趙建霞

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鄭州植物園3個(gè)園林綠化樹種林冠截留降水作用研究

趙建霞

（鄭州植物園，河南 鄭州 450042）

對(duì)園林綠化樹種林冠截留降水作用進(jìn)行研究，探討不同綠化樹種的林冠對(duì)降雨分配的影響，可以為進(jìn)一步研究城市植被對(duì)海綿城市的貢獻(xiàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過對(duì)白蠟、枇杷和女貞人工林天然降雨條件下穿透降雨和樹干徑流等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，了解3個(gè)樹種之間林冠截留降水差異。結(jié)果表明：白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的林冠截留和樹干徑流過程都與林外降雨呈正相關(guān)，隨著林外降雨強(qiáng)度的變化而變化。進(jìn)一步證明了通過樹干徑流效果選擇樹種的可行性和重要性，為以后樹干徑流相關(guān)科研工作的開展提供了參考依據(jù)。

林冠截留；枇杷；女貞；樹干徑流

降水通過林地冠層后會(huì)形成冠層截留、穿透降雨和樹干徑流3部分[1]。林冠截留降水既是森林的第一水文效應(yīng)，也是林地水分循環(huán)過程中的重要水文現(xiàn)象，國內(nèi)外學(xué)者在林冠截留降水方面開展了大量的研究[2]。林冠截留降水具有兩方面的生態(tài)水文效應(yīng)，一方面使進(jìn)入林內(nèi)的水分減少，降低了降水對(duì)地表的沖刷作用，有利于保護(hù)土壤，防止水土流失；另一方面林冠截留的降雨消耗于蒸發(fā)，減少了地面的實(shí)際雨量和林下土壤水分的有效補(bǔ)充，是雨水資源的無益損失[3]。

在“海綿城市”建設(shè)中，城市綠地充當(dāng)著“海綿體”的作用，可對(duì)雨水進(jìn)行滯留、下滲、調(diào)蓄、凈化等。目前國內(nèi)外對(duì)森林林地林冠截留的研究雖然較多，但是缺少針對(duì)城市綠地人工林進(jìn)行相關(guān)調(diào)查研究，一定程度上限制了林冠層降雨研究對(duì)生態(tài)城市建設(shè)的作用。本文通過對(duì)白蠟、女貞和枇杷3種人工林天然降雨條件下穿透降雨和樹干徑流等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，從生態(tài)學(xué)、水文學(xué)的觀點(diǎn)研究城市綠化植被與降雨之間的關(guān)系，探討不同綠化樹種的林冠對(duì)降雨分配的影響，為進(jìn)一步研究城市植被對(duì)海綿城市的貢獻(xiàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)在鄭州植物園，位于鄭州市西郊。鄭州市位于河南省中部地區(qū)，東經(jīng)113°14′，北緯 34°43′，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冷暖適中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗日照長(zhǎng)，冬季寒冷少雪。年均氣溫為 14.2℃，7月份最熱、平均為 27.3℃，極端高溫為43℃；1月份最冷、平均為 0.2℃，極端低溫為-17.9℃；≧10℃積溫4 717℃，年平均降雨量640.9 mm，無霜期220 d，全年日照時(shí)間約2 400 h。

2 研究方法

2.1 研究材料

本研究選取鄭州植物園白蠟、枇杷和女貞3個(gè)人工林作為研究對(duì)象，各選取3~5棵作為標(biāo)準(zhǔn)木，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)木的林冠基本特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 林冠截留量測(cè)定

林冠截留量等于林外降雨量與林下雨量之 差[4]。本文對(duì)白蠟、枇杷和女貞多次降雨過程的林外降雨量和林內(nèi)降雨量進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其林冠截留量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.3 樹干徑流量測(cè)定

采用收集槽法。將橡皮管縱向剖開作槽，螺旋狀環(huán)繞在標(biāo)準(zhǔn)木胸徑下2~3周，用鐵釘和大頭針釘在樹干上，然后用玻璃膠將接觸處密封，再將最下端的聚乙烯塑料管插入放置地面上的盛水壺內(nèi)，以便在降雨時(shí)收集樹干徑流，每場(chǎng)降雨后及時(shí)測(cè)量收集的水量，計(jì)算單位面積冠層的樹干徑流量。

