亚热带常绿阔叶林的水文生态特征
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3 国家自然科学基金项目 ( 30471386 )和日本学术振兴会资助项目 ( P03118) . 3 3 通讯联系人. E2mail: xnxu61@ yahoo. com. cn 2005 - 08 - 12收稿 , 2006 - 07 - 12接受.
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
在固定样地中央 ,设置一个 6 m ×6 m的小样地 ,用于测 定树干流量. 小样地内所有胸径大于 210 cm 的树木有 12个 树种共计 28株. 在距地面 112 m 处 ,用厚度 5 mm 的橡胶片 围成漏斗状 ,内部用橡皮泥严封以防漏水 , 用胶管将承接到 的茎流雨水分别引入 3 根长 4 m 的 PVC塑料管后 ,再导入 自动翻倒式雨量计 , 每翻倒一次 500 m l. 21214 径流量测定 在固定样地内设置一块小型径流场进 行地表径流和壤中流量的测定. 径流场集水面积为 5 m ×10 m ,海拔高度为 260 m ,坡度为 22°～24°,坡向为北 65°西 ,径 流场四周除下坡外 ,用厚度为 2 mm 的马口铁截流 ,埋深 50 cm ,露出地面 30 cm. 径流场下方安装长 5 m 的接水槽 3个 , 分别安置在地表 、土壤 30 cm 和 70 cm 深处 ,以采集地表径 流和壤中流 ,并在接水槽上部设立一座雨棚以防雨水进入接 水槽. 用胶管将承接到的径流雨水引入自动翻倒式雨量计 , 每翻倒一次地表径流为 1 000 m l、壤中流为 500 m l. 各自动 翻倒式雨量计都配置一个 KADEC2PLS自动数据采集仪 (东 京 KONA System公司 ) ,设定时间间隔均为 60 m in. 21215 林地凋落物现存量及其蓄水量测定 在固定样地内 随机布置 50 cm ×50 cm 的小样方 5 个 ,定期测定凋落物现 存量 、持水率和最大持水量等 [21 ]. 21216 土壤物理性质分析 在固定样地内挖掘土壤剖面 2 个 ,分别土层 (0～10、10～30和 30～70 cm )取样 ,按常规方 法分析不同土层的物理性质 ,包括容重 、孔隙度 、含水量 、最 大持水量 、颗粒组成和水分渗透率等 [12 ].
9期 徐小牛等 :亚热带常绿阔叶林的水文生态特征
1571
行措施.
2 研究地区与研究方法
211 自然概况 本研究在日本琉球大学演习林内进行 1该试验林位于
日本西南部的冲绳岛北部 ( 26°45′N , 128°10′E) ,属丘陵地 区 ,海拔高度为 50～498 m;属亚热带海洋性湿润季风气候 , 雨量充沛 ,近 30 年间的年平均气温为 2116 ℃,最冷月 ( 1 月 )年平均气温为 1018 ℃,极端低温不低于 2 ℃;年平均降 雨量为 2 680 mm; 6～10月间台风频繁 ,降雨强度大 ,其中台 风雨量约占年降雨量的 50%.
Key words Eco2hydrological effect, Precip itation partitioning, Runoff, Subtrop ical forest, Typhoon rainfall.
1 引 言
森林水文生态功能是森林生态系统功能的一个 重要方面. 对森林水分循环的研究 ,并结合能量流动 和物质循环的研究 ,有利于全面了解森林生态系统 的功能过程. 大气降雨进入森林生态系统时 ,首先与 林冠层发生作用 ,导致大气降雨的重新分配. 这种林 冠层对降雨的重新分配作用不仅直接影响到水分在 森林生态系统中的循环过程 ,而且具有重要的水文 生态意义 [ 1, 3～8, 11, 19 ] . 由于林冠层对降雨的截持和缓 冲 ,减少了进入林地的雨量 ,降低了降雨的动能和势
能 ,从而起到削弱洪峰流量 、防止土壤侵蚀和涵养水 源的生态功效. 另一方面 ,降雨经过林冠层后 ,其水 化学特性也发生很大变化 [ 1, 7, 23, 27 ] ,从而影响森林生 态系统的生物地球化学循环和生态系统生产力. 本 文对亚热带常绿阔叶林的水文生态特征进行了为期 3年的定位观测 ,旨在揭示亚热带常绿阔叶林生态 系统水文变化特征和动态规律 ,为亚热带林的可持 续经营和有效发挥水文生态效应提供科学依据和可
应 用 生 态 学 报 2006年 9月 第 17卷 第 9期 CH INESE JOURNAL OF APPL IED ECOLOGY, Sep. 2006, 17 (9) : 1570～1574
亚热带常绿阔叶林的水文生态特征 3
NA System公司 ) ,设定时间间隔为 60 m in. 21213 穿透雨量及树干流量测定 在固定样地内随机设置 4 个由直径 30 cm 的 PVC塑料管制成的集水槽 ,长 4 m、宽 20 cm ,槽口平面距地面 110 m ,收集穿透雨. 用胶管将承接到的 雨水引入自动翻倒式雨量计 , 每翻倒一次 500 m l.
