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Distribution of Throughfall under the Shrub Canopy of Single Caragana tangutica Clump in the Qilian Mountains

祁连山区甘青锦鸡儿灌丛单株的穿透雨分布特征


[目的] 探讨祁连山西水林区甘青锦鸡儿灌丛冠下穿透雨分布特征及其影响因素,为定量评价祁连山区甘青锦鸡儿灌丛的生态水文功能和基于生态过程的灌丛水文模型的参数化提供数据支撑。[方法] 基于祁连山甘青锦鸡儿种群特征调查,在坡中位选取3株代表性甘青锦鸡儿灌丛,沿冠层枝条辐散方向选取观测断面,在断面上布设承雨器,对叶量稳定期内12次降雨事件的冠层穿透雨及其空间分布进行测定,分析穿透雨与降雨特征的关系以及冠下穿透雨空间分布格局及其影响因素。[结果] 甘青锦鸡儿灌丛冠下穿透雨在不同降雨事件中差异较大,观测期内单株灌丛的平均穿透雨率为45.9%; 穿透雨量与降雨量之间呈线性关系(y=0.626 2x-1.018 1,R2=0.983),穿透雨率与降雨量之间呈二次函数关系(y=-0.033 6x2+1.806 8x+34.094,R2=0.575 3); 穿透雨率具有明显的空间异质性,平均穿透雨率沿径向由距灌丛基部10 cm处的28.98%单调递增至距基部90 cm处的62.19%,受冠层结构特征的影响,在距灌丛基部30~50 cm的区间内增加量最大,占总增加量的61%; 穿透雨率沿径向的空间变异系数随降雨量的增大而降低,在降雨量小于10 mm的小降雨事件中穿透雨率的空间变异性尤为显著; 穿透雨率的空间分布格局还受降雨强度的影响,当降雨强度为0.97和4.27 mm·h-1时,距灌丛基部10~30和50~90 cm的穿透雨率有明显差异,而当降雨强度为25.06 mm·h-1时,穿透雨率沿径向的差异被弱化。[结论] 单株甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨特征同时受降雨特征和冠层结构特征的影响,其冠下穿透雨量与降雨量及穿透雨率与降雨量间的关系与前人相关研究结果一致。冠层特征决定了冠下穿透雨的空间分布总格局,但穿透雨的空间分布格局也受降雨量和降雨强度的影响,降雨量增大或降雨强度达到一定程度时均会降低冠下穿透雨的空间异质性。

[Objective] In this study, the distribution characteristics of throughfall under the Caragana tangutica shrub canopy and its influence factors were researched. The aims of this paper were to provide the basal data for quantitatively evaluating the eco-hydrology function of Caragana tangutica shrub in the Qilian Mountains as well as parameterized the hydrological model which relying on the ecological process. [Method] Based on the investigation of population characteristics, three representative Caragana tangutica shrubs were selected on the middle slope. The measurement radial sections along the branch radial direction were selected. Containers for rain water collection were installed at each radial section. The throughfall and its spatial distribution were measured after 12 rainfall events at the period with stable foliage volume. Then the relationship between throughfall and rainfall, as well as the spatial distribution pattern and its influence factors were analyzed. [Result] The throughfall under Caragana tangutica canopy exhibited evident differences in different rainfall events. In the observation period, the mean throughfall rate of individual shrub was 45.9%. There was a linear relationship(y=0.626 2x-1.018 1,R2=0.983) between throughfall volume and rainfall and a quadratic function relationship between throughfall rate and rainfall(y=-0.033 6x2+1.806 8x+34.094,R2=0.575 3). The throughfall rate exhibited an evident spatial heterogeneity and monotonously increased from 28.98% at 10cm distance to the shrub base to 62.19% at 90cm distance to the shrub base along the radial direction. Influenced by the canopy structure characteristics, the biggest increment was occurred at a distance of 30—50 cm, which accounted for 61% of the total increment. The spatial variable coefficient of throughfall rates along the radial direction were decreased with the increasing rainfall, which expressed more remarkable when the rainfall was less than 10 mm. The distribution pattern was also changed when the rainfall intensity was increased. When the rainfall intensity were 0.97 or 4.27 mm·h-1, there was an evident difference of throughfall rates between 10—30 cm and 50—90 cm, while this difference could be weaken when the rainfall intensity was 25.06 mm·h-1.[Conclusion] The throughfall features of individual Caragana tangutica shrub were influenced by characteristics of both rainfall and the canopy structural. The relationships between throughfall volume and rainfall as well as between throughfall rate and rainfall were in accordance with findings of correlational researches that conducted by predecessors. The general spatial distribution pattern of throughfall under the canopy was determined by the canopy features, while this pattern was also influenced by rainfall volume and rainfall intensity. The increase of rainfall or when the rainfall intensity reached a certain extent both can decrease the spatial heterogeneity of throughfall under the canopy.


