PDF《林冠附生物对水分的截留及 对环境的监测》

第12卷第 2期2005年4月 VO

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2 Ap r ..

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0 5 林冠附生物 对 水分 的截 留及 对环 境 的监 测徐海清 , 刘 文耀 (

1 . 中国科学 院西 双版 纳热 带 植物 园,昆明

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2 3 ;

2 . 中 国科学 院研 究生院,北京

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3 9 ) 摘要:作为森 林 生态 系统 中重要 的组成 成分,林冠附生 物自70年代 以来 引起了生态 学家的广 泛 关注 .研究表明林冠附生 物在营养 物质 循环、水循 环 等方 面 均对 森林生态 系统 有 重要 影响.综述 了湿 性 森林 中附生 物 对云 雾水的截留、对水分循环 影响的研究 进展 , 以及附生 物在 森林 环境监测 中作用 的 研究 现状,为我国今 后 附生 物 研究 积累资料.关键 词:附生 物;

水分截留;

环境 监测 ;

森林 中图分 类号 : $

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2 文 献标 识码:A文章编 号:1005―3409(2005)02一O116-05WaterInt e r c e pt i o n a nd M o ni t or i ng f or Env i r onm e nt Cha ngi ng of Epi phy t e s xu H a i ― q i n g . . . I I U W e n ― y a o (

1 . Xi s h u a n g ― b a n n a Tr o p i c a l B o t a n i c a l G a r d e n, C h i n e s e A c a d e my o f S c i e n c e , Ku n mi n g

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2 3 ・ C h i n a ;

2 . Gr a d u a t e d S c h o o l o f C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e , Be i j i n g

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3 9 , C h i n a ) Ab s t r a c t : A s a n i mp o r t a n t c o mp o u n d o f f o r e s t , e p i p h y t e s h a d d r a wn i n c r e a s i n g a t t e n t i o n s i n c e

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7 0 s .De s p i t e i t s hi g h b i o d i v e r s i t y a n d h u g e b i o ma s s , e p i p h y t e s c o ul d a l s o a f f e c t n u t r i e nt c y c l i n g a n d wa t e r c y c l i n g . Si n c e e p i p h y t e s we r e s e ns i t i v e t O e n v i r o n m e n t c h a n g i n g, s o me s t ud i e s u s e e p i p hy t e s t O m o ni t o r t h e e f f e c t o f c l i m a t e c h a n g i n g i m p o s e d o n f o r e s t c on s t r u c t i o n . Th e h i s t o r y b a c k g r o u n d a n d t h e r e s e a r c h d e v e l o p me n t o f t h e e f f e c t of e pi p h y t e s o n wa t e r c y c l i n g i n f o r e s t e c o s y s t e m a n d u s i ng e p i p h y t e s t O m o n i t o r t h e c l i ma t e c h a n g i n g a r e s u m ma r i z e d .At l a s t s u g g e s t i o n s a r e g i v e n f o r f u t ur e d i r e c t i o n o f e pi p h y t e s r e s e a r c h i n g i n Ch i n a . Ke y wo r d s : e p i p h y t e s ;

wa t e r i n t e r c e p t i o n;

e nv i r o n m e n t a l mo n i t o r ;

f o r e s t 自Sehimp e r s l

8 8 8年对新热区系中林 冠附生物成分进行研究以来 [

1 ] , 附生 物 已吸引 大量 生 态学 家和生物 学家的关 注.有报道指 出附生 物在 农业 、 园艺 、 医学 等领 域 中都 发 挥着 重要作用 [

2 ] . 更 由于林 冠附 生物巨大 的生 物量 和 丰富 的生 物多 样性 , 林冠 附 生物 已经 成 为现代 森林生态 系统 研究的热 点之 一口 ] .2 0世纪7o年代 J o h a n s o n等人 发现附生物 对森林生态 系统 水循 环 有影 响[5],使人们 对林冠附生 物在 森林生态系统 中 的作用 有 了一 个新 的认 识[6].其后 人们 对 附生 物的持水量、云雾 水 的截 留[

7 ] , 及其 环境 的监测 进行全面研 究[8],积累了大 量的资料 .特别是1995年 L o wma n和Na d i k a r n i 编著出版 的《 林冠学》(ForestCanopies)是对 之前林冠附生物研究 成果的全面 总结[

7 ] . 近年 , 国际 上趋 向 于将林 冠 附生 物作 为一个生 态 系统 来研究,其中附生 物对 森林 生 态系 统水 循环 的影 响 及其 对环 境 的监 测 又是 研究的热 点,国外 常有 报道D , l o ~ .鉴于国内鲜 见 这方 面 的文 章,特将国外 研究 综述 如下.1林冠截留研 究背景与方法林冠对 云雾 水 的截 留是指 云 雾经 过林 冠时,云雾中的一 部 分水 分滞 留并 富积 在林 冠上 的现 象.不同的文 章 中对 它提 法 又有 所不同, 如云沉降、雾沉降等…] .国 际上 有 关林 冠截留研究 相 对生 物 多样 性 的探 索来 说 开展 的较 晚.一方 面是因为林冠 的界 面非 常 复杂 , 林冠截留面在 水 平和 垂 直面 上 都有 差异,造成在 很小的范 围内会 发 生很 大 的变化 .另一 方面原因是 很难找到一 个合适的测量云沉 降 的方 法来 模拟截留过 程.早期林 冠截留水 的 研究 主要 集 中在 美 国北部 和 欧洲 等一些云量较多的国家,如Az e v e d o 和Mo r g a n

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7 4年在Humb o l d t 研究表明:森林中林 冠截留发生 在 日落 到次日太 阳出来 之 前这 段时间中,林冠截留量 在不同月 份不相同[1.在欧洲 , Ko r k与Winkler发 现:对于一些森林生态系统 , 林+收稿日期 :

