葉激華，吳初平，張 駿，沈愛華，朱錦茹，袁位高，江 波

沿海防護(hù)林主要樹種的樹干徑流特性

葉激華1，吳初平2*，張 駿2，沈愛華2，朱錦茹2，袁位高2，江 波2

（1. 浙江省舟山市林場(chǎng)，浙江 舟山 316000；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

比較分析了黑松（Pinus thunbergii）、馬尾松（P. massoniana）、濕地松（P. elliottii）、楓香（Liquidambar formosana）、麻櫟（Quercus acutissima）、白櫟（Q. fabri）、浙江楠（Phoebe chekiangensis）、杜英（Elaeocarpus decipiens）、樟（Cinnamomum camphora）9個(gè)沿海防護(hù)林主要樹種的樹干徑流特性。結(jié)果表明：大氣降雨的pH值為6.6，各樹種的樹干徑流的pH值都有一定幅度的下降，但黑松、馬尾松等針葉樹的下降幅度明顯更大，而電導(dǎo)率和 pH值剛好相反，針葉樹樹干徑流的電導(dǎo)率明顯高于闊葉樹種和大氣降雨；大氣降雨中，受海水蒸發(fā)形成的鹽霧影響較大的Cl-、Na+和Mg2+的濃度較高，而我國酸雨的主要陰離子成分NO3-和SO42-的濃度相對(duì)較低；樹干徑流中，各離子濃度均高于大氣降雨，其中 Cl-、NO3-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+含量主要來源于降雨的淋洗作用，而 K+則更多來源于枝葉的淋溶作用；從不同樹種看，除 K+是闊葉樹種高于針葉樹種外，其余離子含量都是針葉樹種要高于闊葉樹種。

沿海防護(hù)林；森林生態(tài)系統(tǒng)；鹽霧；樹干徑流

森林生態(tài)系統(tǒng)豐富的層次構(gòu)成能截持和儲(chǔ)蓄大氣降水，從而對(duì)大氣降水進(jìn)行重新分配和有效調(diào)節(jié)，發(fā)揮著森林生態(tài)系統(tǒng)特有的水文生態(tài)功能。根據(jù)森林生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，將其分為不同的層次，如林冠層、樹干、枯枝落葉層及森林土壤等。其中，樹干徑流雖然流量不大，但在生態(tài)系統(tǒng)中的作用不容低估[1～2]。首先，它改變了降雨進(jìn)入林地的途徑，徑流沿樹干流向林地，有利于降雨下滲，不易產(chǎn)生侵蝕；其次，這部分降水除了與林冠層進(jìn)行化學(xué)元素的交換外，又與樹干表面進(jìn)行化學(xué)元素交換，使得流入林地表面的水化學(xué)性質(zhì)又一次發(fā)生了變化，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分、礦質(zhì)元素的輸入影響很大[3～5]。因此，樹干徑流內(nèi)的養(yǎng)分含量因?yàn)橹脖活愋秃蜆浞N的不同而差異很大[6～7]，對(duì)森林土壤的影響也不同[8～11]。

沿海防護(hù)林除了防御臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等災(zāi)害以外，對(duì)浙中、舟山群島等地在水土保持、水源涵養(yǎng)等方面也起著重要的作用[12]。沿海地區(qū)的空氣中含有大量隨海水蒸發(fā)的鹽分，往往會(huì)形成濃度很高的鹽霧，鹽霧對(duì)植物有較強(qiáng)的燒灼作用，能造成植物葉片灼傷，葉尖和葉緣枯萎，葉片黃化變形，甚至導(dǎo)致植株死亡[13]。降水和海霧通過林冠后，所夾雜的水和海鹽一般被植物吸收后再轉(zhuǎn)移到土壤。然而，不同樹種對(duì)沉降物的吸附能力差異很大，因此弄清沿海防護(hù)林主要樹種的樹干徑流特性，對(duì)于解析沿海防護(hù)林內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)具有重要的意義。本文通過探討沿海防護(hù)林種間差異對(duì)樹干徑流鹽分及pH值的影響，從而為沿海防護(hù)林的建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

舟山群島，是中國沿海最大的群島，位于長江口以南、杭州灣以東的浙江省北部海域。隸屬于浙江省舟山市的普陀、定海、岱山、嵊泗4縣管轄，總面積22 000 hm2。其中陸地面積12 410 hm2，大小島嶼有1 339個(gè)。因?yàn)槠涮厥獾牡乩砦恢?，舟山群島1a中發(fā)生的鹽霧日比較多且具有很強(qiáng)的季節(jié)性。舟山一年四季都會(huì)出現(xiàn)鹽霧，但春季最為集中，尤其是4-5月為最多，8-10月為最少[14]。