全 文 :第 51 卷 第 7 期
2 0 1 5 年 7 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51,No. 7
Jul.,2 0 1 5
doi:10.11707 / j.1001-7488.20150715
收稿日期: 2014 - 05 - 05; 修回日期: 2015 - 05 - 11。
基金项目: 国家自然科学基金项目(91125012; 31460221) ; 甘肃省科技厅自然基金(1208RJZA141)。
* 刘贤德为通讯作者。
祁连山区甘青锦鸡儿灌丛单株的穿透雨分布特征*
马 瑞1,2,3 刘贤德1,3 肖洪浪2 王顺利1 敬文茂1 赵锦梅3
(1.甘肃省祁连山水源涵养林研究院 张掖 734000; 2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 兰州 730000;
3.甘肃农业大学林学院 兰州 730070)
摘 要: 【目的】探讨祁连山西水林区甘青锦鸡儿灌丛冠下穿透雨分布特征及其影响因素,为定量评价祁连山区
甘青锦鸡儿灌丛的生态水文功能和基于生态过程的灌丛水文模型的参数化提供数据支撑。【方法】基于祁连山甘
青锦鸡儿种群特征调查,在坡中位选取 3 株代表性甘青锦鸡儿灌丛,沿冠层枝条辐散方向选取观测断面,在断面上
布设承雨器,对叶量稳定期内 12 次降雨事件的冠层穿透雨及其空间分布进行测定,分析穿透雨与降雨特征的关系
以及冠下穿透雨空间分布格局及其影响因素。【结果】甘青锦鸡儿灌丛冠下穿透雨在不同降雨事件中差异较大,
观测期内单株灌丛的平均穿透雨率为 45. 9% ; 穿透雨量与降雨量之间呈线性关系 ( y = 0. 626 2x - 1. 018 1,R2 =
0. 983),穿透雨率与降雨量之间呈二次函数关系( y = - 0. 033 6x2 + 1. 806 8x + 34. 094,R2 = 0. 575 3); 穿透雨率具
有明显的空间异质性,平均穿透雨率沿径向由距灌丛基部 10 cm 处的 28. 98% 单调递增至距基部 90 cm 处的
62. 19%,受冠层结构特征的影响,在距灌丛基部 30 ~ 50 cm 的区间内增加量最大,占总增加量的 61% ; 穿透雨率沿
径向的空间变异系数随降雨量的增大而降低,在降雨量小于 10 mm 的小降雨事件中穿透雨率的空间变异性尤为显
著; 穿透雨率的空间分布格局还受降雨强度的影响,当降雨强度为 0. 97 和 4. 27 mm·h - 1时,距灌丛基部 10 ~ 30 和
50 ~ 90 cm 的穿透雨率有明显差异,而当降雨强度为 25. 06 mm·h - 1时,穿透雨率沿径向的差异被弱化。【结论】单
株甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨特征同时受降雨特征和冠层结构特征的影响,其冠下穿透雨量与降雨量及穿透雨率与
降雨量间的关系与前人相关研究结果一致。冠层特征决定了冠下穿透雨的空间分布总格局,但穿透雨的空间分布
格局也受降雨量和降雨强度的影响,降雨量增大或降雨强度达到一定程度时均会降低冠下穿透雨的空间异质性。
关键词: 祁连山; 甘青锦鸡儿灌丛; 穿透雨; 空间分布
中图分类号: S715. 2 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 7488(2015)07 - 0136 - 06
Distribution of Throughfall under the Shrub Canopy of Single
Caragana tangutica Clump in the Qilian Mountains
Ma Rui1,2,3 Liu Xiande1,3 Xiao Honglang2 Wang Shunli1 Jing Wenmao1 Zhao Jinmei3
(1 . Academy of Water Resources Conservation Forests in Qilian Mountains of Gansu Province Zhangye 734000;
2 . Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences Lanzhou 730000;
3 . Forestry College of Gansu Agriculture University Lanzhou 730070)
Abstract: 【Objective】In this study,the distribution characteristics of throughfall under the Caragana tangutica shrub
canopy and its influence factors were researched. The aims of this paper were to provide the basal data for quantitatively
