全 文 ：林业科学研究　２０１５，２８（６）：７９７ ８０３
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
　　文章编号：１００１１４９８（２０１５）０６０７９７０７
基于树干液流通量的沙地樟子松合理
林分密度的确定
韩　辉１，张学利１，党宏忠２，徐贵军１，张柏习１，尤国春１
（１．辽宁省固沙造林研究所，辽宁 阜新　１２３０００；２．中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京　１０００９１）
收稿日期：２０１５０１１９
基金项目：辽宁省科技厅项目（２０１４２０７００８）
作者简介：韩　辉（１９７５—），男，高级工程师．主要研究方向：森林生态水文。电话：０４１８－６５１１２２５，Ｅｍａｉｌ：ｈａｎｈｕｉ９５００２３＠１６３．ｃｏｍ．
 通讯作者：博士，副研究员。主要研究方向：生态水文。Ｅｍａｉｌ：ｈｚｄａｎｇ＠ｃａｆ．ａｃ．ｃｎ
摘要：应用热扩散式树干茎流计（ＴＤＰ）对辽宁省章古台樟子松人工固沙林生长季期间树干液流速率进行了连续５
年的测定，结合同步观测的降水、林冠截留量、林内蒸发散量和土壤水分含量，利用水量平衡的方法，推算了现阶段
樟子松应有的合理密度。结果表明：４月上中旬沙地樟子松液流启动，１０月中下旬液流基本结束，生长季（４—１０
月）各月平均液流速率分别为２．５８、４．７８、５．１９、５．０１、４．８４、４．３０、１．９３ｃｍ·ｈ－１，以６月份的最高，其次依次为７、８、
５、９月份，４、１０两月平均液流速率较低。通过推算，径阶１４、１６、１８、２０ｃｍ的樟子松纯林的合理密度分别应为６８８、
５３１、４２２、３４４株·ｈｍ－２，现有同径阶的林分普遍存在密度过大的问题。研究结果对于现有林分的科学经营具有重
要的指导意义。
关键词：液流速率；樟子松；章古台；密度
中图分类号：Ｓ７９１．２５３ 文献标识码：Ａ
ＳｔｕｄｙｏｎＰｒｏｐｅｒＳｔａｎｄＤｅｎｓｉｔｙｏｆＰｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａＰｌａｎｔａｔｉｏｎ
ｉｎＳａｎｄｙＬａｎｄＢａｓｅｄｏｎＳｔｅｍＳａｐＦｌｏｗＶｅｌｏｃｉｔｙ
ＨＡＮＨｕｉ１，ＺＨＡＮＧＸｕｅｌｉ１，ＤＡＮＧＨｏｎｇｚｈｏｎｇ２，ＸＵＧｕｉｊｕｎ１，ＺＨＡＮＧＢａｉｘｉ１，ＹＯＵＧｕｏｃｈｕｎ１
（１．ＬｉａｏｎｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳａｎｄＦｉｘａｔｉｏｎａｎｄＡｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ，Ｆｕｘｉｎ　１２３０００，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；
２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＤｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｔｕｄｉｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎａｌｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｊｕｄｇｅｍｅｎｔｏｆ
ｓｔａｎｄｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅ．ＴｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐｒｏｐｅｒｄｅｎｓｉｔｙｏｆＰｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙ
ｍｅａｎｓｏｆｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅｂａｓｅｄｏｎ５ｙｅａｒｓ’ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｎｏｐｙｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｏｒｅｓｔｅｖａｐｏ
ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｓａｐｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙ（ＳＦＶ）ｗｈｉｃｈｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ
ｐｒｏｂｅ（ＴＤＰ）ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎ．ＴｈｅｓａｐｆｌｏｗｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＰ．ｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａｉｎＺｈａｎｇｇｕｔａｉ
ｓｔａｒｔｅｄｉｎｅａｒｌｙＡｐｒｉｌａｎｄｅｎｄｅｄｉｎｌａｔｅＯｃｔｏｂｅｒ，ｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙａｖｅｒａｇｅＳＦＶｄｕｒｉｎｇｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｆｒｏｍＡｐｒｉｌｔｏ
Ｏｃｔｏｂｅｒｗｅｒｅ２．５８，４．７８，５．１９，５．０１，４．８４，４．３０ａｎｄ１．９３ｃｍ·ｐｅｒｈｏｕｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＳＦＶａｐ
ｐｅａｒｅｄｉｎＪｕｎｅ，ｈｉｇｈｅｒＳＦＶａｐｐｅａｒｅｄｉｎＪｕｌｙ，Ａｕｇｕｓｔ，ＭａｙａｎｄＳｅｐｔｅｍｂｅｒｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｌｙａｎｄｌｏｗｅｒＳＦＶａｐｐｅａｒｅｄｉｎ
ＡｐｒｉｌａｎｄＯｃｔｏｂｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ，ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｄｅｎｓｉｔｙｏｆＰ．ｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａｉｎ１４，１６，１８，２０ｃｍｄｉ
ａｍｅｔｅｒｃｌａｓｓｗｅｒｅ６８８，５３１，４２２ａｎｄ３４４ｐｌａｎｔｓｐｅｒｈｅｃｔａｒｅ．Ｏｖｅｒｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｗａｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｅｘｉｓｔｅｄｉｎ
ｐｕｒｅｓｔａｎｄｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｄｉａｍｅｔｅｒｃｌａｓｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓａｐｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙ；Ｐｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａ；Ｚｈａｎｇｇｕｔａｉ；ｓｔａｎｄｄｅｎｓｉｔｙ
林　业　科　学　研　究 第２８卷
樟子松（Ｐｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａＬｉｔｖｉｎ．）
因具有较强的抗旱性和良好的速生性，成为我国三
北地区主要的造林树种之一。在干旱、半干旱区，土
壤水分往往是限制植物生长的最主要因子之一，樟
子松人工林生长状况与水分间的关系因而成为急需
明确的焦点问题之一［１－７］，自１９９１年章古台发生大
龄樟子松人工林大面积衰弱死亡［８－１０］以来，对樟子
松人工林稳定性［１１］以及樟子松人工林适宜密度的
探讨成为了研究的热点［１２－１４］。
ＴＤＰ茎流计采用热扩散原理，在保持树木自然
状态不变的条件下，能连续精确测定整株树木的液
流速率，结合对被测部位边材面积的测定，可以方便
地求得边材液流通量即蒸腾耗水［１５－２２］。对于樟子
松，过去主要通过对林木生长量的比较［１４］、或通过
叶生物量估算樟子松耗水并进而估算密度［１２］，用
ＴＤＰ测量液流速率也有报道［２３－２４］，本研究利用ＴＤＰ
茎流计连续５年（２０１０—２０１４年）测定了章古台樟
子松液流速率，结合边材面积的测定，运用水量平衡
原理，推算樟子松人工林的合理密度。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
该项研究在辽宁省固沙造林研究所实验林场进
行。该实验林场位于科尔沁沙地东南缘，地理位置
４２°４３′Ｎ，１２２°２２′Ｅ，年均气温６．３℃，全年无霜期
１５０ １６０ｄ，年均降水量 ４７５．５ｍｍ，降水变率大，
６０％ ７０％集中在６—８月，年蒸发量１５５３．２ｍｍ，
约为降水量的３．２７倍。该区土壤以风沙土为主，沙
土颗粒均匀，沙层厚度１２６ １２８ｍ，沙层的颜色和
机械粒径成层更迭分布，变化比较明显，沙土瘠薄，
有机质含量较低，一般为０．３ ０．９９ｇ·ｋｇ－１。主要
代表性植物有色木槭（ＡｃｅｒｍｏｎｏＭａｘｉｍ）、山里红
（ＣｒａｔａｅｇｕｓｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａＢｇｅ．ｖａｒ．ｍａｊｏｒＮ．Ｅ．Ｂｒ．）、
榆树（ＵｌｍｕｓｐｕｍｉｌａＬ．）、大果榆（Ｕｌｍｕｓｍａｃｒｏｃａｒｐａ
Ｈａｎｃｅ）、山杏（Ａｒｍｅｎｉａｃａｓｉｂｉｒｉｃａ（Ｌ．）Ｌａｍ）、胡枝子
（ＬｅｓｐｅｄｅｚａｂｉｃｏｌｏｒＴｕｒｃｚ）、盐蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｈａｌｏｄｅｎｄｒｏｎ
Ｔｕｒｃｚ．ｅｘＢｅｓｓ．）、中华隐子草（Ｃｌｅｉｓｔｏｇｅｎｅｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ
（Ｍａｘｉｍ．）Ｋｅｎｇ）等。
１．２　材料与方法
１．２．１　材料　试验地均为林龄一致的樟子松纯林。
在试验地的中间位置设置２５ｍ×４０ｍ观测样地，将
ＴＤＰ茎流计于不同年份分别安装于各样地内，于安
装茎流计的春季在样地内进行每木检尺，测量胸径、
树高、冠幅（表１）。根据平均胸径大小在样地内选
取胸径相近且树干通直、生长良好、无病虫害的樟子
松作为树干液流测定样木，样木株数随探针数量而
定。２０１０、２０１１年ＴＤＰ探针安装方向２根在树干的
