全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 4 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
围垦对南汇东滩湿地大型底栖动物的影响 马长安,徐霖林,田摇 伟,等 (1007)…………………………………
基于 ArcView鄄WOE的下辽河平原地下水生态系统健康评价 孙才志,杨摇 磊 (1016)…………………………
京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征 侯摇 勇,高志岭,马文奇,等 (1028)……………………
不同辐射条件下苹果叶片净光合速率模拟 高照全,冯社章,张显川,等 (1037)…………………………………
藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应 宋春桥,游松财,柯灵红,等 (1045)…………………
祁连山中段林草交错带土壤水热特征及其对气象要素的响应 唐振兴,何志斌,刘摇 鹄 (1056)………………
祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素 田风霞,赵传燕,冯兆东,等 (1066)…………………………
呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应 尚建勋,时忠杰,高吉喜,等 (1077)…………………………
结合激光雷达分析上海地区一次连续浮尘天气过程 马井会,顾松强,陈摇 敏,等 (1085)………………………
福建中部近海浮游动物数量分布与水团变化的关系 田丰歌 ,徐兆礼 (1097)…………………………………
香港巨牡蛎和长牡蛎幼虫及稚贝的表型性状 张跃环,王昭萍,闫喜武,等 (1105)………………………………
东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争特征 李摇 慧,王江涛 (1115)………………………………………………
起始生物量比对 3 种海洋微藻种间竞争的影响 魏摇 杰,赵摇 文,杨为东,等 (1124)……………………………
不同磷条件下塔玛亚历山大藻氮的生态幅 文世勇,宋琍琍,龙摇 华,等 (1133)…………………………………
秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 陈书军,陈存根,邹伯才,等 (1142)……………………
伊犁河谷北坡垂直分布格局及其与环境的关系———一种特殊的双峰分布格局
田中平,庄摇 丽,李建贵 (1151)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
濒危种四合木与其近缘种霸王水分关系参数和光合特性的比较 石松利,王迎春,周红兵,等 (1163)…………
干旱胁迫下黄土高原 4 种乡土禾草抗氧化特性 单长卷,韩蕊莲,梁宗锁 (1174)………………………………
施加角担子菌 B6 对连作西瓜土壤微环境和西瓜生长的影响 肖摇 逸,王兴祥,王宏伟,等 (1185)……………
内蒙古典型草原区芨芨草群落适生生境 张翼飞,王摇 炜,梁存柱,等 (1193)……………………………………
盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系 管孝艳,王少丽,高占义,等 (1202)…………
黄土高原水蚀风蚀交错区坡地土壤剖面饱和导水率空间异质性 刘春利,胡摇 伟,贾宏福,等 (1211)…………
松嫩平原玉米带农田土壤氮密度时空格局 张春华,王宗明,居为民,等 (1220)…………………………………
小麦冬性强弱评价体系的建立 王摇 鹏,张春庆,陈化榜,等 (1230)………………………………………………
唐家河自然保护区高山姬鼠和中华姬鼠夏季生境选择的比较 黎运喜,张泽钧,孙宜然,等 (1241)……………
西花蓟马在 6 种蔬菜寄主上的实验种群生命表 曹摇 宇,郅军锐,孔译贤 (1249)………………………………
同位素富集鄄稀释法研究食性转变对鱼类不同组织 N同位素转化率的影响
曾庆飞,谷孝鸿,毛志刚,等 (1257)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于生态网络分析的南京主城区重要生态斑块识别 许文雯,孙摇 翔,朱晓东,等 (1264)………………………
珠三角城市绿地 CO2通量的季节特征 孙春健,王春林,申双和,等 (1273)………………………………………
污染场地地下水渗流场模拟与评价———以柘城县为例 吴以中,朱沁园,刘摇 宁,等 (1283)……………………
专论与综述
湿地退化研究进展 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨,等 (1293)……………………………………………………………
绿洲农田氮素积累与淋溶研究述评 杨摇 荣,苏永中,王雪峰 (1308)……………………………………………
问题讨论
抗辐射菌 Deinococcus radiodurans的多样性 屠振力,方俐晶,王家刚 (1318)……………………………………
平茬措施对柠条生理特征及土壤水分的影响 杨永胜,卜崇峰,高国雄 (1327)…………………………………
研究简报
祁连山典型灌丛降雨截留特征 刘章文,陈仁升,宋耀选,等 (1337)………………………………………………
野生鸭儿芹种子休眠特性及破除方法 喻摇 梅,周守标,吴晓艳,等 (1347)………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*348*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说: 遗鸥群飞来———遗鸥意即“遗落之鸥冶(几乎是最后才被发现的新鸥种,因此得名)。 1931 年,瑞典动物学家隆伯格
撰文记述在中国额济纳采到了标本。 1987 年,中国的鸟类学家在鄂尔多斯的 桃力庙获得了一对遗鸥的标本 。 1990
年春夏之交,发现了湖心各岛上大量的遗鸥种群。 近年来的每年夏季,大约全球 90%以上的遗鸥都会 到陕西省神
木县境内的沙漠 淡水湖鄄红碱淖上聚集。 遗鸥———国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 4 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 4
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金新教师基金资助项目 (20070712026);国家林业局林业公益性行业科研专项项目
(201004036);西北农林科技大学校科研专项(QN2011161,07ZR015);陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站资助项目(2006鄄2010)
收稿日期:2010鄄12鄄27; 摇 摇 修订日期:2011鄄07鄄19
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: csfuchen@ yahoo. com. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201012271854
陈书军, 陈存根, 邹伯才, 张硕新, 王得祥, 侯琳.秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应.生态学报,2012,32(4):1142鄄1150.