evaluating the eco-hydrology function of Caragana tangutica shrub in the Qilian Mountains as well as parameterized the
hydrological model which relying on the ecological process. 【Method】Based on the investigation of population
characteristics,three representative Caragana tangutica shrubs were selected on the middle slope. The measurement
radial sections along the branch radial direction were selected. Containers for rain water collection were installed at each
radial section. The throughfall and its spatial distribution were measured after 12 rainfall events at the period with stable
foliage volume. Then the relationship between throughfall and rainfall,as well as the spatial distribution pattern and its
influence factors were analyzed. 【Result】The throughfall under Caragana tangutica canopy exhibited evident differences
in different rainfall events. In the observation period,the mean throughfall rate of individual shrub was 45. 9% . There
was a linear relationship( y = 0. 626 2x - 1. 018 1,R2 = 0. 983) between throughfall volume and rainfall and a quadratic
function relationship between throughfall rate and rainfall( y = - 0. 033 6x2 + 1. 806 8x + 34. 094,R2 = 0. 575 3) . The
第 7 期 马 瑞等: 祁连山区甘青锦鸡儿灌丛单株的穿透雨分布特征
throughfall rate exhibited an evident spatial heterogeneity and monotonously increased from 28. 98% at 10cm distance to
the shrub base to 62. 19% at 90cm distance to the shrub base along the radial direction. Influenced by the canopy
structure characteristics,the biggest increment was occurred at a distance of 30—50 cm,which accounted for 61% of the
total increment. The spatial variable coefficient of throughfall rates along the radial direction were decreased with the
increasing rainfall,which expressed more remarkable when the rainfall was less than 10 mm. The distribution pattern was
also changed when the rainfall intensity was increased. When the rainfall intensity were 0. 97 or 4. 27 mm·h - 1,there was
an evident difference of throughfall rates between 10—30 cm and 50—90 cm,while this difference could be weaken when
the rainfall intensity was 25. 06 mm·h - 1 .【Conclusion】The throughfall features of individual Caragana tangutica shrub
were influenced by characteristics of both rainfall and the canopy structural. The relationships between throughfall volume
