水作为载体，在森林生态系统的能量流动和养分循环等生态过程中发挥着重要作用，是生态系统研究中的重要内容(马雪华，1993)。穿透雨、树干茎流和林冠截留作为林分降水分量，对于森林生态系统的水文循环和水量平衡的研究具有极其重要的价值，已日益受到生态学研究学者的重视(田大伦等，2002；曹云等，2006；Aboal et al., 1999)。

甜槠(Castanopsis eyrei)是武夷山国家级自然保护区内最具有代表性的群落类型(何建源等，1994)。目前对于该保护区甜槠林的研究主要集中在群落物种组成和群落养分循环方面(方燕鸿，2005；陈仁华，2005)；在水文方面，只对于不同林龄甜槠林的林冠截留、树干茎流、穿透雨以及土壤蓄水量和渗透性等水文分量进行了短期观测(李凌浩等，1998)，但在林分降水分量在不同雨量和雨强下的变化特征方面缺乏深入探讨。本文以2004年的定位观测结果为依据，探讨甜槠林乔木层对降水的截留分配效应，比较不同降水强度下乔木层的降水对截留量与截留率差异，为进一步分析降水特征对森林水分分配的生态效应提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于福建武夷山自然保护区内(117°27′—117°51′ E，27°35′—27°54′ N)，南北长52 km，东西最宽处22 km，总面积5.65万km²，属于典型的中亚热带常绿阔叶林森林生态系统。全区平均海拔1 200 m，主峰黄岗山海拔2 158 m，年均气温17.9 ℃，属中亚热带湿润季风气候区，主要土壤类型有红壤、黄红壤和黄壤。甜槠林是武夷山国家级自然保护区最常见的群落类型，其分布广，面积大。群落外貌呈深绿色，群落总盖度85%~95%，森林郁闭度高。成熟的天然林林下植物种类单调，草本层稀疏。该森林类型的海拔分布范围为500~1 200 m，一般生长在山坡的中部偏上，土壤多为坡积土，土层较厚。

2001年对24个10 m×10 m的甜槠林样方进行调查，结果表明该群落密度为3 208株·hm^-2，乔木层盖度90%，乔木层和灌木层的Shannon-Wiener指数较高，分别为3.7和4.2，Pielou均匀度分别为83.3%和85.0%。作为群落建群种的甜槠，其重要值(Ⅳ)为21.14，明显高于第2位的少叶黄杞(Engelhardtia fenzelii)(11.93)。乔木层的其他树种包括：黄瑞木(Adinandra millettii)、细柄阿丁枫(Altingia gracilipes)、东南石栎(Lithocarpus harlandii)、米槠(Castanopsis carlesii)、少叶黄杞、罗浮栲(Castanopsis fabri)、密花树(Rapanea neriifolia)、罗浮柿(Diospyros morrisiana)、白背瑞木(Corylopsis multiflora var. nivea)、细枝柃木(Eurya loquaiana)、黑锥(Castanopsis nigrescens)和赤楠(Syzygium buxifolium)。

2 研究方法 2.1 样地布设

在定位观测站所在甜槠林群落的中下坡设置了3个面积为400 m²(20 m×20 m)的径流场和2个测水堰，测水堰主要用于收集地表径流。在每个径流场内选取8株样木，其中5株用来测定树干茎流；另外3株用来测定穿透水。

2.2 林内穿透雨的测定

在每株样木下机械布点，安置18个镀锌铁皮、高度为20 cm的马槽形集水槽；同时在林外约100 m的空旷地上安置1个集水槽作为对照，为了避免灌木及草本植物对穿透水的影响，使集水槽距离地面的高度不低于30 cm，并与地面保持约0.5°的倾角, 集水槽较低的一端底部开口，连接1个口径20 cm的标准雨量筒。

2.3 树干茎流量的测定

划分20~40、40~60、60~80、80~100和100~120 cm 5个径级，每个样地每个径级取1株甜槠(胸径最接近平均胸径)作为样木，3个样地共选取15株样木。由于仪器故障造成部分数据缺失，因此选择5株数据完整的标准木做不同径级树干茎流量大小的比较。用橡皮导管法将直径为1.5 cm大小的聚乙烯塑料管沿中缝剪开一段(剪开长度取决于树干的大小)，然后用大头针将塑料管开口处固定在树干基部1.5 m处，再将剪开的塑料管从两边螺旋上升缠绕于树干，用铁钉固定后, 用玻璃胶将接缝处封严，在塑料管的下端接1个口径20 cm的雨量筒。

