李海防， 俞潔蕾， 邵西寧， 周春玲

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院，266109，山東青島)

青島位于山東省東南部，屬半濕潤(rùn)地區(qū)。近年來(lái)，隨著城市的擴(kuò)張，城市綠地建設(shè)消耗大量水資源，加劇城市水資源的供需矛盾。因此，半濕潤(rùn)地區(qū)城市綠地建設(shè)應(yīng)充分利用植物配置對(duì)降雨的再分配作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨的截留、存積、滲透及凈化，提高城市土壤對(duì)降雨的蓄積，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的優(yōu)化利用[1]。冠層截留是指降雨過程中滯留在植物冠層上的水分，植物通過冠層截留降雨，削減降落到地表的雨量和降雨強(qiáng)度，減少到達(dá)地面的水通量，從而減緩地表徑流，延遲產(chǎn)流并削減洪峰[2]。馬育軍等[3]對(duì)灌叢的研究結(jié)果表明，冠層截留量占總降雨量的10%～40%，穿透雨量占降雨量的70%～90%，而莖流量約占大氣降雨量的5%～10%。灌木冠層截留的部分降雨能沿樹干以較快的速度滲入到根際區(qū)土壤。這一水文過程作為灌木對(duì)缺水環(huán)境的一種生態(tài)適應(yīng)機(jī)制，對(duì)發(fā)展節(jié)水型綠地配置模式，提升綠地的雨水滲透和蓄積能力，具有重要的借鑒意義[4]。林冠對(duì)降雨的截留受降雨特征、林分特征、林冠特征以及氣象因子等多種因素的影響，其中，植物的冠層形態(tài)特征包括冠層層面的冠幅、冠層厚度、冠層體積、冠高和冠層投影面積，枝莖層面的枝長(zhǎng)、分枝數(shù)、分支角、枝莖粗糙度，以及葉片層面的葉傾角、葉形、單葉面積、葉片潤(rùn)濕性、葉表面結(jié)構(gòu)和葉表粗糙度等，它們都是影響冠層截留的重要因素[5]。然而，目前學(xué)術(shù)界對(duì)降雨截留的研究主要集中在喬木[6]和經(jīng)濟(jì)作物等[7]，對(duì)灌木冠層對(duì)降雨截留的研究還相對(duì)較少，且主要集中在干旱半干旱地區(qū)[4]。在城市園林綠地中，僅見趙峰等[8]和姚雪晗等[9]就常綠喬木、地被植物及園林植物的不同配置模式對(duì)降雨的截留能力進(jìn)行一定程度的研究，而以城市綠地中常用灌木為研究對(duì)象，進(jìn)行冠層降雨截留及影響因素的研究尚少。

為此，筆者選擇青島城市綠地中廣泛栽植的6種常用灌木金葉女貞(Ligustrum×vicaryi)、冬青衛(wèi)矛(Euonymusjaponicus)、小葉黃楊(Buxussinicavar.parvifolia)、紅葉石楠(Photinia×fraseri)、龍柏(Juniperuschinensis)和側(cè)柏(Platycladusorientalis)為研究對(duì)象，探究灌木冠層對(duì)降雨截留的影響，明確冠層截留的主要影響因子，對(duì)篩選有利于土壤水增蓄的灌木，創(chuàng)新節(jié)水型城市綠地建設(shè)模式，推動(dòng)城市綠地系統(tǒng)從耗水型向節(jié)水型轉(zhuǎn)變，提高水資源的利用效率，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于青島市城陽(yáng)區(qū)(E 120°23′51″， N 36°19′16″)，屬溫帶季風(fēng)氣候，受來(lái)自海洋東南季風(fēng)及海流影響，具有明顯溫帶海洋性氣候特點(diǎn)。夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年均氣溫12.6 ℃，1月平均氣溫-1.2 ℃，7月平均氣溫26.3 ℃，絕對(duì)最高和最低氣溫分別是39.0 ℃和-11.2 ℃，年均日照時(shí)間2 305.8 h。屬半濕潤(rùn)地區(qū)，年均降水量650～700 mm，降雨分布季節(jié)性強(qiáng)，主要集中在7—8月，且多為短時(shí)強(qiáng)降雨。地貌以平原和丘陵為主，地勢(shì)相對(duì)平坦，起伏較小，土壤以棕壤為主。

