雷州半島尾巨桉人工林林下穿透雨特征研究

潘松海，許宇星，王志超

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雷州半島尾巨桉人工林林下穿透雨特征研究

潘松海1，許宇星2，王志超2＊

(1.國營雷州林業(yè)局，廣東湛江 524348；2.國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東湛江 524022)

為深入了解桉樹生態(tài)水文過程，正確認(rèn)識(shí)桉樹水文功能，本文通過野外實(shí)測(cè)法，對(duì)不同林齡尾巨桉林下穿透雨進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并結(jié)合林外降雨量分析尾巨桉人工林林下穿透雨特征及其與降雨的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：尾巨桉各林齡林下穿透雨量與降雨量呈極顯著正相關(guān)線性模型(<0.01)；林下穿透雨率與降雨強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)(<0.01)，截留率與降雨強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，變異系數(shù)隨降雨強(qiáng)度的增大先增大后減小，且兩者均與降雨量無顯著相關(guān)性；干濕季林下穿透雨率差異顯著，濕季顯著大于干季(<0.05)，最大穿透雨率及最小穿透雨率分別是干季的1.17倍和3.2倍。

尾巨桉；穿透雨；林冠截留；降雨強(qiáng)度

水分是植物生長的重要條件，而降雨是植物獲取水分的主要途徑，因此降雨是生態(tài)系統(tǒng)中最具影響力的因素[1]。森林冠層對(duì)降雨有再分配功能[2-3]，不但改變了降水的特性和空間分布格局，保護(hù)林地土壤，還對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和分配起著重要作用[4-6]。林下穿透雨是林冠對(duì)降雨再分配后而形成的主要部分[7-8]，對(duì)林下穿透雨特征的研究有著重要的生態(tài)學(xué)、水文學(xué)及水土保持意義，國內(nèi)外關(guān)于森林冠層對(duì)降雨的再分配已進(jìn)行了相關(guān)研究[9-11]，但針對(duì)我國南方的重要戰(zhàn)略樹種桉樹()人工林林下穿透雨特征的研究在國內(nèi)還較少。桉樹的水分問題以及生態(tài)功能一直存在著諸多爭議[12]，因此研究桉樹人工林的林下穿透雨對(duì)于正確認(rèn)識(shí)桉樹水文過程有重要意義。尾巨桉()是我國種植面積最廣的樹種，本文以雷州半島地區(qū)尾巨桉人工林為研究對(duì)象，探討尾巨桉人工林林下降雨的變化特征及與降雨的關(guān)系，以求更深入了解桉樹人工林的水文過程，為正確認(rèn)識(shí)桉樹人工林的水文功能提供數(shù)據(jù)支持。

1　研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站(21°30′N，111°38′E)，平地，海拔80 m，屬熱帶海洋性氣候，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%，年平均氣溫23℃左右，最低溫度0℃以上；太陽年輻射總量4240 MJ·m-2左右，多年平均相對(duì)濕度在80%以上。試驗(yàn)區(qū)土壤類型主要是玄武巖磚紅壤，土層厚度2 m以上，0 ~ 80 cm土層內(nèi)平均有機(jī)質(zhì)含量1.6%以上，pH值 4.5 ~ 5.3，土壤肥力屬中等水平。研究區(qū)喬木層是尾巨桉，灌木層有鵝掌柴()、白背葉()、五色梅(野牡丹()、五節(jié)芒()、桃金娘()和鐵芒萁()等，草本層較為豐富。

1.2研究方法

1.2.1林內(nèi)穿透雨的測(cè)定

在不同林齡4 ~ 7 a的桉樹人工林樣地中分別安裝3個(gè)HOBO 自計(jì)式雨量計(jì)，長期連續(xù)對(duì)其林下降雨的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，林下穿透雨取3個(gè)雨量計(jì)的平均值。同時(shí)為了避免灌木及草本植物對(duì)穿透雨的影響，雨量計(jì)距離地面不低于l m。降雨的劃分按自計(jì)雨量計(jì)的記錄，將間隔時(shí)間超過4 h的降雨事件劃分為兩次不同的降雨事件[11]。

1.2.2 林外降雨量的測(cè)定

由于無法直接測(cè)定冠上降水量進(jìn)行，本研究利用林外自動(dòng)氣象觀測(cè)場(chǎng)對(duì)林外降雨量進(jìn)行同步測(cè)定。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)分析