舟山島是舟山群島最大的島嶼，為全國第四大島，面積502 km2，屬中亞熱帶北緣季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋影響，年平均氣溫16.5℃，年平均降水量1 351. 3 mm。丘陵山地土壤屬紅壤和粗骨土土類，植被屬中亞熱帶常綠闊葉林北部亞地帶的浙、閩山丘，甜櫧（Castanopsis eyrei）、木荷（Schima superba）林區(qū)。但典型的原生植被已不復(fù)存在，現(xiàn)有的丘陵山地植被除部分更新松林外，以林相殘破、林分質(zhì)量差的次生闊葉林和灌木林為主，常見的有楓香（Liquidambar formosana）林、栓皮櫟（Quercus variabilis）林、白櫟（Q. fabri）林及其萌生灌叢等，常綠闊葉林僅在本島中部存有零星的苦櫧（C. sclerophylla）林[15]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置 在舟山市定海區(qū)生態(tài)公益林內(nèi)，距離海岸線3 km以內(nèi)的地方分別選擇松林、松闊混交林、闊葉林等不同林分，設(shè)置9個(gè)20 m×20 m（水平距離）的調(diào)查樣地，進(jìn)行常規(guī)調(diào)查，記錄其坡度、海拔等常規(guī)指標(biāo)，各樣地基本情況見表1。

表1 不同林分類型基本情況Table 1 Information about different forest types

1.2.2 水樣采集 在各樣地內(nèi)選取優(yōu)勢(shì)樹種各3株標(biāo)準(zhǔn)木，通過環(huán)形接水裝置引入專用聚氯乙烯接水容器收集樹干徑流。樹干徑流的樹種分別為：黑松（Pinus thunbergii）9株、馬尾松（P. massoniana）（12.8 ～ 14.6 cm）6株、濕地松（P. elliottii）（25.9 ～ 28.9 cm）3株、楓香（Liquidambar formosana）6株、麻櫟（Quercus acutissima）（27.9 ～ 34.0 cm）3株、白櫟（Q. fabri）6株、浙江楠（Phoebe chekiangensis）（20.0 ～ 24.6 cm）3株、杜英（Elaeocarpus decipiens）（11.0 ～ 13.7 cm）3株和樟（Cinnamomum camphora）（12.7 ～ 15.6 cm）9株，各樹種的株數(shù)即為樣品重復(fù)數(shù)。2012年10月至2013年10月，每月在降水量大于30 mm時(shí)收集一次樹干徑流和大氣降雨。收集的水樣立即帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水樣分析，其分析指標(biāo)為pH值、EC、Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值

調(diào)查結(jié)果顯示，大氣降雨的pH值為6.6。從圖1可以看出，所有樹種的樹徑流的pH值都有一定幅度的下降，但濕地松、黑松等針葉樹的下降幅度明顯更大。一般降水通過林冠層后，因?yàn)榻涤陮?duì)枝葉、枝條表面塵埃等物質(zhì)的淋洗過程，降雨對(duì)枝葉中元素的淋溶過程，枝葉對(duì)降雨中的元素吸收、吸附過程[16～17]，致使 pH值減小，酸性增強(qiáng)[18～21]。形成樹干徑流后又與樹干表面進(jìn)行了化學(xué)元素交換，其pH值下降更明顯[22～24]。然而，不同樹種的酸化能力差異顯著。劉建軍等[8]的研究表明，油松徑流的pH值由林外雨的6.51降為4.97，而銳齒櫟徑流 pH 值為6.60。其他研究也表明松、杉等針葉樹種的酸化能力較強(qiáng)[9～11,17]，與本次研究結(jié)果一致。2.2 電導(dǎo)率（EC）