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1 3 . 基金 项目;

中国科学 院 百人计划 项目;

国家 自然科 学基 金 哀牢 山 山地湿性 常绿 阔叶 林 附生物 生物 量及 其 空间分 布的 研究 ;

云南 省基 金重点项目(编号:2002C0

0 ,

1 Z) 的资助作者 简介 ;

徐 海清 (

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7 8 一) . 男.云南 大理 人,硕士生 、 主要研 究 方向 为恢复 生态 学.维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 徐海清等:林冠附 生物 对 水分 的截留及对 环境 的 监测 ・1

1 7・ 冠截留水 可 占森 林中降雨输 入 水量 的2o~15o【l.随着 研究的深 入,人们在Costorlc,Colomb i a等地开展了更 多的工作,并试图建立模型来定量研究水分截留的分布和过程].模 型 的建立 使人们更 好 的认 识 了沉 降过 程,并发现林 冠截留不仅 在 景观 尺度上有差 别.Lovett研究模 型指出造成 林冠截留在 小尺度空间上的差 异 性受 很多因素 影响,风速、云雾水 含量 、 云雾 大小 等都 会影 响 林冠 截留n .即使 在同一森林的不 同树 之 间也 有差 异.但由于这些 模 型都 建立 在不同的人工 云雾 收集装 置上,再加上收 集过 程 中并 没有 排除降水 的影响,因而很多数据不具有可比性.鉴 于研究的需要Scheme n a u e r和Cereceda在

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9 4年 设计 了一个 云 雾收 集装 置[1.此装置整体 用直 径为1cm的金 属构 造成一个

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0 c m *1

0 0 c m*1

0 c m 的框架,在框 架下面是 一 个深 约10cm的云雾 水 收集槽 , 金 属框 架中,装有口径 为0.5~1.5mm 的网格,整个 装置由一 个高

2 m 的支 架 支撑 .此 林冠 截 留器 的发 明,使人 们可以在 不 同森林 类型中开展 可 比性 的 云沉 降定量研究.但 此装 置 也存 在 缺点 : 首先由于林冠 截留器只是 由一个2m高的支 架支持,所以不 可能把它放在森林中进 行实验,它模拟的林 冠截留只是 发 生在 空 旷地 或林边,所得的结果和实 际情 况有 一定的差别 ;

其二受金 属架中网格 材料 的限制,不能很好反 应云雾经过 林冠时发生 的截留过 程,因而可能低估 林冠 对 云雾 的截留能 力.进一步 改进由A.J a r v i s完成In]2

0 0 0年他利用 湿 度传 感器以及一个由附生 物覆盖,450cm*5

0 c m 的云 雾水收集器对Colomb i a n热带山地 云雾林进行了研 究,发现林冠附生物强 烈影响林冠的林 冠截留.附 生物 的存 在 极大 地增 加 了林 冠对 云雾 的截 留面 积,A. J a r v i s的发 现使 人们 对 附生 物 的截 留能 力有了新认 识.2附生物对水的吸收2.1附生 物范 围及一 些生 物特 性林冠附生物 是个复杂的整 体,它指生 长 于林 冠、无维管与土壤 和寄 主相 连 的植 物及 其残 体,一般 只 出现在 风速 较低且常 有 云雾 的林 中].研 究发 现,它主要 有 地衣 类、苔藓类、维管植物 ( 种子植物 、 蕨类)、植物残体及腐 殖质 、 真菌类、藻类等组成Is ].其 中苔 藓因其巨大 的生物量 等原因在 附 生物 组 成上 作用 不 容忽 视,如湿性 雨林 中树 木上 由 苔藓 和腐殖质 等形 成 的片 层有 时 可达

1 4 c m【

1 . 由 于苔藓 吸 水量 最高可达植 物体 干重的13倍m] , 因而当它 密集丛生于湿 性雨林树冠上时对 保持 水 分有 重要 作用 .

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2 附生 物 吸水 机理 附生物长在林冠层,不能直接利用根系从土壤吸起 水分,对环境依赖 性较高,所以附 生 物特 别是苔藓类大多生长在空 气 湿度 较大 的森 林中.由于长期 生活于林 冠.森林中附 生 物形 成特 殊的吸水机 理 以适 应环 境,以为 机 体提 供所必需的水 分.吸水 机制中,以苔 藓和 风梨 科最 为引人注目. 苔藓植物绝大 部分都非常矮 小,体表面 积大、吸水量 多m] . 由 于体 表具有密集能吸水 的 毛状 结构],因而空气湿度到达一定程 度 时此 结构 就 能从 空气 中直 接 吸取 水分.另 据 研究 , 苔 藓植 物 的叶 枯萎 后 并不 脱离 茎干 , 而是 成 层状 依附于植 株体,这些 枯叶中含 有 较多 吸水 能力 强的死细胞L

2 , 能从 空气中吸取 水分.凤梨 科 植物 的 吸水构 造 也很 特别,它们成绒 毛状,此结构由几 个盾 形 的死 细胞 覆在 一串突出的 活细 胞上而形成_2(图1).空气 中的水 分 与死 细 胞接 触时,水分就会 被 吸入 其中,随后 这 些水 分又会被下层 的活 细胞所吸收,进而通过输 导 组织 运 到植 物全 体,这样空 气中的水 分就 被 保存 到 了林 冠层 内 另外 在 兰科 植物中,也有另外 一种同样 由死 细胞形成,可直 接 由空 气中吸收水 分 的结 构_2.附 生物中的腐 殖 质在 吸水和保 水方 面 同样........