3 結(jié)果與分析

3.1 林冠基本特征分析

在園內(nèi)選取5株白蠟、5株枇杷和3株女貞作為標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，對(duì)每株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行編號(hào)，并對(duì)每株標(biāo)準(zhǔn)木的樹齡、高度、胸徑和冠幅這些基本特征進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)。結(jié)果如表1所示：白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種樹齡相仿，白蠟的樹齡為13 a、枇杷和女貞的樹齡都是14 a。3個(gè)樹種的高度有差別，高度最高的是白蠟，平均高度為5.32 m；其次是枇杷，平均高度分別為4.26 m；高度最低的是女貞，平均樹高為4.2 m。3個(gè)樹種胸徑最大的是白蠟，5株標(biāo)準(zhǔn)木的平均胸徑為14.1 cm；其次是女貞，3株標(biāo)準(zhǔn)木的平均胸徑為13.5 cm；胸徑最小的是枇杷，5株標(biāo)準(zhǔn)木的平均胸徑為11.8 cm。3個(gè)樹種冠幅最大的是白蠟，平均冠幅為4.8 m；其次是枇杷，平均冠幅為3.5 m；冠幅最小的是女貞，平均冠幅為3.2 m。在樹齡相差不大的情況下，白蠟的高度、胸徑和冠幅明顯高于其他兩個(gè)樹種，其生長(zhǎng)速度較快。

表1 標(biāo)準(zhǔn)木基本特征

3.2 林冠截留量分析

對(duì)白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種在2016年6月至8月間共10次降雨過程的林冠截留量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。從表中可以看出：不同樹種的林冠截留量和截留率不同，不同次降水林冠的截留量和截留率存在較大差距。3個(gè)樹種的林冠截留率在21.9%～79.6%之間，林冠截留率最高的是枇杷，平均林冠截留率為71.8%；其次是女貞，平均林冠截留率為48.0%；林冠截留率最低的是白蠟，平均林冠截留率為38.2%。3個(gè)樹種的平均林冠截留率：枇杷>女貞>白蠟。枇杷的平均林冠截留率遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)樹種，枇杷的平均林冠截留率是白蠟的1.9倍。

同一樹種不同降雨過程的林冠截留量和林冠截留率差異很大。10次降雨白蠟的林冠截留量在4.1～27.9 mm之間，林冠截留率在21.9%～54.4%之間，白蠟6月8日降水林冠的截留率為21.9%，7月14日降水林冠的截留率為54.4%，7月14日降水林冠的截留率是6月8日的2.5倍。10次降雨枇杷的林冠截留量在7.2～41.0 mm之間，林冠截留率在64.3%～79.6%之間，枇杷6月23日降水林冠的截留率為64.3%，7月14日降水林冠截留率為79.6%，7月14日降水林冠的截留率是6月23日的1.2倍。10次降雨女貞的林冠截留量在7.2～29.7 mm之間，林冠截留率在33.3%～66.7%之間，女貞8月2日降水林冠的截留率為33.3%， 8月5日降水林冠的截留率為66.7%，8月5日降水林冠截留率是8月2日的2.0倍。

表2 林冠截留量比較分析

3.3 樹干徑流分析

對(duì)白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種在2016年6月至8月間共10次降雨過程的樹干徑流進(jìn)行觀測(cè)分析，結(jié)果見表3。從表中可以看出：相同降雨條件下，不同樹種的樹干徑流量差別很大。樹干徑流量隨著林外降雨量的增大而增大，但樹干徑流的產(chǎn)生量比林冠截留雨量少很多，說明林冠截留的降水大部分消耗于蒸發(fā)，轉(zhuǎn)化為樹干徑流的量相對(duì)較少。

6月5日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為2.0%、8.8%、9.5%，女貞>枇杷>白蠟。6月8日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為1.8%、8.3%和10.3%，女貞>枇杷>白蠟。6月23日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為4.3%、9.3%和14.2%，女貞>枇杷>白蠟。7月11日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為3.6%、14.0%和20.9%，女貞>枇杷>白蠟。7月14日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為3.5%、11.7%和21.7%，女貞>枇杷>白蠟。7月19日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為5.2%、23.2%和28.5%，女貞>枇杷>白蠟。7月20日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為5.1%、22.8%和27.6%，女貞>枇杷>白蠟。8月2日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為6.3%、25.1%和26.8%，女貞>枇杷>白蠟。8月5日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為2.3%、15.5%和17.9%，女貞>枇杷>白蠟。8月11日，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的樹干徑流占林外降雨的平均比率分別為3.4%、15.8%和18.0%，女貞>枇杷>白蠟。