Chen S J, Chen C G, Zou B C (Chris B. Zou), Zhang S X, Wang D X, Hou L. Time lag effects and rainfall redistribution traits of the canopy of natural
secondary Pinus tabulaeformis on precipitation in the Qinling Mountains, China. Acta Ecologica Sinica,2012,32(4):1142鄄1150.
秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应
陈书军1,2, 陈存根1,*, 邹伯才3, 张硕新1,2, 王得祥1, 侯摇 琳1,2
(1. 西北农林科技大学林学院,杨凌摇 712100;2. 陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站,宁陕摇 711600;
3. Department of Natural Resource Ecology and Management, Oklahoma State University, Stillwater, OK 74078, USA)
摘要:为了研究秦岭典型地带性植物油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应,选择陕西宁陕县秦岭森林生态系统国家野外科学
观测研究站 55 龄天然次生油松林,从 2006—2008 年(5—10 月份)对林外降水、穿透降雨和树干茎流进行定位观测。 利用其中
100 次实测数据进行分析研究,结果表明:总降雨量为 1576. 4 mm,穿透降雨量为 982. 9 mm,树干茎流量为 69. 5 mm,冠层截留
量为 524. 0mm,分别占总降雨量的 62. 4% 、4. 4%和 33. 2% 。 降雨分配与降雨量级密切相关,降雨量级增大,穿透降雨率和茎
流率呈增大趋势,截留率呈降低趋势,变化幅度分别为 46. 6%—68. 9% 、0. 8%—9. 2% 、53. 4%—22. 0% 。 穿透降雨量、树干茎
流量和林冠截留量与林外降雨量之间的关系分别为:TF=0. 6548P-0. 4937,R2 =0. 9596;SF= -0. 2796+0. 0452P+0. 0005P2,R2 =
0. 8179;I=0. 5958P0. 8175,R2 =0. 8064。 降雨事件发生后,穿透降雨和树干茎流出现的时间与降雨发生的时间并不同步,均表现
出一定的延滞性,随着降雨量级增大,滞后时间表现出逐渐缩短的趋势((78. 5 依8. 8)—(16. 0依0. 0) min,(111. 0 依33. 0)—
(41郾 2依0. 0) min)。 降雨终止时,特别是当降雨量>10. 0 mm,穿透降雨终止时间也存在一定的延滞性((3. 2依2. 6)—(12. 0依
0郾 0) min)。 但树干茎流终止时间先于降雨终止时间,降雨量级越小,树干茎流终止时间愈早(( -58. 3依21. 5)—(-9. 8依0郾 0)
min)。
关键词:秦岭;油松林;穿透降雨;树干茎流;林冠截留
Time lag effects and rainfall redistribution traits of the canopy of natural
secondary Pinus tabulaeformis on precipitation in the Qinling Mountains, China
CHEN Shujun1,2, CHEN Cungen1,*, ZOU Bocai3, ZHANG Shuoxin1,2, WANG Dexiang1, HOU Lin1,2
1 College of Forestry, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
2 Qinling National Forest Ecosystem Research Station, Ningshan 711600, China
3 Department of Natural Resource Ecology and Management, Oklahoma State University, Stillwater, OK 74078, USA
Abstract: The interception of precipitation by vegetation and subsequent evaporation during and after rain events is an
important component of the hydrological budget of forest ecosystems, particularly for forests in ecologically and
hydrologically sensitive regions such as Qinling National Forest. This forest was incorporated into the State Natural Forest
Protection Project and is managed solely for soil and water conservation. The Qinling Mountains are a major mountain range
in China and are the major headwater source for one of the three routes of the South鄄to鄄North Water Transfer Project. The
evergreen Pinus tabulaeformis is the dominant canopy species at elevations from 1400 to 1700 m. Extensive studies have
been conducted to examine the canopy interception, throughfall and stemflow in P. tabulaeformis forest ecosystems across
China, mostly in juvenile (臆30 years) or middle鄄aged (31—50 years) plantations. However, information on rainfall
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partitioning in natural forests, especially near鄄mature stands (51—60 years), is lacking, which impedes our understanding
of the hydrological ecosystem services in this region. The objective of this study was to understand rainfall partitioning
characteristics and lag effects in the Qinling natural secondary P. tabulaeformis forest. Fifty鄄five鄄year鄄old stands of P.
tabulaeformis in Ningshan, Shaanxi, were chosen and the precipitation, canopy interception, throughfall and stemflow were
measured from 2006 to 2008 ( recorded in 5—10 months of each year) . One鄄hundred times complete measurement data
were analyzed. Total precipitation was 1576. 4 mm. Rainfall was partitioned as follows: 62. 4% throughfall, 4. 4%
stemflow and 33. 2% interception by the tree canopy. The redistribution of precipitation by the canopy was more closely
related to the rainfall classes. In a single rainfall event, the higher the rainfall class, the greater the stemflow and
throughfall rate and the lower the interception rate. The relationships between throughfall (TF), stemflow (SF), crown
interception ( I) and total rainfall (P) were described significantly by linear, quadratic and power functions, respectively
(TF = 0. 6548P -0. 4937, R2 = 0. 9596; SF= -0. 2796 + 0. 0452P + 0. 0005P2, R2 = 0. 8179; I = 0. 5958P0. 8175, R2 =
0. 8064). Under similar rainfall conditions, the higher the rainfall intensity, the shorter the time to saturate the canopy.