2 材料與方法

2.1 灌木的選取

選擇生長(zhǎng)良好的6種常用園林灌木，其冠層本底特征如表 1所示。6種灌木在城市綠地中多以組團(tuán)種植或密植成綠籬等方式廣泛應(yīng)用。試驗(yàn)用灌木皆來(lái)自于苗圃地，樹冠皆為半球形，株高、冠幅、冠高基本一致，株高約1 m，冠幅約1 m2，冠高約60 cm，樹齡4～6年生。6種灌木各3株以間距2 m列植于試驗(yàn)田中，每個(gè)樹種設(shè)3個(gè)重復(fù)，共18株，待移栽的灌木生長(zhǎng)穩(wěn)定后進(jìn)行模擬降雨試驗(yàn)。

表1 6種灌木冠層本底特征

2.2 灌木冠層形態(tài)特征的測(cè)定

用標(biāo)尺自灌木中心插入讀取刻度記錄灌木株高與冠高，并測(cè)量其南北長(zhǎng)度(2a)、東西長(zhǎng)度(2b)，灌木冠幅計(jì)算采用公式C=πr2，式中：C為冠幅，m2；r取a和b中的最大值，m。樹冠投影基本為橢圓，對(duì)樹冠的陰影軸長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量并根據(jù)橢圓面積公式計(jì)算樹冠投影面積：S=πab，式中：S為樹冠投影面積，m2；a為長(zhǎng)半軸，m；b為短半軸，m。葉面積指數(shù)LAI(leaf area index)通過對(duì)單片葉面積和葉片數(shù)量的計(jì)算獲得，具體方法為：在天氣晴朗的上午采摘單株?yáng)|、南、西和北4個(gè)方向上、中、下3層的葉子共50～80片，人工記錄各方向側(cè)枝的葉片數(shù)量和葉小枝數(shù)量，得到總?cè)~片數(shù)和總?cè)~小枝數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用便攜式葉面積儀(Yaxin-1241，北京博倫經(jīng)緯)測(cè)量單片葉面積。龍柏和側(cè)柏，則將其葉小枝擺放齊整掃描測(cè)量，最后根據(jù)總?cè)~片數(shù)計(jì)算LAI=A/S[10]，式中：A為綠葉總面積，m2；S為樹冠投影面積，m2。莖分枝數(shù)根據(jù)灌木枝干分支級(jí)別進(jìn)行人為計(jì)數(shù)；灌木基徑采用游標(biāo)卡尺于灌木主莖距地面5 cm 處測(cè)量；枝長(zhǎng)采用皮尺對(duì)灌木的一級(jí)枝、二級(jí)枝和三級(jí)枝進(jìn)行測(cè)量；枝角度采用量角器測(cè)量各級(jí)枝與上一級(jí)枝的角度獲得[11]。枝莖粗糙度依據(jù)樹皮有無(wú)裂縫，樹皮表面紋路的深淺，將其分為粗糙(表面有裂痕)、較粗糙(表面有深裂)和較光滑(表面有淺裂)3個(gè)等級(jí)，并分別賦值1、2和3。用光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x(LSA100，德國(guó)LAUDA Scientific)測(cè)定6種灌木葉片正面和背面蒸餾水的接觸角(圖 1)，每種葉片3個(gè)重復(fù)。

