李汉强，邱治军，张宁南，徐大平，周光益

（1.广东省西江林业局 林业科学研究所，广东 高要 526108；2. 中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州 510520）

马占相思人工林的林冠截留效应

李汉强1，邱治军2，张宁南2，徐大平2，周光益2

（1.广东省西江林业局 林业科学研究所，广东 高要 526108；2. 中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州 510520）

2006、2007年对位于高要市高要林场的马占相思人工林的穿透雨、树干流进行了监测，结合大气降雨数据，分析了马占相思人工林对降雨的截留分配效应。结果表明：(1)高要林场2006、2007年降雨量分别为1 767.1 mm和1 692.7 mm，降雨主要集中在雨季的4～9月份，其降雨量分别占2006、2007年降雨量的81.7 %和84.5 %；(2)马占相思人工林的穿透雨、树干流与降雨量呈线性关系，林冠截留量、穿透雨率、树干流率与降雨量呈对数曲线关系；截留率与降雨量呈乘幂指数曲线关系；(3)马占相思人工林的年平均穿透雨率、树干流率和林冠截留率分别为84.2 %、7.3 %、8.5 %；由于降雨和林冠层的季节性变化，林冠截留效应存在明显的季节性差异，雨季的林冠截留率为8.5 %，旱季为17.9 %；(4)马占相思的穿透雨率高于相邻的鼎湖山常绿阔叶林，林冠截留率低于常绿阔叶林，这有利于增加马占相思林内净雨量，提高系统水资源量。

马占相思；林冠截留；穿透雨；树干流

我国自上世纪60年代起相继从澳大利亚等地引进了20多个相思树种[1-2]，由于相思树种生长速度快、适应性强，并具有一定的改良环境能力，因而在华南地区得以迅速推广。目前相思树种是热带亚热带地区继桉树之后的第二大速生用材林树种[3]。马占相思自1979年最早引进我国以来，生长表现良好[4]。但目前关于马占相思生态水文效应的报导极少，仅申卫军[5]等对马占相思枯落物的截留降水功能进行了初步的研究。

林冠截留是森林对降水输入发挥调节作用的起点，能使降水在数量及空间上进行重新分配[6-7]，因而在森林水分循环中扮演着十分重要的角色[8-10]。研究森林对大气降水的再分配状况，不仅为森林生态系统的水分养分平衡、能量流动研究提供基本的数据，对了解森林的水文生态功能、水资源管理与评价也有着极其重要的意义。

本文以2006～2007 年的定位观测结果为依据，探讨马占相思对降水的截留分配效应，比较不同季节截留量与截留率差异，为进一步分析马占相思人工林的水文生态效应提供理论依据。

1 研究区概况

试验地位于广东省高要市高要林场勤坑工区(112°38′E，23°05′N)。该区属亚热带季风气候，年平均气温为22 ℃，每年最热为7～8月份，最冷是1月份，历年各月平均气温在11 ℃以上，年平均积温为8 041 ℃，无霜期340 d。年平均雨量1 648 mm，4～9月降雨量最为集中，占全年降雨量83 %，历年平均降雨日数为156 d。历年平均日照时数1 801.6 h，年平均湿度在80 %左右。一般1～4月吹东北风，5～9月吹东风，10月以后吹东北风，历年平均风速为1.3 m·s-1。该区土壤以赤红壤为主，土层较厚，普遍呈酸性反应。

本研究的马占相思人工林地平均坡度32 °，为1999年在清理马尾松林后人工种植，株行距3 m×2 m，2007年调查时的林分密度为883株·hm-2，平均高15.2 m，林木平均胸径15. 6 cm。

2 研究方法

2.1 大气降雨观测

在高要林场勤坑工区空旷处设置1台翻斗式自动雨量计，对大气降雨进行连续监测。

2.2 林内穿透雨观测

在样地的上部和下部分别设置一套穿透雨收集装置，每套由3根对半剖开的PVC管集水槽组成，集水槽口离地高度大于50 cm，底部用铁架支撑，集水槽顺着山坡布设，集水槽较低的一端用PVC管头连接，全部集水槽的水收集到翻斗式量水仪器进行自动计量，每翻一斗为一升。

