柠条锦鸡儿（ Caragana korshinskii ）形态对树干茎流产量的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00056

柠条锦鸡儿（ Caragana korshinskii ）形态对树干茎流产量的影响

姚渭琦^,¹^,², 张亚峰^,¹, 袁川³, 陈晶亮¹^,², 霍建强¹, 潘颜霞¹, 王苗苗⁴

1.中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室/沙坡头沙漠研究试验站，甘肃兰州 730000

2.中国科学院大学，北京 100049

3.西南大学地理科学学院/重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站，重庆 400715

4.兰州大学草地农业科技学院/草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室，甘肃兰州 730020

The influence of morphological characteristics of Caragana korshinskii on stemflow production

Yao Weiqi^,¹^,², Zhang Yafeng^,¹, Yuan Chuan³, Chen Jingliang¹^,², Huo Jianqiang¹, Pan Yanxia¹, Wang Miaomiao⁴

1.State Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands / Shapotou Desert Research and Experiment Station，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

3.School of Geographical Sciences / Chongqing Jinfo Moutain Karst Ecosystem National Observation and Research Station，Southwest University，Chongqing 400715，China

4.State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems / College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China

通讯作者: 张亚峰（E-mail： zhangyafeng@lzb.ac.cn）

收稿日期: 2025-04-01 修回日期: 2025-05-07

基金资助:

国家自然科学基金项目. U23A20223. 32471969. 32301314

Received: 2025-04-01 Revised: 2025-05-07

作者简介 About authors

姚渭琦（2002―），男，甘肃通渭人，硕士研究生，主要从事干旱区生态水文学研究E-mail：yaoweiqi23@mails.ucas.ac.cn , E-mail：yaoweiqi23@mails.ucas.ac.cn

摘要

树干茎流指被植物冠层拦截的沿主干向下汇集到根区土壤的部分降水，是旱区灌木重要的水分和养分来源。本文以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区的优势固沙灌木柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为研究对象，对其树干茎流进行野外定位观测，量化灌木形态特征对树干茎流产量的影响。结果表明：（1）树干茎流占同期降水比例平均为3.6%；（2）树干茎流率（单位降雨产生的树干茎流量，mL·mm^-1）与株高、基径、枝条数、冠层体积、冠层投影面积显著正相关（P<0.05）；（3）依据熵权法权重得出影响灌木各分枝树干茎流产量的形态特征参数重要性为基径（0.50）>倾角（0.28）>长度（0.22）。研究结果有助于清晰认知干旱区植被系统-土壤系统水循环过程，为评估植被形态结构参数对树干茎流产量影响提供数据支持和方法参考。

关键词： 树干茎流 ; 固沙灌木 ; 冠层结构 ; 熵权法

Abstract

Stemflow refers to the portion of precipitation intercepted by plant canopies that flows down along stems and accumulates in root zone soil， serving as an important water and nutrient source for shrubs in arid regions. In this study， we conducted field observations of stemflow for Caragana korshinskii， a dominant sand-fixing shrub of Shapotou area， located at the southeastern edge of the Tengger Desert. We then quantified the effects of shrub morphological metrics on stemflow production. Our results indicated that：（1） stemflow accounted for 3.62% of the gross rainfall；（2） stemflow rate （stemflow volume per unit rainfall， mL·mm^-1） had a significant positive correlation （P<0.05） with plant height， basal diameter， number of branches， canopy volume， and canopy projection area， respectively； and （3） Based on entropy weight method analysis， the morphological metrics influencing stemflow yield across shrub branches were prioritized as follows：basal diameter （0.50） > branch inclination angle （0.28） > branch length （0.22）. Our study contributes valuable insights into vegetation-soil system water cycle processes in arid regions， providing both data support and methodological references for evaluating the effects of plant morphological parameters on stemflow production.

Keywords： stemflow ; sand-fixing shrubs ; canopy structure ; entropy weight method

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本文引用格式

姚渭琦, 张亚峰, 袁川, 陈晶亮, 霍建强, 潘颜霞, 王苗苗. 柠条锦鸡儿（ Caragana korshinskii ）形态对树干茎流产量的影响. 中国沙漠[J], 2025, 45(3): 346-356 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00056

Yao Weiqi, Zhang Yafeng, Yuan Chuan, Chen Jingliang, Huo Jianqiang, Pan Yanxia, Wang Miaomiao. The influence of morphological characteristics of Caragana korshinskii on stemflow production. Journal of Desert Research[J], 2025, 45(3): 346-356 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00056

0 引言

降水是陆地生态系统的主要水分来源，尤其在干旱区，水分和养分有效性是植被生长和维持生态系统功能的关键限制因素。大气降水通过植被冠层时再分配为冠层截留、穿透雨和树干茎流三部分，其分配比例受冠层结构^［1］、降雨特征^［2］和气象条件^［3］等因素影响，调控植被与土壤之间的水文和生物地球化学通量^［4-5］。其中，树干茎流指被树叶、枝条、树干拦截的沿着主干向下运动汇集至根际区的降水。Zhang等^［6］基于全球量化研究得出树干茎流占降水比例的中位值为2.7%（四分位距：1.0%~6.3%）。尽管占比小，由于降水在植被冠层内对大气沉积物和树木分泌物等的淋洗作用使得树干茎流养分富集^［4，7］，以及树干茎流在植物地上部分和地下部分运动表现出“双漏斗效应”^［8-9］，通常认为树干茎流在植被生态系统水分和养分中占有很大份额。尤其是在水分和养分受限的干旱生态系统，树干茎流是植物在贫瘠环境下重要的水分和养分的“点源”输入，对形成灌木根区水分和养分沃岛具有重要贡献^［10-12］。树干茎流影响着一系列生态水文过程，比如坡面漫流或地表径流产生^［13-15］、土壤侵蚀^［16-17］、壤中流^［18］、地下水补给^［19］、土壤水分空间分布格局^［20-21］、冠层下方植被和附生植物分配^［22］等。

