全 文 ：第 wu卷 第 tu期
u s s y年 tu 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wu o‘²1tu
⁄¨ ¦qou s s y
林冠截留对杉木人工林生态系统物质循环的影响
康文星 邓湘雯 赵仲辉
k中南林业科技大学 长沙 wtssswl
摘 要 } 根据 t||| ) ussu年连续 w年的观测数据 o对林冠截留在杉木林生态系统物质循环中的作用进行研究 ∀
结果表明 }每年林冠截留降雨量 uyz1s °° ~林冠截留蒸发散量占杉木人工林总蒸发散量的 uz1u h o林冠截留水分
的物理蒸发量占杉木林集水区水分输出的 t{1|z h ~林内净降水的营养物质为 twv1vu| ®ª#«°pu¤pt o比冠上大气降
水输入的 yv1|uw ®ª#«°pu¤pt多 zw1|sx ®ª#«°pu¤pt o增加了 ttz1u h ~林冠截留减少了到达林地表面和入渗土壤的
水分 o减少了集水区地表水和土壤漏水的输出 o从而减少了营养物质的输出 o可见 o林冠截留是系统保存营养物质
的重要机制之一 ∀
关键词 } 杉木人工林 ~林冠截留 ~截留物理蒸发 ~径流量 ~营养富集
中图分类号 }≥ztx 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyltu p ssst p sx
收稿日期 }ussx p tu p t| ∀
基金项目 }国家科技部平台建设项目kussutuusl !国家林业局重点项目kusstszl共同资助 ∀
Εφφεχτσ οφ ΧανοπψΙντερχεπτιον ον Ωατερ ανδ Νυτριεντ Χψχλινγ ιν τηε Χηινεσε Φιρ
Πλαντατιον Εχοσψστεµ
Ž¤±ª • ±¨¬¬±ª ⁄¨ ±ª ÷¬¤±ªº¨ ± «¤² «²±ª«∏¬
k ΧεντραλΣουτη Υνιϖερσιτψοφ Φορεστρψ ανδ Τεχηνολογψ Χηανγσηα wtssswl
Αβστραχτ} ׫¨ ©¨©¨¦·¶²©¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²± ²± ±∏·µ¬¨±·¦¼¦¯¬±ª¬±·«¨ ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ³¯¤±·¤·¬²± ¦¨²¶¼¶·¨° º¤¶¶·∏§¬¨§¥¤¶¨§²±
·«¨ w ¼¨ ¤µ¶¯ ²¦¤·¨§µ¨¶¨¤µ¦«§¤·¤q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¬±§¬¦¤·¨§·«¤··«¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ¤°²∏±·²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¥¼¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²± º¤¶uyz1s
°°#¤pt oº«¬¦«§¬§±²·¤µµ¬√¨ ²±·²·«¨ ¶·¤±§o¥∏··²²® ³¤µ·¬±·«¨ º¤·¨µ¦¼¦¯¨ ¤±§±∏·µ¬¨±·¦¼¦¯¨ ¬±·«¨ ¦¨²¶¼¶·¨°~¤±§·«¨
¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²± º¤¶¤±¬°³²µ·¤±·³¤µ·²© √¨¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±©µ²°·«¨ ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ³¯¤±·¤·¬²± ¦¨²¶¼¶·¨°oº«¬¦«º¤¶∏³·²uz1u
³¨µ¦¨±·²©·«¨ º«²¯¨ √¨¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±q׫¨ √¨¤³²µ¤·¬²±©µ²°·«¨ ¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²± º¤¶¤±¬°³²µ·¤±·º¤¼ ²©§µ¤¬±¤ª¨ ©µ²°·«¨
¦¨²¶¼¶·¨°oº«¬¦«º¤¶t{1|z ³¨µ¦¨±·²©·«¨ º«²¯¨¤°²∏±·²©§µ¤¬±¤ª¨ ©µ²°·«¨ º¤·¨µ¶«¨§~׫¨ ©¯∏¶«p¨ ∏¯√¬¤·¨ ²©¥µ¤±¦«¨¶¤±§
¯¨ ¤√¨ ¶¦¤∏¶¨§¥¼ ¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²± ¥µ²∏ª«·±∏·µ¬¨±·¬±³∏·²©twv1yu| ®ª#«°pu¤p t o º«¬¦« º¤¶zw1|sx ®ª#«°pu¤pt °²µ¨
·«¤±·«¨ ¬±³∏·²©yv1|uw ®ª#«°pu¤pt ©µ²°·«¨ ¤·°²¶³«¨µ¬¦³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¤±§º¤¶ttz1u h ²©·«¨ ¤¯·¨µq׫¨ §¨¦µ¨¤¶¨§¤°²∏±·
²©{s1t °° ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¬±³∏·¦¤∏¶¨§¥¼¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²±µ¨§∏¦¨§·«¨ ¤°²∏±·²©µ¤¬±©¤¯¯²±·²·«¨ ¶·¤±§¶∏µ©¤¦¨ ¤±§¬±©¬¯·µ¤·¬²±
¬±·²·«¨ ¶²¬¯o¤±§µ¨§∏¦¨§·«¨ ²∏·³∏·º¬·« ²©µ∏±²©© ¤±§ §µ¤¬±¤ª¨ o¤±§ §¨¦µ¨¤¶¨§ ±∏·µ¬¨±·¯ ²¶¶·«µ²∏ª« º¬·« ²∏·³∏·º¤·¨µq
׫¨µ¨©²µ¨ o·«¨ ¤§§¬·¬²±¤¯ ³µ¨¶¨µ√¨ ²©±∏·µ¬¨±·¥¼ ¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²± º¤¶{1yyw ®ª#«°pu¤p t q
Κεψ ωορδσ} ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ³¯¤±·¤·¬²±~¦¤±²³¼¬±·¨µ¦¨³·¬²±~¬±·¨µ¦¨³·¨§ √¨¤³²µ¤·¬²±~µ∏±²©©~±∏·µ¬·¬²± ¤¦¦∏°∏¯¤·¬²±
许多学者研究了林冠对降水的截留过程 ∀崔启武kusswl研究过林冠截留作用 ∀谢春华等kussul !卫正
新等kt||zl探讨了不同林分林冠截留降雨特征 ∀周光益等kt||xl !陈云珍等kussxl分析过影响林冠截留的
因素 ∀与此同时 o文仕知等kt|||l就杉木林生态系统水文效益分析林冠截留的作用 ∀李振新等kusswl研究
