全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 4) : 510 鶫 514
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 04-0510-05
有无枯落物覆盖对加勒比松林地表径流
及其 K 流失的影响
薛 立1, 傅静丹1, 郑卫国1, 赵鸿杰2, 谭家得2 , 张学平2
( 1. 华南农业大学林学院 , 广东 广州 510642; 2. 佛山市林业科学研究所 , 广东 佛山 528222)
摘要: 为了解有无枯落物对 K 随地表径流损失的影响, 研究比较了有无枯落物加勒比松林地表径流中的 K 流失的
特点, 结果表明: 有、无枯落物加勒比松林的年地表径流量分别为 12. 6、51.8 mm, 主要发生在夏季, 对应的地表径流
系数分别为 0.60% 、2. 48% , 表明前者能有效削弱地表径流。2 种林分的降水量和地表径流量的关系可用二项式方
程表示。有、无枯落物加勒比松林各月的地表径流 K 浓度分别为 3. 2 鶫 36. 3、1. 8 鶫 6. 0 mg·kg - 1 , 通过地表径流
输出的 K 量分别为 701、982 g·hm- 2 。2008 年5、6 月为有枯落物加勒比松林的 K 流失高峰, 6 月为无枯落物加勒比
松林的 K 流失高峰。地表径流的 K浓度和径流量之间存在对数关系, K的流失量主要由径流量决定。
关键词: 加勒比松; 枯落物; 地表径流; K 流失
中图分类号: S725 文献标识码: A
收稿日期 : 2009-01-08
基金项目 : 广东省林业局资助项目 ( 4400 - F07041) ; 佛山市科技资助项目 ( 2005020061 ) 资助
作者简介 : 薛立 ( 1958— ) , 男 , 湖南桃江人 , 教授 , 博士 , 主要研究方向为森林生态学和森林培育学 . E-mail: forxue@ scau. edu. cn
Effect of Litterfall Cover on Runoff and Potassium Loss
in Pinus caribaea Stands
XUE Li1, FU Jing-dan1 , ZHENG Wei-guo1, ZHAO Hong-jie2 , TAN Jia-de2, ZHANG Xue-ping2
( 1. College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China;
2. Foshan Institute of Forestry Science, Foshan 528222, Guangdong, China)
Abstract: Potassium loss characteristics in runoff in Pinus caribaea stands with and without litterfall cover in Foshan
were studied to understand the effect of litterfall on K loss of runoff. Annual runoff amounts of P. caribaea stands
with and without litterfall cover were 12. 6 mm and 51. 8 mm, respectively, occurring mainly in summer. Runoff
coefficients of P. caribaea stands with and without litterfall cover were 0. 60% and 2. 48% , respectively, indicating
the former was good at reducing runoff. The relationship between rainfall and runoff could be expressed using a
binomial equation. Monthly K concentration of P. caribaea stand with litterfall cover ranged from 3. 2 to 36. 3 mg·
kg
- 1
, whereas that of P. caribaea stand without litterfall cover ranged from 1. 8 to 6. 0 mg·kg - 1 . Annual K losses
of P. caribaea stands with and without litterfall cover were 701 and 982 g·hm- 2 , respectively. A distinct seasonal
pattern of K loss was observed at May and June, 2008 for P. caribaea stand with litterfall cover and at June, 2008
for P. caribaea stand without litterfall cover. Annual K losses were mainly decided by the amount of runoff. A
logarithmic relationship existed between K concentration in runoff and the runoff.