and rainfall as well as between throughfall rate and rainfall were in accordance with findings of correlational researches that
conducted by predecessors. The general spatial distribution pattern of throughfall under the canopy was determined by the
canopy features,while this pattern was also influenced by rainfall volume and rainfall intensity. The increase of rainfall or
when the rainfall intensity reached a certain extent both can decrease the spatial heterogeneity of throughfall under the
canopy.
Key words: Qilian Mountains; Caragana tangutica shrub; throughfall; spatial distribution
祁连山区是我国西北三大内陆河流域的主要水
源涵养林区,林业用地面积 60. 67 万 hm2,其中乔木
林 16. 6 万 hm2,灌木林 41. 24 万 hm2,灌木林面积约
占水源涵养林总面积的 2 /3,因此研究灌木林的降
水再分配过程对于深入认识和评价该区域的生态水
文功能具有重要意义。林冠层作为第一作用层对大
气降水进行了初次分配,同时改变了降雨的空间分
布格局(李振兴等,2004)、雨水化学性质(樊后保,
2000; Hofhansl et al.,2012)以及营养物质的循环和
分配格局(Parker,1983)。降雨在林冠层的分配比
例取决于降雨特征和林冠自身的结构,在降雨性质
相同的情况下,冠层形态特征是影响灌丛降雨截留
的重要因素(刘章文等,2012)。林冠水平结构上的
差异使冠下穿透雨具有明显的空间异质性(Marin et
al.,2000; Gómez et al.,2002; 曹云等,2007)。
我国对祁连山灌丛林冠降雨再分配的研究较
少。聂雪花(2009)和张平等(2013)对祁连山区林
草复合流域 5 种不同类型灌丛的降雨截留率和穿透
率分季节进行了测定,所得的穿透率为 77. 55% ~
93. 02% ; 刘章文等(2012)研究了祁连山 4 种典型
灌丛的降雨截留特征及其与降雨特征的关系,所得
穿透率为 52. 3%~ 63. 5%。这些研究均是以林分为
尺度,代表了呈斑块状分布的灌丛的降雨分配特征。
然而,在山地生境下,灌丛密度分布的空间异质性较
大,研究者在林分选择时的取向不同会使研究结果
差异较大,因此,有必要以灌丛个体为空间单位,进
行降雨再分配的研究。
甘青锦鸡儿 ( Caragana tangutica)是祁连山区
海拔 2 300 ~ 2 600 m 的阴坡、半阴坡和干旱河谷分
布的主要灌丛类型之一,与其他干性灌丛共同构成
了荒漠草原与乔木林的过渡林型。在祁连山区,除
了沟谷和地势较平缓的坡下位外,坡中位及以上的
甘青锦鸡儿灌丛的丛密度存在着较大空间异质性,
形态特征也随坡位发生变化,这使得在林分尺度上
测定得到的降雨分配关系不具有普适性。因此,本
研究针对坡地生境条件,以灌丛个体为空间尺度单
元,沿冠部枝条辐散方向选取断面布设承雨器,测定
分析穿透雨与降雨特征的关系和冠下穿透雨空间分
布格局及其影响因素,以期为进一步精确定量评价
祁连山区甘青锦鸡儿灌丛的生态水文功能和基于生
态过程的灌丛水文模型的细化与参数化提供数据
支撑。
1 研究区概况
研究区位于祁连山中段的西水林区(100°17E,
38°24N),属于高寒半干旱、半湿润山地森林草原
气候。据祁连山水源涵养林生态系统定位研究站长
期气象观测,试验区年均气温 0. 5 ℃,年均降水量
359. 2 mm,5—9 月降水占全年的 83. 11%,年均蒸
发量 1 052 mm,年均空气相对湿度 60%。研究区土
壤和植被随山地地形形成明显的垂直分布带,主要
的土壤类型有山地森林灰褐土、山地栗钙土以及亚
高山灌丛草甸土,其总的特征是土层薄、质地粗、粉
沙含量高、有机质含量中等、pH7. 0 ~ 8. 0,成土母质
主要是泥炭岩、砾岩和紫红色沙页岩等。植被以青
海云杉(Picea crassifolia)林为主,呈斑块状分布在阴
坡和半阴坡; 灌木主要有鬼箭锦鸡儿 ( Caragana
jubata)、高山柳( Salix cupularis)、金露梅 (Dasiphora
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林 业 科 学 51 卷
fruticosa)、鲜黄小檗(Berberis diaphana)和甘青锦鸡
儿等。
2 研究方法
试验区位于祁连山水源涵养林研究院西水生态