圖1 葉接觸角示意圖Fig.1 Schematic diagram of leaf contact angle

2.3 人工模擬降雨

根據(jù)青島市降雨量分布特征[12]，研究采用人工模擬降雨系統(tǒng)(NLJY-10-01型，南京南林電子)設(shè)置小(30 mm/h)、中(60 mm/h)和大(90 mm/h)3個(gè)降雨強(qiáng)度，對(duì)6種灌木的穿透雨、莖流、冠層截留進(jìn)行測(cè)定，分析各灌木冠層特征對(duì)降雨再分配的影響。人工模擬降雨系統(tǒng)及降雨截留的測(cè)定方法如圖2，其中，有效降雨面積為2 m×2 m，降雨高度為4 m，降雨均勻度≥88%。每次模擬試驗(yàn)前均對(duì)降雨強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。穿透雨根據(jù)孟明等[11]用過的3個(gè)直徑和高度為20 cm的圓桶放置在4個(gè)方位收集。莖流參照田娜等[13]用鋁箔膠帶和聚乙烯軟管自制的導(dǎo)流水槽裝置測(cè)定(圖 2)。穿透雨量、莖流量除以植株投影面積，即可得出單位穿透雨量和莖流量[13]。冠層截留則根據(jù)水量平衡原理計(jì)算[6]：I=Pr-(SF+TF)，式中：I為冠層截留量，mm；Pr為降雨量，mm；SF為莖流量，mm；TF為穿透雨量，mm。

圖2 人工模擬降雨系統(tǒng)及降雨截留的測(cè)定Fig.2 Artificial simulated rainfall system and canopy interception determination

由于人工模擬次降雨時(shí)間較短，降雨間的冠層蒸散在本實(shí)驗(yàn)中忽略不計(jì)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

用方差分析法分析6種灌木冠層截留的差異，用相關(guān)分析法分析灌木冠層截留的主要影響因子，所有數(shù)據(jù)都運(yùn)用Excel 2016和SPSS 24軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 灌木冠層形態(tài)特征

灌木冠層形態(tài)特征見表2，可知，單葉面積最大的是紅葉石楠(9.51±2.75)cm2，其次是冬青衛(wèi)矛(7.55±5.17)cm2，葉片面積最小的為龍柏(1.36±0.94)cm2。紅葉石楠、冬青衛(wèi)矛、側(cè)柏和金葉女貞的葉片長(zhǎng)和寬都處于較大值；葉長(zhǎng)中，紅葉石楠(6.50±0.22)cm>側(cè)柏(5.23±3.86)cm>金葉女貞(4.14±0.82)cm>冬青衛(wèi)矛(4.13±0.64)cm>龍柏(3.53±0.90)cm>小葉黃楊(3.20±0.48)cm；葉寬中，冬青衛(wèi)矛(2.72±0.28)cm>紅葉石楠(2.48±0.14)cm>金葉女貞(2.3±0.92)cm>側(cè)柏(2.27±0.20)cm>小葉黃楊(1.63±0.16)cm>龍柏(0.93±0.31)cm。灌木葉片長(zhǎng)寬比中，龍柏的長(zhǎng)寬比值最大(3.79±0.25)，冬青衛(wèi)矛最小(1.65±0.39)。所測(cè)6種灌木的葉片葉周長(zhǎng)最大的是側(cè)柏(26.87±1.74)cm，最小的是小葉黃楊，只有(5.45±1.33)cm。針葉樹龍柏和側(cè)柏的LAI大于其他4種灌木(P<0.05)。

