穿透雨、茎流和林冠截留在森林生态系统水文循环和水量平衡中占有极其重要的地位(Van Dijk et al., 2001)，因而从生理学、生态学和水文学的观点来看，研究一定区域内植被与降雨之间的相关性具有重要的意义(Aboal et al., 1999)。川西亚高山针叶林处于我国东南半壁湿润地区与西北半壁干旱地区的过渡地带上，且多分布于江河上游，在涵养水源、保持水土、稳定河川流量、维护生态平衡等方面具有重要的地位，被誉为庇护四川及长江流域的“绿色万里长城”(杨玉坡，1990)。马雪华(1987)对米亚罗地区亚高山冷杉林的林冠截留做了一些初步的观测，钟祥浩等(1997)对贡嘎山森林生态系统的林冠截留等也做过一些短期的研究，但由于其地处偏远的西南地区且分布海拔较高，所以迄今为止，有关川西亚高山针叶林林冠截留的长期、动态和整合的研究尚未见报道。本文通过对川西亚高山原始云杉林总降雨、穿透雨和茎流的定位观测，探讨了针叶林对降雨分配的影响，以期为进一步研究亚高山针叶林的水量平衡提供一部分基础数据，也为正确评价小流域森林水文生态功能提供理论依据。

1 材料和方法 1.1 研究区域的自然概况

王朗自然保护区(103°55′—104°10′E，32°49′—33°02′N，海拔2 300~ 4 980 m)位于四川省平武县境内，地处青藏高原—四川盆地的过渡地带，属丹巴—松潘半湿润气候。受季风影响，该区干湿季节差异明显，干季(当年11月至翌年4月)，表现为日照强烈、降水少、气候寒冷、空气干燥；湿季(5—10月)的则降雨集中、多云雾、日照少、气候暖湿。年平均气温2.5~2.9 ℃(最高气温26.2 ℃，最低气温-17.8 ℃)，7月平均气温12.7 ℃，1月平均气温-6.1 ℃，年降雨量805.2 mm。主要植被为原始暗针叶林、人工针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林等。

1.2 群落调查

选取一块面积为600 m²(20 m×30 m)的标准样地(104°05′E，32°91′N)，海拔2 900 m，坡向NE75°，坡度25°，主要树种为紫果云杉(Picea purpurea)和圆柏(Sabina chinensis)，比例为5:3。林下植物灌木较多，主要有缺苞箭竹(Fargesia den udata)，忍冬(Lonicera spp.)，悬钩子(Rubus palmatus)等；草本较少，主要有羊矛(Festuca ovina)，茜草(Rubia cordifolia)等。利用半球照相仪(尼康鱼眼镜头及尼康数码相机(Coolpix 950))照相技术和Hemiview软件分析测定研究样地内的叶面积指数。采用每木检测的方法分别测定样地内树木的树高、胸径和冠幅等，同时调查林下植物的种类和数量，调查结果见表 1。

1.3 穿透雨和茎流的测定方法

把由PVC材料制成的集水槽(收集面积为2 m×0.2 m)在3%的盐酸中连续浸泡24 h，并用蒸馏水清洗至少3次，然后在样地内随机安置了5个集水槽、同时在林外约50 m以外的空旷地上安置1个集水槽作为对照(CK)，为了避免灌木及草本植物对穿透雨的影响，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，连接一个体积为7.5 L塑料桶(3%的盐酸中连续浸泡24 h，并用蒸馏水清洗至少3次)。为了避免枯枝落叶等凋落物对测量结果的影响，降雨前把集水槽内的凋落物等物质清理干净。

根据径级分布，选择5株标准木观测树干茎流。将直径为1.5 cm大小的聚乙烯塑料管沿中缝剪开一段(剪开的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上，再将剪开的塑料管从两边螺旋上升缠绕于树干一圈，用大头针固定后，用玻璃胶将接缝处封严，在塑料管的下端接一个2.5 L塑料桶，用于收集树干茎流。

每次降雨后及时测量塑料桶内雨水的体积(mL)，换算为mm单位，样地内得到的值的平均为穿透雨量(T)，对照值为总降雨量(P)。根据每次降雨测定的茎流量乘以该径级树木的数目，总和作为林分内的总茎流量(S)。利用公式：I=P-T-S计算林冠截留量(I)。

从样地内随机选择10棵样树，分别取面积为20 cm×20 cm的苔藓样品，拿回实验室在水中浸泡12 h后取出，测定其单位面积最大持水量，然后放于与样地相似的环境中，每2 h测1次含水量，观测其失水动态变化。把树干看成圆柱形，计算树干表面积，估算树干上的苔藓面积，根据单位面积苔藓的最大持水量计算树干上苔藓的最大持水量。

样地内安置了1套全自动气象站(automatic weather station, AWS)(Measurement Engineering Pty Ltd., Australia)，每5秒扫描1次土壤温度、空气温度、空气湿度、辐射及林内外降雨量，每15 min记录1次上述各参数的平均值。自动记录的降雨量用于校正人工观测的偏差。

2 结果和分析 2.1 降雨强度和频度

观测时间从2002年7月15日—10月31日，共记录了28次降雨，平均每3.9天就有1次降雨，总降雨量255.6 mm，平均每次降雨量为9.1 mm，雨量级为4.0~6.0 mm的降雨次数最多，占总降雨次数的28.6%(图 1)。本地区降雨全部为小雨(日降雨量≤10 mm)和中雨(日降雨量10.1~30.0 mm)，其中小雨占总降雨次数的60.7%(表 2)。

