沿海防护林主要树种的树干径流特性

叶激华，吴初平，张 骏，沈爱华，朱锦茹，袁位高，江 波

沿海防护林主要树种的树干径流特性

叶激华1，吴初平2*，张 骏2，沈爱华2，朱锦茹2，袁位高2，江 波2

（1. 浙江省舟山市林场，浙江 舟山 316000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

比较分析了黑松（Pinus thunbergii）、马尾松（P. massoniana）、湿地松（P. elliottii）、枫香（Liquidambar formosana）、麻栎（Quercus acutissima）、白栎（Q. fabri）、浙江楠（Phoebe chekiangensis）、杜英（Elaeocarpus decipiens）、樟（Cinnamomum camphora）9个沿海防护林主要树种的树干径流特性。结果表明：大气降雨的pH值为6.6，各树种的树干径流的pH值都有一定幅度的下降，但黑松、马尾松等针叶树的下降幅度明显更大，而电导率和 pH值刚好相反，针叶树树干径流的电导率明显高于阔叶树种和大气降雨；大气降雨中，受海水蒸发形成的盐雾影响较大的Cl-、Na+和Mg2+的浓度较高，而我国酸雨的主要阴离子成分NO3-和SO42-的浓度相对较低；树干径流中，各离子浓度均高于大气降雨，其中 Cl-、NO3-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+含量主要来源于降雨的淋洗作用，而 K+则更多来源于枝叶的淋溶作用；从不同树种看，除 K+是阔叶树种高于针叶树种外，其余离子含量都是针叶树种要高于阔叶树种。

沿海防护林；森林生态系统；盐雾；树干径流

森林生态系统丰富的层次构成能截持和储蓄大气降水，从而对大气降水进行重新分配和有效调节，发挥着森林生态系统特有的水文生态功能。根据森林生态系统的空间结构，将其分为不同的层次，如林冠层、树干、枯枝落叶层及森林土壤等。其中，树干径流虽然流量不大，但在生态系统中的作用不容低估[1～2]。首先，它改变了降雨进入林地的途径，径流沿树干流向林地，有利于降雨下渗，不易产生侵蚀；其次，这部分降水除了与林冠层进行化学元素的交换外，又与树干表面进行化学元素交换，使得流入林地表面的水化学性质又一次发生了变化，对森林生态系统养分、矿质元素的输入影响很大[3～5]。因此，树干径流内的养分含量因为植被类型和树种的不同而差异很大[6～7]，对森林土壤的影响也不同[8～11]。

沿海防护林除了防御台风、风暴潮等灾害以外，对浙中、舟山群岛等地在水土保持、水源涵养等方面也起着重要的作用[12]。沿海地区的空气中含有大量随海水蒸发的盐分，往往会形成浓度很高的盐雾，盐雾对植物有较强的烧灼作用，能造成植物叶片灼伤，叶尖和叶缘枯萎，叶片黄化变形，甚至导致植株死亡[13]。降水和海雾通过林冠后，所夹杂的水和海盐一般被植物吸收后再转移到土壤。然而，不同树种对沉降物的吸附能力差异很大，因此弄清沿海防护林主要树种的树干径流特性，对于解析沿海防护林内的物质循环具有重要的意义。本文通过探讨沿海防护林种间差异对树干径流盐分及pH值的影响，从而为沿海防护林的建设提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

舟山群岛，是中国沿海最大的群岛，位于长江口以南、杭州湾以东的浙江省北部海域。隶属于浙江省舟山市的普陀、定海、岱山、嵊泗4县管辖，总面积22 000 hm2。其中陆地面积12 410 hm2，大小岛屿有1 339个。因为其特殊的地理位置，舟山群岛1a中发生的盐雾日比较多且具有很强的季节性。舟山一年四季都会出现盐雾，但春季最为集中，尤其是4-5月为最多，8-10月为最少[14]。