了林冠截留下林下穿透雨的空间分布特征 ∀周跃等kt|||l指出林冠截留对土壤有保护作用 ∀鲍文等kusswl
分析了森林植被对降水化学性质的影响作用 ∀此外 o还有人对林冠截留物理模型和数学规律进行研究k王彦
辉等 ot||| ~孔繁智 ot||sl ∀然而 o他们大都只进行林冠截留过程的物理分析和截留量与截留率的探讨 o很少
涉及林冠截留的水分在森林生态系统中的运转 !能量平衡 !营养物质循环和改善环境的功能过程 ∀本文根据
w年连续观测的数据 o对第 u代杉木人工林林冠截留在杉木人工林水分运转和物质循环中的作用进行探讨 o
以便更清楚地认识森林冠层在森林生态系统结构和功能过程中的作用 o同时为森林生态系统服务功能评价
提供依据 ∀
t 试验地概况
研究在国家重点野外科学观测站 ) ) ) 中南林业科技大学会同生态站第 v集水区内进行 ∀生态站位于湖
南省会同县广坪镇深冲林场kuyβxsχ ‘ots|βwxχ ∞l o年均气温 ty1| ε o年降水量 t vss ∗ t yss °°kt||| )
ussul o相对湿度 {s h以上 o属典型亚热带湿润气候 ∀海拔 uzs ∗ wss ° o地貌为低山丘陵 o土壤为山地黄壤 ∀
第 v集水区原为杉木k Χυννινγηαµιαλανχεολαταl纯林 o于 t|{z年冬季皆伐 ot|{{年采伐迹地全垦挖穴营造
第 u代杉木林 o密度 u wss株#«°pu ∀到 usss年 o林分平均树高 tt1y °o平均胸径 tt1x ¦°o林分郁闭度 s1|左右 ∀
u 研究方法
本研究利用会同生态站 t|||至 ussu年定位连续测定数据进行分析 ∀
在集水区山坡和山洼建立观测铁塔k高于林冠l o每座铁塔上安置一台 ≥) Œ型遥测雨量计和标准雨量
筒测定大气降水 ∀
在集水区山坡和山洼分别设计 u个 t{ ∗ us °u 的穿透水承接装置 o用 ≥• ) ws型日记水位计自动测定穿
过林冠层的水量 ∀
采用聚乙烯塑料管蛇行缠绕于树干基部 o其下端插入 t个特制的瓷罐 o测定树干流 o另将 ts株杉木为一
组 o将所有导管插入 ≥pŒ型遥测雨量计自动记录 ∀
在集水区出口的地表 !地下水测流堰口安装 ≥• ws型日记水位计自动记录地表和地下水并推算出地表
和地下径流量 ∀
林冠的截留雨量通过测定的大气降水减去测定的穿透水和树干流求得 ∀
森林蒸散量应用水量平衡求出 o并假设系统内林分和空气蓄水变化量为零 o然后采用水量平衡方程计算
出杉木人工林的蒸散量 }
Ε € Π p Φt p Φu p Φv
式中 } Ε !Π!Φt !Φu !Φv 分别为蒸散量 !降雨量 !地表径流量 !地下径流量和土壤蓄水变化量 ∀
根据不同气候 !天气 !雨量 o不定期收集了 wy次大气降水 !穿透水 !树干流 !地表水 !地下水样品 o用纳氏
试剂比色法测定 ‘‹nw 2‘含量 ~用酚二磺酸比色法测定 ‘’pv 2‘~用蒸馏比色法测定 ’µª¤±¬¦2‘含量 ~用钼兰
比色法测定 °含量 ~用 vxts原子吸收分光光度计测定 Ž!≤¤!ª含量 ∀
v 结果与分析
311 林冠对大气降水的截留
林冠对大气降水的截留 o是林冠层对降水的一种反应 o是森林水文效应重要组成部分 o也是森林结构的
功能 ∀因此 o对杉木人工林林冠截留动态和规律进行系统分析 o有助于加深了解森林冠层对生态系统水分循
环和运转过程的功能作用 ∀
vy|次实测数据k表 tl表明 o林冠的截留作用随降雨量级的不同而变化 ∀一次性降水在 s1x °°以下时 o