總體而言，白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種，樹干徑流占林外降雨的平均比率最高的是女貞，其次是枇杷，白蠟的樹干徑流占林外降雨的平均比率最低。

表3 樹干徑流結(jié)果分析

注：A代表樹干徑流總量（ml）；B代表單位面積林冠引起的樹干徑流量（mm）；C代表樹干徑流占林外降雨量的比率（%）。

4 小結(jié)

白蠟、枇杷和女貞3個(gè)樹種的林冠截留和樹干徑流過程都與林外降雨呈正相關(guān)，隨著林外降雨強(qiáng)度的變化而變化。3個(gè)樹種不同次降水林冠的截留量和截留率存在較大差異， 3個(gè)樹種的平均林冠截留率：枇杷>女貞>白蠟，枇杷的平均林冠截留率遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)樹種。同一樹種不同場(chǎng)次的林冠截留量和林冠截留率差異也很大。

樹干徑流是降雨最終沿樹干向下流動(dòng)的部分，能夠直觀的體現(xiàn)樹木的降水截留效果。對(duì)3個(gè)不同綠化樹種多次降雨過程的樹干徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比不同樹種的樹干徑流情況，結(jié)果顯示：樹干徑流占林外降雨的平均比率最高的是女貞，其次是枇杷，白蠟的樹干徑流占林外降雨的平均比率最低。進(jìn)一步證明了通過樹干徑流效果選擇樹種的可行性和重要性，為以后樹干徑流相關(guān)科研工作的開展提供了參考依據(jù)。

本次僅是對(duì)鄭州植物園3個(gè)園林綠化樹種林冠截留降水作用進(jìn)行研究，涉及的園林綠化樹種較少，觀測(cè)設(shè)施較為簡(jiǎn)單，考慮到的影響林冠截留降水作用的因素不夠全面，未來的研究應(yīng)在現(xiàn)有調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，涵蓋更多的林地類型，使用更精確的觀測(cè)方法，以便更加準(zhǔn)確地反映鄭州市城市綠地不同綠化樹種的林冠層降雨分配情況，為“海綿城市”建設(shè)提供較準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

[1] 時(shí)忠杰，王彥輝，徐麗宏，等. 六盤山華山松林降雨再分配及其空間變異特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（1）：77-84.

[2] 郝帥，張毓?jié)?，劉端，? 不同郁閉度天山云衫林林冠截留量及穿透雨量特征研究[J]. 干旱區(qū)地理，2009，32（6）：917-923.

[3] 王金葉，于澎濤， 王彥輝，等. 森林生態(tài)水文過程研究[M]. 北京：科學(xué)出版社，2008.

[4] 周曉峰. 中國森林與生態(tài)環(huán)境[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，1999.

（責(zé)任編輯：王團(tuán)榮）

Study on the Canopy Rainfall Interception of Three Landscaping Tree Species in Zhengzhou Botanical Garden

ZHAO Jian-xia

(Zhengzhou Botanical Garden, Zhengzhou Henan 450042,China)

To Study the canopy rainfall interception of landscaping tree species, explore the influence of rainfall distribution of different landscaping tree species, provide basic data for further study on the urban vegetation’s contribution to the sponge city. This paper reveals the difference rainfall interception canopy among the tree species by statistical analysis of the rainfall and runoff data under the conditions of man-made forest natural rain. The results show that: the rainfall and runoff data of the three tree species all positively correlated to the rainfall, change according to the rainfall intensity. Further proves the feasibility of choose species by the effect of trunk runoff, provides reference frame for related research work of the trunk runoff.

Canopy rainfall interception; Loquat;Privet;Stem flow

S 725.1

A

1003-2630（2017）01-0015-04

2017-01-10

趙建霞（1983-），女，河南鄭州人。初級(jí)工程師，主要從事園林植物引種等方面的研究。E-mail:1692917104@qq.com。