站,海拔 2 600 m。甘青锦鸡儿灌丛生长在半阳坡
上,坡度 30° ~ 70°。在地势较平缓的下坡,灌丛呈
斑块状集中分布,生长状况良好; 中坡以上灌丛密
度相对较低。2013 年 7 月初,在全面调查甘青锦鸡
儿灌丛特征的基础上,在中坡选取 3 丛代表性的灌
丛,编号为灌丛 1、灌丛 2 和灌丛 3,其特征见表 1。
表 1 灌丛特征
Tab. 1 Shrub characteristics
指标 Index
灌丛 1
Shrub 1
灌丛 2
Shrub 2
灌丛 3
Shrub 3
丛高 Shrub height / cm 210 180 190
冠幅直径 Crown breadth / cm 255 × 251 288 × 286 310 × 280
冠厚 Crown thickness / cm 130 110 125
萌蘖枝数 Number of branches 38 67 63
平均枝条倾斜度 Mean gradient
of branches /( °)
65 38 55
二级分枝数 Number of
secondary branches
14. 33 20 23
在综合考虑冠厚和冠层结构特征的基础上,在
每个灌丛的冠层下方,沿冠层枝条辐散方向,即在冠
幅范围内径向各选取一个具有代表性的观测断面,
对断面下方土层进行平整并清除杂草后,布设长
100 cm、宽 20 cm、深 20 cm 的承雨槽,用于收集整个
观测断面的穿透雨。承雨槽的长度是由冠层垂直投
影面的边缘线距灌丛基部的距离确定的。由于观测
断面的冠厚由内而外减小,这必将引起穿透雨的径
向变化,因此,本试验以 20 cm 为间距,在 3 个承雨
槽的右侧各布设了一列内径为 13 cm 的承雨筒,用
于分析穿透雨的冠幅径向变化特征。每个承雨槽一
侧共布设了 5 个承雨筒,承雨筒中心点与灌丛中心
的距离分别为 10,30,50,70 和 90 cm。对承雨槽和
承雨筒外围土体进行夯实固定,以保证在长期观测
过程中受雨面积不变。
穿透雨的测定时间为 2013 年 7 月中旬至 9 月
上旬,这一时期叶量最大且较为稳定。因试验区位
于祁连山西水生态站一侧的坡地上,距生态站较近,
故能够在每次降雨结束后迅速赶到布设点进行测
定;如降雨结束在夜间,则在第二天早晨日出前完成
测定。为防止冠下草本植物对穿透雨收集的干扰,
定期对其进行修剪或清除。林外降雨量及降雨强度
数据来自西水生态站站内气象场的观测数据。
数据处理和作图用 Excel 软件完成,相关性分
析用 Spss10. 0 软件完成。
3 结果与分析
3. 1 降雨事件统计 观测期内共发生降雨事件 12
次,合计降雨量为 123. 7 mm。从降雨量的分布区间
来看,< 2,2 ~ 10,10 ~ 20 和 > 20 mm 的降雨事件分
别有 1,5,5 和 1 次,最大降雨事件发生在 2013 年 7
月 31 日午后,50 min 内降雨量达 20. 8 mm,雨强为
25. 06 mm·h - 1,属研究区少见的强降雨。
3. 2 穿透雨特征 1) 灌丛穿透雨与降雨量的关系
在灌丛尺度上,每次降雨事件的冠层穿透雨量取 3
个承雨槽所测数据的平均值,计算得出观测期内甘
青锦鸡儿灌丛的平均穿透雨率为 45. 9%。由图 1
可知,灌丛的穿透雨量随降雨量增加呈线性增大趋
势( y = 0. 626 2x - 1. 018 1,R2 = 0. 983); 穿透雨率
与降雨量则呈二次函数关系 ( y = - 0. 033 6x2 +
1. 806 8x + 34. 094,R2 = 0. 575 3),即穿透雨率随降
雨量增大而增大,但增大幅度逐渐减小。
图 1 灌丛穿透雨量、穿透雨率与降雨量的关系
Fig. 1 Relationship between throughfall,
throughfall rate and rainfall
2) 穿透雨率的断面间差异 表 2 表明,各断面
在观测期内穿透雨率的变化较大。12 次降雨事件
的平均穿透雨率在冠层枝条倾斜度较大的断面 1 和
断面 3 之间差异不大(P < 0. 05),而二者穿透雨率
明显大于枝条倾斜度较小的断面 2(P < 0. 05),说明
冠层枝条倾斜度较大有利于穿透雨的形成,其原因
可能与枝条接近水平时形成的枝干流较少有关; 观
测期内的断面平均穿透雨率越大,其变异系数越小,
相关性分析表明,断面穿透雨率变异系数与平均穿
透雨率在 0. 01 水平上显著负相关。断面 2 在不同
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第 7 期 马 瑞等: 祁连山区甘青锦鸡儿灌丛单株的穿透雨分布特征
雨量级事件中的平均穿透雨率最小,但其变异系数
最大,这主要是由于断面 2 的冠层枝条倾角最小,使
得萌蘖枝上的次级分枝在承雨槽上方有较多分布,
而甘青锦鸡儿灌丛的叶子都着生在这些次级分枝及
其上更细的枝条上,这使得叶量明显增多,进而加大
了对降雨的截持力度。
表 2 各断面穿透雨率特征
Tab. 2 Characteristics of throughfall rate at
each radial section
断面
Cross section