表2 6種灌木冠層形態(tài)特征

6種灌木基徑位于(0.96±0.15)～(2.09±0.13)cm之間，其中，紅葉石楠的分枝數(shù)量最少(14±1)個(gè)，側(cè)柏分枝數(shù)最多(32±2)個(gè)；枝長(zhǎng)在(14.73±1.10)～(19.75±2.32)cm之間；分枝角除小葉黃楊(33.35±3.41)°與側(cè)柏(28.35±3.49)°相對(duì)較小外，其他灌木枝角度都較大，其中分枝角最大的是龍柏(53.47±5.35)°。灌木枝直徑由大到小依次為：金葉女貞(8.72±0.73)mm>紅葉石楠(8.19±0.44)mm>側(cè)柏(7.69±1.12)mm>冬青衛(wèi)矛(7.67±0.71)mm>龍柏(7.64±1.10)mm>小葉黃楊(6.05±1.48)mm，龍柏、冬青衛(wèi)矛與側(cè)柏的枝直徑相當(dāng)。金葉女貞(92.31±3.82)cm2與龍柏(90.50±7.61)cm2的枝莖表面積較大，其次是側(cè)柏(85.52±3.08)cm2和小葉黃楊(83.32±6.99)cm2、冬青衛(wèi)矛(78.01±4.29)cm2和紅葉石楠(75.44±3.08)cm2的枝莖表面積較小。根據(jù)枝莖的粗糙度賦值1：粗糙，2：較粗糙，3：較光滑，龍柏與小葉黃楊的枝莖粗糙，冬青衛(wèi)矛與側(cè)柏的枝莖較粗糙，金葉女貞和紅葉石楠的枝莖較光滑。

葉片接觸角即葉面與水滴之間的夾角，是葉片潤(rùn)濕性的直接判斷指標(biāo)。6種灌木葉片正反面接觸角如圖3所示，可見，葉片接觸角在(60.18±12.71)°和(103.49±4.10)°之間，其中最小值出現(xiàn)在龍柏的葉片正面；最大值出現(xiàn)在冬青衛(wèi)矛的葉片背面。除冬青衛(wèi)矛的葉片背面為潤(rùn)濕外，其余都是高度潤(rùn)濕。灌木葉片正面接觸角由大到小依次為：冬青衛(wèi)矛(79.01±5.45)°、紅葉石楠(70.21±6.11)°、小葉黃楊(69.59±6.46)°、側(cè)柏(61.95±8.14)°、金葉女貞(60.43±9.58)°和龍柏(60.18±12.71)°；灌木葉片背面接觸角由大到小依次為：冬青衛(wèi)矛(103.49±4.10)°、紅葉石楠(81.59±3.62)°、金葉女貞(73.24±9.21)°、小葉黃楊(72.85±7.68)°、龍柏(65.25±12.93)°和側(cè)柏(63.33±8.14)°。冬青衛(wèi)矛的葉片正面接觸角顯著大于金葉女貞、龍柏和側(cè)柏的葉片正面接觸角(P<0.05)，其背面葉片接觸角亦顯著有別于其他5種灌木的背面葉片接觸角(P<0.05)。冬青衛(wèi)矛和紅葉石楠的葉片潤(rùn)濕性較差，龍柏與側(cè)柏的葉片潤(rùn)濕性相對(duì)較好。

1：正面；2：反面；A：金葉女貞；B：冬青衛(wèi)矛；C：小葉黃楊；D:紅葉石楠；E：龍柏；F：側(cè)柏。1: Front. 2: Back. A: Ligustrum×vicaryi. B: Euonymus japonicus. C: Buxus sinica var. parvifolia. D: Photinia×fraseri. E: Juniperus chinensis. F: Platycladus orientalis. 圖3 6種灌木葉片正反面接觸角Fig.3 Front and back contact angles of 6 shrub species