东面，２根在树干的南面，１根在树干的西面，１根在
树干的北面，其它年份均在树干北面，具体安装过程
见文献［２５］。
表１　樟子松树干液流观测样地基本情况
观测样地 观测时期 样木株数 林龄／ａ 密度／（株·ｈｍ－２） 平均胸径／ｃｍ 活枝下高／ｍ 树高／ｍ 冠幅东西／ｍ 冠幅南北／ｍ
Ｔ１ ２０１０－０４－１２—１０－１６ ６ ３２ ４０４ １６．２ ３．７ ９．４ ４．３ ３．８
Ｔ２ ２０１１－０４－１７—１０－１４ ６ ３３ ４０４ １６．７ － － － －
Ｔ３ ２０１２－０４－１８—０９－１８ ６ ５３ ３９１ ２０．７ ６．５ １１．５ ４．４ ４．３
Ｔ４ ２０１３－０４－２６—１０－３１ ４ ３５ ５６０ ２０．７ ４．３ １０．４ ５．０ ４．８
Ｔ５ ２０１４－０３－２８—１０－３１ ８ ３６ ４０４ １８．４ ３．７ ９．７ ４．６ ４．０
样地Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５为同一块试验地，１９８０年用 ２
年生樟子松裸根苗造林，２０００年采取隔行去行、隔
株去株间伐方式由１４２０株·ｈｍ－２调整为４０４株·
ｈｍ－２，调整后株行距为４ｍ×６ｍ，封育至今。２０１０
年调查林下胡枝子、鼠李（ＲｈａｍｎｕｓｄａｖｕｒｉｃａＰａｌ．）
等灌木盖度为 ５％，羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｔｒｉｎ．）
Ｔｚｖｅｌ．）、野艾蒿（ＡｒｔｅｍｉｓｉａｌａｖａｎｄｕｌａｅｆｏｌｉａＤＣ．）、毛
秆野古草（Ａｒｕｎｄｉｎｅｌａｈｉｒｔａ（Ｔｈｕｎｂ．）Ｔａｎａｋａ）等草
本盖度为９５％。样地Ｔ３为章古台１９５５年引种樟子
松成功后造林最早的地块，至２０１２年有卫生伐、修
枝等营林措施。样地Ｔ４林缘有大果榆分布，林内有
大果榆更新小苗存在，小苗盖度５％。
应用ＦＬＧＳＴＤＰ植物茎流计（Ｄｙｎａｍａｘ，Ｕ．Ｓ．Ａ）
测量并计算树干液流速率，计算公式如下。
Ｖｓ＝０．０１１９Ｋ
１．２３１×３６００［２５－２６］。
式中：Ｖｓ为液流速率（ｃｍ·ｈ
－１）；Ｋ＝（ｄＴｍ－
ｄＴ）／ｄＴ，其中ｄＴｍ为无液流时加热探针与参考探针
的最大温差值，ｄＴ为瞬时温差值。
液流通量（Ｆ）计算式为：Ｆ＝∑
ｎ
ｉ＝１
Ｖｉ×Ａｓ×Δｔ。
式中：Ｆ为液流通量（ｇ）；ｎ为取样次数；Ｖｉ为第
ｉ次取样时的液流速率（ｃｍ·ｈ－１）；Ａｓ为边材面积
８９７
第６期 韩　辉，等：基于树干液流通量的沙地樟子松合理林分密度的确定
（ｃｍ２）；Δｔ为取样间隔时间（ｈ）。
１．２．２　樟子松可利用水量公式的确定　天然降水
是章古台地区土壤水分的主要来源，当地沙土容易
漏水漏肥，地表径流、壤中流和入渗到３００ｃｍ以下
深层中的水量很少，可略去不计［９，１２］。又因当地沙
土机械组成的特性以及地下水位下降难以被樟子松
利用［２７］。章古台地区林分水量平衡公式［１２］可简写
成：Ｒｆ（穿透雨量）＋Ｒｐ（树干径流量）＝Ｅ１（地表蒸
发量）＋Ｅ２（林下灌草蒸腾量）＋Ｓ（乔木蒸腾量）＋
Ｗ（土壤贮水量变化量），观测表明，虽然土壤贮水量
随当年气候条件年际变化较大，但多年连续观测的
结果却几乎没有变化，即Ｗ ＝０。把Ｅ１＋Ｅ２定义为
林内蒸散量，根据土壤水分植被承载力的论述［２８－２９］
和水量平衡公式确定章古台土壤水分植被承载力，
章古台地区一定时期林地土壤水分补给量＝∑林外
降水量－∑林冠截留量，樟子松可利用水量 ＝∑林
外降水量－∑林冠截留量－∑林内蒸散量。
１．２．３　林冠截留量的测定　林冠截留量通过测定
林外降水量、林内降水量、树干径流量来求算［３０］。