最大值
Maximum(% )
最小值
Minimum(% )
平均值
Mean value
变异系数
CV
1 62. 43 24. 22 48. 19 0. 22
2 53. 23 10. 00 35. 17 0. 41
3 64. 11 41. 72 54. 24 0. 13
3) 穿透雨率径向变化特征 由图 2 可知,甘青
锦鸡儿灌丛冠层的穿透雨率沿径向由距灌丛基部
10 cm 处 的 28. 98% 单 调 递 增 至 90 cm 处 的
62. 19%,增加了 33. 20%。其中,30 ~ 50 cm 区间
内的增加量最大,占总增加量的 61%,其原因与冠
厚在这一区间的显著降低有关,而这也正是坡地甘
青锦鸡儿灌丛冠厚空间变化的普遍现象。
图 2 穿透雨率的径向变化
Fig. 2 Variation of throughfall rate at the radial direction
4) 降雨量对穿透雨空间异质性的影响 穿透
雨率沿径向分布的空间异质性随降雨量变化而变
化。由图 3 可知,穿透雨率沿径向的空间变异系数
随降雨量增大而降低,二者间呈幂函数关系 ( y =
0. 845x - 0. 493 2,R2 = 0. 717),说明降雨量增大后
弱化了穿透雨沿径向分布的空间异质性,且这一作
用在降雨量小于 10 mm 的降雨事件中表现尤为突
出,此时,穿透雨率变异系数为 0. 75 ~ 0. 22; 而当降
雨量大于 10 mm 时,冠层截留的雨水趋于饱和,使
得穿透雨率变异系数趋于稳定,为 0. 22 ~ 0. 14。
5) 降雨强度对穿透雨率径向分布格局的影响
为了分析说明降雨强度对穿透雨率径向分布格局的
影响,从 12 次降雨事件中选取降雨强度差异较大的
4 次降雨事件,其降雨强度分别为 0. 59,0. 97,4. 27
和 25. 06 mm·h - 1。由图 4 可知,在不同降雨强度
图 3 穿透雨率径向变异系数与降雨量的关系
Fig. 3 Relationship between throughfall variable
coefficient and rainfall at the radial direction
下,3 个观测断面的平均穿透雨率均从 10 cm 处向
90 cm 处增大,但在不同区间的增大幅度因降雨强
度不同而有所不同。当降雨强度为 0. 59 mm·h - 1
时,穿透雨率由 10 cm 处向 90 cm 处均匀增大。当
降雨强度为 0. 97 和 4. 27 mm·h - 1时,穿透雨率的增
大幅度在 10 ~ 30 和 50 ~ 90 cm 这 2 个区间有明显
分化,这应与不同区间的枝叶特征及其导流效应有
关。甘青锦鸡儿灌丛的观测断面在距基部 50 cm 的
范围内生长有大量无叶且倾角较小的粗枝,可使相
当一部分雨水以枝干流的形式向灌丛基部输送,而
50 cm 以外形成的枝干流则较少,大部分雨水会以
穿透雨的形式滴落。当降雨强度增至 25. 06 mm·
h - 1时,冠层各处对降雨截留的影响显著降低,穿透
雨率的径向差异明显变小。
图 4 不同降雨强度下穿透雨率径向分布特征
Fig. 4 Distribution characteristics of throughfall rates
along the radial direction at different rainfall intensity
4 结论与讨论
灌丛下土壤的孔隙度大,水分渗透力强,蓄水量
大(党宏忠等,2006),故可将短期降水有效转化为
缓慢流出的地下径流,实现了涵养水源作用。灌丛
林的水源涵养效能很大程度上取决于实际进入土壤
的穿透雨量。考虑到山地生境下灌丛密度的非均匀
分布,本研究以灌丛个体为空间单元,研究了祁连山
甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨,得到的穿透雨率约为
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45. 9%,远小于张平等(2013)在林分尺度上测得的
甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨率 (93. 02% ),其差值足
以反映林间空地降雨输入的重要性,以及研究降雨
分配时考虑灌丛密度空间分布不均的必要性。
甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨量和降雨量具有线性
关系( y = 0. 626 2x - 1. 018 1,R2 = 0. 983),这和在
祁连山开展的金露梅、高山柳、沙棘 ( Hippophae
rhamnoides)和箭叶锦鸡儿等灌丛的研究结果(刘章
文等,2012)一致,但各自线性函数的斜率不同,表
明穿透雨随降雨量增大而增大的幅度存在着灌丛类
型间的差异。此外,目前对冠下穿透雨空间分布格
局的国内研究(李振兴等,2004; 时忠杰等,2006;
战伟庆等,2006; 曹云等,2007; 田凤霞等,2012)
均是针对乔木林开展的。本研究中,甘青锦鸡儿灌
丛穿透雨的空间分布总格局与乔木林基本相似,所