能截留全部降水量 o截留率为 tss h ~雨量在 w1| °°时 o截留量 u1t °° o截留率为 wu1| h ~雨量增大到 uv1{
°° o截留量增加到 v1| °° o截留率反而减少 o只有 ty1w h ∀截留量随降雨量增大而增大 o但它们不是线性相
关 o截留率却随降水量增加而减少 ∀林冠对降水的截留量有一个极限值 o截留量接近这个极限值以后 o降水
量增加 o截留量不再增加 ∀实际情况中 o一次性降水不可能无限大 o因此 o无法测得集水区杉木人工林林冠截
留的极限值 ∀根据 v次在 tss °°左右降水中实测的截留量ky1t !y1u和 y1t °°l推断 o一个郁闭度在 s1|左
右的杉木林林分 o林冠层截留大气降水的极限值可能在 z °°左右 ∀
林冠的截留能力也随降水强度不同而不同 ∀t|||年 y月有 u次降雨 }一次降雨量 vu1| °° o历时 y «o截
留量 v1{ °° ~另一次降雨 vt1y °° o历时 | «o截留量为 w1z °°∀后者的截留量是前者的 tuv1z h o截留率也
大 v1u h ∀对于强度大的阵性降雨 o一方面由于雨粒的冲击力较大 o造成枝叶摇晃 o停留在枝叶表面的水滴
容易往下滴 o削弱了林冠截留的功能 ∀另一方面降雨历时短 o林冠截留作用表现的时间也较短 o截留的雨量
也相应较少 ∀毛毛细雨 o历时较长 o截留作用得到充分发挥 o因而增加了截留量 ∀对不同雨强下林冠截留作
用时间进行分析 o当降雨量为 u1x °°#«pt时 o林冠对雨水的截留作用达 ws «之久 ∀在此以后 o林冠将失去截
留功能 ∀当降雨量为 tz1x °°#«pt时 o起作用时间大为缩短 o只有 x1{ «∀林冠的截留作用也受枝叶湿润状况
的影响 ∀截留量的大小与距前次降水的时间间隔相关 o相隔时间越长 o截留能力越大 o时间越短 o截留功能越
小 ∀usst年 x ) y月 o对降水为 tx ∗ us °°的几次降雨研究发现 o若降水与前次降水时间相隔 w «o截留量为
u 林 业 科 学 wu卷
t1{ °° o相隔 ts ∗ tv «o截留量 u1| °° o相隔 t §以上截留量增加到 v1z °° o可见雨前枝叶越湿润 o截留能力
越弱 ∀
表 1 不同雨量级林冠截留量和截留率
Ταβ .1 Χροων ιντερχεπτιονσ ανδ ρατιοσ οφιντερχεπτιον ατ διφφερεντ ραινφαλλσ
雨量级
•¤¬±©¤¯¯µ¤±ª¨Π°°
次数
׬° ¶¨
降水量
•¤¬±©¤¯ Π¯°°
林冠截留量
≤µ²º±¬±·¨µ¦¨³·¬²±Π°°
林冠截留率
≤µ²º±¬±·¨µ¦¨³·¬²±µ¤·¬²Πh
s1t ∗ s1w w| s1uw s1uw tss
s1x ∗ s1y uz s1xu s1xu tss
s1z ∗ t1s ww s1zv s1xy zy1y
t1t ∗ u1s xu t1w s1| yw1v
u1t ∗ w1s yt u1| t1w w{1z
w1t ∗ y1s uy w1| u1t wu1|
y1t ∗ ts1s vz z1{ u1x vu1z
ts1t ∗ tx1s ux tu1y v1w uz1s
tx1t ∗ us1s tw ty1{ v1z uu1w
us1t ∗ vs1s tu uv1{ v1| ty1w
vs1t ∗ ws1s z vx1v w1u tt1|
ws1t ∗ ys1s x w{1v w1{ ts1s
ys1t ∗ {s1s y yx1v x1t {1s
{s1t ∗ tts w tsv1w yy1u y1u
表 2 林冠截留量月变化(1999 ) 2002)