圖1 不同樹種樹干徑流的pH值Figure 1 pH values of stem flows from different tree species

調(diào)查結(jié)果顯示，大氣降雨的電導(dǎo)率為35.42 μs/cm。由圖2可以看出，電導(dǎo)率和pH值剛好相反，所有樹種徑流的EC均有所提高，但黑松、馬尾松等針葉樹明顯高于楓香、麻櫟等闊葉樹種。電導(dǎo)率是物質(zhì)傳送電流的能力，水的電導(dǎo)是衡量水質(zhì)的一個(gè)很重要的指標(biāo)。水溶液中電解質(zhì)的濃度不同，溶液導(dǎo)電的程度也不同。溶液的電導(dǎo)率還與離子的種類有關(guān)，通常是強(qiáng)酸的電導(dǎo)率最大，強(qiáng)堿和它與強(qiáng)酸生成的鹽類次之，而弱酸和弱堿的電導(dǎo)率最小。因此，酸性較強(qiáng)的黑松、馬尾松等針葉樹徑流的EC明顯高于楓香、麻櫟等闊葉樹種。

圖2 不同樹種樹干徑流的電導(dǎo)率Figure 2 Electrical conductivities of stem flows from different tree species

2.3 Cl-、NO3-、SO42-

從表2可以看出，大氣降雨的Cl-含量為17.69 mg/L，其他樹種樹干徑流的Cl-含量為19.7 ～ 51.02 mg/L，而其他研究[25]表明錢塘江源頭大氣降雨的Cl-含量僅為3.12mg/L，其他樹種樹干徑流的Cl-含量為10.1 ～ 16.3 mg/L，明顯低于該地區(qū)。一般由海水蒸發(fā)形成的鹽霧對(duì)大氣中 Cl-的影響較大[26～27]，該地區(qū)鹽霧較多，空氣中以及葉片表面吸附的Cl-含量也較多，因此實(shí)驗(yàn)地區(qū)的大氣降雨和樹干徑流中的Cl-含量遠(yuǎn)高于錢塘江源頭。樹干徑流的 Cl-含量均高于大氣降雨，說明降水經(jīng)過林冠后對(duì)葉面和樹干主要起了淋洗作用。從不同樹種看，濕地松、黑松、馬尾松 > 麻櫟、楓香、白櫟、香樟 > 浙江楠、杜英。這可能是由于濕地松等針葉樹的冠層比表面積較大，樹皮凹凸不平，從而承接和吸附的干沉降較多，導(dǎo)致徑流的Cl-含量較高。

由表2可知，大氣降雨中的NO3-和SO42-含量分別為0.46 mg/L和11.28 mg/L，遠(yuǎn)低于秦嶺[28]和重慶[29]。NO3-和SO42-主要來源于化石燃料燃燒形成的NOX和SO2[27]，是我國酸雨的主要陰離子成分，說明該地區(qū)的酸雨危害程度相對(duì)較輕。樹干徑流的離子濃度遠(yuǎn)高于降雨，同樣是由于降水經(jīng)過林冠后對(duì)葉面和樹干主要起了淋洗作用。從不同樹種看，NO3-含量是濕地松 > 馬尾松、黑松、浙江楠、楓香、香樟 > 麻櫟、杜英、白櫟。研究表明[30]，降雨通過淋洗植物表面吸附的硝態(tài)氮，形成樹干徑流將其帶到地表，進(jìn)入土壤中，成為植物所需的土壤養(yǎng)分中的有效成分，而徑流中的NO3-含量和樹冠面積成正比。SO42-含量是濕地松>楓香、麻櫟、馬尾松、浙江楠、黑松>白櫟、香樟、杜英。植物對(duì)SO2的吸收能力與葉片組織細(xì)胞液的pH值有關(guān)，pH值越高植物吸收SO2能力越強(qiáng)[31]。濕地松等針葉樹的冠層比表面積較大，承接和吸附的干沉降較多，同時(shí)還可能會(huì)分泌酸性物質(zhì)，吸收 SO2能力不如闊葉樹，導(dǎo)致徑流的 SO42-含量要高于闊葉樹種，這與其他研究結(jié)果一致[29]。

表2 不同樹種樹干徑流的Cl-、NO3-、SO42-濃度Table2 Cl-, NO3-and SO42-concentrations of stem flowsfrom different tree species

2.4 Na+、K+、Ca2+、Mg2+

如表3所示，大氣中Na+和Mg2+含量受海水蒸發(fā)形成的鹽霧的影響較大[27]，其中 Na鹽為易溶性鹽而Mg鹽較穩(wěn)定，因此降雨中Na+含量高于Mg2+含量。另外，和其他離子一樣，樹干徑流的Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量均高于大氣降雨，降水經(jīng)過林冠后對(duì)葉面和樹干起了淋洗和淋溶作用。K+在植物自身中的含量較多，相比其他陽離子，降雨的含量相對(duì)較少而徑流的含量卻最大，說明K+淋溶性較強(qiáng)。而濕地松等針葉樹種徑流的 Na+、Ca2+、Mg2+含量要高于闊葉樹種，K+含量則闊葉樹種高于針葉樹種，說明徑流的Na+、Ca2+、 Mg2+含量主要來源于枝葉承接和吸附的干沉降即降雨的淋洗作用，而K+則更多來源于枝葉的淋溶作用。

