Table 4摇 The physicochemical properties of bulk precipitation
日期
Date pH
电导率
COND / (mS / m)
浊度
TURB / NTU
溶解氧
DO / (mg / L)
总溶解固体含量
TDS / (g / L)
6鄄23 6. 85依0. 05 8依0. 1 7依1 9. 2依0. 1 0. 05依0. 01
6鄄27 6. 85依0. 01 2依0. 3 2依1 9. 2依0. 1 0. 02依0. 01
7鄄15 7. 66依0. 47 5依3. 1 4依2 9. 0依0. 1 0. 03依0. 01
7鄄21 6. 46依0. 38 2依0. 1 4依1 9. 3依0. 1 0. 01依0. 00
7鄄31 5. 90依0. 01 3依0. 2 3依1 8. 9依0. 1 0. 02依0. 01
8鄄10 6. 57依0. 01 1依0. 2 2依1 9. 3依0. 1 0. 01依0. 00
8鄄16 6. 16依0. 08 2依0. 5 11依1 - 0. 02依0. 01
8鄄28 6. 28依0. 08 2依0. 2 3依1 9. 0依0. 1 0. 01依0. 00
加权均值 Mean 6. 38依0. 14 2. 3依0. 5 5依1 9. 1依0. 1 0. 02依0. 01
日期
Date
氧化还原电位
ORP / mV
氯离子浓度
Cl- / (mg / L)
铵根离子浓度
NH+4 / (mg / L)
硝酸根离子浓度
NO-3 / (mg / L)
总磷浓度
TP / (mg / L)
6鄄23 263依11 0. 31依0. 02 0. 48依0. 30 0. 24依0. 02 0. 10依0. 01
6鄄27 291依5 0. 38依0. 07 0. 15依0. 01 0. 42依0. 03 0. 09依0. 04
7鄄15 167依59 0. 53依0. 10 0. 55依0. 51 0. 31依0. 14 0. 05依0. 02
7鄄21 297依8 0. 60依0. 10 0. 39依0. 02 0. 44依0. 17 0. 24依0. 02
7鄄31 325依6 0. 83依0. 01 0. 52依0. 14 0. 30依0. 04
8鄄10 344依14 0. 25依0. 11 0. 55依0. 12 0. 37依0. 18 0. 19依0. 01
8鄄16 329依4 0. 57依0. 10 0. 69依0. 12 0. 31依0. 07 0. 12依0. 08
8鄄28 364依10 0. 32依0. 11 0. 47依0. 09 0. 40依0. 06
加权均值 Mean 324依15 0. 48依0. 17 0. 53依0. 26 0. 35依0. 23 0. 14依0. 05
摇 摇 “ 冶表示水样缺失或污染
2. 3摇 辽东山区不同林型树干茎流的理化性质
2. 2. 1摇 不同林型树干茎流的物理性质
除 6 月 23 日、7 月 15 日和 8 月 28 日,落叶松人工林树干茎流电导率和总溶解固体含量均大于杂木林、花
曲柳林和蒙古栎林,7 月 15 日红松人工林树干茎流电导率和总溶解固体含量为试验期间最大值;8 次降雨中,
花曲柳林和红松人工林树干茎流浊度分别 3 次、2 次大于其它 4 种林型(图 1)。
经单因素方差分析:红松人工林、落叶松人工林和杂木林树干茎流电导率及总溶解固体含量显著高于蒙
古栎林(P<0. 05);红松人工林树干茎流浊度明显高于杂木林和落叶松人工林(P<0. 05);不同林型树干茎流
氧化还原电位没有显著差异(P>0. 05)(表 5)。
表 5摇 不同林型树干茎流电导率、总溶解固体含量、浊度和氧化还原电位比较
Table 5摇 The conductivity, total dissolved solid, turbidity and oxidation鄄reduction values comparison of stemflow of five forest types (mean依SE)
林型
Forest type
电导率
COND / (mS / m)
总溶解固体含量
TDS / (g / L)
浊度
TURB / NTU
氧化还原电位
ORP / mV
杂木林 Mixed forest stand 13. 7依2. 1a* 0. 09依0. 01a* 8依1a* 299依10a
红松人工林 Pinus koraiensis stand 12. 6依2. 1ab* 0. 08依0. 01ab* 13依1b* 330依9a
蒙古栎林 Querus Mongolica stand 6. 9依0. 7c* 0. 05依0. 01c* 10依1ab 314依9a
花曲柳林 Fraxinus rhynchophylla stand 8. 2依1. 1b* 0. 06依0. 01b* 10依1ab 300依11a