Ταβ .2 Μοντηλψ δαναµιχ οφ χροων ιντερχεπτιον φροµ 1999 το 2002
月份
²±·«
降雨量
°µ¨¦¬³¬·¤·¬²±Π°°
截留量
Œ±·¨µ¦¨³·¬²±Π°°
穿透水量
׫µ²∏ª«©¤¯ Π¯°°
截留率
•¤·¬²²©¦µ²º±¬±·¨µ¦¨³·¬²±Πh
t ww1s tv1y vs1w vs1{
u xw1| tz1t vz1{ vt1u
v |u1v t|1x zu1{ ut1t
w tw|1u vt1s tt{1u us1{
x uxt1z v|1v utu1w tx1y
y uxz1x vy1v uut1w tw1t
z txs1v t{1| tvt1w tu1y
{ tx{1{ us1{ tv{1s tv1t
| vw1| ts1t uw1{ u{1|
ts tsz1{ u{1{ z|1s uy1{
tt yt1z t{1{ wu1| vs1x
tu wv1{ tv1{ vt1s vt1w
合计 ײ·¤¯ t wsy1| uyz1s t tv|1| t|1s
从表 u可以看出 o集水区杉木人
工林林冠截留的年变化主要由降雨性
质决定 o每年 t !u !tt和 tu月中雨天
虽多 o但以小雨为主 o林冠截留能力得
到充分表现 o截留率增大 o截留量大都
超过降雨量的 vs h ∀x 和 y 月雨量
多 o降雨频率和强度都比较大 o林冠常
处于湿润状态 o林冠截留能力降低 o截
留率只有 tx h左右 ∀
林冠的截留对森林/有效水量0和
水文效应过程的影响是深刻的 o小集
水区杉木人工林林冠每年截留水量
uyz1s °° o截留率为 t{1|z h ∀
312 林冠截留水分的物理蒸发
集水区杉木人工林水量支出的主
要方式有径流和蒸散两种形式 ∀根据
水量平衡原理 o得出集水区杉木人工
林年均蒸散量为 |{v1w °° o集水区降
水量的 y|1| h 以水蒸汽的形式返回
大气中k表 vl ∀
在集水区杉木人工林蒸发散过程
中 o林冠截留物理蒸发量为 uyz1s
°° o占全年蒸散量的 uz1u h ∀可见林
冠截留的物理蒸发量是杉木人工林蒸
散量的一个重要组成部分 o也是杉木
人工林中水分支出的一个重要组成部
分 ∀以往人们早就认识到林冠对雨水
的截留以及林冠表面水量分配的水文
效应的重要性 o却忽略了林冠截留的
物理蒸发在水量平衡的另一个环节中的重要作用 o即在森林蒸散过程中的作用 ∀一般来说 o密集的森林林冠
截留蒸散量大都占总蒸散量 ts h以上 o尤其是常绿针叶林中的蒸发散量有 us h ∗ vs h是由林冠截留雨量的
物理蒸发提供的 ∀这提醒人们 o在计算蒸散量时 o那种用林木的蒸腾量来代替林分的蒸散量 o或者忽略了林
冠截留水分的物理蒸发量的蒸散量来代替森林蒸散量的方法是不确切的 ∀
从每月林冠截留水分的物理蒸发量与月总蒸发量的比值来看k表 vl ot ) w月和 ts ) tu月总蒸散量为
vuy1w °° o而林冠截留的物理蒸发量就有 twu1y °° o占该时期蒸发散量的 wv1z h ∀其中 u ) v月最高 o超过了
蒸散量的 xs h ∀即使比值最小的月份kz !{月l o林冠截留的物理蒸发量仍占总蒸散量的 tt h以上 ∀林冠截
留的物理蒸发在集水区杉木林蒸散过程的作用是巨大的 o这种作用尤其在雨量较小 !降雨均匀的 t !u !tt和
tu月更加显著 ∀
313 林冠截留对营养物质输入的影响
大气降水投入集水区就遇到了林冠层的截留 o林冠截留部分降水 o没有被截留的水量以穿透水和树干茎