在样地Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５内进行。
１．２．４　林内蒸散量的测定　林内蒸散量包括土壤
蒸发、草本蒸腾、枯落物截留。测量方法：用自制的
小型蒸渗仪进行测量。自制小型蒸渗仪圆柱型，由
内筒（盛放原位土壤柱体）、内筒底、漏斗渗漏器（用
于采集土壤柱体渗漏水）、底座（用于放置土壤柱体
和漏斗渗漏器）构成，材料为白钢。４月初或 ５月
初，将３个装有原状土的自制蒸渗仪埋入待测林地
的土壤中，上口略高出地面，周围土壤基本保持原
状。生长季每隔５天定期用精度为 １ｇ的 ＡＣＳ３０
型电子秤称量带原状土的内筒质量，如有入渗产生，
用雨量器直接测量。蒸散量公式：
ＥＳ＝（Ｇ前 －Ｇ本）／０．０１×３．１４＋Ｐ－Ｈ
式中：ＥＳ为林内蒸散量，单位ｍｍ；Ｇ前 为内筒前
一次称量的质量，单位：ｋｇ；Ｇ本 为内筒本次称量的质
量，单位：ｋｇ；Ｐ为上一次称质量距本次称质量期间
的林内降水量，单位：ｍｍ；Ｈ为上一次称质量距本次
称质量期间自制蒸渗仪漏斗渗漏器承接的水量，单
位：ｍｍ。２０１０、２０１１、２０１３、２０１４年在样地 Ｔ１内
进行。
１．２．５　樟子松边材面积的测定方法见文献［３０］　
利用胸径计算边材面积时胸径采用年初时与年末时
的平均值。
１．２．６　林地土壤贮水量变化量的观测　分别于４
月初和１０月末，在样地Ｔ５内的０ ３００ｃｍ土层内，
每２０ｃｍ取一层土样，采用烘干法测定不同土层的
土壤含水量。９月末用环刀法测定各层土壤密度，
土壤贮水量由公式 Ｗ＝∑ｗｉ＝０．１ωｉγｄｉｈｉ计算，Ｗ为
土壤贮水量（ｍｍ）；ωｉ为第ｉ层土壤含水率（％）；γｄｉ
为第ｉ层土壤干密度（ｇ·ｃｍ－３）；ｈｉ为第ｉ层土壤厚
度（ｃｍ）。土壤贮水量变化量按公式 △Ｗ ＝
Ｗ１０月末贮水量" Ｗ４月初贮水量计算。
１．２．７　地下水位变化量的观测　于２０１３年末在样
地Ｔ５旁打井１眼，井深２０ｍ，在测绳的一端系上铅
坠，从井口下放到触及水面以下，记下测绳位于地平
面处的刻度，则该刻度到测绳水浸湿处的高度即为
地下水位的深度。２０１４年３月末和１０月末各测量
１次，两者的差值即为地下水位的变化量。
１．２．８　土壤含水量的观测　用 ＴＤＲ仪器测量０
１８０ｃｍ层次土壤体积含水量：于２０１３年８月末在样
地Ｔ５内的行间埋设 ＴＤＲ测管，２０１４年４—１０月每
月１０、２０、３０日测量土壤体积含水率，每２０ｃｍ为１
个层次记录１次数据。
１．２．９　环境因子的监测　利用样地 Ｔ５林外的
ＣＡＷＳ６００Ｂ型自动气象站监测林外降水、太阳辐
射、空气温度、空气相对湿度和风速。
２　结果与分析
２．１　晴天、雨天、多云天气状况时樟子松液流速率
日变化
　　于２０１４年４—１０月各月选出１日晴天作为各
月晴日液流速率运动日变化，以 １株样木为例（图
图１　典型晴天液流速率日变化过程
１），可以看出，４月、１０月相似，８月、９月相似，这４
个月属单峰，５月、６月、７月相似，这３个月属双峰，
９９７
林　业　科　学　研　究 第２８卷
液流启动时间由早到晚依次为 ６月、５月、７月（９
月）、８月、４月、１０月。
以２０１４年６月１日至１２日为例说明各种天气
对液流速率的影响（图２）。６月１、３、４、５、１０日为晴
天，２日 ８：３０—１２：００，６日 ３：３０—１３：３０时，７日
００：３０—２１：００时，８日１６：００—１７：００时，９日４：３０—
７：００时，１２：３０—１６：００时，１１日１２：００—１３：００时段
为降雨天气，可以看出，降雨持续时间的长短明显影
响液流速率，短时降雨可使液流速率显著降低，但雨
后液流速率马上恢复，但如果全天都在降雨，则液流