不同的是甘青锦鸡儿灌丛在沿径向 10 ~ 30,30 ~ 50
和 50 ~ 90 cm 这几个区间有明显分化,这主要是由
于灌丛的冠层空间构型有别于乔木林,灌丛的基株
可分蘖形成数量较多的萌蘖枝,萌蘖枝在距地表
50 cm以上开始出现大量的次级分枝,且在山地生境
下,枝条倾角增大使得冠厚在某一冠层区域的变率
加大,进而引起了冠层对雨水穿越过程中干扰力度
的差异和穿透率的变化。
与对祁连山金露梅等其他 4 种常见灌丛的研究
结果(刘章文等,2012)一致,甘青锦鸡儿灌丛的穿
透雨率与降雨量之间也呈二次函数关系 ( y =
- 0. 033 6x2 + 1. 806 8x + 34. 094,R2 = 0. 575 3),但
受枝叶数量、枝条倾角等因素的影响,甘青锦鸡儿灌
丛的穿透雨率在径向分布上具有明显的空间异质
性,平均穿透雨率沿径向由距基部 10 cm 处的
28. 98%单调递增至 90 cm 处的 62. 19%,其中,30 ~
50 cm 范围内的增加量最大,占总增加量的 61%。
穿透雨沿径向的空间变异系数随降雨量的增大而减
小,在降雨量小于 10 mm 的小降雨事件中表现突
出,这与李振兴等(2004)、田凤霞等(2012)的研究
结果一致。此外,穿透雨率的径向分布格局还受降
雨强度的影响,当降雨强度为 0. 97 和4. 27 mm·h - 1
时,距灌丛基部 10 ~ 30 cm 区间的穿透雨率和 50 ~
90 cm 区间有明显差异; 当降雨强度为 25. 06
mm·h - 1时,穿透雨率的径向差异减小。综上所述,
甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨特征同时受降雨特征和冠
层结构特征的影响,冠层特征决定了冠下穿透雨空
间分布的总格局,但空间分布格局在一定程度上也
受降雨量和降雨强度的影响,降雨量增大或降雨强
度达到一定程度时均会降低冠下穿透雨的空间异
质性。
本研究观测时间集中在 7—9 月,此时降雨充
沛,灌丛叶量稳定且最大,但所得穿透雨率不能代表
全年情况,可能有所偏小。今后的研究将在此基础
上扩展观测期,增加径向观测断面,同时增加不同物
候期叶面积指数的测定及冠层影像的采集,从而建
立甘青锦鸡儿灌丛降水再分配特征与不同物候期灌
丛冠层特征的数量关系。
参 考 文 献
曹 云,黄志刚,郑 华,等 . 2007. 柑桔园林下穿透雨的分布特
征 . 水科学进展,18(6) :853 - 857.
(Cao Y,Huang Z G,Zheng H,et al. 2007. Variation characteristics of
throughfall in citrus orchard. Advances in Water Science,18 (6) :
853 - 857. [in Chinese])
党宏忠,周泽福,赵雨森,等 . 2006. 祁连山水源涵养林土壤水文特
征研究 . 林业科学研究,19(1) :39 - 44.
(Dang H Z,Zhou Z F,Zhao Y S, et al. 2006. Soil hydrological
characteristics of water conservation forest in Qilian Mountains.
Forest Research,19(1) :39 - 44. [in Chinese])
樊后保 . 2000. 杉木林截留对降水化学的影响 . 林业科学,36 (4) :
2 - 8.
( Fan H B. 2000. Effects of canopy interception by Chinese fir forests on
precipitation chemistry. Scientia Silvae Sinicae,36(4) :2 - 8. [in
Chinese])
李振兴,郑 华,欧阳志云,等 . 2004. 岷江冷杉针叶林下穿透雨空
间分布特征 . 生态学报,24(5) :1015 - 1021.
(Li Z X,Zheng H,Ouyang Z Y. et al. 2004. The spatial distribution
characteristics of throughfall under Abies faxoniana forest in the
Wolong Nature Reserve. Acta Ecologica Sinica,24 ( 5 ) : 1015 -
1021. [in Chinese])
刘章文,陈仁升,宋耀选,等 . 2012. 祁连山典型灌丛降雨截留特
征 . 生态学报,32(4) : 1337 - 1346.
(Liu Z W,Chen R S,Song Y X,et al. 2012. Characteristics of rainfall
interception for four typical shrubs in Qilian Mountain. Acta
Ecologica Sinica,32(4) :1337 - 1346. [in Chinese])
聂雪花 . 2009. 祁连山灌木林水源涵养功能的研究 . 兰州:甘肃农业
大学硕士论文 .