6个集水槽的长、宽、倾斜角度以及承雨面积见表1。

2.3 树干流观测

在样地中设置10 m×10 m的小样方，对样方中9株马占相思的树干流全部进行收集，并集中到翻斗式量水仪器进行自动计量。用橡皮导管法将聚乙烯塑料管沿中缝剪开一段(剪开长度取决于树干的大小)，然后用铁钉将塑料管开口处固定在树干基部1.0 m 处，再将剪开的塑料管从两边螺旋上升缠绕于树干，用铁钉固定后，用玻璃胶将接缝处封严，在塑料管的下端接入到翻斗式量水仪器。

树干流量S（mm）的计算公式为S=W/A ×1 000，W为全部树干流的总体积（m3），A为样方面积（m2）。

表1 穿透雨集水槽的基本参数Table 1 Parameters of through-fall collecting annulus

2.4 林冠截留计算

林冠截留量I （mm）计算公式为I = P - T- S，P为林外降雨量（mm）；T为林内穿透雨量（mm）。

2.5 数据处理

利用Excel软件计算降雨日的降雨量、穿透雨量、树干流量、林冠截留量，以及穿透雨率、树干流率以及林冠截留率，并对因仪器故障等造成的异常数据进行剔除，在此基础上分析穿透雨、树干流、林冠截留与降雨量的关系，并利用回归方程对剔除掉的穿透雨、树干流数据进行补值。

3 结果与分析

3.1 大气降雨特征

对自动雨量计监测到的大气降雨数据进行统计表明，2006、2007年的降雨量分别为1 767.1 、1 692.7 mm。从降雨的年内分配来看，4月到9月为降雨集中的雨季，10月到翌年3月为雨量稀少的旱季，雨季的降雨量分别占2006、2007年年降雨量的81.7 %和84.5 %，旱季(10～3月份)的降雨量分别占2006、2007年年降雨量的18.3 %和15.5 %（见图1）。

3.2 林内穿透雨特征

穿透雨是雨水经树冠进入土壤的主要途径，在森林生态系统的水量平衡中扮演着十分重要的角色。2006年穿透雨量为1 453.6 mm，穿透雨率为82.3 %；2007年穿透雨量为1 408.2 mm，穿透雨率为83.2 %(见表2)；2年的平均穿透雨率为82.8 %。分雨季和旱季进行统计，2006年雨季、旱季的穿透雨率分别为83.2 %和76.5 %，2007年雨季、旱季的穿透雨率分别为85.2 %和75.8 %。

图1 高要林场各月降雨量(2006～2007)Fig.1 Monthly rainfall in Gaoyao Forest Farm(2006～2007)

图2左表明，马占相思人工林穿透雨量与降雨量之间呈显著的线性正相关。图2右表明，穿透雨率与降雨量之间呈良好的对数曲线关系。从图2右还可以看出，穿透雨率的变化范围为0～91.0 %，日降雨量在0～10.0 mm时的降雨天数最多，其穿透雨率的变化也最大，穿透雨率变化范围为0～78.8 %；当日降雨量大于10.0 mm时，穿透率变化较小，除少数降雨日外，穿透雨率都稳定在78 %～91 %之间。

表2 2006、2007年各月的林冠截留统计Table 2 Canopy interception statistics in each month of 2006 and 2007

图2 穿透雨量、穿透雨率与降雨量的关系Fig.2 Relationship between through-fall, through-fall rate and rainfall

3.3 树干流特征

树干流是指通过树干到达地面的雨水，由于树干流对林地基本无侵蚀作用，而且分布在树基的周围，并含有大量的营养物质，很容易被根系吸收，因此在森林生态系统的物质循环中具有重要的意义[11]。2006年树干流量为1 25.7 mm，树干流率为7.1%；2007年树干流量为1 18.0 mm，树干流率为7.0%(见表2)。分雨季和旱季进行统计，2006年雨季、旱季的树干流率分别为7.3%和6.2%，2007年雨季、旱季的树干流率分别为7.3%和5.8%。