速率几乎为零。多云天气时（１２日）液流速率峰值
呈锯齿状。
２．２　樟子松液流速率的季节变化
樟子松树干液流速率见表２，可以看出不同年
份液流速率数值相差较大。２０１１年液流速率偏小的
图２　不同天气情况下液流速度的日变化过程
主要原因是２０１１年降水量（３５４ｍｍ）比年均降水量
（４７６ｍｍ）小２５．６％，土壤含水量相应降低。
表２　樟子松树干液流
年份
平均液流速率 ／（ｃｍ·ｈ－１）
３月 ４月 ５月 ６月 ７月 ８月 ９月 １０月 加权平均
液流通量
总量／ｍｍ
同期降水
量／ｍｍ
液流通量／
降水量／％
２０１０年 － ２．１２ ４．８１ ６．４５ ３．９１ ５．７５ ５．５６ ２．８１ ４．７０ １４４．１ ６０５．７ ２３．８
２０１１年 － １．４０ ２．００ ２．５１ ２．９４ ３．４８ ２．９０ １．５５ ２．５０ ８１．５ ２９７．２ ２７．４
２０１２年 － １．９４ ４．２１ ４．６９ ５．０７ ４．４９ ３．０２ １．２９ ３．７４ １７６．４ ６９４．８ ２５．４
２０１３年 － ２．２４ ６．３３ ５．９１ ７．２７ ６．７０ ５．１２ ２．０７ ５．４２ ３６１．０ ５５２．８ ６５．３
２０１４年 ２．０４ ５．２１ ６．５６ ６．３９ ５．８７ ３．７６ ４．９１ １．９４ ５．１０ ２２１．４ ３６９．９ ５９．９
平均值 － ２．５８ ４．７８ ５．１９ ５．０１ ４．８４ ４．３０ １．９３ ４．２９ － － －
多年观测得知，液流启动时间一般在４月上中
旬，结束时间一般在１０月中下旬（图３），２０１４年春
季气温较常年偏高，树液在３月末就开始流动，计算
加权值时，３月没有计算在内。由于液流受天气、土
壤含水量等因素影响较大，在推算樟子松合理密度
时液流速率采用５年的平均值，每个月按日历天数
计算，其中４月与１０月按２０天计算（实际生长天
数）。
２．３　土壤含水量对液流速率的影响
液流速率受土壤含水量影响比较大，在土壤含
水量波动较大时呈现出很大的波动性。我们定义土
壤含水量在连续急速下降之前的数值为湿润期；在
连续下降期间的土壤含水率数值为干旱期；有效降
水后，土壤含水量连续急速上升后的数值为再湿润
期。发现２０１４年７月１４日—８月２４日在土壤含水
量经历由湿润－干旱 －湿润过程中（图３），液流速
率日峰值在此时间段内呈现出“Ｖ”型走势。２０１０年
６月１日—７月２３日期间降水较少，土壤较干旱，液
流呈现出类似“Ｕ”型走势。２０１３年全年降水量比较
多，土壤较湿润，５—９月各月液流速率数值相差不
大（５月１５日—２７日数据缺失）。总体而言，４月和
１０月液流速率小，其他月份相差不大。
２．４　气象因子对液流的影响
从图４中可以看出，液流速率与辐射的变化趋
势基本一致，辐射的峰值出现时间要比液流速率峰
值早０．５ｈ左右。空气温度对液流速率影响很大，
对液流速率的影响与辐射的影响是相似的。空气湿
度的变化与辐射呈负相关，辐射大则相对湿度小，相
对湿度的增加会降低液流速率。风速与液流速率间
没有明显的相关关系。
２．５　樟子松林分的水分再分配过程
林冠对降水的截留是樟子松林分水分循环中的
一个重要分量。分别于 ２０１０、２０１１、２０１３和 ２０１４
年，在样地Ｔ１中对樟子松林冠的截留进行了监测。
实测林冠截留量占同期降水量的９．５４％，树干径流
量占０．２％。林冠截留量受降水强度、林分密度、叶
面积指数影响较大。１９８３、１９８４两年的测定表明林
龄 ２５年，密度分别为 １２５０株·ｈｍ－２、８５９株·
ｈｍ－２的樟子松林，林冠截留量分别占同期降水量的
２１４％、１６．４％，树干径流量分别占降水量的３．１％、
００８