落叶松人工林 Larix olgensis stand 14. 7依2. 4a* 0. 10依0. 02a* 9 依1 a* 307依18a
摇 摇 * P<0. 05; * * P < 0. 01; 不同小写字母表示不同林型树干茎流相同指标差异显著
2. 2. 2摇 不同林型树干茎流化学性质
除 8 月 10 日、8 月 16 日,落叶松人工林树干茎流 pH值低于其它 4 种林型,除 6 月 26 日、8 月 11 日,红松
人工林树干茎流 pH值低于其它 4 种林型;除 6 月 23 日和 8 月 28 日,蒙古栎林树干茎流溶解氧浓度高于其它
4 种林型;落叶松人工林树干茎流氯离子浓度除在 7 月 15 日略低于红松人工林,其余时间均高于其它 4 种林
型;8 次降雨中,杂木林树干茎流硝酸根离子浓度 7 次高于其它 4 种林型,落叶松人工林和红松人工林树干茎
9143摇 11 期 摇 摇 摇 徐天乐摇 等:辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质 摇
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图 1摇 不同林型树干茎流的电导率、总溶解固体含量、浊度和氧化还原电位
Fig. 1摇 The conductivity, total dissolved solid, turbidity and oxidation鄄reduction values of stemflow of five forest types
流硝酸根离子浓度 6 次低于其它 3 种林型;试验期间,杂木林树干茎流总磷浓度始终高于其余 4 种林型;8 次
降雨中,落叶松人工林和红松人工林树干茎流总磷浓度始终 5 次低于其余 3 种林型(图 2)。
经单因素方差分析:红松人工林和落叶松人工林树干茎流 pH 值显著低于杂木林、蒙古栎林和花曲柳林
(P<0. 05);蒙古栎林和落叶松人工林树干茎流溶解氧浓度明显高于杂木林、红松人工林和花曲柳林(P<
0郾 05);落叶松人工林树干茎流氯离子浓度浓度显著高于其它 4 种林型(P<0. 05);杂木林树干茎流硝酸根离
子和总磷浓度明显高于其它 4 种林型(P<0. 05);落叶松人工林和红松人工林总磷浓度显著低于其它 3 种林
型(P<0. 05);不同林型树干茎流铵根离子浓度没有显著差异(P>0. 05)(表 6)。
表 6摇 不同林型树干茎流 pH值和溶解氧、氯离子、硝酸根离子、铵根离子及总磷浓度比较(平均值依标准误)
Table 6摇 The pH and concentration of dissolved oxygen, NO3 , NH+4 and total phosphorus comparison of stemflow of five forest types (mean依
SE)
林型
Forest type pH值
溶解氧
DO / (mg / L)
氯离子浓度
Cl- / (mg / L)
铵根离子浓度
NH+4 / (mg / L)
硝酸根离子浓度
NO-3 / (mg / L)
总磷浓度
TP / (mg / L)
杂木林 Mixed forest stand 5. 95依0. 11a* 8. 1依0. 6a* 0. 82依0. 07a* 1. 39依0. 26a 1. 46依0. 21a* 1. 20依0. 05a*
红松人工林 Pinus koraiensis stand 5. 06依0. 12b* 8. 0依0. 5a* 0. 68依0. 06a* 1. 05依0. 17a 0. 42依0. 06b* 0. 25依0. 01d*
蒙古栎林 Querus Mongolica stand 5. 79依0. 13a* 8. 6依0. 3b* 0. 65依0. 06a* 0. 99依0. 12a 0. 69依0. 07b* 0. 56依0. 04b*
花曲柳林
Fraxinus rhynchophylla stand 5. 71依0. 15a
* 8. 1依0. 8a* 0. 70依0. 06a* 1. 13依0. 17a 0. 68依0. 05b* 0. 64依0. 05c*
落叶松人工林
Larix olgensis stand 5. 14依0. 13b
* 8. 5依0. 3b* 1. 04依0. 07b* 0. 99依0. 18a 0. 42依0. 05b* 0. 35依0. 03d*
摇 摇 * P<0. 05; * * P < 0. 01
2. 3摇 林外雨与树干茎流理化性质相关分析
相关分析表明,5 种林型树干茎流与林外雨的 pH值、浊度、电导率、氯离子浓度均呈正相关,其中杂木林
树干茎流与林外雨 pH值、浊度呈显著正相关(P<0. 05),除蒙古栎林,其余 4 种林型树干茎流与林外雨的电