2.4 林冠截留量的计算

利用公式I=P-T-G计算林冠截留量(I为林冠截留量；P为降雨量；T为穿透雨量；G为茎流量)。

2.5 统计方法

每次降雨后及时测量塑料桶内雨水的体积(mL)，并根据集水槽承雨面积换算为mm单位，其中样地内得到值的平均值作为穿透雨量，样地外空旷地得到的值作为穿透水的对照值即总降水量。根据每次降雨单株测定的茎流量乘以该径级树木的数目，5个径级总和作为林分内的总茎流量。

2004年全年观测，每次降雨时，CR2-06型翻斗式雨量传感器自动记录样地穿透雨量和茎流量。数据每月采集1次，用Excel格式存档，并用SAS 9.0软件对数据进行分析。

3 结果与分析 3.1 大气降水特征

2004年观测期内共发生了219次降雨，降水量1 767.4 mm，平均每1.6 d就有1次降雨，平均每次降水量为8.1 mm。该降水量与同年北亚热带江西大岗山常绿阔叶林的降水量1 772.7 mm接近(崔向慧等，2006)，但低于南亚热带广东鼎湖山常绿阔叶林的多年平均降水量1 910 mm(闫俊华等，2003)。降雨主要集中在林木的生长季节，尤其集中在4、5及8月份，该3个月的降水量占全年降水量的48.4%。4—10月的降水量之和占全年降水量的74.8%(表 1)。观测期间的降雨多为小雨(日降水量＜10 mm，190次)，占总降雨次数的86.8%，其中雨量级为0~1 mm的降雨次数最多, 占总降雨次数的66.2%；而大雨及暴雨(日降水量>30 mm)仅有20次，占总降雨次数的9.1%，其中8月13日最大日降水量达到161.6 mm。

从降水量的日分配来看，每日0:00—5:00及12:00—17:00雨量较集中，18:00—24:00降水量相对较小。

3.2 穿透水

在2004年全年发生的219次降水中，甜槠常绿阔叶林内总的穿透降水量为1 304.9 mm，总穿透率为73.8%。林外降水与林内穿透水月差平均为38.6 mm，其中8月份差值最高达到94.7 mm(图 1)。林内穿透水量主要取决于降水量，降水量越大，穿透水量越大；同时，穿透水量还与雨强、降水前林冠的湿润程度、林内位置等因素有关(曹云等，2006)。当单次降水的降雨量＜1.2 mm时, 林冠几乎截留全部降水，即穿透水近于0(表 2)；当单次降水的降雨量为1.2~2.1 mm时，穿透水量与降雨量、单次平均降雨强度有关；当单次降水的降雨量>2.1 mm时，穿透水量与降水量显著相关(P＜0.05)，并随降雨量的增加而增加(图 2)。穿透率的变化范围为0~87.8%，单次降雨量和单次平均降雨强度对穿透率的影响均不显著(P>0.05)。

同次降雨中，林内不同位置的穿透水量差异显著；差值随着降雨量的增大而增大，但不同位置间最大穿透水量与最小穿透水量的比值随着降雨量的增大而减小。对于降雨量相同的2次降雨，相同位置的穿透雨量差异显著(表 3)。这可能与雨强以及雨前树种的湿润程度有关(巩合德等，2004；Marin et al., 2000)。

对降雨量>2.1 mm的20次降水进行相关分析，结果表明甜槠林的穿透水量与降雨量之间存在着明显的线性正相关关系(图 2), 即穿透雨随着降雨量的增加而增加，其关系式为T=0.730 7 P-0.402 7(R²=0.988 2, n=20)，T为穿透雨量, P为降雨量。

3.3 茎流量

观测期内，甜槠林总茎流量为245.0 mm，总茎流率13.9%，明显高于其他树种的茎流率3%~5%(赵鸿雁等，2003)，茎流率变幅为0~38.9%。这可能与降雨特征和林分郁闭度有关(赵鸿雁等，2002；鲍文等，2004)。全年降雨虽然多为小雨(日降雨量＜10 mm)，其平均茎流率很小，但小雨的降雨量仅占全年降雨量的7.8%；而大雨及暴雨(日降雨量>30.0mm)占全年降雨量的81.8%，其平均茎流率为20.4%(表 2)；因此大雨及暴雨可能是导致总茎流率较高的主要原因。当大气降水量>2.9 mm时，树干开始产生茎流；当雨强＜2.4 mm·h^-1时，出现茎流时间滞后于降雨1~2 h，当雨强>4 mm·h^-1时，降雨约30 min后即可出现茎流。