第６期 韩　辉，等：基于树干液流通量的沙地樟子松合理林分密度的确定
图３　不同年份降水对液流速率的影响
图４　气象因子与液流速率间的关系
２．７％［１］。可见树干径流量所占比例较小，可忽略不
计。本文采用平均值。
林内蒸散量是樟子松林分水分循环中的另一个
重要分量。几年来用自制蒸渗仪测量林外、林内蒸
散量得知，林外蒸散量占林外降水量的８５．４％，林
内蒸散量占林内降水的８４．０％（见表３）。２０１１年、
２０１４年生长季降水比常年严重偏少，属严重干旱
年，林内蒸散量所占比例比较高。林内蒸散占林内
降水的比例在不同年份变化较大，如在１９８３—１９８４
年林龄２５年，密度分别为８５９株·ｈｍ－２和１２５０株
·ｈｍ－２的樟子松林林地内用自制蒸渗仪测得林内
蒸散量（土壤蒸发 ＋草本蒸腾 ＋枯落地截留量）占
林内降水的比例分别为４６．０％、２１．３％和４５．２％、
１７．７％，平均为３１．５％［１］。２０１０—２０１４年本试验林
测得的值平均为８４％，为了更具有代表性，在推算
合理密度时取两者的均值，即（３１．５％ ＋８４．０％）／２
＝５７．８％作为林内蒸散量占林内降水量的比例
为宜。
为了验证自制蒸渗仪测得蒸散量的准确性，以
测得的２０１４年生长季樟子松人工林水量平衡各因
子为例（见表４），樟子松林地流入量明显小于流出
量，两者的差值应由土壤贮水量减少量和地下水来
补充。流入量与流出量的差值较０ ３００ｃｍ土壤贮
水量变化量和地下水位变化量少１５．０ｍｍ（－２３７．６
－（－５２６）－（－１７０．０）），可以认为是土壤３００
３７４ｃｍ（４月初地下水位）层次土壤贮水量的减少量
和测量这些因子时的误差所致。则２０１４年樟子松
１０８
林　业　科　学　研　究 第２８卷
人工林水量平衡各项因子数值是合理的，可以基本
认为自制蒸渗仪测量蒸散量的方法是可行的。实际
上在降水量小的情况下樟子松也可以利用地下水来
补充其水分消耗，从而使土壤水分出现了亏缺［１］。
表３　２０１０—２０１４年的降水量与蒸散量
观测样地 时间
林外
蒸散量／ｍｍ 降水量／ｍｍ 蒸散量／降水量／％
林内
蒸散量／ｍｍ 降水量／ｍｍ 蒸散量／降水量／％
Ｔ１ ２０１０－０５－１３—１０－３０ ４２８．４ ５０２．６ ８５．２ ３６９．６ ４７４．１ ７８．０
Ｔ２ ２０１１－０５－１０—１０－３０ ２８４．８ ２８１．４ １０１．２ ２２６．２ ２６７．７ ８４．５
Ｔ２ ２０１３－０５－１８—１０－２４ ３６１．１ ５３９．３ ６７．０ ３４４．９ ４５９．４ ７５．１
Ｔ５ ２０１４－０４－０２—１０－１５ ３７１．１ ３６８．８ １００．６ ３３８．９ ３２２．７ １０５．２
合计 １４４５．４ １６９２．１ ８５．４ １２７９．６ １５２３．９ ８４．０
表４　２０１４年生长季樟子松人工林水量平衡各项因子 单位：ｍｍ
林外降
水量
林冠截
留量
流入
林内降水量 树干茎流量 合计
流出
樟子松液流通量 林内蒸散量 合计
流入－
流出
０ ３００ｃｍ土壤
贮水量变化量
地下水位
变化量
３６９．９ ４７．２ ３２２．０ ０．７ ３２２．７ ２２１．４ ３３８．９ ５６０．３ －２３７．６ －５２．６ －１７０．０
已知生长季降水量、林冠截留量和林内蒸散量，
可推算出樟子松林分可利用水量。章古台１９８３—
２０１４年平均降水量４７７．４ｍｍ，生长季４—１０月的降
水量４４８．８ｍｍ，林冠截留率按１５．５％计算。１—３月
和１１—１２月５个月的降水量为２８．６ｍｍ，可利用水量
按５０％计算。土壤贮水量变化量视为０，因此生长季
林内可供樟子松利用的水量为（４４８．８×（１－１５．５％）
＋２８．６×５０％）×（１－５７．８％）＝１６６．１ｍｍ。