导率呈显著正相关(P<0. 05);落叶松人工林,花曲柳林和杂木林树干茎流与林外雨总溶解固体含量呈显著正
相关(P<0. 05);杂木林树干茎流与林外雨总磷浓度呈显著正相关(P<0. 05);花曲柳林、杂木林、红松人工林
和蒙古栎林树干茎流与林外雨铵根离子浓度呈正相关;除花曲柳林,其余 4 种林型树干茎流与林外雨溶解氧
0243 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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图 2摇 不同林型树干茎流的 pH值和溶解氧、氯离子、铵根离子、硝酸根离子及总磷浓度
Fig. 2摇 The pH and concentration of dissolved oxygen, Cl-, NH+4 , NO-3 and total phosphorus of stemflow in five forest types
浓度呈正相关、硝酸根离子浓度呈负相关(表 7)。
表 7摇 林外雨与树干茎流各理化性质指标的相关系数
Table 7摇 Correlation coefficients of physicochemical parameters between bulk precipitation and stemflow of different forest types
林型
Forest type pH值
电导率
COND
浊度
TURB
溶解氧
浓度
DO
总溶解固体
含量
TDS
氯离子
浓度
Cl-
铵根离子
浓度
NH+4
硝酸根
离子浓度
NO-3
总磷浓度
TP
落叶松人工林
Larix olgensis stand 0. 677 0. 774
* 0. 444 0. 761 0. 74* 0. 081 -0. 061 -0. 446 0. 009
花曲柳林
Fraxinus rhynchophylla stand 0. 212 0. 863
** 0. 493 -0. 063 0. 804* 0. 423 0. 219 0. 515 0. 586
杂木林 Mixed forest stand 0. 719* 0. 760* 0. 822* 0. 303 0. 714* 0. 371 0. 782 -0. 162 0. 949*
红松人工林
Pinus koraiensis stand 0. 630 0. 795
* 0. 727* 0. 218 0. 688 0. 641 0. 516 -0. 266 0. 312
蒙古栎林 Querus Mongolica stand 0. 481 0. 065 0. 295 0. 142 -0. 067 0. 612 0. 14 -0. 564 0. 431
摇 摇 * P<0. 05; ** P < 0. 01
2. 4摇 林分特征和树干茎流水质的相关分析
树干茎流 pH值与平均胸径和林冠开度呈显著正相关(P<0. 05);硝酸根离子浓度与平均树高、平均胸径
和林冠开度呈显著正相关(P<0. 05);总溶解固体含量与林分密度呈显著正相关(P<0. 05);铵根离子浓度与
1243摇 11 期 摇 摇 摇 徐天乐摇 等:辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质 摇
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胸径和树高的乘积呈显著正相关(P<0. 05);总磷浓度与平均胸径呈显著正相关、与林分密度、叶面积指数和
林冠开度呈显著负相关(P<0. 05)(表 8)。 回归分析结果表明,树干茎流硝酸根离子浓度与胸径和树高的乘
积呈显著线性正相关(P<0. 05)(图 3)。
表 8摇 不同林分特征与树干茎流各理化性质指标的相关系数
Table 8摇 Correlation coefficients of stand characteristics and physicochemical parameters of stemflow
林分特征
Stand characteristic pH
电导率
COND
浊度
TURB
溶解氧
DO
总溶解
固体含量
TDS
氯离子
浓度
Cl-
铵根离子
浓度
NH+4
硝酸根离
子浓度
NO-3
总磷浓度
TP
平均树高
Tree height 0. 260
-0. 101 -0. 078 0. 473 -0. 091 0. 248 0. 609* 0. 704* 0. 156
平均胸径
Diameter at breast tree height 0. 608
* -0. 188 -0. 204 -0. 225 -0. 218 -0. 262 0. 236 0. 634* 0. 375*
叶面积指数
Leaf area index
-0. 392 0. 420 -0. 098 0. 246 0. 431 0. 352 0. 221 -0. 258 -0. 336*