The timing of throughfall, stemflow and rainfall events after precipitation were not synchronous, and lag periods ranged from
(78. 5依8. 8) min to (16. 0依0. 0) min and from (111. 0 依 33. 0) min to (41. 2 依 0. 0) min following precipitation for
throughfall and stemflow, respectively. The time lag shortened gradually as rainfall class increased. After precipitation had
ceased, especially, when the rainfall is greater than 10. 0 mm, the termination of throughfall also lagged from (3. 2依2. 6)
min to (12. 0依0. 0) min. However, with regard to stemflow prior to termination of rainfall, the smaller the rainfall class,
the earlier termination occurred from (-58. 3依21. 5) min to (-9. 8依0. 0) min.
Key Words: Qinling; Pinus tabulaeformis forest; throughfall; stemflow; interception loss
随着人类对淡水需求量的不断增加,关键生态区域的重点水源涵养林保护和功能研究已成为各国政府、科
学家和民众十分关注的焦点问题。 森林具有净化水质、涵养水源、调节径流、保持水土,减免自然灾害等众多
的生态功能。 秦岭横贯我国中部,其南北分属北亚热带和暖温带,是我国南北气候区的天然分界线,长江、黄
河两大水系的自然分水岭。 秦岭林区总面积 484. 9 万 hm2,林分面积 252. 4 万 hm2,天然林面积达 218. 8 万
hm2,占林分总面积的 86. 7% [1],秦岭是“南水北调中线工程冶重要的水源涵养区,同时也是我国中部地区的重
要生态屏障。
油松(Pinus tabulaeformis)是我国温性针叶林中分布最广的森林群落,也是我国北方广大地区最主要的造
林树种之一[2鄄3]。 其生态水文功能已有众多学者进行研究,从 19 世纪 80 年代至今,分别在河北隆化[4]、陕西
秦岭[5]、山西太岳山[6]、内蒙古黄土沟壑区[7]、黄土丘陵区[8]、黄土高原区[9鄄10]、岷江上游[11]、辽西低山丘陵
区[12]、华北土石山区[13鄄14]、内蒙古半干旱石质山区[15]、华北石质山区[16]等不同地域,不同林龄油松林冠降水
截留分配规律进行了相关研究,为深入了解油松林生态系统的生态水文功能和作用提供了大量可靠的数据。
但研究林分多为林场营造的人工林,营林地比较干旱瘠薄,林龄普通偏小,而且分布面积不大。 油松在秦岭林
区分布较广,是秦岭山地的顶级群落之一,为典型的地带性群落[17]。 国家自 1998 年实施封山育林政策以来,
森林覆盖率逐步提高,油松群落得到较好的恢复。 通过对天然次生油松林的林冠截留、穿透降雨、树干茎流量
和局地小气候因子的长期定位观测,探讨在经过自然更新和恢复,生长旺盛,结构良好,处于近成熟林阶段
(51—60 龄)下[3],油松林林冠层对不同降雨事件再分配的作用规律和延滞效应。 更加深入地了解油松林的
水文过程和作用机制,对当前秦岭水源涵养林的保护、经营与管理提供基础理论依据。
1摇 研究区概况
研究地设在陕西省宁陕县境内的秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站火地沟 2 号集水区天然次生
油松林综合观测场内。 位于秦岭南坡中山地带中部,地处北亚热带北缘(33毅18忆N,108毅20忆E),海拔 1550—
1700 m,年均气温 8—10 益,年降水量 900—1200 mm,年蒸发量 800—950 mm,降雨多集中于 5—10 月,其降
3411摇 4 期 摇 摇 摇 陈书军摇 等:秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 摇
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雨量占全年降水 85%以上。 土壤为花岗岩和变质花岗岩母质的山地棕壤。 坡向为西南向,坡形多变,坡度范
围 20毅—30毅。 现有森林为原生植被在 20 世纪 50、60 年代主伐后恢复起来的天然次生林,郁闭度 0. 85。 主要
伴生树种有锐齿栎(Quercus aliena var acuteserrata)、华山松(Pinus armandi)、红桦(Betula albosinensis)、漆树
(Toxicodendron vernicifluum)、青榨槭(Acer davidii)等。 常见草本有野青茅(Deyeuxia sylvatica)、青菅(Carex