徐小牛 13 3 王 勤 1 平田永二 2
(1 安徽农业大学林学与园林学院 , 合肥 230036; 2 琉球大学农学部 , 冲绳 90320213, 日本 )
【摘要 】 对日本冲绳岛亚热带天然次生常绿阔叶林的水文生态特性进行了为期 3年的定位观测. 结果表 明 ,观测期间年平均降雨量高达 3 325 mm ,台风降雨 (包括直接和间接影响 )占年降雨量的 4213% ;穿透雨 量和树干流量分别为年降雨量的 5319%和 3019% ,较高的树干流量可能与高风速 、强度降雨以及优势树 种的树冠构造紧密相关Βιβλιοθήκη Baidu 林冠截留损失占年降雨量的 1512% ,低于世界范围内其它多数常绿阔叶林 ( 15% ～30% ). 年平均地表径流和壤中流量分别是 1 092 mm 和 613 mm ,分别占年降雨量的 3218%和 1814% ; 较高的径流量可能是由不良的土壤物理性质引起的. 试验林土壤尤其是下层土壤非毛管孔隙度低 ( 8% ～ 12% ) 、粘粒含量极高 (5119% ～6015% ) ,水分渗透缓慢 ( 12 m l·m in - 1 ). 0～70 cm 土层的有效蓄水量和 最大蓄水量分别为 85 mm 和 324 mm ,林地凋落物层的最大持水量为 218 mm ,接近或低于中国亚热带和热 带山地雨林.
rectly contributed by typhoon rainfall, imp lying that typhoon p layed a very important role in the hydrology of the
forest. Through2fall and stem 2flow contributed to 5319% and 3019% of the annual rainfall, respectively. The higher stem 2flow could be due to the high w ind velocity, intense rainfall, and the crown morphology of dom inant species C. sieboldii w ith inclined branches and concave2shaped leaves. Intercep tion loss occup ied 1512% of the total rainfall, being the lowest in the range of 15% ～30% w idely reported for many broadleaved evergreen for2 ests. The annual surface runoff and lateral flow were 1 092 mm and 613 mm , respectively, and the high p ropor2 tion of surface runoff (3218% ) was p robably due to the poor physical p roperties of soil, particularly the low non2 cap illary porosity (8% ～12% ) , high clay content ( 5119% ～6015 % ) , and low infiltration rate ( 12 m l· m in - 1 ) in deeper soil layers. The effective and maximum water storage capacity of 0～70 cm soil layer were 85
土壤系古生代粘板岩母质上发育起来的黄壤 [13 ] ,强酸 性反应 , pH值为 411;表层土壤总有机碳和全氮含量分别是 7215和 316 mg·kg- 1 ;交换性盐基含量分别为 : K 0161、Ca 3101和 M g 1144 cmol( + ) kg- 1. 212 研究方法 21211 样地设置 在具有代表性地段设置面积为 30 m ×30 m的固定观测样地 ,并对样地进行每木调查 ,对胸径大于 310 cm的所有树木 ,实测其胸径和树高并记录种类. 调查表 明 ,试验林分密度为 6 600株 ·hm - 2 ,胸高断面积为 45 m2 · hm - 2. 此外 ,在距样地约 50 m 的平坦山顶 ,设置一个面积为 20 m ×20 m 的空地 ,用于测定大气降雨. 为防止树木的影 响 ,伐除控制区内所有树木. 21212 大气降雨测定 在平坦山顶的控制区中央 ,设置 2个 标准雨量计 ,并配置 KADEC2PLS自动数据采集仪 (东京 KO2
关键词 水文生态效应 降雨分配 径流 亚热带林 台风降雨 文章编号 1001 - 9332 (2006) 09 - 1570 - 05 中图分类号 S715 文献标识码 A