林冠开度
Canopy openness 0. 589
* -0. 437 -0. 271 0. 013 -0. 433 -0. 217 0. 247 0. 641** -0. 393*
胸径和树高乘积
the product between diameter at
breast height and tree height
0. 554 -0. 194 -0. 184 0. 086 -0. 209 -0. 077 0. 516* 0. 816** 0. 397
林分密度 Density -0. 346 0. 506 0. 073 0. 227 0. 535* 0. 372 -0. 459 -0. 458 -0. 445*
摇 摇 * P<0. 05; * * P<0. 01
摇 图 3摇 树干茎流硝酸根离子浓度和胸径与树高乘积的关系
Fig. 3摇 Relationship between the concentration of NO-3 of
stemflow and the product between diameter at breast height and
tree height
3摇 讨论
雨水在形成树干茎流过程中,除与林冠层进行颗粒
物、化学元素等的交换,又与树干表面发生作用,水质通
常发生变化[19鄄21]。 本研究发现,同林外雨相比,5 种林
型树干茎流溶解氧浓度明显降低;浊度、电导率、总溶解
固体含量和氯离子、铵根离子、硝酸根离子、总磷浓度明
显升高。 与穿透雨相比[15],各林型树干茎流电导率、总
溶解固体含量及浊度升高更为明显,这可能是雨水对树
干表面微尘、养分元素等的淋洗、淋溶过程所致[4]。
树干茎流理化性质与环境因素及降水特征密切相
关[1]。 6 月 23 日和 7 月 15 日各林型树干茎流平均总
溶解固体含量、电导率、铵根离子和硝酸根离子浓度较
高(表 4),两次降雨前干沉降时间均较长(6 月 23 日为
试验期间首次降雨)(表 3),降雨溶解和冲刷了大量空
气中积累的离子和化合物以及植物表面的沉积物,因此,树干茎流可溶性物质浓度较高[1, 12, 22]。 8 月 28 日各
林型树干茎流平均电导率和总溶解固体含量最高(表 4),这可能与降雨期间的温度、风速等环境状况
有关[23]。
与林外雨相比,5 种林型树干茎流均出现明显酸化(图 2),这与以往研究结果相似[1, 24]。 在大气污染较
轻的区域,树木分泌的有机酸等物质是影响树干茎流水质的主要因素[24]。 结合 2008 年穿透雨水质监测结
果[15],研究区域红松人工林和落叶松人工林穿透雨与树干茎流酸化程度均较其它林型严重,其原因可能是:
与阔叶林相比,针叶林林冠分泌酸性物质较多,同时,其叶面积指数较大 (表 1),枝叶接触雨水的面积
较大[25鄄27]。
已有研究表明,树干表皮特征对树干茎流可溶性物质含量有重要影响[5, 24]。 本研究进一步证实了上述
结论:由于红松和落叶松的树干表皮比较粗糙,易于阻滞、吸附空气中的尘埃,并有效延长雨水与树干的接触
2243 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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时间,其树干茎流水体纯度下降最为显著[5, 19]。
树木枝叶表层积累物质的化学性质直接影响树干茎流水质[1, 5]。 2008 年穿透雨水质监测结果表明,研
究区内落叶松人工林穿透雨氯离子浓度显著高于其它林型,该林型树干茎流水质表现出相同特征,即再次证
明落叶松针叶对氯离子的吸收可能较少[15]。 落叶松人工林和红松人工林树干茎流养分元素浓度明显低于其
它林型,而杂木林树干茎流养分元素浓度明显高于其它林型,这与该区不同林型穿透雨理化性质监测结果相
似[15],其原因可能是:杂木林枝叶表层氮、磷等元素含量较高,导致雨水与之发生作用时,淋溶率较高,而落叶
松人工林和红松人工林则相反[5, 14, 28]。 本研究还发现,随着胸径与树高乘积值的增大,雨水与树干接触面积
增加、时间延长,树干表皮中在生长季易于被雨水淋溶的硝酸根离子大量溶入树干茎流中[5]。
综上所述,雨水进入辽东山区次生林生态系统形成树干茎流后,水质明显下降,与 2008 年穿透雨水质监
测结果相比[15],其对雨水的电导率、总溶解固体含量和浊度的影响更为显著。 杂木林树干茎流对林外雨化学
性质的影响最为显著;红松人工林和落叶松人林树干茎流对林外雨物理性质的影响最为明显。 大量研究表
明,森林具有水化学贮滤净化作用,能够有效改善水体质量[29鄄31]。 因此,将以本研究为基础,通过分析研究区
域内森林凋落物、土壤等对水质的影响,对森林的水质改善机理进行深入探讨。
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