流形式进入林内 ∀在其过程中 o雨水对树干 !枝叶的淋溶和冲洗作用 o以及枝叶对于某些营养物质的吸收 o改
变了穿透水和树干茎流中某些物质的浓度 ∀
根据小集水区杉木人工林的水文过程和营养动态分析 }每年伴随着大气降水输入的营养物质 yv1|uw
v 第 tu期 康文星等 }林冠截留对杉木人工林生态系统物质循环的影响
®ª#«°puk表 wl ∀其中 ≤¤最多 oŽ次之 o分别为 u{1vyy 和 t|1wwx ®ª#«°pu o分别占大气降水的 ww1w h 和
vs1w h ∀降水中 °含量最少 o只有 s1uxv ®ª#«°pu o只有输入总量的 s1w h ∀
表 3 林冠截留的蒸发量在杉木人工林总蒸散量中的比例(1999 ) 2002)
Ταβ .3 Περχενταγε οφ τηε χροων ιντερχεπτιον εϖαπορατιον ιν
τοταλ εϖαπορατιον ιν α Χηινεσε Φιρ πλαντατιον (1999 ) 2002)
月份
²±·«
降雨量
°µ¨¦¬³¬·¤·¬²±Π°°
林冠截留蒸发量
≤µ²º±¬±·¨µ¦¨³·¬²±
√¨¤³²µ¤·¬²±Π°°
总蒸散量
ײ·¤¯ √¨¤³²µ¤·¬²±Π°°
林冠截留量占总蒸散量的比值
≤µ²º±¬±·¨µ¦¨³·¬²± √¨¤³²µ¤·¬²±
·²·²·¤¯ √¨¤³²µ¤·¬²±Πh
t ww1s tv1y vw1s ws1s
u xw1| tz1t vs1u xy1y
v |u1v t|1x vz1y xt1{
w tw|1u vt1s zu1t wv1s
x uxt1z v|1v tut1z vu1v
y uxz1x vy1v tws1u ux1|
z txs1v t{1| tyv1u tt1y
{ tx{1{ us1{ txx1t tv1w
| vw1| ts1t zy1{ tv1u
ts tsz1{ u{1{ yy1| wv1s
tt yt1z t{1{ xt1w vy1y
tu wv1{ tv1{ vw1u ws1w
合计 ײ·¤¯ t wsy1| uyz1s |{v1w uz1u
表 4 雨水中的营养物质(1999 ) 2002)
Ταβ .4 Νυτριεντ χοντεντ οφ ραιν ωατερ(1999 ) 2002) ®ª#«°pu¤pt
项目 Œ·¨° ‘‹ nw 2‘ ‘’ pv 2‘ ’µª¤±¬¦2‘ ° Ž ≤¤ ª 总量 ײ·¤¯
降水 °µ¨¦¬³¬·¤·¬²±kt wsy1| °°l w1suw u1vxu {1tsx s1uxv u{1vyy t|1wwx t1vz| yv1|uw
穿透水 ׫µ²∏ª«©¤¯ k¯t tvx1z °°l tt1w|u v1w|z x1zz| s1z{v vw1|zt zv1{ux tu1vs{ twu1yxx
树干流 ≥·¨°©¯²ºkw1u °°l s1szv s1stw s1suv s1ssv s1u|s s1uux s1swy s1yzw
降水淋溶 • ¤¶«¬±ª z1xwt t1tx| p u1vsv s1xvv y1{|x xw1ysx ts1z|x z|1wsx
从表 w看出 o每年伴
随穿透水和树干流入林内
的营养物质量为 twv1vu|
®ª#«°puk包括树干流l o比
大气降水 yv1|uw ®ª#«°pu
还多 z|1wsx ®ª#«°pu o增
加 ttz1u h ∀其中 ‘k包括
‘‹nw 2‘! ‘’pv 2‹ 和
’µª¤±¬¦2‘l !° !Ž!≤¤!ª分
别 增 加 y1v|z ! s1xvv !