表3 不同樹種樹干徑流的Na+、K+、Ca2+、Mg2+濃度Table3 Na+, K+, Ca2+and Mg2+concentrations of stem flows from different tree species

3 結(jié)論

本文在鹽霧危害比較嚴(yán)重的沿海地區(qū)，比較分析了沿海防護(hù)林主要樹種的樹干徑流特性。調(diào)查結(jié)果顯示，大氣降雨的pH值為6.6，所有樹種的樹干徑流的pH值都有一定幅度的下降，但黑松、馬尾松等針葉樹的下降幅度明顯更大。而電導(dǎo)率和pH值剛好相反，酸性較強(qiáng)的黑松、馬尾松等針葉樹徑流的EC明顯高于楓香、麻櫟等闊葉樹種和大氣降雨。另外，受海水蒸發(fā)形成的鹽霧影響較大的Cl-、Na+和Mg2+，其大氣降雨的離子濃度均遠(yuǎn)高于內(nèi)陸地區(qū)。我國酸雨的主要陰離子成分NO3-和SO42-在大氣降雨的濃度則遠(yuǎn)低于秦嶺、重慶等中西部地區(qū)，說明該地區(qū)的酸雨危害程度相對(duì)較輕。

由于樹干徑流經(jīng)過了冠層淋溶的積累和樹皮的淋洗，樹干徑流的各種離子濃度均高于大氣降雨。其中，樹干徑流的 Cl-、NO3-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+含量主要來源于枝葉承接和吸附的干沉降即降雨的淋洗作用，而K+則更多來源于枝葉的淋溶作用。從不同樹種看，樹干徑流的離子含量除K+是闊葉樹種高于針葉樹種外，其余都是針葉樹種要高于闊葉樹種。這是由于針葉樹的冠層比表面積較大，承接和吸附的干沉降較多，而闊葉樹吸收SO2能力也更強(qiáng)。以上結(jié)果說明沿海防護(hù)林中針葉樹種的樹干徑流的pH值較低，所含的離子濃度也更高，預(yù)計(jì)對(duì)森林土壤的影響會(huì)更大，但今后需要通過調(diào)查來驗(yàn)證樹干徑流對(duì)土壤pH值的影響以及對(duì)土壤的輸送。

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Stem-flow Properties of Main Tree Species of Coastal Protection Forest in Zhoushan

YE Ji-hua1，WU Chu-ping2*，ZHANG Jun2，SHEN Ai-hua2，ZHU Jin-ru2，YUAN Wei-gao2，JIANG Bo2
（1. Zhoushan Forest Farm of Zhejiang, Zhoushan 316000, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Stem-flow properties were determined and analyzed from main tree species of coastal protection forest in Zhoushan Island, Zhejiang province, from October of 2012 to October of 2013 such as Pinus thunbergii, P. massoniana, P. elliottii, Liquidambar formosana, Quercus acutissima, Q. fabric, Phoebe chekiangensis, Elaeocarpus decipiens, Cinnamomum camphora. The result showed that pH of rainfall was 6.6, and that of stem-flows from various tree species decreased, especially from P. thunbergii and P. massoniana. On the contrary, the electrical conductivities (EC) of stem-flows from coniferous trees were higher than those from deciduous trees and rainfall. Rainfall had higher concentrations of Cl-, Na+and Mg2+because of salt mist from evaporation of sea water, but lower concentration of NO3-and SO42-.. Ion concentration in stem-flow were higher than those in rainfall, and Cl-, NO3-, SO42-, Na+, Ca2+and Mg2+were mainly from elution by rainfall, and K+was mainly from leaching of branches and leaves. Ion concentration were higher in the stem-flows from coniferous trees, except K+.

coastal protection forest; forest ecosystem; salt mist; stem flow

S715.2

A

1001-3776（2015）02-0022-05

2014-05-14；

2014-12-10

森林生態(tài)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2011R50027）

葉激華（1971-），男，浙江舟山人，高級(jí)工程師，從事森林資源管理工作；*通訊作者。