2.2 穿透雨的变化特征

由表 2可知，降雨量和降雨强度越大，穿透雨量越大，而且穿透雨率也在增加。这与其他研究者的研究结果一致(曾杰等，1997；Gómez et al., 2002)，也与对川西亚高山冷云杉林(fir-spruce forest)和白桦林(Betula platyphylla)的研究结果一致(巩合德等，2004)。但本文所观测到的穿透雨值明显低于白桦林的观测值，高于冷杉林的观测值，这是由于充分润湿云杉林林冠所需的降雨量高于白桦林，但低于冷杉林。

在检测了穿透雨量与降雨量之间的几种回归模型后，根据最大R²值选择最佳的拟合模型。结果表明：用线性回归方程最能反映穿透雨(T)与总降雨量(P)的关系，其方程式为：T=0.744P-0.937 (R²=0.954, n=27, p＜0.001)。

这与多数学者的研究结果一致(邓世宗等，1990；曾杰等，1997；Tobón et al., 2000)。这表明，线性回归方程适用于川西亚高山冷云杉林穿透雨量与总降雨量之间的关系，但它应用于＜1.5 mm的降雨事件时，穿透雨出现负值，这是由于降雨小于1.5 mm时林冠未能被充分润湿。

2.3 茎流的变化特征

茎流量及茎流率主要取决于林分特征和降雨特征(Aboal et al., 1999)。本项观测结果表明，云杉林的总茎流量很小，为0.03 mm，仅占总降雨量的0.01%。这明显低于其他研究者对其他研究地区如加那利群岛、东灵山、武夷山等的观测结果(李凌浩等，1997；Aboal et al., 1999；万师强等，2000；高甲荣等，2001)。这主要受两方面因素的影响，首先是降雨强度，因为只有当树冠、树枝和树干充分湿润并有持续降雨才可能产生茎流，也就是说存在一个产生茎流的“临界值”(Martínez-Meza et al., 1996; Aboal et al., 1999)。本次观测发现，＜6.5 mm的降雨几乎不产生茎流，而研究区域的降雨主要为中雨、小雨和细雨，较以上研究者观测的降雨强度小，因此较难达到产生茎流所需要的临界值；其次为树冠、树皮和树干附生物对降雨的截留，树冠持水能力越强、树皮越粗糙、树干附生物越多，树干越不容易被润湿，因而越难产生茎流。本项观测区域的树木上附生了大量苔藓，其最大持水力为自身重的4.7倍，对降水的截留量达到0. 2 mm，因而产生的茎流量较小，而在上述的研究中未见关于树干苔藓的报道。本项观测还发现，树干茎流随着胸径的增加而减少。这主要是由于胸径较大的树木其附着的苔藓生物量高，对经过树干的雨水的截留量较大，同时胸径较大的树木，其树干表面积大、吸水能力强(李凌浩等，1997)，因此，胸径越大，树干茎流越小。可见，树干上大量持水力较强的苔藓、较低的降雨强度是树干茎流较小的2个最主要原因。

2.4 林冠特征对林冠截留的影响

林冠截留在森林生态系统水文循环和水量平衡中占有极其重要的地位(Jetten, 1996)，受降雨特征、树种组成、林冠特征、雨前林冠的湿润程度、风速、地形等多种因素的影响(崔启武等，1980)。本项观测结果表明，随着降雨量的增加，林冠截留量增加，林冠截留率逐渐减少，单次降雨的林冠截留量占降雨量的比例为30.1%~100% (表 2)。林冠截留量和降雨量存在着极紧密的正相关关系，但不同的学者对不同森林的研究结果却有所不同，例如，直线相关(丁宝永等，1989；肖金喜等，1993)、幂函数相关(孔繁智等，1990；马雪华等，1993)和对数函数相关(刘向东等，1991；曹群根，1991)。本文在拟合了直线、对数和幂函数3种曲线后发现，三者都可很好地表示林冠截留量和降雨量之间的关系，其中，幂函数模拟林冠截留量(I)和降雨量之间的关系效果最佳：I=0.759P^0.666，(R²=0.763, n=24, p＜0.001)。

树冠叶表面积决定了木本植物的截留贮水能力(Hertwitz, 1985)。在研究后期，由于枯枝落叶增多，叶面积急剧减少，林冠截留率明显降低，穿透雨量和茎流量都增大，表明森林冠层叶量减少，穿透雨量和茎流量都增大，而林冠截留量减小。川西亚高山针叶林树干附着大量苔藓，测定得到样地内树干苔藓对降雨的截留最大可达0.2 mm，使穿透雨量和茎流量较小，而使林冠截留量较大。观测期间针叶林林冠的截留率为35.8%，基本符合我国学者对地跨我国南北不同气候及其相应的森林植被类型林冠截留率的研究结果(温远光等，1995)。

3 结论

1) 观测期间，总降雨量255.6 mm，穿透雨量164.2 mm，占总降雨量的65.2%，树干茎流量0.03 mm，占总降雨量的0.01%(可以忽略不计)，林冠截留量91.4 mm，占总降雨量的34.8%。

2) 随着降雨量的增加，穿透雨率和茎流率都增大，而林冠截留率降低；随着森林冠层叶量减少，穿透雨率和茎流率都增大，林冠截留率则减小。

3) 用数学模型能够描述所研究森林的降雨分配情况，根据较高的相关性和显著性水平，线性方程更能拟合穿透雨与总降雨量之间的关系，而幂函数能较好地拟合林冠截留量与降雨量之间的关系。

4) 树干茎流量取决于林冠特征、树皮粗糙度、树干附生物、降雨特征等。本项研究中，树干上大量持水力强的苔藓和较小的降雨强度是川西亚高山针叶林茎流量极少的两个主要原因。