leucochlora)、东亚唐松草(Thalictrum minus)等,镶嵌分布于林隙。 油松林综合观测场面积 5000 m2,大多数油
松林龄在 51—60 a之间,具体林分特征见表 1。
表 1摇 秦岭油松林林分特征
Table 1摇 Some characteristics of P. tabulaeformis forest in Qinling
树龄 / a
Age
树高 / m
Mean height
平均胸径 / cm
DBH
冠层厚度 / m
Crown
thickness
冠幅
(东西向) / m
Crown of
east鄄west
冠幅
(南北向) / m
Crown of
north鄄south
叶面积
指数
LAI
天空
可见度
DIFN
坡度 / ( 毅)
Slope
degree
坡向
Slope
aspect
41—50 17. 3依3. 5 16. 4依2. 3 6. 2依2. 3 3. 8依1. 4 3. 9依1. 1
51—60 23. 4依3. 0 23. 6依1. 9 8. 5依3. 4 3. 6依1. 9 4. 1依1. 8 2. 07依0. 31 0. 21依0. 04 20—30 SW
61—70 26. 5依3. 5 32. 3依1. 8 11. 7依2. 4 3. 6依1. 8 4. 1依1. 4
摇 摇 由陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站提供
2摇 研究方法
2. 1摇 林外降雨(P)测定
在距油松林样地 500 m的林外,安装自动气象站(UT30 Weather Station,美国),通过 CR1000 数据采集器测
定和记录林外降雨量和降雨过程。
2. 2摇 穿透降雨(TF) 测定
在林分内选择郁闭度适中的位置 5 处,距树干 0. 5 m起沿等高线向外安置直径 20 cm,长 4 m的 U型收集
器,收集器距地面 1m高。 相当于以树干为中心,沿同心圆布设多个雨量筒,有利于收集林冠下不同位置处的
穿透降雨。 雨水收集器再与翻斗式流量计(6506H,澳大利亚)和 HOBO 事件记录器相连,自动记录穿透降雨
量和具体产生过程。
穿透降雨量根据下列公式计算:
TF = 1n移
n
i = 1
TF i / FAi (1)
式中,TF为研究地单位面积平均穿透降雨量(mm),n 为林内 U 型收集器重复数(n = 5),TF i为每次降雨第 i
个林内收集器穿透降雨量(mm3),FAi为第 i个收集器面积(mm2)。
2. 3摇 树干茎流(SF) 测定
选择林分分布均匀,林冠枝叶结构能代表平均林冠的样木 12 株,每株用直径 2 cm 聚乙烯塑料管从胸径
处,由上往下蛇形缠绕于树干上,用玻璃胶粘牢,沿管内侧削 4 cm长,0. 8 cm宽的削面,每圈 2—4 处,使茎流
可顺削面导入管内,管基部连接集水器收集茎流,再与翻斗式流量计(6506G,澳大利亚) 和 HOBO 事件记录
器相连,自动记录树干茎流量和具体产生过程。
树干茎流量根据下列公式计算:
SF = 1n移
n
i = 1
SF i / FAi (2)
式中,SF为研究地单位面积平均树干茎流量(mm),n为观测林木的个数(n = 12),SF i每次降雨第 i 棵树的树
干茎流量(mm3),FAi为第 i棵树林冠投影面积(mm2)。
2. 4摇 林冠截留量( I)
I = P - (TF + SF) (3)
式中,I为林冠截留量(mm),P为林外降雨量(mm),TF为穿透降雨量(mm),SF 为树干茎流量(mm),忽略降
4411 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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雨过程中的蒸发量。
3摇 结果与分析
3. 1摇 林冠层对降雨的再分配
本观测期年均降雨量(933. 5依196. 8) mm,其中 5—10 月降雨量占全年降雨 88%以上。 选择(2006—2008
年,5—10 月份)其中 100 次有效的完整降雨事件进行分析。 由表 2 可知,降雨总量为 1576. 4 mm,通过林冠
层后降雨被重新分配,其中穿透降雨量 982. 9 mm,树干茎流量 69. 5 mm,冠层截留量 524. 0 mm,分别占总降
雨量的 62. 4% 、4. 4%和 33. 2% 。 根据降雨量大小将 100 场降雨过程划分为 6 个降雨级别,发生频率最高的
降雨量级是<5 mm,达 31 次,但占总降雨量比重最低,仅为 5. 6% 。 降雨量级为 25—50 mm 的降雨事件发生
14 次,但此降雨量级的降雨量、穿透降雨量和截留量占总降雨量、总穿透降雨和总截留量比重最高,分别为
29. 9% ,30. 7%和 27. 8% 。
3. 1. 1摇 穿透降雨与林外降雨关系
降雨量级对林冠穿透降雨量会产生直接的影响,降雨量级不同,降雨的透过率也随之发生相应的变化。 基
本趋势为降雨透过率随降雨量级的增大而增大。 从降雨量级<5 mm时的 46. 6% ,上升到降雨量级逸100 mm
时的 68. 9% ,几乎增长了近 1. 5 倍(表 2)。 根据实测数据分析表明,穿透降雨和林外降雨关系呈 LINEAR 函
数关系(图 1),拟合方程为:
TF = 0. 6548P - 0. 4937 摇 摇 摇 (n=100, R2 =0. 9596) (4)