觀測(cè)數(shù)據(jù)采用EXCEL 2003和SPSS 17.0分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1林下穿透雨與降雨量的關(guān)系研究

林下穿透雨與降雨量密切相關(guān)，通過對(duì)4 ~ 7年生尾巨桉桉樹人工林林下穿透雨及同步對(duì)應(yīng)降雨量分析作圖可知(圖1)：4 ~ 7年生林下穿透雨與降雨量均呈極顯著正相關(guān)(<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為：0.989、0.959、0.966和0.985。通過回歸分析得出各林齡林下穿透雨與降雨量的回歸擬合方程(圖1)，由圖1可知：各林齡穿透雨與降雨量均呈極顯著的線性關(guān)系，2均在0.9以上。大部分降雨事件下的林下穿透雨由于樹干的截留作用，均小于林外降雨量，但仍有較多次出現(xiàn)大于 100 % 的穿透雨率現(xiàn)象，表現(xiàn)出降水“聚集效應(yīng)”[11，13]，這是由于樹葉將相對(duì)較大面積內(nèi)的降雨匯集到一起，形成漏斗式，從而增加了林下穿透雨量。

2.2降雨強(qiáng)度與林下穿透雨率及截留率的關(guān)系

降雨強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)的降雨量，以5年生尾巨桉林下穿透雨為例，研究降雨強(qiáng)度與林下穿透雨率及截留率的關(guān)系。通過對(duì)降雨強(qiáng)度和穿透雨率、截留率的回歸分析，得出回歸擬合方程(圖2)，2均為0.574；由圖2可以看出：隨著降雨強(qiáng)度的逐漸增大，林下穿透雨率急劇增大后趨于平緩，而林分截留率則急劇減小后趨于穩(wěn)定，通過Pearson 相關(guān)分析得出，林下穿透雨率與降雨強(qiáng)度極顯著正相關(guān)(<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.593；而截留率與降雨強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.593，兩者均與降雨量無顯著相關(guān)性。

圖1　各林齡林下穿透雨與降雨量的關(guān)系

2.3穿透雨的干濕季差異研究

由于干濕季降雨強(qiáng)度和降雨量不同，各林齡的干濕季的穿透雨率差異也較大，但均表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律即濕季平均穿透雨率顯著大于干季；以7年生尾巨桉為例，分析尾巨桉干濕季穿透雨率差異(表1)。由表1可知，濕季平均穿透雨率為75.33%，是干季平均穿透雨率(54.70%)的1.38倍；濕季最小穿透雨率為21.43%，最大穿透雨率為99.2%，分別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　干濕季林下穿透雨差異　　　　　　%

由表2可知，干濕季的平均穿透雨率存在顯著性差異(<0.05)，即濕季穿透雨率顯著大于干季的穿透雨率。造成以上結(jié)果原因可能是濕季多強(qiáng)降雨，降雨量及降雨強(qiáng)度均大于干季。

表2　干濕季穿透雨率ANOVA方差分析

3 結(jié)論與討論

對(duì)4 ~ 7年生尾巨桉林下穿透雨量與降雨量關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)：各林齡林下穿透雨的變化明顯受到降雨量的影響，兩者具有顯著的正相關(guān)性(<0.01)，其他樹種如橡膠()[14]、杜仲()[15]等也有相似研究結(jié)果。林下穿透雨量與降雨量呈顯著線性關(guān)系，2均在0.9以上。國外很多學(xué)者也有相似的研究結(jié)果[16-17]。

林下穿透雨率與降雨強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)(<0.01)，而截留率與降雨強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，且兩者的變異系數(shù)均隨著降雨強(qiáng)度的增大先增大后減小，這可能是隨著降雨強(qiáng)度的增加，林冠截留逐漸達(dá)到飽和，因此穿透雨也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定，穿透雨率的增加亦趨于穩(wěn)定[15,17]。

濕季的平均穿透雨率顯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，這是由于濕季多強(qiáng)降雨，且降雨強(qiáng)度大于干季，因此穿透雨率濕季顯著大于干季。

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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

國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(31300383)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CAFYBB2014QB024)；廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站運(yùn)行補(bǔ)助(2016-LYPT-DW-126) .

潘松海(1974— )，男，碩士，助理工程師，主要從事桉樹人工林經(jīng)營管理. E-mail:pansh@cfgc.cn

王志超（1988—），男，碩士，助理研究員，主要從事桉樹生態(tài)水文研究. E-mail:wzc2254@163.com