树干流量与降雨量的关系见图3左，树干流随着降雨量的增加而增加，两者呈很好地直线关系。树干流率与降雨量的关系见图3右，两者的关系用对数曲线拟合效果较好。从图3右可以看出，树干流率的变化范围为0～12.5%，当日降雨量在0～10.0 mm时树干流率变化范围为0～10.0%，而且在相同降雨量时树干流率相差很大；当日降雨量在10.0 mm～35.0 mm时，树干流率变化幅度有所缩小，为5%～10.0%，仅有一次树干流率超过10%；当日降雨量在35.0 mm以上时，树干流率也基本稳定在7.0%左右。

图3 树干流、树干流率与降雨量的关系Fig.3 Relationship between stem fl ow, stem fl ow rate and rainfall

3.4 林冠截留特征

林冠截留是森林生态系统蒸发散的一部分，主要由林冠特性和降雨特性决定[12]。马占相思人工林的2006、2007年的截留率分别为10.6%和9.8%(见表2)。分雨季和旱季进行统计，2006年雨季、旱季的林冠截留率分别为9.6%和17.3%，2007年雨季、旱季的林冠截留率分别为7.5%和18.4%。

从林冠截留量与降雨量的关系看（见图4a），随着降雨量的增加，林冠截留量也逐渐增大，最大截留量为6.0 mm，两者的关系可用对数模型进行较好的拟合。林冠截留率与降雨量的关系见图4b，两者的关系用乘幂函数拟合效果最佳。从图4b可以看出，当日降雨量在0～10.0 mm时截留率变化非常大，变化范围为13.7%～100.0%；而当日降雨量大于10.0 mm时截留率趋于稳定，基本维持在6.0 %左右。

图4 林冠截留量、林冠截留率与降雨量的关系Fig.4 Relationship between canopy interception, interception rate and rainfall

4 讨 论

4.1 林冠截留的季节性

从马占相思人工林林冠截留的季节性规律来看，雨季的平均穿透雨率为84.2 %，旱季的平均穿透雨率为76.4 %，雨季显著高于旱季；在林冠截留率方面，雨季的林冠截留率为8.6 %，旱季的林冠截留率为17.9 %，旱季显著高于雨季。一方面是因为雨季的降雨量及降雨强度大，而且叶面湿度大，树叶滴水形成的间接穿透雨比例增多，另一方面雨季也是树木的生长旺季，林冠郁闭度高，会减少直接穿透雨的比例，两个方面的综合作用导致了雨季的穿透雨率高于旱季。林冠截留率则是旱季高于雨季，这主要是因为旱季树体表面干燥，吸水能力强，加之旱季降雨强度小，间接穿透雨比例低。这也证实了Zimmermann et al.（2008）[13]的说法，即林冠截留受林分冠层特性的影响很大，即使是植物的季节性变化，林冠截留也会发生变化。

4.2 不同林分的林冠截留比较

马占相思人工林2006-2007年的平均穿透雨率为82.8 %，相比较而言，与之相邻的鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林的穿透雨率为59.9%[14]，造成马占相思人工林穿透率高的主要原因可能是由于马占相思人工林林分结构简单、层次单一，增加了直接穿透雨量，导致了穿透雨率的增加。马占相思人工林相对较低的穿透雨率对增加林内净雨量，改善系统水资源状况十分有利。

云南哀牢山常绿阔叶林的树干流率为0.9%[15]，湖南株洲樟树Cinnamomum camphora人工林的树干流率为1.28%[16]，广东乐昌杨东山阔叶林的树干流率为1.3%[17]，广东鼎湖山季风常绿阔叶林的树干流率为8.3%[14]，福建武夷山甜槠Castanopsis eyrei常绿阔叶林的树干流率为13.9%[18]，而马占相思人工林平均树干流率为7.0%。因此，不同地域不同林分的树干流率大不相同，最主要的原因可能是树种特性(如叶面积指数、叶面的光滑度、分枝角度)与林分特性(如郁闭度、冠层厚度)的差异，此外，由于地域不同，降雨条件也不一样，也可能导致树干流率出现较大差异。