3.2 6種灌木冠層截留的比較分析

表3為6種灌木在小、中、大3個(gè)降雨強(qiáng)度梯度下穿透雨率、莖流率和冠層截留率的測(cè)定結(jié)果。由表可見，6種灌木的穿透率(33.26%±0.44%)～(71.19%±3.58%)；莖流率(5.33%±3.33%)～(19.86%±2.03%)；截留率(10.02%±3.49%)～(61.41%±4.87%)。穿透雨率、莖流率和冠層截留率差異顯著(P<0.05)，整體表現(xiàn)為穿透雨率>冠層截留率>莖流率，穿透雨率是冠層截留率和莖流率的2～4倍。從表3還可以看出，隨著降雨強(qiáng)度增強(qiáng)，6種灌木的穿透雨率和莖流率都明顯增加，金葉女貞、冬青衛(wèi)矛、小葉黃楊、紅葉石楠、龍柏和側(cè)柏的穿透雨率分別由38.26%±1.78%、38.82%±3.49%、39.30%±1.85%、40.23%±1.29%、33.26%±0.44%和35.59%±2.22%增加到66.43%±2.64%、68.38%±5.36%、66.56%±1.68%、71.19%±3.58%、56.55%±2.98%和61.16%±1.45%；莖流率分別由12.73%±3.66%、12.79%±2.10%、13.15%±1.92%、13.46%±1.95%、5.33%±3.33%和8.20%±2.20%增加到18.66%±4.67%、19.86%±2.03%、16.64%±2.55%、18.79%±2.97%、13.62%±4.83%和15.28%±1.29%。降雨強(qiáng)度增大后，灌木的莖流量增強(qiáng)，但截留率卻相對(duì)減少，分別由49.00%±3.60%、48.39%±2.26%、47.55%±5.09%、46.31%±3.07%、61.41%±4.87%和56.21%±3.00%降低到14.91%±4.24%、11.76%±3.28%、16.80%±5.82%、10.02%±3.49%、29.83%±3.24%和23.56%±3.73%。

比較6種灌木的穿透雨率、莖流率和截留率(表3)，在小降雨強(qiáng)度條件下，側(cè)柏和龍柏2種針葉灌木的穿透雨率(分別為33.26%±0.44%和35.59%±2.22%)和莖流率(分別為5.33%±0.69%和8.20%±2.20%)最小，即截留率最大(分別為61.41%±4.87%和56.21%±3.00%)；而金葉女貞、大葉黃楊、小葉黃楊、紅葉石楠4種闊葉灌木的截留率則相對(duì)較小，其中，紅葉石楠截留率最低(46.31%±3.07%)(P<0.05)。中等降雨強(qiáng)度時(shí)，龍柏的截留率仍然最大(47.78%±2.34%)，而4種闊葉灌木的截留率相對(duì)較低(P<0.05)。大降雨強(qiáng)度條件下，龍柏和側(cè)柏的截留率仍然相對(duì)較高(分別為29.83%±3.24%和23.56%±3.73%)，而4種闊葉灌木的截留率相對(duì)較低(P<0.05)。就莖流而言，大降雨強(qiáng)度條件下龍柏的莖流率最低，為13.62%±4.83%(P<0.05)，側(cè)柏的莖流率次之，為15.28%±1.29%，但跟其他4種闊葉灌木相比不顯著?？傊?，比較6種灌木，穿透雨率表現(xiàn)為闊葉灌木大于針葉灌木，莖流率與之相同，而截留率與之相反，表現(xiàn)為針葉灌木大于闊葉灌木。

表3 灌木冠層截留差異

3.3 灌木冠層形態(tài)特征對(duì)降雨截留的影響

將6種灌木的冠層形態(tài)特征與灌木的穿透雨率、莖流率和冠層截留率進(jìn)行相關(guān)分析(表4)。可以看出，葉子的葉長(zhǎng)(P<0.01)、葉寬(P<0.01)和長(zhǎng)寬比(P<0.05)直接決定灌木單葉葉面積大小和形狀；整個(gè)冠層的LAI主要是由單葉葉面積(P<0.05)和灌木基徑(P<0.01)決定的，單葉葉面積越大，灌木基徑越粗，灌木的LAI越高；在灌木冠層體積基本相同的條件下，灌木的基徑(P<0.01)和分枝數(shù)(P<0.01)決定灌木側(cè)枝的分枝角；灌木的穿透雨率與LAI(P<0.01)、單葉葉面積(P<0.05)、葉寬(P<0.01)、葉長(zhǎng)寬比(P<0.01)等特征都極顯著相關(guān)；莖流率與灌木基徑(P<0.05)、側(cè)枝枝長(zhǎng)(P<0.05)、枝粗糙度(P<0.01)、葉正面接觸角(P<0.01)顯著相關(guān)；冠層的截留率最終由LAI(P<0.01)、單葉葉面積(P<0.01)、葉寬(P<0.01)、葉長(zhǎng)寬比(P<0.01)、枝粗糙度(P<0.05)、葉正面接觸角(P<0.01)等冠層形態(tài)特征決定的，即灌木LAI越大，單葉面積越小，葉寬越小，葉正面接觸角越小，即葉片的潤(rùn)濕性越強(qiáng)，越有利于灌木的冠層截留。