舟山岛是舟山群岛最大的岛屿，为全国第四大岛，面积502 km2，属中亚热带北缘季风气候区，受海洋影响，年平均气温16.5℃，年平均降水量1 351. 3 mm。丘陵山地土壤属红壤和粗骨土土类，植被属中亚热带常绿阔叶林北部亚地带的浙、闽山丘，甜槠（Castanopsis eyrei）、木荷（Schima superba）林区。但典型的原生植被已不复存在，现有的丘陵山地植被除部分更新松林外，以林相残破、林分质量差的次生阔叶林和灌木林为主，常见的有枫香（Liquidambar formosana）林、栓皮栎（Quercus variabilis）林、白栎（Q. fabri）林及其萌生灌丛等，常绿阔叶林仅在本岛中部存有零星的苦槠（C. sclerophylla）林[15]。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置 在舟山市定海区生态公益林内，距离海岸线3 km以内的地方分别选择松林、松阔混交林、阔叶林等不同林分，设置9个20 m×20 m（水平距离）的调查样地，进行常规调查，记录其坡度、海拔等常规指标，各样地基本情况见表1。

表1 不同林分类型基本情况Table 1 Information about different forest types

1.2.2 水样采集 在各样地内选取优势树种各3株标准木，通过环形接水装置引入专用聚氯乙烯接水容器收集树干径流。树干径流的树种分别为：黑松（Pinus thunbergii）9株、马尾松（P. massoniana）（12.8 ～ 14.6 cm）6株、湿地松（P. elliottii）（25.9 ～ 28.9 cm）3株、枫香（Liquidambar formosana）6株、麻栎（Quercus acutissima）（27.9 ～ 34.0 cm）3株、白栎（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，各树种的株数即为样品重复数。2012年10月至2013年10月，每月在降水量大于30 mm时收集一次树干径流和大气降雨。收集的水样立即带回实验室进行水样分析，其分析指标为pH值、EC、Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。

2 结果与分析

2.1 pH值

调查结果显示，大气降雨的pH值为6.6。从图1可以看出，所有树种的树径流的pH值都有一定幅度的下降，但湿地松、黑松等针叶树的下降幅度明显更大。一般降水通过林冠层后，因为降雨对枝叶、枝条表面尘埃等物质的淋洗过程，降雨对枝叶中元素的淋溶过程，枝叶对降雨中的元素吸收、吸附过程[16～17]，致使 pH值减小，酸性增强[18～21]。形成树干径流后又与树干表面进行了化学元素交换，其pH值下降更明显[22～24]。然而，不同树种的酸化能力差异显著。刘建军等[8]的研究表明，油松径流的pH值由林外雨的6.51降为4.97，而锐齿栎径流 pH 值为6.60。其他研究也表明松、杉等针叶树种的酸化能力较强[9～11,17]，与本次研究结果一致。2.2 电导率（EC）

图1 不同树种树干径流的pH值Figure 1 pH values of stem flows from different tree species

调查结果显示，大气降雨的电导率为35.42 µs/cm。由图2可以看出，电导率和pH值刚好相反，所有树种径流的EC均有所提高，但黑松、马尾松等针叶树明显高于枫香、麻栎等阔叶树种。电导率是物质传送电流的能力，水的电导是衡量水质的一个很重要的指标。水溶液中电解质的浓度不同，溶液导电的程度也不同。溶液的电导率还与离子的种类有关，通常是强酸的电导率最大，强碱和它与强酸生成的盐类次之，而弱酸和弱碱的电导率最小。因此，酸性较强的黑松、马尾松等针叶树径流的EC明显高于枫香、麻栎等阔叶树种。

图2 不同树种树干径流的电导率Figure 2 Electrical conductivities of stem flows from different tree species

2.3 Cl-、NO3-、SO42-

从表2可以看出，大气降雨的Cl-含量为17.69 mg/L，其他树种树干径流的Cl-含量为19.7 ～ 51.02 mg/L，而其他研究[25]表明钱塘江源头大气降雨的Cl-含量仅为3.12mg/L，其他树种树干径流的Cl-含量为10.1 ～ 16.3 mg/L，明显低于该地区。一般由海水蒸发形成的盐雾对大气中 Cl-的影响较大[26～27]，该地区盐雾较多，空气中以及叶片表面吸附的Cl-含量也较多，因此实验地区的大气降雨和树干径流中的Cl-含量远高于钱塘江源头。树干径流的 Cl-含量均高于大气降雨，说明降水经过林冠后对叶面和树干主要起了淋洗作用。从不同树种看，湿地松、黑松、马尾松 > 麻栎、枫香、白栎、香樟 > 浙江楠、杜英。这可能是由于湿地松等针叶树的冠层比表面积较大，树皮凹凸不平，从而承接和吸附的干沉降较多，导致径流的Cl-含量较高。