式中,TF为穿透降雨量( mm ),P为降雨量(mm )。
表 2摇 秦岭油松天然次生林不同降雨量级降雨再分配
Table 2摇 Redistribution of different class of precipitation in P. tabulaeformis forest
降雨量级
Rainfall class
/ mm
次数
Times
林外降雨 R
Rainfall
/ mm
穿透降雨 TF
Throughfall
/ mm / %
树干茎流 SF
Stemflow
/ mm / %
截留 I
Interception
/ mm / %
摇 <5 31 88. 8 41. 4 46. 6 0. 0 0. 0 47. 4 53. 4
摇 5—10 25 182. 5 105. 8 57. 9 1. 5 0. 8 75. 2 41. 2
10—25 23 355. 4 226. 2 63. 6 7. 7 2. 2 121. 5 34. 2
25—50 14 471. 1 301. 3 64. 0 24. 4 5. 2 145. 5 30. 9
50—100 6 374 236. 3 63. 2 26. 3 7. 0 111. 4 29. 8
摇 逸100 1 104. 6 72. 1 68. 9 9. 6 9. 2 23. 0 22. 0
合计 Total 100 1576. 4 982. 9 62. 4 69. 5 4. 4 524. 0 33. 2
3. 1. 2摇 树干茎流与林外降雨关系
树干茎流观测表明(表 2),在降雨量级为 5—10 时,开始出现茎流,此后茎流率随着降雨量级增大而增大,
变化幅度为 0. 8%—9. 2% 。 在 100 次降雨事件中产生树干茎流的事件为 45 次,树干茎流与次降雨的关系通
过曲线拟合,进行分析和比较,树干茎流量与林外降雨量的关系呈 QUADRATIC 函数关系(图 2),拟合方
程为:
SF = 0. 2796 + 0. 0452P + 0. 0005P2 摇 摇 摇 (n=45, R2 =0. 8179) (5)
式中,SF为林内穿透水量(mm),P为林外降雨量(mm)。
3. 1. 3摇 林冠截留与林外降雨关系
大气降雨通过冠层后,部分降水会被林冠层截留。 林冠总截留率为 33. 2% , 在不同的降雨量级中, 林冠
截留率变化幅度为 53. 4%—22. 0% ,林冠截留率随降雨量级的增大而减小,减缓的幅度也随降雨量级的增大
而逐渐降低(表 2)。 林冠截留与次降雨的关系通过曲线拟合的比较,POWER 函数模拟林冠截留量和林外降
雨量之间的关系效果最佳(图 3),拟合方程为:
I = 0. 5958P0. 8175 摇 摇 (n=100, R2 =0. 8064) (6)
5411摇 4 期 摇 摇 摇 陈书军摇 等:秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 摇
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式中,I为林冠截留量(mm),P为林外降雨量(mm)。
图 1摇 油松林穿透降雨与林外降雨的关系
Fig. 1摇 The relationship between throughfall and rainfall
图 2摇 油松林树干茎流与林外降雨的关系
Fig. 2摇 The relationship between stemflow and rainfall
图 3摇 油松林林冠截留与林外降雨的关系
摇 Fig. 3 摇 The relationship between canopy interception loss
and rainfall
3. 2摇 林冠层对降雨输入的延滞效应
当单次降雨事件发生后,穿透降雨和树干茎流出现
的时间与降雨产生的时间并不同步。 如表 3 所示,降雨
量级为<5 mm 时,穿透降雨在降雨事件发生(78. 5 依
8郾 8) min 后才被观测到,降雨量级逸100 mm,仅需
(16郾 0依0. 0) min,两者相差近 5 倍,但都表现出一定的
延滞性。 而且随着降雨量级增大,滞后时间表现出逐渐
缩短的趋势。 降雨停止时,穿透降雨终止时间也表现出
一定的延滞性。 降雨量<10. 0 mm 时,穿透降雨终止先
于降雨终止的时间;降雨量>10. 0 mm 时,逐渐出现延
滞性,特别是降雨量级较大时,这种效应会更明显,从
(3. 2依2. 6) min(降雨量级 10—25 mm)到(12. 0依0. 0)
min(降雨量级逸100 mm)。
只有当大气降雨达到一定量后,才会产生茎流。 相
对于穿透降雨,茎流出现的时间更滞后,几乎是穿透降
雨所需时间的 2 倍。 茎流产生的滞后时间随降雨量级的增大显著缩短,从降雨量级 5—10 mm 时的(111. 0依
33. 0) min,减小到降雨量级逸100 mm时的(41. 2依0. 0) min。 茎流终止时间表现为先于大气降雨终止时间,
一旦降雨变小,水量不能保证,茎流就会很快终止。 如表 3 所示,当降雨量级为逸100 mm时,茎流终止时间先
于大气降雨终止时间(9. 8依0. 0) min,降雨量级为 5—10 mm时,为(58. 3依21. 5) min,降雨量级越小,茎流终
止时间越早。
4摇 结论与讨论
林冠对降水的再分配是一个复杂的过程,受林分特性,如树种、林冠结构、树龄、林冠厚度等[18鄄21]以及降雨