表4 冠層截留與冠層形態(tài)特征相關(guān)分析

4 討論

4.1 灌木的冠層截留

通過對(duì)6種灌木的冠層截留的比較分析發(fā)現(xiàn)，6種灌木冠層截留能力明顯不同，整體表現(xiàn)為穿透雨率>截留率>莖流率。這與前人對(duì)灌木截留的研究結(jié)果[14-15]基本一致。而就穿透雨率和莖流率而言，龍柏和側(cè)柏等針葉灌木顯著小于冬青衛(wèi)矛和紅葉石楠等闊葉灌木(P<0.05)，就截留率而言，針葉灌木則顯著大于闊葉灌木(P<0.05)。這與孟明等[11]的研究結(jié)果一致。作為常綠針葉灌木，龍柏和側(cè)柏較其他4種闊葉灌木冠層截留能力強(qiáng)，而穿透雨率和莖流率較闊葉灌木小，其原因是由于針葉植物葉片小而多，且繁密簇生在小枝上，葉小枝之間緊密貼合，相互交錯(cuò)，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜枝葉密集的冠層。其中有大量微小孔隙，可充盈大量水分，此外，龍柏和側(cè)柏葉正面接觸角較小，即葉表的潤(rùn)濕性比闊葉樹較強(qiáng)，水分能利用水張力固著在葉片上，即降雨不易穿透針葉灌木冠層，冠層攔截儲(chǔ)蓄的降雨更多[16]。此外，龍柏和側(cè)柏樹皮粗糙，表面松軟并帶有不連續(xù)的縱向開裂，能夠吸收相對(duì)較多的水分[17]，容易打斷莖流傳輸路徑的連續(xù)性，增大莖流水傳輸?shù)碾y度，莖流在傳輸過程中能會(huì)因雨水不能沿著枝莖流下，延緩了莖流傳輸?shù)臅r(shí)間或滴落成穿透雨[18]。而冬青衛(wèi)矛、小葉黃楊和金葉女貞等闊葉灌木的葉片革質(zhì)光滑，接觸角大，即潤(rùn)濕性較差，與紅葉石楠相比，對(duì)降雨的滯留作用相對(duì)較弱，且紅葉石楠枝條伸展，灌木葉片大而稀疏，雨水就能夠輕易地穿過樹冠，成為穿透雨。與龍柏和側(cè)柏針葉樹相比，闊葉灌木更容易形成一個(gè)“漏斗形”的莖流水分聚集系統(tǒng)，莖流率大，降雨通過灌木冠層聚集，匯流到根部，從而增加土壤蓄水[19]。因此，城市綠地建設(shè)可人為增植一些闊葉灌木，充分利用灌木的“漏斗形”莖流水分聚集系統(tǒng)，增加土壤水入滲。