Key words: Pinus caribaea; litterfall; runoff; potassium loss
K是植物生长发育必不可少的大量元素之一。
华南地区的气候特点是夏季大雨频发, 容易形成地
表径流, 使酸性表土中的 K随径流而流失 [ 1 - 2 ] , 造成
土壤肥力下降。森林枯落物吸收降水 [ 3] , 使森林土
第 4 期 薛 立等: 有无枯落物覆盖对加勒比松林地表径流及其 K 流失的影响
壤利于降水下渗 [ 4 ] , 所以森林能减少地表径流和土
壤养分流失 [ 5 - 7 ] 。研究地表径流中养分的流失对维
持土壤肥力有重要意义。国内外学者对径流与植被
覆盖的相互关系进行了大量研究 [ 8 - 14 ] , 但对地表径
流中养分流失的研究集中在 N和 P上 [ 7 , 15 - 22] , 罕见
对 K 的研究 [ 23 - 24] 。加勒比松 ( Pinus caribaea More-
let) 于 20 世纪 60 年代引进我国, 现已成为华南地区
重要的用材树种 [ 2 5] 。本文研究森林枯落物对地表
径流和 K 流失的影响, 为合理利用土地资源、评价和
防止土壤退化提供参考。
1 研究方法
1. 1 样地概况
试验地位于广东省佛山市林科所 ( 113°00′E,
23°06′N) , 属亚热带季风性气候, 年平均气温 22
℃, 年降水量 2 383 mm, 集中在 4—8 月; 试验林位
于坡度 5°的东南坡上; 土壤为赤红壤, 土层深厚, 呈
强酸性。2008 年试验林为 18 年生加勒比松人工
林, 林分结构简单, 林冠稀疏, 密度 204 株·hm- 2 , 郁
闭度 0. 6。林下层植物以海金莎 ( Lygodium japoni-
cum ( Thunb. ) Sw. ) 、扇叶铁线蕨 ( Adiantum flabellu-
latum Linn) 和金银花 ( Lonicera japonica Thunb. ) 为
主, 覆盖度约 30% 。
自 2001 年 4 月开始, 在立地条件一致的加勒比
松林分中部各设置 1 块面积 30 m×30 m的全部收获
枯落物样地和不收获枯落物样地。前者每月收获 1
次枯落物, 后者则禁止任何人为活动。2008 年, 去除
枯落物加勒比松林样地的林木平均胸径 25. 5 cm, 平
均树高 14. 4 m, 保留枯落物林分样地的分别为平均胸
径 32. 4 cm, 平均树高 16. 1 m。2008 年用环刀法测得
有、无枯落物加勒比松林样地的非毛管孔隙分别为
22% 和 14% 。有枯落物加勒比松林分的枯落物干质
量为 12 t·hm- 2 , 枯落物最大持水量 11 t·hm- 2。
1.2 径流场设置
2007 年 6 月, 在去除和保留枯落物林分样地各
设置一个水平面积 100 m2 的地表径流场 ( 长 20 m,
宽 5 m) , 长边顺坡垂直于等高线, 短边与等高线平
行。场四周用砖砌成截水墙, 水泥抹面, 场上方及
两侧均开排水沟。场下端设倒梯形集水槽, 下设积
流池, 每次雨后收集并测量地表径流体积。
1.3 降水量的测定
从 2007 年 7 月底到 2008 年 6 月, 在距径流场
10 m的裸地设置标准雨量筒 3 个, 每次降水后跟踪
测量降水量, 并采集水样, 按月份进行统计。
1.4 水样分析
产生地表径流后, 在径流池中取 1 000 mL 径流
水样, 水样测定前在 4 ℃条件下保存 ( 不超过 8 鶫
24 h) , 用原子吸收分光光度法测定 K。
K 流失量按如下公式计算:
K 流失量 = K 浓度( mg·kg
- 1 )
1 000
×径流量( mm)
100
×10 000( m2 ) ×100 ( 1)
2 结果分析
2.1 降水和径流量的变化特征
2007 年 7 月至 2008 年 6 月, 佛山市林科所降
水量为 2 091 mm, 其中 2007 年 7—9 月和 2008 年
5—6 月的雨季降水量占全年降水量的 82% , 而 10—
12 月的降水量较小, 仅占全年降水量的 1. 5% ( 图
1) 。样地月径流量的年内分布规律和降水量相似,
2007 年 8—9 月和 2008 年 5—6 月, 有、无枯落物加
勒比松林的径流量分别占全年径流量的 90% 和
88% ( 图 2) ; 在累积降水量小于 20 mm的 10—12 月
没产生径流。
图 1 不同年份加勒比松林各月的降水量 图 2 不同年份加勒比松林各月的地表径流量
115
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
有、无枯落物加勒比松林的径流总量分别为
12. 6、51. 8 mm, 说明地表枯枝落叶层有一定的持
水能力 , 因此不易形成地表径流。无枯落物加勒比
松林丧失了地表枯落物的持水功能 , 并使土壤有机
质减少 , 影响了团聚体形成 , 导致土壤非毛管孔隙
减少, 水 分 下渗 受 阻 [ 26 ] , 故降 雨 时易 形 成地 表
径流。
2. 2 地表径流系数的变化
有、无枯落物加勒比松林的年地表径流系数分
别为 0. 60% 、2. 48% ( 图 3) , 后者是前者的 4. 1 倍,
说明枯落物覆盖和土壤孔隙状况对地表径流的影响