Eco2hydrolog ica l character istics of a subtrop ica l evergreen broadleaved forest in Japan. XU Xiaoniu1 , WANG Q in1 , H IRATA Eiji2 (1 College of Forestry and L andscape A rch itectu re, A nhu i A g ricu ltu ra l U n iversity, Hefei 230036, Ch ina; 2 Facu lty of A g ricu ltu re, U n iversity of the R yukyus, O k inaw a 90320213, Japan) . 2Ch in. J. A ppl. Ecol. , 2006, 17 (9) : 1570～1574. A three years (1998～2000) observation on the eco2hydrological characteristics of Castanopsis siebold ii and S ch i2 m a w a llichii dom inated subtrop ical evergreen broadleaved forest on the Okinawa Island of Japan showed that dur2 ing the observation period, the mean annual p recip itation was 3 325 mm , and 4213% of it was directly or indi2
试验区森林植被为亚热带天然次生常绿阔叶林. 1930～ 1945年期间 ,该地区森林植被曾遭到严重采伐 ,主要用于烧 炭供应军队. 自 1950年以来 ,这片森林未受到任何经营活动 (如采伐等 )的影响. 目前 ,林分生长良好 ,林相整齐 ,郁闭度 达 019以上 ,其优势种主要包括琉球锥 ( Castanopsis siebold2 ii) 、琉球木荷 ( S ch im a w a llich ii) 、粉绿虎皮楠 (D aphn iphyllum g laucescens) 、蚊母树 (D isty lium racem osum ) 、密花树 ( R apanea neriifolia) 、鳄梨 ( Persea thunberg ii) 、柃木 ( Eu rya japan ica) 、薯 豆 ( E laeoca rpus japon icum )和琉球冬青 ( Ilex liukiuensis)等 ,树 种组成复杂 ,多样性高 ,且落叶树种类少 [8, 10, 24, 26 ].
mm and 324 mm , respectively, and the maximum water2holding capacity of forest floor was 218 mm , which were
close to or lower than those of the subtrop ical and trop ical rain forests in China.
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
在固定样地中央 ,设置一个 6 m ×6 m的小样地 ,用于测 定树干流量. 小样地内所有胸径大于 210 cm 的树木有 12个 树种共计 28株. 在距地面 112 m 处 ,用厚度 5 mm 的橡胶片 围成漏斗状 ,内部用橡皮泥严封以防漏水 , 用胶管将承接到 的茎流雨水分别引入 3 根长 4 m 的 PVC塑料管后 ,再导入 自动翻倒式雨量计 , 每翻倒一次 500 m l. 21214 径流量测定 在固定样地内设置一块小型径流场进 行地表径流和壤中流量的测定. 径流场集水面积为 5 m ×10 m ,海拔高度为 260 m ,坡度为 22°～24°,坡向为北 65°西 ,径 流场四周除下坡外 ,用厚度为 2 mm 的马口铁截流 ,埋深 50 cm ,露出地面 30 cm. 径流场下方安装长 5 m 的接水槽 3个 , 分别安置在地表 、土壤 30 cm 和 70 cm 深处 ,以采集地表径 流和壤中流 ,并在接水槽上部设立一座雨棚以防雨水进入接 水槽. 用胶管将承接到的径流雨水引入自动翻倒式雨量计 , 每翻倒一次地表径流为 1 000 m l、壤中流为 500 m l. 各自动 翻倒式雨量计都配置一个 KADEC2PLS自动数据采集仪 (东 京 KONA System公司 ) ,设定时间间隔均为 60 m in. 21215 林地凋落物现存量及其蓄水量测定 在固定样地内 随机布置 50 cm ×50 cm 的小样方 5 个 ,定期测定凋落物现 存量 、持水率和最大持水量等 [21 ]. 21216 土壤物理性质分析 在固定样地内挖掘土壤剖面 2 个 ,分别土层 (0～10、10～30和 30～70 cm )取样 ,按常规方 法分析不同土层的物理性质 ,包括容重 、孔隙度 、含水量 、最 大持水量 、颗粒组成和水分渗透率等 [12 ].