２．６　樟子松合理密度的计算
研究表明樟子松带皮胸径与边材面积的关系式
为：Ａｓ＝０．７１１７ＤＢＨ
１．９４７２［２５］。其中，Ａｓ为樟子松边材
面积，ＤＢＨ为樟子松带皮胸径。用生长锥钻取胸径在
１４ ３０ｃｍ范围内的樟子松木芯后，用有色溶液浸染
木芯，未观测到心材。根据液流通量公式，已知可利
用水量、液流速率、液流时间，可计算出章古台每公顷
樟子松胸径最大边材面积应为：１．６６１×１０９／（２．５８×
４８０＋４．７８×７４４＋５．１９×７２０＋５．０１×７４４＋４．８４×
７４４＋４．３０×７２０＋１．９３×４８０）＝８３５４１．６ｃｍ２。
利用樟子松带皮胸径与边材面积关系式可计算
出不同径阶的边材面积，则每公顷各径阶樟子松合
理密度＝每公顷最大边材面积／各径阶边材面积（见
表５）。这里确定的合理密度是指可以维持沙地樟
子松人工林水量平衡而应采取的密度，如果特殊需
要培育小径材或大径材可适当增加密度或者减少
密度。
表５　章古台樟子松不同径阶合理密度
生长因子
林龄／ａ
１４ １５ １６ １８ １９ ２２ ２３ ２５ ２６ ３０ ３１ ３４ ３５ ４０ ＞４０
胸径／ｃｍ ８ １０ １２ １４ １６ １８ ２０ ２２ ２４ ２６ ２８ ３０
密度／（株·ｈｍ－２） ２０４７ １３２６ ９２９ ６８８ ５３１ ４２２ ３４４ ２８６ ２４１ ２０６ １７９ １５６
３　结论与讨论
樟子松液流速率晴天为单峰或双峰曲线，多云
天气为锯齿状的多峰曲线，降雨时间长短明显干扰
液流活动，胸径大小与液流速率相关性不大［３１］。章
古台樟子松液流速率与辐射、温度的变化基本一致，
与空气湿度变化相反。在土壤水分经历由湿润－干
旱 －湿润过程中液流速率日峰值在此期间呈现出
“Ｖ”型或“Ｕ”波动走势，液流速率在大时间尺度上
受土壤含水量的波动而波动。液流速率月平均值最
大值在各年里出现的月份并不固定，这是多种因素
共同作用的结果。
许多学者从不同角度对樟子松人工林的合理密
度进行了大量的研究工作。以２５ ３０ａ生樟子松
（胸径１４ １６ｃｍ）为例，原戈认为章古台地区７５０
６００株·ｈｍ－２为宜［８］；曾德慧从水量平衡角度认
为９６５ ６９９株·ｈｍ－２为宜［１２］；杨文斌在内蒙古呼
和浩特东南郊区（年降水量４００ｍｍ）测樟子松耗水
量，认为５２５株·ｈｍ－２为宜［３］；苑增武在黑龙江省
西部地区的讷河县用生物生产力比较的方式，认为
樟子松中龄林８２０ ６２０株·ｈｍ－２为宜［４］；张日升
通过对不同密度樟子松生长量的比较，认为２１ａ（胸
２０８
第６期 韩　辉，等：基于树干液流通量的沙地樟子松合理林分密度的确定
径１２ １４ｃｍ） ３１ａ（胸径１８ ２０ｃｍ）密度应控
制在１０００ ５００株·ｈｍ－２［１７］。本研究利用液流速
率、边材面积推算出了不同径阶（龄级）樟子松人工
林的合理密度。推算的１４ １６ｃｍ径阶樟子松密
度为６８８ ５３１株·ｈｍ－２，比原戈、曾德慧、苑增武
推算结果小，比杨文斌推算结果高一些，与张日升推
算结果基本一致，结论的异同应是研究方法、测试手
段和地理区域的不同造成的。
本项研究中只测定了３０年生以上林分，并且认
为不同林龄液流速率无差异，因为林地内林木分布
均匀不存在被压木，没有区分优势木、中等木、劣势
木液流速率的差别，只是选取平均木的液流速率做
为计算的依据；林冠截留率、林内蒸散量所占降水量
的比例直接影响着林内补充水量的多寡，此处用多
年均值来计算，没有考虑林龄、叶面积指数的影响；
自制小型蒸渗仪所测数值与实际蒸发散可能存在取
样带来的误差，将在以后的研究中加以完善。
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