和气象因素,如降雨量、降雨强度、降雨历时、温湿度、风、雨前干燥期和雨前枝叶湿度等的综合影响[22鄄25]。 可
对局地或整个集水区的水分循环产生重要的影响[26]。
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表 3摇 油松林在不同降雨量级输入条件下穿透降雨和树干茎流出现和终止的滞后时间
Table 3摇 Time lag of appearing and termination time of the Throughfall and Stemflow at different rainfall class in P. tabulaeformis forest
降雨量级
Rainfall
class / mm
穿透降雨出现的滞后时间
Time lag of
throughfall / min
降雨与穿透降雨
终止的时间差
Difference / min
树干茎流出现的滞后时间
Time lag of
stemflow / min
降雨与树干茎流
终止的时间差
Difference / min
<5 78. 5依8. 8 -12. 9依3. 4 0. 0依0. 0 0. 0依0. 0
5—10 57. 2依9. 6 -5. 7依3. 3 111. 0依33. 0 -58. 3依21. 5
10—25 53. 4依4. 4 3. 2依2. 6 100. 2依13. 1 -43. 3依16. 8
25—50 43. 8依4. 3 6. 9依1. 9 74. 3依13. 9 -21. 6依13. 2
50—100 32. 5依6. 1 10. 3依1. 7 66. 5依5. 3 -25. 7依18. 2
逸100 16. 0依0. 0 12. 0依0. 0 41. 2依0. 0 -9. 8依0. 0
研究期间 100 次有效的完整降雨事件,总降雨量为 1576. 4 mm,通过林冠层后降雨被重新分配,其中穿透
降雨量 982. 9 mm,占总降雨量的 62. 4% 。 不同降雨量级,穿透降雨率的变化幅度为 46. 6%—68. 9% , 基本趋
势为降雨透过率随降雨量级的增大而增大。 我国不同研究区域油松林穿透降雨率为 54. 62%—82. 18% (表
4),本研究穿透降雨率与以内蒙古东部地区油松人工林带人工林的基本相当(62. 8% ) [7],与以往研究结果比
较,相对偏小,显著低于党坤良等[6]在同一研究区域 1987—1988 年的测定结果(79. 77% ),表明穿透降雨率
随着林龄增长,冠层厚度增深、冠幅增大和叶量增多,穿透降雨率逐渐变小。 穿透降雨量与林外降雨量呈明显
的线性关系, 与陈丽华等[14]和胡珊珊等[16]的研究结果一致。
表 4摇 已发表的不同研究地油松林冠截留率、穿透降雨率和树干茎流率的观测值
Table 4摇 Review of measured values of the interception loss, throughfall and stemflow for P. tabulaeformis from different study sites in China
研究地点
Location
年平均
降水量 / mm
Annual
precipitation
林龄 / a
Stand age
树高 / m
Height
穿透
降雨率 / %
TF%
茎流率 / %
SF%
截留率 / %
I%
研究时间
Study time
来源
Sources
秦岭,陕西 933. 5依196. 8 55 23. 6依1. 9 62. 4 4. 4 33. 2 2006—2008 本研究
秦岭,陕西 900—1200 31 10 79. 77 0. 04 20. 19 1987—1988 [5]
太岳山,山西 757. 8 34 11. 94 82. 0 2. 1 15. 9 1992—1993 [6]
赤峰,内蒙古 360 18 4 62. 8 4. 9 32. 3 1989—1993 [7]
宜川,陕西 574. 4 34 11 71. 6 3. 3 25. 1 1995—2000 [10]
茂县,四川 945. 3 23 6. 43 54. 62 8. 41 36. 97 2002—2003 [11]
大凌河流域,辽宁 450—580 28 4. 7 73. 55 3. 37 23. 08 2002—2004 [12]
密云,北京 669 33 7. 1 67. 65 0. 68 31. 67 2004—2006 [13]
密云县城北山区,北京 669 7. 1 64. 4 0. 55 25. 4 [14]
呼和浩特,内蒙古 400 30 4. 59 65. 83 1. 13 33. 04 2006—2006 [15]
易县,河北 641. 2 50 5—6 82. 18 1. 07 16. 75 2005—2008 [16]
树干茎流量和出现时间,因植物种类和降雨量而异[27]。 本研究中出现 45 次树干茎流的降雨事件,茎流总
量为 69. 5 mm,占总降雨量的 4. 4% 。 树干茎流以“点冶的形式向林地输入,虽然树干基面积相对于林地面积
所占比重较低,与林内穿透降雨相比贡献较小[28],但茎流中水溶性养分离子浓度高,且直接输入到树干基部
附近[29],并沿着根的生长方向直接进入土壤[30],对加速植物生长和促进养分循环发挥着重要的作用[31]。 降