y1{|x !xw1ysx !ts1z|x ®ª#
«°pu ∀增加的比率以 ª
最高 o为 z{v h ~ ≤¤次之 o
为 u{t h ~ ° 为 utt h ~ ‘
为 ww1u h ~ Ž增加最少 o
为 uw1v h ∀由于雨水对
枝叶和树干的淋溶作用 o
进入林内的雨水的营养化
学发生了富集变化 ∀
集水区杉木人工林的
营养物质主要来源为地质
和大气输入 ∀我们知道 o
母岩的风化要近百年乃至几个世纪 ∀因此 o短时间内的营养物质主要来自大气 ∀大气中的尘降含有较多的
营养物质 o这些干尘降大部分被林冠截留 ∀大气降水时 o大气中的营养物质伴随降水输入森林内部 o同时通
过大气降水对冠层的淋溶 o将冠层截留干尘降中的营养物质也带入了森林生态系统 ∀
314 林冠截留对营养物质输出的影响
集水区杉木人工林营养物质的输出 o主要是通过径流进行的k砍伐木材运出的营养物质除外l ∀无可非
议 o营养物质的输出取决于径流量 o而径流的形成与地表枯枝落叶的拦截 !土壤物理结构 !渗透和蓄水的性能
紧密相关 ∀然而 o形成径流的一个最基本的条件是必须有水 ∀集水区的唯一水分来源为大气降水 ∀林冠截
留了部分降水 o也就减少了到达林地和入渗土壤的水量 o也必然影响径流的形成及其大小 o进而影响了伴随
径流输出的营养物质量 ∀
连续 w年径流测定结果表明k表 xl o集水区年均径流量 wuv1x °°k径流系数 s1vstl o地下水输出量为
v|w1s °°k径流系数 s1u{sl o地表径流很小 o只有 u|1x °°k径流系数 s1sutl ∀每年伴随地表径流损失的营养
物质为 v1|t| ®ª#«°pu o被地下水带走的也有 ws1yyz ®ª#«°pu o共计 ww1x{y ®ª#«°pu o分别为大气降水和林内
净降水中的 y|1z h和 vt1t h ∀这种径流和营养物质的输出量 o是在林冠截留 uyz1s °°水量后产生的 ∀
表 5 径流中的营养输出(1999 ) 2002)
Ταβ .5 Νυτριεντ ελεµεντσ εξπορτινγ ιν ρυνοφφ(1999 ) 2002) ®ª#«°pu¤pt
项目 Œ·¨° ‘‹ nw 2‘ ‘’ pv 2‘ ’µª¤±¬¦2‘ ° Ž ≤¤ ª 合计 ײ·¤¯
地表径流 ≥∏µ©¤¦¨ µ∏±²©©ku|1x °°l s1usw s1sww s1swx s1stz t1sww u1vtz s1uw{ v1|t|
地下径流 ˜±§¨µªµ²∏±§µ∏±²©©kv|w1s °°l s1wz| t1yts s1txz s1uz{ z1wzs uw1sts y1yyv ws1yyz
径流总输出量 • ∏±²©©²∏·³∏·kwuv1x °°l s1y{v t1yxw s1usu s1u|x {1xtw uy1vuz y1|tt ww1x{y
如果没有林
冠截留 o到达林
地的水量将增加
uyz1s °° o这部
分水量若都形成
地表径流 o集水
区营养物质的损失将增加 vx1wzs ®ª#«°pu o是林冠截留后的营养物质输出量的 t1{s倍 ∀这部分水量若按集
水区现在的径流格式分配 o地表径流将增加 t{1y °° o地下径流将增加 uw{1w °° o由此比林冠截留后多流失
w 林 业 科 学 wu卷
营养物质 u{1tts ®ª#«°pu ∀若按现在的降水量支出分配 o这部分水量 zs h用于蒸发散 ovs h用于产生径流 o
并以目前集水区地表 !地下径流比例分配 o流量将增加到 xsv1y °° o其中地下水增加 zw1x °° o地表水增加
x1y °°∀每年的营养物质输出量也将增加 {1yww ®ª#«°pu ∀
从上面的分析可以看出 o林冠的截留能减少到达林地表面和入渗土壤的水量 o也就减少了地表水和土壤
渗透水的流出 ∀由于地表水和土壤渗透水中的营养物质含量高 o减少地表水和土壤渗透水的输出 o也就意味
着减少了营养物质的损失 ∀
我们也可以从另外一个角度分析 o集水区水分的输出主要有蒸散和径流 u种形式 ∀水以气态形式逸散 o