研究表明，降雨強(qiáng)度對(duì)灌木冠層截留產(chǎn)生重要影響，隨小、中、大降雨強(qiáng)度梯度變化，6種灌木的穿透雨率和莖流率都明顯增加，而截留率則相對(duì)減少。這與徐軍等[20]的研究結(jié)果一致。樹冠截留是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，可分為快速增加、飽和穩(wěn)定和滯后冠滴雨3個(gè)階段，隨著降雨的延長(zhǎng)，冠層達(dá)到水飽和狀態(tài)后，截留率隨后降低。對(duì)于同一植株而言，在降雨強(qiáng)度較小的條件下，大部分降雨被樹冠截留，隨后蒸發(fā)到大氣中，莖流僅占降雨的小部分，很難滲透到土壤中去；在降雨強(qiáng)度較大的條件下，冠層能夠迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，莖流率隨之增大，降雨更容易沿樹干莖流滲入土壤，冠層截留率隨之降低。同時(shí)，隨著降雨強(qiáng)度增大，雨滴直徑變大，且雨滴速度變快，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)冠層的雨滴數(shù)量也增加，即雨滴總動(dòng)能增大，大降雨強(qiáng)度給予冠層的沖擊力增強(qiáng)，枝葉晃動(dòng)明顯，截留在枝葉表面的雨量相對(duì)減少[8-9]。相對(duì)于針葉樹，闊葉樹由于葉片面積大，在降雨強(qiáng)度較大時(shí)，雨滴對(duì)停留在枝葉表面的雨水的沖擊作用強(qiáng)，反而減少了林冠截流量，即冠層截留量與降雨強(qiáng)度不一定成正比例關(guān)系[21]?？傊诮涤陱?qiáng)度增大的條件下，灌木冠層對(duì)降雨的截留減少，植被延遲產(chǎn)流和削減洪峰的功能變?nèi)酢?/p>

4.2 灌木冠層形態(tài)特征對(duì)降雨截留的影響

灌木冠層形態(tài)特征與穿透雨率、莖流率、冠層截留率的相關(guān)分析結(jié)果表明，在冠層尺度上，灌木冠層形態(tài)特征中LAI、單葉葉面積、葉寬、葉長(zhǎng)寬比等特征都與穿透雨率呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，說明灌木LAI、單葉面積和葉形狀是決定灌木穿透率的重要因素。這與孟明等[11]對(duì)灌木錦雞兒的研究結(jié)果相一致，但與艾長(zhǎng)江等[4]對(duì)檸條穿透雨率之間關(guān)系研究結(jié)果有所不同。后者認(rèn)為檸條的穿透雨率與冠層高度和枝傾角關(guān)系顯著，而枝長(zhǎng)與LAI的影響不大，這可能與灌木種的選擇有關(guān)。崔鴻俠等[22]和劉澤彬等[23]的研究結(jié)果也認(rèn)為分枝角度的變化會(huì)直接影響穿透雨的變化。但在本研究中，穿透雨與分枝角度無(wú)顯著相關(guān)。這可能是因?yàn)楸狙芯窟x用的實(shí)驗(yàn)材料皆為灌木，相對(duì)于喬木的龐大的樹冠而言，灌木的分枝角影響不大。Zhang等[24]認(rèn)為冠層形態(tài)特征中的LAI對(duì)灌叢穿透雨的影響最大。這與本研究LAI與穿透雨之間呈極顯著線性相關(guān)的研究結(jié)果相一致。其研究結(jié)果表明，LAI與截留能力密不可分，LAI是造成穿透雨空間異質(zhì)性的主要原因，LAI越高，冠層郁閉程度也越高，截留能力隨之增大，兩者呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系。但萬(wàn)艷芳等[25]認(rèn)為L(zhǎng)AI與穿透雨關(guān)系顯著，但兩者的關(guān)系不能簡(jiǎn)單地用線性關(guān)系表示。在降雨之初，穿透雨與LAI的關(guān)系可用對(duì)數(shù)函數(shù)表示。隨著降雨歷時(shí)和降雨量的增大，兩者的關(guān)系呈線性關(guān)系。當(dāng)降雨量到達(dá)一定閾值時(shí)，冠層呈飽和狀態(tài)后，LAI對(duì)穿透雨率的影響極小。至于莖流與冠層形態(tài)特征的關(guān)系，Garcia-Estringana等[26]對(duì)地中海灌木的研究認(rèn)為灌木基徑、株高和莖干生物量對(duì)莖流的影響較大。萬(wàn)師強(qiáng)等[27]認(rèn)為冠層的枝長(zhǎng)、枝角、株高與莖流關(guān)系顯著，單片葉的特性如葉片大小、形狀、排列方式、葉柄的粗細(xì)和樹皮的特性(如樹皮的吸水性能)等，這些因素都會(huì)對(duì)莖流產(chǎn)生影響。而André等[28]在對(duì)溫帶櫟樹-山毛櫸混交林莖流量的研究得出，氣象條件中，風(fēng)速是唯一對(duì)樹干莖流造成影響的因子。在本研究中，灌木的LAI、單葉面積、葉寬、葉長(zhǎng)寬比、葉正面接觸角、灌木的基徑、枝長(zhǎng)、枝粗糙度等與莖流都呈極顯著相關(guān)關(guān)系，但分枝角、分枝數(shù)與莖流的相關(guān)性不大。這可能與試驗(yàn)時(shí)間、地域、植物以及溫度、風(fēng)等氣象因素的不同導(dǎo)致。在本研究中，單葉葉面積、葉寬、葉長(zhǎng)寬比等指標(biāo)代表灌木葉子形狀特征，葉正面接觸角代表葉表的潤(rùn)濕性，而 LAI代表整個(gè)灌木冠層葉子的疏密度，這些因素共同作用，對(duì)降雨截留產(chǎn)生重要影響，這與部分學(xué)者[9]的研究結(jié)果相一致。與闊葉灌木相比，針葉灌木由于高LAI、特殊的葉形以及葉表的高潤(rùn)濕性更有利于冠層截留，在冠層水飽和前消減洪峰，調(diào)蓄雨洪的能力更強(qiáng)。