雨量级是影响茎流量的主导因子,不同降雨量级,茎流率的变化幅度为 0. 8%—9. 2% ,随着降雨量级的增大
呈递增趋势,与范世香等[32]和夏体渊等[33]的研究结论相似。 根据回归方程推断,降水量逸5. 9 mm,树干茎流
开始为正值,实测数据为降雨量级在 5—10 mm 时,开始出现茎流相仿。 植物种类不同,茎流率差别很大,但
大多数研究认为,林木的树干茎流量通常较少,占降雨量的比值一般臆5%,很少超过 10% [34鄄35]。 本研究茎流
率为 4. 4% ,处于此范围之内。 树干茎流除受降雨量、降雨强度、降雨历时和冠层特征的影响外,同时还受树
7411摇 4 期 摇 摇 摇 陈书军摇 等:秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 摇
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干的粗细、树体表面的粗糙度、干燥度和直立程度等影响[24]。 通过对本研究和已往研究结果的分析,发现树
干茎流率的变化规律性不明显,与林龄、树高等的相关性不强。
本研究林冠总截留率为 33. 2% , 不同降雨量级, 林冠截留率的变化幅度为 53. 4%—22. 0% ,林冠截留量
随着降雨量而增加,两者呈幂函数关系,与岷江上游油松林[11],中亚热带樟树林[36]等对降水的截留分配规律
相似。 针叶林林冠截留率通常在 20%—48%之间[35],相同生境条件下,针叶林林冠截留率一般较阔叶林
高[37]。 由表 4 可见,我国不同研究区域油松林冠层截留率在 15. 9%—36. 97%之间,本研究截留率虽然在
20%—48%的范围内,但与我国其它区域油松林研究结论相比,截留率相对较高,明显超出同一研究区域党坤
良等[6]报道的 31 龄油松截留率(20. 19% )。 主要原因可能是,本研究林分为天然次生林,林龄 51—60 龄,已
达近成熟林阶段,树高、冠幅和冠层厚度均较其它研究林分大,林木生长旺盛,林分连片生长,着生地地形复杂
等原因会部分削弱一些局地气象因素的影响,导致截留率相对较高。 仅从森林对降雨截留有效性方面而言,
随着林分越来越成熟,林冠截留能力会不断加强。 但林冠所截留的降雨最终将被消耗于蒸发,实质会减少林
内地表的实际雨量和土壤水分的有效补充,是雨水资源的无益损失。
降雨经林冠向下传递,进入林内,最终落入土壤的整个过程中,从接触到林冠起,林冠就会对降雨产生再分
配作用,同时表现出穿透降雨和树干茎流与降雨事件发生和终止时间上的不一致性。 通过 3 年的野外实测,
发现降雨事件发生时降雨强度的变化总是呈现从小变大再减缓的规律。 降雨事件开始发生时,降雨强度相对
较小,林冠和枝叶表面比较干燥,雨滴从上向下穿透林冠过程中,如果碰到枝叶,很容易被吸附、阻挡和截持,
除部分雨滴直接从林冠间隙穿过,前期大量雨滴将会被林冠阻挡或截持。 林外降雨与林内降雨的产生在时间
会出现明显的差异,从而产生对降雨输入的延滞效应。 陈丽华等[14]对华北土石山区油松人工林研究也存在
相似规律。 降雨量级越小,林内雨出现时间越迟,随着降雨量级增大,林冠从干燥到湿润的过程所需时间变
短,林内雨出现时间相应变短。 如降雨量级<5 mm时,穿透降雨在降雨事件发生(78. 5依8. 8) min后才被观测
到;降雨量级逸100 mm时,仅需(16. 0依0. 0) min,两者相差近 5 倍。 降雨量>10. 0 mm时,穿透降雨终止时间
逐渐表现出延滞性,降雨量级越大越明显,从(3. 2依2. 6) min(降雨量级 10—25 mm)到(12. 0依0. 00) min(降
雨量级逸100 mm)。 由于森林对降雨存在延滞效应,可适度迟缓林外大气降雨到达林内的时间,延迟地表径
流的产生,从而对削减洪峰,减少水土流失、泥石流和滑坡等地质灾害产生一定的积极作用[38]。
树干茎流的滞后效应更为明显,几乎是穿透降雨所需时间的 2 倍。 主要是由于只有当大气降雨达到一定
量后,除林冠枝叶外,树皮本身吸附的水分也达到饱和后,雨水才会沿着树干向下传递,产生茎流。 滞后时间
随着降雨量级的增大显著缩短,不同降雨量级,滞后时间的变化幅度为(111. 0依33. 0)—(41. 2 依0. 0) min。
Owens等[27]研究表明,降雨强度较大时,降雨 1 h后出现茎流,与本研究结果相似。 同时认为降雨终止后,茎
流会延迟一个小时,与本研究结论有一定差别。 本研究的观测结果为,茎流终止时间表现为先于大气降雨终
止时间,如降雨量级逸100 mm时,茎流终止时间先于大气降雨终止时间(9. 8依0. 0) min,降雨量级 5—10 mm
时,为(58. 3依21. 5) min,明显的表现出降雨量级越小,茎流终止时间愈早的趋势。 可能原因是成年油松树皮
较厚,平均厚度 2. 5 cm,多孔柔软且开裂,吸水能力较强,从林冠到树干再到树基,有较长的传输距离,在此过
程中不仅存在着树皮、树干的吸附,同时还会产生一定量的蒸发[39鄄41]。 只有水量达到一定程度,雨水才可汇
流向下,降雨一旦变小,水量不能保证,茎流便相应终止。
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[32] 摇 范世香, 裴铁番, 蒋德明, 曹成有, 阿拉木萨. 两种不同林分截留能力的比较研究. 应用生态学报, 2000, 11(5): 671鄄674.