(Nie X H. 2009. Study on water conservation functions of shrub in
Qilian Mountains. Lanzhou: MS thesis of Gansu Agricultural
University. [in Chinese])
时忠杰,王彦辉,熊 伟,等 . 2006. 单株华北落叶松树冠穿透降雨
的空间异质性 .生态学报,26(9) :2877 - 2886.
( Shi Z J,Wang Y H,Xiong W,et al. 2006. The spatial heterogeneity
of throughfall under the Larix principis-rupprechtii canopy. Acta
Ecologica Sinica,26(9) :2877 - 2886. [in Chinese])
田凤霞,赵传燕,冯兆东,等 . 2012. 祁连山青海云杉林冠生态水文
效应及其影响因素 .生态学报,32(4) :1066 - 1076.
(Tian F X,Zhao C Y,Feng Z D,et al. 2012. Eco-hydrological effects
of Qinghai spruce(Pices crassifolia) canopy and its influence factors
in the Qilian Mountains. Acta Ecologica Sinica,32 ( 4 ) :1066 -
041
第 7 期 马 瑞等: 祁连山区甘青锦鸡儿灌丛单株的穿透雨分布特征
1067. [in Chinese])
战伟庆,张志强,武 军, 等 . 2006. 华北油松人工林冠层穿透雨
空间变异性研究 .中国水土保持科学,4(3) :26 - 30.
(Zhan W Q,Zhang Z Q,Wu J,et al. 2006. Spatial variability of
throughfall in forest canopy layer of Chinese pine ( Pinus
tabulaeformis) plantation in northern China. Science of Soil and
Water Conservation,4(3) :26 - 30. [in Chinese])
张 平,刘贤德,张学龙,等 . 2013. 祁连山林草复合流域灌木林水
文生态功能研究 . 干旱区地理,36(5) :922 - 929.
( Zhang P,Liu X D,Zhang X L,et al. 2013. Shrubbery eco-hydrological
effect of forest-grass catchment of Qilian Mountains. Arid Land
Geography,36(5) :922 - 929. [in Chinese])
Gómez J A, Vanderlinden K, Giraldez J V,et al. 2002. Rainfall
concentration under olive trees. Agricultural water management,55
(1) : 53 - 70.
Hofhansl F,Wanek W,Drage S,et al. 2012. Controls of hydrochemical
fluxes via stemflow in tropical lowland rainforests: effects of
meteorology and vegetation characteristics. Journal of Hydrology,
452 /453:247 - 258.
Marin C T,Bouten W,Sevink J. 2000. Gross rainfall and its partitioning
into throughfall,stemflow and evaporation of intercepted water in
four forest ecosystems in western Amazonia. Journal of Hydrology,
237(1 /2) : 40 - 57.
Parker G G. 1983. Throughfall and stemflow in the forest nutrient cycle.
Advances in Ecological Research,13: 57 - 133.
(责任编辑 于静娴)
《山地森林生态采运理论与实践》
周新年 著
(普通高等教育“十二五”规划教材,中国林业出版社,2015 年 10 月)
著者(二级教授,福建农林大学、东北林业大学博士生导师,《森林与环境学报》常务副主编)在其积累的
山地森林生态采运科研、教学和工程实践丰富经验与大量的国内外最新资料基础上,结合自己 40 年来从事
数十项科研和撰写数百篇学术论文,进行认真分析、归纳、探索、提炼与升华,形成一部学术专著性教材。
本书以森林生态理论与技术指导山地森林采伐、木材集材与运材作业,为使森林可持续利用,采伐和更
新达到既利用森林,又促进森林生态系统的健康与稳定,其内涵主要包含林分和景观两大内容。在撰写过程
中,注重山地森林生态采运理论与实践的紧密结合,注重理论与技术及其推广、注重设置典型样地与长期固
定样地试验、合理制定试验方案与试验方法、科学试验测试与试验分析、归纳试验结论与试验讨论等。总结
了山地森林生态采运研究进展、存在问题及其对策,并指出了研究前景,重点研究山地人工林生态采运作业
系统、山地天然林生态采运作业系统和森林生态采运工程设计计算机系统三大部分。
本书适用于林业工程、林学、生态学、风景园林学、生物学、地理学、农林经济管理、机械工程、交通运输工
程、土木工程、环境科学与工程等学科的高等院校本科生与硕(博)士研究生在相关课程使用,也可供相关学
科的科研、工程设计和管理人员参考。
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