5 結(jié)論

1)6種灌木中，龍柏和側(cè)柏的單葉葉面積、葉寬、葉長(zhǎng)寬比等葉子形狀特征與其他4種闊葉灌木不同，龍柏和側(cè)柏的LAI都顯著大于其他4種闊葉灌木(P<0.05)；側(cè)柏分枝數(shù)最多(32±2)個(gè)，龍柏分枝角最大(53.47±5.35)°，而金葉女貞(92.31±3.82)cm2與龍柏(90.50±7.61)cm2的枝莖表面積較大；冬青衛(wèi)矛和紅葉石楠的葉片潤(rùn)濕性較差，龍柏與側(cè)柏的葉片潤(rùn)濕性較好。

2)6種灌木的穿透雨率、莖流率、冠層截留率表現(xiàn)為穿透雨率>層截留率>莖流率，穿透雨率是冠層截留率和莖流率的2～4倍；隨著降雨強(qiáng)度增強(qiáng)，穿透雨率和莖流率都明顯增加，但截留率則卻相對(duì)減少，植被延遲產(chǎn)流和削減洪峰的功能變?nèi)酢?/p>

3)比較6種灌木，穿透雨率表現(xiàn)為闊葉灌木大于針葉灌木(P<0.05)，莖流率與之相同，而截留率則相反，表現(xiàn)為針葉灌木大于闊葉灌木(P<0.05)；灌木冠層形態(tài)特征中，LAI、葉寬、葉長(zhǎng)寬比、葉正面接觸角與冠層截留呈顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，LAI、葉形和葉表的潤(rùn)濕性是影響灌木截留的主要因素。

4)與針葉灌木相比，闊葉灌木更容易形成一個(gè)“漏斗形”的莖流水分聚集系統(tǒng)，莖流率大，降雨通過灌木冠層聚集，匯流到根部，有利于增加土壤蓄水。與闊葉灌木相比，針葉灌木由于高LAI、特殊的葉形以及葉表的高潤(rùn)濕性更有利于冠層截留，在冠層達(dá)到水飽和前其消減洪峰，調(diào)蓄雨洪的能力更強(qiáng)。