对3株不同胸径大小的树干茎流量分析表明，树干茎流量随降雨量的增加而增加，并存在一定的线性关系，结果如下:

DBH=13.1 cm时，G=0.248 8 P-1.347 0 (R²=0.843 1, n=15);

DBH=22.0 cm时，G=0.240 2 P-2.057 1 (R²=0.889 1, n=15);

DBH=30.6 cm时，G=0.206 4 P-2.042 7 (R²=0.940 5, n=15)。

式中:G为茎流量；P为降雨量。

对于同次降水而言，随着降雨量增大，3株不同胸径的茎流量间的差异增大，茎流量随着胸径的增大而减小；当降雨量达到69.6 mm时，这种差异最大，当降雨量>69.6 mm时，这种差异趋向减小(图 3)。这可能与小径级的甜槠冠幅小、枝条直立生长、林冠截留的雨水大部分顺树干流下有关(王景升等，2002；Aboal et al., 1999)。

3.4 林冠截留量

2004年甜槠林树冠总截留量为217.5 mm, 总截留率12.3%，与常绿阔叶林对降雨的截留率为10%~20%(Cheng et al., 2002)的研究结果相符，林冠截留率的大小与其林分郁闭度以及同期降雨条件有关(曹云等，2006)。通过对几次20~30 mm的降雨研究发现, 若当次降水与前次降水时间相隔4 h，其林冠截留量为1.6 mm；相隔10~13 h，截留量为2.2 mm；相隔1 d以上时，截留量增加到4.4 mm。由此可见，雨前枝叶越湿润，树冠截留能力越弱。

林冠截留量与降雨量存在密切的相关关系，但又受降雨强度、降雨历时、前期环境状况以及树种、林龄、林分密度等多种因素的影响和制约(曹云等，2006；巩合德等，2005；闫文德等，2005)。对于同次降水而言，林冠截留量与降雨量的变化趋势基本一致，但单位时间内截留量变化的幅度较降雨量小，不同径级甜槠的林冠截留量差异明显(图 4)。例如：2004年6月19—20日，降雨量为29.7 mm，由于数据采集过程中部分数据缺失，因此只选取径阶为31.5和44.6 cm的甜槠林冠截留量进行比较，结果表明2个径级的林冠截留变化趋势一致，但同一时段，径阶为44.6 cm与径阶为31.5 cm的林冠截留量最大差值达6.9 mm。

当降雨量＜20.0 mm时，林冠截留量为1.64~6.99 mm；当降雨量>20.0 mm且＜87.9 mm时，林冠截留量随着降雨量的增加而增加；当降雨量>87.9 mm且＜202.1 mm时，虽然林冠截留量随着降雨量的增加而增加，但增加幅度减小；当降雨量达到202.1 mm后，林冠截留量趋于一个定值52.5 mm(图 5)。

4 结论与讨论

1) 2004年定位站42年生甜槠林的年降水量1 767.4 mm，穿透水、茎流量和林冠截留量分别为1 304.9、245.0和217.5 mm；穿透率、茎流率和截留率分别为73.8%、13.9%和12.3%。其中，茎流率明显高于其他树种的茎流率(3%~5%)，这一方面与甜槠林冠层结构复杂，树皮光滑，树干附生物少有关；另一方面取决于每次降雨过程中的雨强和历时长短。林冠截留率与1994年保护区先锋岭(海拔1 240 m)34年生甜槠林的林冠截留率(12.4%)接近，但小于1994年先锋岭76年生甜槠林的林冠截留率(18.5%)(李凌浩等，1998)；这说明今后随着林龄的增长，定位站甜槠群落截留降水的能力仍将增强。

2) 本文只研究了甜槠林乔木层对降水的截留分配效应，而有关地表径流量、地下渗流量的大小以及降水过程中营养和矿质元素变化状况等指标都有待进一步研究；如何在降雨强度高、历时长的条件下，采用措施使甜槠林群落具有更大的拦蓄能力，是一个需要解决的问题。