9期 徐小牛等 :亚热带常绿阔叶林的水文生态特征
1571
行措施.
2 研究地区与研究方法
211 自然概况 本研究在日本琉球大学演习林内进行 1该试验林位于
日本西南部的冲绳岛北部 ( 26°45′N , 128°10′E) ,属丘陵地 区 ,海拔高度为 50～498 m;属亚热带海洋性湿润季风气候 , 雨量充沛 ,近 30 年间的年平均气温为 2116 ℃,最冷月 ( 1 月 )年平均气温为 1018 ℃,极端低温不低于 2 ℃;年平均降 雨量为 2 680 mm; 6～10月间台风频繁 ,降雨强度大 ,其中台 风雨量约占年降雨量的 50%.
Key words Eco2hydrological effect, Precip itation partitioning, Runoff, Subtrop ical forest, Typhoon rainfall.
1 引 言
森林水文生态功能是森林生态系统功能的一个 重要方面. 对森林水分循环的研究 ,并结合能量流动 和物质循环的研究 ,有利于全面了解森林生态系统 的功能过程. 大气降雨进入森林生态系统时 ,首先与 林冠层发生作用 ,导致大气降雨的重新分配. 这种林 冠层对降雨的重新分配作用不仅直接影响到水分在 森林生态系统中的循环过程 ,而且具有重要的水文 生态意义 [ 1, 3～8, 11, 19 ] . 由于林冠层对降雨的截持和缓 冲 ,减少了进入林地的雨量 ,降低了降雨的动能和势
能 ,从而起到削弱洪峰流量 、防止土壤侵蚀和涵养水 源的生态功效. 另一方面 ,降雨经过林冠层后 ,其水 化学特性也发生很大变化 [ 1, 7, 23, 27 ] ,从而影响森林生 态系统的生物地球化学循环和生态系统生产力. 本 文对亚热带常绿阔叶林的水文生态特征进行了为期 3年的定位观测 ,旨在揭示亚热带常绿阔叶林生态 系统水文变化特征和动态规律 ,为亚热带林的可持 续经营和有效发挥水文生态效应提供科学依据和可
应 用 生 态 学 报 2006年 9月 第 17卷 第 9期 CH INESE JOURNAL OF APPL IED ECOLOGY, Sep. 2006, 17 (9) : 1570～1574
亚热带常绿阔叶林的水文生态特征 3
NA System公司 ) ,设定时间间隔为 60 m in. 21213 穿透雨量及树干流量测定 在固定样地内随机设置 4 个由直径 30 cm 的 PVC塑料管制成的集水槽 ,长 4 m、宽 20 cm ,槽口平面距地面 110 m ,收集穿透雨. 用胶管将承接到的 雨水引入自动翻倒式雨量计 , 每翻倒一次 500 m l.
徐小牛 13 3 王 勤 1 平田永二 2
(1 安徽农业大学林学与园林学院 , 合肥 230036; 2 琉球大学农学部 , 冲绳 90320213, 日本 )
【摘要 】 对日本冲绳岛亚热带天然次生常绿阔叶林的水文生态特性进行了为期 3年的定位观测. 结果表 明 ,观测期间年平均降雨量高达 3 325 mm ,台风降雨 (包括直接和间接影响 )占年降雨量的 4213% ;穿透雨 量和树干流量分别为年降雨量的 5319%和 3019% ,较高的树干流量可能与高风速 、强度降雨以及优势树 种的树冠构造紧密相关Βιβλιοθήκη Baidu 林冠截留损失占年降雨量的 1512% ,低于世界范围内其它多数常绿阔叶林 ( 15% ～30% ). 年平均地表径流和壤中流量分别是 1 092 mm 和 613 mm ,分别占年降雨量的 3218%和 1814% ; 较高的径流量可能是由不良的土壤物理性质引起的. 试验林土壤尤其是下层土壤非毛管孔隙度低 ( 8% ～ 12% ) 、粘粒含量极高 (5119% ～6015% ) ,水分渗透缓慢 ( 12 m l·m in - 1 ). 0～70 cm 土层的有效蓄水量和 最大蓄水量分别为 85 mm 和 324 mm ,林地凋落物层的最大持水量为 218 mm ,接近或低于中国亚热带和热 带山地雨林.