马占相思人工林的平均截留率为10.2%，相比较而言，枫香Liquidambar formosana人工林的截留率为22.37%[19]，杉木Cunninghamia lanceolata人工林的截留率为20.10%[20]，常绿阔叶林幼林、成熟林的截留率分别为24.7%和27.6%[21]。马占相思人工林较低的林冠截留率可能是由于马占相思的叶面较为光滑，不易吸附雨水所致。

5 结 论

(1) 高要林场的年平均降雨量为1 730.0 mm，雨季、旱季分别为4～9月和10月～翌年3月，两者分别占全年降雨量的83.1%和16.9%。马占相思人工林的年平均穿透雨率、树干流率和林冠截留率分别为84.2%、7.3%、8.5%。

(2) 马占相思人工林的穿透雨、树干径流与降雨量呈线性关系，林冠截留量、穿透雨率、树干流率与降雨量呈对数曲线关系，截留率与降雨量呈乘幂指数曲线关系。

(3)马占相思人工林的林冠截留存在明显的季节性差异，雨季的林冠截留率为8.5%，旱季的林冠截留率为17.9%，这是由于其林冠层和降雨的季节性差异共同导致的。

(4)马占相思人工林的穿透雨率高于相邻的鼎湖山常绿阔叶林，林冠截留率低于常绿阔叶林，这有利于增加马占相思林内净雨量，提高系统水资源量。

(5) 相思人工林在我国南方用材林中占有较为重要的地位，本文仅对马占相思人工林的林冠截留效应进行了初步的研究，应加强相思人工林的水文生态效应研究，进一步了解相思人工林对生态环境的影响，这对促进该树种的推广种植具有十分重要的作用。

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Canopy interception effects of Acacia magium plantation

LI Han-qiang1, QIU Zhi-jun2, ZHANG Ning-nan2, XU Da-ping2, ZHOU Guang-yi2
(1. Research Institute of Forestry, Xijinag Forestry Bureau, Gaoyao 526108, Guangdong, China; 2 .Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

Through-fall, stem fl ow and rainfall of Acacia mangium plantation in Gaoyao Forest Farm were measured from 2006 to 2007,and the characteristics of canopy interception were analyzed. The results indicate that the annual rainfall of Gaoyao Forest Farm was 1 767.1 mm in 2006, and 1 692.7 mm in 2007. The rainfall mainly occurred in April to September, with its proportion of 81.7%to annual rainfall of 2006, and 84.5% to annual rainfall of 2007 respectively. The through-fall and stem fl ow had a linear relationship to rainfall. But the canopy interception, through-fall rate and stem fl ow rate had a logarithm relationship to rainfall. The relationship between interception rate and rainfall was a power curve function. Annual mean through-fall rate, stem fl ow rate and interception rate were 84.2%, 7.3%, and 8.5% respectively. Canopy interception effect had notable season changes due to the difference of rainfall and canopy characteristic, with the canopy interception rate of 8.5% in rain season, and 17.9% in dry season. Compared to the adjacent evergreen broad-leaved forest of Dinghushan, A. mangium plantation had higher through-fall rate and lower canopy interception rate,which was benef i cial to increase net rain and water resources of forest system.

Acacia mangium；canopy interception；through-fall；stem fl ow

S715.2

A

1673-923X(2013)02-0086-05

2012-06-13

科技部社会公益研究专项(2003DIB3J116)、广东省自然科学基金项目(0113931)

李汉强(1968-)，男，广东郁南人，助理工程师，主要从事林业生产管理工作

邱治军(1974-)，男，湖南武冈人，博士，助理研究员，主要从事森林生态学、森林水文学等方面的研究工作；E-mail: qzhijun@126.com

[本文编校：罗 列]