并没有丢失任何营养物质 o失去的仅仅只有水分 ∀林冠截留的作用 o使大气降水中一部分水量以气态形式蒸
发 o减少了到达林地的水量 o也就减少了径流量 o同时也减少了营养物质的流失量 ∀从这个意义上来讲 o林冠
截留作用是森林生态系统营养物质保存的一个重要机制 ∀
w 结语和讨论
小集水区杉木人工林林冠每年截留的水量为 uyz1s °° o截留率 t{1|z h ∀林冠截留的水量不仅受冠层
湿润程度和降雨时间等气象条件的影响 o而且与降水量大小 !降雨强度 !降水历时以及林冠特征有关 ∀在一
次性降水中 o林冠的截留能力不是无限的 o林冠截留量的变化率随降水量的增加呈指数衰减 o直至截留量趋
近于常量 ∀我们研究的杉木人工林k密度为 u wss株#«°pu o平均树高 tt1x ° o平均胸径 tt1y ¦°o郁闭度 s1|l
的林冠截留极限值约 z °°∀
集水区每年林冠截留蒸发量 uyz1s °° o占杉木人工林总蒸散量的 uz1u h ∀尤其在降雨均匀k雨量雨强
都不大l的 t !u !tt和 tu月 o林冠截留蒸发量占同期总蒸散量的 ws h以上 ∀在计算森林蒸散量时 o那种用森
林蒸腾量来代替蒸散量 o或者用忽略林冠截留的物理蒸发量的蒸散量来代替森林的蒸散量都是不确切的 ∀
集水区水分以径流和蒸散的形式输出系统 ∀林冠截留水分蒸发量就占集水区输出水分的 t{1|z h ∀可
见 o林冠截留水分物理蒸发是集水区水分输出的一个重要途径 ∀
林冠对降雨的截留 o增大了雨水对枝叶 !树干的淋溶和冲洗作用 ∀改变了穿透水和树干茎流中某些物质
的浓度 o形成了营养物质浓度与大气降水中不同的林冠到林地的营养物质流 ∀穿透林冠和沿树干流入林内
的水流中 o营养物质总量为 twv1vu| ®ª#«°pu¤p t o比大气降水的 yv1|uw ®ª#«°pu¤p t多 z|1wsx ®ª#«°pu¤p t o增
加 ttz1u h ∀
林冠截留作用对于森林生态系统营养物质输出的影响是深刻的 ∀林冠截留减少了到达林地的雨水量 o
同时也减少了伴随径流输出的营养物质量 ∀另一方面 o林冠截留使水分以气态形式逸散 o不会损失任何营养
物质 o从这个意义来讲 o林冠截留作用是森林生态系统营养物质保存的一个重要机制 ∀
参 考 文 献
鲍 文 o包维楷 o丁德容 o等 qussw q森林植被对降水化学物质的影响 q生态环境 oktl }ut p uz
崔启武 qt|{s q林冠对降雨的截留作用 q林业科学 otykul }tu p t{
陈引珍 o何 凡 o张洪江 o等 qussx q缙云山影响林冠截留因素的初步分析 q中国水土保持科学 okvl }vt{ p vuv
孔繁智 qt||s q林冠截留与大气降水的数学模型 q应用生态学报 otkul }t| p uw
李振新 o郑 华 o欧阳志云 o等 qussw q岷江冷杉针叶林穿透雨空间分布特征 q生态学报 ouwkxl }tstx p tsut
谢春华 o关文彬 o吴建安 o等 qussu q贡嘎山暗针叶林生态系统林冠截留特征研究 q北京林业大学学报 ouwkwl }y{ p zt
文仕知 o潘维俦 o田大伦 o等 qt||| q杉木人工林生态系统的水文效应 q中南林学院院报 o|k增刊 ul }u| p vy
卫正新 o李树怀 qt||z q不同林地林冠截留降雨特征研究 q中国水土保持 okxl }xuw p xvs
王彦辉 o于澎涛 o徐德应 o等 qt||| q林冠截留降雨模型转化和参数规律研究 q北京林业大学学报 ouskyl }ux p vs
周光益 o曾庆波 o黄 全 o等 qt||x q热带山地雨林林冠对降雨的影响分析 q植物生态学报 ot|kul }ust p usz
周 跃 o李宏伟 o徐 强 qt||| q云南松林的林冠对土壤侵蚀的影响 q山地学报 otzkwl }zut p zuy
k责任编辑 于静娴l
x 第 tu期 康文星等 }林冠截留对杉木人工林生态系统物质循环的影响