雷州半岛尾巨桉人工林林下穿透雨特征研究

潘松海，许宇星，王志超



雷州半岛尾巨桉人工林林下穿透雨特征研究

潘松海1，许宇星2，王志超2＊

(1.国营雷州林业局，广东湛江 524348；2.国家林业局桉树研究开发中心，广东湛江 524022)

为深入了解桉树生态水文过程，正确认识桉树水文功能，本文通过野外实测法，对不同林龄尾巨桉林下穿透雨进行连续观测，并结合林外降雨量分析尾巨桉人工林林下穿透雨特征及其与降雨的关系。结果发现：尾巨桉各林龄林下穿透雨量与降雨量呈极显著正相关线性模型(<0.01)；林下穿透雨率与降雨强度呈极显著正相关(<0.01)，截留率与降雨强度呈极显著负相关(<0.01)，变异系数随降雨强度的增大先增大后减小，且两者均与降雨量无显著相关性；干湿季林下穿透雨率差异显著，湿季显著大于干季(<0.05)，最大穿透雨率及最小穿透雨率分别是干季的1.17倍和3.2倍。

尾巨桉；穿透雨；林冠截留；降雨强度

水分是植物生长的重要条件，而降雨是植物获取水分的主要途径，因此降雨是生态系统中最具影响力的因素[1]。森林冠层对降雨有再分配功能[2-3]，不但改变了降水的特性和空间分布格局，保护林地土壤，还对营养物质循环和分配起着重要作用[4-6]。林下穿透雨是林冠对降雨再分配后而形成的主要部分[7-8]，对林下穿透雨特征的研究有着重要的生态学、水文学及水土保持意义，国内外关于森林冠层对降雨的再分配已进行了相关研究[9-11]，但针对我国南方的重要战略树种桉树()人工林林下穿透雨特征的研究在国内还较少。桉树的水分问题以及生态功能一直存在着诸多争议[12]，因此研究桉树人工林的林下穿透雨对于正确认识桉树水文过程有重要意义。尾巨桉()是我国种植面积最广的树种，本文以雷州半岛地区尾巨桉人工林为研究对象，探讨尾巨桉人工林林下降雨的变化特征及与降雨的关系，以求更深入了解桉树人工林的水文过程，为正确认识桉树人工林的水文功能提供数据支持。

1　研究区概况及研究方法

1.1研究区概况

研究区位于广东湛江桉树林生态系统国家定位观测研究站(21°30′N，111°38′E)，平地，海拔80 m，属热带海洋性气候，年降雨量1 200 ~1 700 mm。全年降雨多集中在5―10月份，占全年降雨量的77% ~ 85%，年平均气温23℃左右，最低温度0℃以上；太阳年辐射总量4240 MJ·m-2左右，多年平均相对湿度在80%以上。试验区土壤类型主要是玄武岩砖红壤，土层厚度2 m以上，0 ~ 80 cm土层内平均有机质含量1.6%以上，pH值 4.5 ~ 5.3，土壤肥力属中等水平。研究区乔木层是尾巨桉，灌木层有鹅掌柴()、白背叶()、五色梅(野牡丹()、五节芒()、桃金娘()和铁芒萁()等，草本层较为丰富。

1.2研究方法

1.2.1林内穿透雨的测定

在不同林龄4 ~ 7 a的桉树人工林样地中分别安装3个HOBO 自计式雨量计，长期连续对其林下降雨的动态特征进行监测，林下穿透雨取3个雨量计的平均值。同时为了避免灌木及草本植物对穿透雨的影响，雨量计距离地面不低于l m。降雨的划分按自计雨量计的记录，将间隔时间超过4 h的降雨事件划分为两次不同的降雨事件[11]。

1.2.2 林外降雨量的测定

由于无法直接测定冠上降水量进行，本研究利用林外自动气象观测场对林外降雨量进行同步测定。

1.2.3 统计分析

观测数据采用EXCEL 2003和SPSS 17.0分析软件进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1林下穿透雨与降雨量的关系研究

林下穿透雨与降雨量密切相关，通过对4 ~ 7年生尾巨桉桉树人工林林下穿透雨及同步对应降雨量分析作图可知(图1)：4 ~ 7年生林下穿透雨与降雨量均呈极显著正相关(<0.01)，相关系数分别为：0.989、0.959、0.966和0.985。通过回归分析得出各林龄林下穿透雨与降雨量的回归拟合方程(图1)，由图1可知：各林龄穿透雨与降雨量均呈极显著的线性关系，2均在0.9以上。大部分降雨事件下的林下穿透雨由于树干的截留作用，均小于林外降雨量，但仍有较多次出现大于 100 % 的穿透雨率现象，表现出降水“聚集效应”[11，13]，这是由于树叶将相对较大面积内的降雨汇集到一起，形成漏斗式，从而增加了林下穿透雨量。