由表2可知，大气降雨中的NO3-和SO42-含量分别为0.46 mg/L和11.28 mg/L，远低于秦岭[28]和重庆[29]。NO3-和SO42-主要来源于化石燃料燃烧形成的NOX和SO2[27]，是我国酸雨的主要阴离子成分，说明该地区的酸雨危害程度相对较轻。树干径流的离子浓度远高于降雨，同样是由于降水经过林冠后对叶面和树干主要起了淋洗作用。从不同树种看，NO3-含量是湿地松 > 马尾松、黑松、浙江楠、枫香、香樟 > 麻栎、杜英、白栎。研究表明[30]，降雨通过淋洗植物表面吸附的硝态氮，形成树干径流将其带到地表，进入土壤中，成为植物所需的土壤养分中的有效成分，而径流中的NO3-含量和树冠面积成正比。SO42-含量是湿地松>枫香、麻栎、马尾松、浙江楠、黑松>白栎、香樟、杜英。植物对SO2的吸收能力与叶片组织细胞液的pH值有关，pH值越高植物吸收SO2能力越强[31]。湿地松等针叶树的冠层比表面积较大，承接和吸附的干沉降较多，同时还可能会分泌酸性物质，吸收 SO2能力不如阔叶树，导致径流的 SO42-含量要高于阔叶树种，这与其他研究结果一致[29]。

表2 不同树种树干径流的Cl-、NO3-、SO42-浓度Table2 Cl-, NO3-and SO42-concentrations of stem flowsfrom different tree species

2.4 Na+、K+、Ca2+、Mg2+

如表3所示，大气中Na+和Mg2+含量受海水蒸发形成的盐雾的影响较大[27]，其中 Na盐为易溶性盐而Mg盐较稳定，因此降雨中Na+含量高于Mg2+含量。另外，和其他离子一样，树干径流的Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量均高于大气降雨，降水经过林冠后对叶面和树干起了淋洗和淋溶作用。K+在植物自身中的含量较多，相比其他阳离子，降雨的含量相对较少而径流的含量却最大，说明K+淋溶性较强。而湿地松等针叶树种径流的 Na+、Ca2+、Mg2+含量要高于阔叶树种，K+含量则阔叶树种高于针叶树种，说明径流的Na+、Ca2+、 Mg2+含量主要来源于枝叶承接和吸附的干沉降即降雨的淋洗作用，而K+则更多来源于枝叶的淋溶作用。

表3 不同树种树干径流的Na+、K+、Ca2+、Mg2+浓度Table3 Na+, K+, Ca2+and Mg2+concentrations of stem flows from different tree species

3 结论

本文在盐雾危害比较严重的沿海地区，比较分析了沿海防护林主要树种的树干径流特性。调查结果显示，大气降雨的pH值为6.6，所有树种的树干径流的pH值都有一定幅度的下降，但黑松、马尾松等针叶树的下降幅度明显更大。而电导率和pH值刚好相反，酸性较强的黑松、马尾松等针叶树径流的EC明显高于枫香、麻栎等阔叶树种和大气降雨。另外，受海水蒸发形成的盐雾影响较大的Cl-、Na+和Mg2+，其大气降雨的离子浓度均远高于内陆地区。我国酸雨的主要阴离子成分NO3-和SO42-在大气降雨的浓度则远低于秦岭、重庆等中西部地区，说明该地区的酸雨危害程度相对较轻。

由于树干径流经过了冠层淋溶的积累和树皮的淋洗，树干径流的各种离子浓度均高于大气降雨。其中，树干径流的 Cl-、NO3-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+含量主要来源于枝叶承接和吸附的干沉降即降雨的淋洗作用，而K+则更多来源于枝叶的淋溶作用。从不同树种看，树干径流的离子含量除K+是阔叶树种高于针叶树种外，其余都是针叶树种要高于阔叶树种。这是由于针叶树的冠层比表面积较大，承接和吸附的干沉降较多，而阔叶树吸收SO2能力也更强。以上结果说明沿海防护林中针叶树种的树干径流的pH值较低，所含的离子浓度也更高，预计对森林土壤的影响会更大，但今后需要通过调查来验证树干径流对土壤pH值的影响以及对土壤的输送。

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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

森林生态科技创新团队（2011R50027）

叶激华（1971-），男，浙江舟山人，高级工程师，从事森林资源管理工作；*通讯作者。