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0511 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 4 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The influence of a reclamation project on the macrobenthos of an East Nanhui tidal flat
MA Changan, XU Linlin, TIAN Wei, et al (1007)
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Ecological health assessment of groundwater in the lower Liaohe River Plain using an ArcView鄄WOE technique
SUN Caizhi, YANG Lei (1016)
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Nitrogen flows in intensive “crop鄄livestock冶 production systems typically for the peri鄄urban area of Beijing
HOU Yong, GAO Zhiling, MA Wenqi, et al (1028)
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The simulation of leaf net photosynthtic rates in different radiation in apple canopy
GAO Zhaoquan,FENG Shezhang, ZHANG Xianchuan, et al (1037)
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Phenological variation of typical vegetation types in northern Tibet and its response to climate changes
SONG Chunqiao, YOU Songcai, KE Linghong, et al (1045)
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Soil moisture and temperature characteristics of forest鄄grassland ecotone in middle Qilian Mountains and the responses to
meteorological factors TANG Zhenxing, HE Zhibin, LIU Hu (1056)………………………………………………………………
Eco鄄hydrological effects of Qinghai spruce (Picea crassifolia) canopy and its influence factors in the Qilian Mountains
TIAN Fengxia, ZHAO Chuanyan, FENG Zhaodong, et al (1066)
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Response of tree鄄ring width of Pinus sylvestris var. mongolica to climate change in Hulunbuir sand land,China
SHANG Jianxun, SHI Zhongjie, GAO Jixi, et al (1077)
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Analysis of a dust case using lidar in Shanghai MA Jinghui, GU Songqiang, CHEN Min, et al (1085)………………………………
Relating the distribution of zooplankton abundance in the coastal waters of central Fujian Province to the seasonal variation of
water masses TIAN Fengge, XU Zhaoli (1097)……………………………………………………………………………………
Phenotypic traits of both larvae and juvenile Crasstrea hongkongensis and C. gigas
ZHANG Yuehuan, WANG Zhaoping, YAN Xiwu, et al (1105)
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Inter鄄specific competition between Prorocentrum donghaienseand Skeletonema costatum LI Hui, WANG Jiangtao (1115)……………
Effects of initial biomass ratio on the interspecific competition outcome between three marine microalgae species
WEI Jie,ZHAO Wen,YANG Weidong,et al (1124)
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On the ecological amplitude of nitrate of Alexandrium tamarense at different initial phosphate concentrations in laboratory cultures
WEN Shiyong,SONG Lili,LONG Hua,et al (1133)
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Time lag effects and rainfall redistribution traits of the canopy of natural secondary Pinus tabulaeformis on precipitation in the
Qinling Mountains, China CHEN Shujun, CHEN Cungen, ZOU Bocai, et al (1142)……………………………………………
The vertical distribution of vegetation patterns and its relationship with environment factors at the northern slope of Ili River Valley:
a bimodal distribution pattern TIAN Zhongping, ZHUANG Li, LI Jiangui (1151)………………………………………………
Comparative analysis of water related parameters and photosynthetic characteristics in the endangered plant Tetraena mongolica
Maxim. and the closely related Zygophyllum xanthoxylon (Bunge) Maxim.
SHI Songli, WANG Yingchun, ZHOU Hongbing, et al (1163)
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Antioxidant properties of four native grasses in Loess Plateau under drought stress
SHAN Changjuan, HAN Ruilian, LIANG Zongsuo (1174)
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The effects of the addition of Ceratobasidum stevensii B6 and its growth on the soil microflora at a continuously cropped water鄄
melon (Citrullus lanatus) site in China XIAO Yi, WANG Xingxiang, WANG Hongwei, et al (1185)…………………………
Suitable habitat for the Achnatherum splendens community in typical steppe region of Inner Mongolia
ZHANG Yifei, WANG Wei, LIANG Cunzhu, et al (1193)
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Spatio鄄temporal variability of soil salinity and its relationship with the depth to groundwater in salinization irrigation district
GUAN Xiaoyan,WANG Shaoli,GAO Zhanyi,et al (1202)
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Spatial heterogeneity of soil saturated hydraulic conductivity on a slope of the wind鄄water erosion crisscross region on the Loess
Plateau LIU Chunli, HU Wei, JIA Hongfu, et al (1211)…………………………………………………………………………
Spatial and temporal variations of total nitrogen density in agricultural soils of the Songnen Plain Maize Belt
ZHANG Chunhua, WANG Zongming, JU Weimin, et al (1220)
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The evaluation system of strength of winterness in wheat WANG Peng, ZHANG Chunqing, CHEN Huabang, et al (1230)…………
A comparison of summer habitats selected by sympatric Apodemus chevrieri and Apodemus draco in Tiangjiahe Nature Reserve,
China LI Yunxi, ZHANG Zejun, SUN Yiran,et al (1241)…………………………………………………………………………
Life tables for experimental populations of Frankliniella occidentalis on 6 vegetable host plants
CAO Yu, ZHI Junrui, KONG Yixian (1249)
………………………………………
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Effect of diet switch on turnover rates of tissue nitrogen stable isotopes in fish based on the enrichment鄄dilution approach
ZENG Qingfei, GU Xiaohong,MAO Zhigang,et al (1257)
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Recognition of important ecological nodes based on ecological networks analysis: A case study of urban district of Nanjing
XU Wenwen, SUN Xiang, ZHU Xiaodong, et al (1264)
…………
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Seasonal characteristics of CO2 fluxes above urban green space in the Pearl River Delta, China
SUN Chunjian, WANG Chunlin, SHEN Shuanghe, et al (1273)
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Simulation and evaluation of groundwater seepage in contaminated sites:case study of TuoCheng County
WU Yizhong, ZHU Qinyuan, LIU Ning, LU Genfa, DAI Mingzhoet al (1283)
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Review and Monograph
Recent advances in wetland degradation research HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang, LI Ke (1293)……………………
A review concerning nitrogen accumulation and leaching in agro鄄ecosystems of oasis
YANG Rong, SU Yongzhong, WANG Xuefeng (1308)
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Discussion
The diversity of the radio鄄resistant bacteria Deinococcus radiodurans TU Zhenli, FANG Lijing, WANG Jiagang (1318)………………
Effect of pruning measure on physiology character and soil waters of Caragana korshinskii
YANG Yongsheng, BU Chongfeng, GAO Guoxiong (1327)
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Scientific Note
Characteristics of rainfall interception for four typical shrubs in Qilian Mountain
LIU Zhangwen, CHEN Rensheng, SONG Yaoxuan, et al (1337)
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Dormancy break approaches and property of dormant seeds of wild Cryptotaenia japonica
YU Mei, ZHOU Shoubiao, WU Xiaoyan, et al (1347)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 4 期摇 (2012 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 4摇 2012
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