2.2降雨强度与林下穿透雨率及截留率的关系

降雨强度是指单位时间内的降雨量，以5年生尾巨桉林下穿透雨为例，研究降雨强度与林下穿透雨率及截留率的关系。通过对降雨强度和穿透雨率、截留率的回归分析，得出回归拟合方程(图2)，2均为0.574；由图2可以看出：随着降雨强度的逐渐增大，林下穿透雨率急剧增大后趋于平缓，而林分截留率则急剧减小后趋于稳定，通过Pearson 相关分析得出，林下穿透雨率与降雨强度极显著正相关(<0.01)，相关系数为0.593；而截留率与降雨强度呈极显著负相关关系(<0.01)，相关系数为0.593，两者均与降雨量无显著相关性。

图1　各林龄林下穿透雨与降雨量的关系

2.3穿透雨的干湿季差异研究

由于干湿季降雨强度和降雨量不同，各林龄的干湿季的穿透雨率差异也较大，但均表现出相同的变化规律即湿季平均穿透雨率显著大于干季；以7年生尾巨桉为例，分析尾巨桉干湿季穿透雨率差异(表1)。由表1可知，湿季平均穿透雨率为75.33%，是干季平均穿透雨率(54.70%)的1.38倍；湿季最小穿透雨率为21.43%，最大穿透雨率为99.2%，分别是干季最小穿透雨率和最大穿透雨率的3.2倍和1.17倍。

表1　干湿季林下穿透雨差异　　　　　　%

由表2可知，干湿季的平均穿透雨率存在显著性差异(<0.05)，即湿季穿透雨率显著大于干季的穿透雨率。造成以上结果原因可能是湿季多强降雨，降雨量及降雨强度均大于干季。

表2　干湿季穿透雨率ANOVA方差分析

3 结论与讨论

对4 ~ 7年生尾巨桉林下穿透雨量与降雨量关系研究发现：各林龄林下穿透雨的变化明显受到降雨量的影响，两者具有显著的正相关性(<0.01)，其他树种如橡胶()[14]、杜仲()[15]等也有相似研究结果。林下穿透雨量与降雨量呈显著线性关系，2均在0.9以上。国外很多学者也有相似的研究结果[16-17]。

林下穿透雨率与降雨强度呈极显著正相关(<0.01)，而截留率与降雨强度呈极显著负相关(<0.01)，且两者的变异系数均随着降雨强度的增大先增大后减小，这可能是随着降雨强度的增加，林冠截留逐渐达到饱和，因此穿透雨也相应地趋于稳定，穿透雨率的增加亦趋于稳定[15,17]。

湿季的平均穿透雨率显著大于干季穿透雨率(<0.05)，且最大穿透雨率和最小穿透雨率均大于干季，这是由于湿季多强降雨，且降雨强度大于干季，因此穿透雨率湿季显著大于干季。

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Precipitation Throughfall Characteristics ofPlantations on the Leizhou Peninsula

PAN Song-hai1, XU Yu-xing2, WANG Zhi-chao2

(2.)

For an in-depth understanding of ecological processes ofplantations with respect to key hydrological factors, this article reports on field surveys carried out to observe and quantify throughfall of rainfall inplantations of different ages. This involved analysing the throughfall characteristics of eucalypt plantations and analysed relationships between total rainfall and throughfall. The results showed that the throughfall and rainfall ofplantations showed significant, positively linear relationships for all plantation ages examined. Also, the penetration rate of rainfall was found to have a highly significant, positive correlation with rainfall intensity (＜0.01), the interception rate was very significantly negatively correlated with rainfall intensity (＜0.01), the coefficient of variation tended to increase as rainfall intensity initially increases but then tended to decrease. Significant differences were found in rainfall penetration through plantation canopies between dry and wet seasons, and those of the wet season were significantly greater than those of the dry season (＜0.05). Minimum and maximum rainfall penetration rates during the wet season were 3.2 and 1.2 times greater, respectively, than those observed during the dry season.

; through-fall;canopy interception; rainfall intensity

S718.51+2.3

A

国家自然科学基金青年基金项目(31300383)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2014QB024)；广东湛江桉树林生态系统国家定位观测研究站运行补助(2016-LYPT-DW-126) .

潘松海(1974— )，男，硕士，助理工程师，主要从事桉树人工林经营管理. E-mail:pansh@cfgc.cn

王志超（1988—），男，硕士，助理研究员，主要从事桉树生态水文研究. E-mail:wzc2254@163.com