rectly contributed by typhoon rainfall, imp lying that typhoon p layed a very important role in the hydrology of the
forest. Through2fall and stem 2flow contributed to 5319% and 3019% of the annual rainfall, respectively. The higher stem 2flow could be due to the high w ind velocity, intense rainfall, and the crown morphology of dom inant species C. sieboldii w ith inclined branches and concave2shaped leaves. Intercep tion loss occup ied 1512% of the total rainfall, being the lowest in the range of 15% ～30% w idely reported for many broadleaved evergreen for2 ests. The annual surface runoff and lateral flow were 1 092 mm and 613 mm , respectively, and the high p ropor2 tion of surface runoff (3218% ) was p robably due to the poor physical p roperties of soil, particularly the low non2 cap illary porosity (8% ～12% ) , high clay content ( 5119% ～6015 % ) , and low infiltration rate ( 12 m l· m in - 1 ) in deeper soil layers. The effective and maximum water storage capacity of 0～70 cm soil layer were 85
土壤系古生代粘板岩母质上发育起来的黄壤 [13 ] ,强酸 性反应 , pH值为 411;表层土壤总有机碳和全氮含量分别是 7215和 316 mg·kg- 1 ;交换性盐基含量分别为 : K 0161、Ca 3101和 M g 1144 cmol( + ) kg- 1. 212 研究方法 21211 样地设置 在具有代表性地段设置面积为 30 m ×30 m的固定观测样地 ,并对样地进行每木调查 ,对胸径大于 310 cm的所有树木 ,实测其胸径和树高并记录种类. 调查表 明 ,试验林分密度为 6 600株 ·hm - 2 ,胸高断面积为 45 m2 · hm - 2. 此外 ,在距样地约 50 m 的平坦山顶 ,设置一个面积为 20 m ×20 m 的空地 ,用于测定大气降雨. 为防止树木的影 响 ,伐除控制区内所有树木. 21212 大气降雨测定 在平坦山顶的控制区中央 ,设置 2个 标准雨量计 ,并配置 KADEC2PLS自动数据采集仪 (东京 KO2
关键词 水文生态效应 降雨分配 径流 亚热带林 台风降雨 文章编号 1001 - 9332 (2006) 09 - 1570 - 05 中图分类号 S715 文献标识码 A
Eco2hydrolog ica l character istics of a subtrop ica l evergreen broadleaved forest in Japan. XU Xiaoniu1 , WANG Q in1 , H IRATA Eiji2 (1 College of Forestry and L andscape A rch itectu re, A nhu i A g ricu ltu ra l U n iversity, Hefei 230036, Ch ina; 2 Facu lty of A g ricu ltu re, U n iversity of the R yukyus, O k inaw a 90320213, Japan) . 2Ch in. J. A ppl. Ecol. , 2006, 17 (9) : 1570～1574. A three years (1998～2000) observation on the eco2hydrological characteristics of Castanopsis siebold ii and S ch i2 m a w a llichii dom inated subtrop ical evergreen broadleaved forest on the Okinawa Island of Japan showed that dur2 ing the observation period, the mean annual p recip itation was 3 325 mm , and 4213% of it was directly or indi2
试验区森林植被为亚热带天然次生常绿阔叶林. 1930～ 1945年期间 ,该地区森林植被曾遭到严重采伐 ,主要用于烧 炭供应军队. 自 1950年以来 ,这片森林未受到任何经营活动 (如采伐等 )的影响. 目前 ,林分生长良好 ,林相整齐 ,郁闭度 达 019以上 ,其优势种主要包括琉球锥 ( Castanopsis siebold2 ii) 、琉球木荷 ( S ch im a w a llich ii) 、粉绿虎皮楠 (D aphn iphyllum g laucescens) 、蚊母树 (D isty lium racem osum ) 、密花树 ( R apanea neriifolia) 、鳄梨 ( Persea thunberg ii) 、柃木 ( Eu rya japan ica) 、薯 豆 ( E laeoca rpus japon icum )和琉球冬青 ( Ilex liukiuensis)等 ,树 种组成复杂 ,多样性高 ,且落叶树种类少 [8, 10, 24, 26 ].
mm and 324 mm , respectively, and the maximum water2holding capacity of forest floor was 218 mm , which were
close to or lower than those of the subtrop ical and trop ical rain forests in China.