很大。2 种林分的地表径流系数在 2007 年 9 月和
2008 年 5、6 月出现峰值, 无枯落物加勒比松林各月
的地表径流系数均比相同时间有枯落物加勒比松林
的大。
图 3 枯落物对加勒比松林地表径流系数的影响
2. 3 地表径流量和降水量的关系
根据实测数据分析了月降水量与地表径流量的
关系( 图 4) , 得出有、无枯落物加勒比松林的地表径
流量( Y) 与降水量( x) 的回归方程( 表 1) , 随着降水量
的增加, 2 种林分的地表径流量按二项式方程增加。
图 4 有无枯落物加勒比松林地表径流量
与降水量的关系 ( 样本数 = 12 )
表 1 地表径流量( Y) 与降水量( x) 的回归方程
林分 回归方程 R P
有枯落物加勒比松林 Y= 0. 003x + 0. 000 008 x2 - 0.091 0.987 <0. 001
无枯落物加勒比松林 Y= 0. 024x + 0. 000 011 x2 - 0.566 0.993 <0. 001
2.4 地表径流 K 浓度随径流量变化的规律
有枯落物加勒比松林各月的地表径流中 K 浓度
普遍较高, 为 3. 2 鶫 36. 3 mg·kg - 1, 其中, 2007 年 7
月和 2008 年 2 月较高, 分别为 32. 1、36. 3 mg·kg - 1
( 图 5) ; 无枯落物加勒比松林地表径流中 K 浓度为
1. 8鶫 6. 0 mg·kg - 1, 其中, 2007 年 7 月和 2008 年 2
月较高, 分别为 4. 6、6. 0 mg·g - 1。有枯落物加勒比
松林各月的地表径流 K 浓度均比无枯落物加勒比松
林的大。
有、无枯落物加勒比松林 K 随年地表径流的流
失量分别为 701、982 g·hm- 2, 除 2008 年 2、4、5 月
外, 各月地表径流中 K 流失量均为无枯落物加勒比
松林的比有枯落物加勒比松林的大( 图 6) 。2007 年
8、9 月为 K 流失量的第 1 个高峰, 分别占有、无枯落
物加勒比松林 K 年流失量的 21% 和 23% , 2008 年
5、6 月为加勒比松林 K 流失的第 2 个高峰, 分别占
有无枯落物加勒比松林 K 年流失量的 51% 和 55% 。
图 5 加勒比松林各月地表径流中的 K 浓度
图 6 加勒比松林各月地表径流中 K 流失量
215
第 4 期 薛 立等: 有无枯落物覆盖对加勒比松林地表径流及其 K 流失的影响
2.5 地表径流 K 浓度与地表径流量的关系
由图 7 可以看出: 各月地表径流 K 浓度与各月
地表径流量之间存在着对数关系, 2 种林分的地表
径流 K 浓度均与地表径流量显著相关 ( P < 0. 05) ,
说明通过这些回归方程可根据林分内某次降水的径
流量计算出该径流的 K 浓度。
图 7 各月加勒比松林地表径流中 K 浓度与地表径流量的关系
3 结论与讨论
( 1) 有、无枯落物加勒比松林的地表径流高峰
期均出现 2007 年 8—9 月和 2008 年 5—6 月, 分别
占其全年地表径流量的 90% 和 88% , 主要原因是此
期间暴雨、大雨多。2007 年 8、9 月和 2008 年 5、6 月
的降水量在 249 mm以上, 日降水量 40 mm以上的
暴雨和大雨达 3 次以上, 其他月份的降水量在 110
mm以下, 日降水量均在 40 mm以下, 说明在月降水
量 110 mm 且日降水量 40 mm 以下时, 林地有一定
蓄水和削弱地表径流的作用。另外, 地表径流的产
生可能与前期土壤含水量有关。2007 年 7 月和
2008 年 4 月的降水量较大, 导致土壤含水量高, 进
而影响水分下渗, 增加地表径流量。无枯落物加勒
比松林的年地表径流量是有枯落物加勒比松林的
4. 1 倍, 这是因为去除地表枯落物减少了地表粗糙
度, 增加了地表径流流速, 使林地有机质降低、土壤
孔隙减少 [ 26] ; 此外, 有枯落物加勒比松林的 12 t·
hm
- 2的枯落物还可多吸收 11 t·hm- 2的降水。地表
径流系数最大值出现的时间与降水量最大的月份一
致。无枯落物加勒比松林在 2008 年 1、3、4 月的地
表径流量相近, 但是 1 月的降水量比 3、4 月的小, 导
致其径流系数比 3、4 月的大。
( 2) 有枯落物加勒比松林各月的地表径流 K 浓
度均比无枯落物加勒比松林的大, 这与地表径流量
相反, 表明径流量对 K 有稀释作用, 也与枯落物为 K
源有关。2 种林分地表径流中 K 浓度与径流量之间
均为显著的对数相关。有、无枯落物加勒比松林的
K 年流失量分别为 701、982 g·hm - 2 , 2007 年 8—9
月和 2008 年 5—6 月为 K 流失高峰, 分别占有枯落
物加勒比松林的 K 年流失量的 21% 、51% 和无枯落
物加勒比松林 K 年流失量的 23% 、55% 。K 流失量
取决于地表径流量及 K 浓度, 与有枯落物加勒比松
林相比, 无枯落物林分的地表径流量大, 而径流中 K
浓度小, 但是其 K 流失量大于前者, 说明地表径流量
对 K 流失量的影响比 K 浓度对它的影响大。
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