降水抵达地表之前，植被冠层可视为雨水汇集区，不同物种之间树干茎流产量差异明显。Martinez-Meza等^［23］报道，奇瓦瓦沙漠灌木腺牧豆树（Prosopis glandulosa）、三齿团香木（Larrea tridentata）和美洲焦油灌木（Flourensia cernua）树干茎流量分别占降水的5.4%、10%、10.5%；黄土高原多枝柽柳（Tamarix ramosissima）、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、红砂（Reaumuria soongorica）的树干茎流量分别占降水的2.2%、3.7%、7.2%^［24］；科尔沁沙地小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、木岩黄芪（Hedysarum fruticosum）、黄柳（Salix gordejevii）的树干茎流量分别占降水的11%、6.3%、5.3%^［25］；腾格里沙漠柠条锦鸡儿和油蒿（Artemisia ordosica）的树干茎流量分别占降水的8.8%和2.8%^［10］。冠层结构参数是导致树干茎流产量存在显著差异的关键因素。Kelly^［26］发现树木在无叶期树干茎流产量最高；Levia等^［27］发现山毛榉（Fagus sylvatica）幼树的树干茎流产量随叶片数量增加呈上升趋势，但达到一定阈值后趋于稳定；Levia等^［27］还发现美国马里兰州的温带森林的树干茎流产量与树干大小显著正相关；Brown等^［28］研究表明，相较于树皮易脱落的白橡树，具有紧实树皮的黑橡树树干茎流产量更高；高大的植株往往对应更大冠层投影面积，易产生更多的树干茎流^{［23，29］}。然而，对于特定植物种，不同个体之间或同一个体不同分枝之间构型差异如何影响树干茎流产量？不同构型参数重要性次序如何？这些问题目前并不清楚。该方面研究对深入认识干旱区灌木水分蓄集和利用策略具有重要意义。

柠条锦鸡儿是具有极强抗逆性的豆科灌木^［30］，生态适应性广，能在贫瘠沙地、盐碱地和干旱山坡等恶劣环境中生长，是中国北方植被恢复实践中最具代表性的耐旱灌木^［31］。其在中国主要分布于黄土高原、内蒙古高原及西北荒漠草原区，是干旱区生态系统的关键建群种植物，具有生态适应性强、根系发达、吸水力强等特点^［30］，在防风固沙、保持水土等方面具有重要生态意义。本研究对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区典型固沙灌木柠条锦鸡儿树干茎流进行野外观测，量化灌木枝干结构特征与树干茎流产量的关系，并确定影响树干茎流产量的关键冠层结构指标及其相对重要性。分析灌木分枝构型对树干茎流产流的影响机制，为理解植物形态特征与冠层水文过程的关系提供新的视角，也为评估种内个体形态结构参数对树干茎流产量的影响提供方法参考。

1 研究区概况与方法

1.1　研究区概况

试验于2024年8—10月在位于宁夏回族自治区中卫市的中国科学院沙坡头沙漠研究试验站水量平衡综合观测场进行（图1）。该区地处腾格里沙漠东南缘（37°27′N，105°57′E），海拔1 300 m，属于草原化荒漠，是荒漠与草原的过渡区域。多年平均降水量为188 mm，其中80%的降水发生在7—9月，多年平均潜在蒸发量高达2 500 mm^［32］。温度变幅较大，年平均气温9.6 ℃，1月平均气温-6.1 ℃，7月平均气温24.7 ℃。盛行西北风，年平均风速2.9~3.5 m·s^{-1［33-35］}。土壤类型为沙丘风沙土^［35］。

图1

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图1 研究区位置及柠条锦鸡儿树干茎流观测系统

注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2023）2763号）制作，底图边界无修改；Ck_1、Ck_2、Ck_3、Ck_4、Ck_5表示野外试验所选的5株柠条锦鸡儿编号

Fig.1 Study site and the stemflow monitoring system of Caragana korshinskii

1.2　灌木形态特征参数测量和计算

柠条锦鸡儿是豆科锦鸡儿属的多年生落叶灌木，多茎干且其表面光滑，冠层呈倒锥形（图1C）。叶片为羽状复叶，对生或近对生（长6~10 cm）排列，每片复叶有5~8对卵形小叶（长7~8 mm，宽2~5 mm）^［36］。本研究选取5株大小不同的柠条锦鸡儿进行树干茎流测量，其形态结构参数如表1所列。

表1 试验所选柠条锦鸡儿冠层形态特征参数

Table 1 Morphological metrics of Caragana korshinskii selected for the experiment

形态参数	编号
形态参数	Ck_1	Ck_2	Ck_3	Ck_4	Ck_5
株高/m	2.88	2.07	2.04	1.85	1.98
冠幅/cm	308×409	199×206	180×155	247×265	178×202
基径/mm	48.48	24.48	23.45	21.25	21.09
基部面积/m²	0.129	0.122	0.062	0.034	0.032
叶面积指数	1.07	0.86	0.55	1.07	0.62
分枝数/个	26	11	13	11	14
冠层投影面积/m²	9.89	3.22	2.19	5.14	2.82
冠层体积/m³	9.50	2.22	1.49	3.17	1.86

注：Ck_1、Ck_2、Ck_3、Ck_4、Ck_5表示野外试验所选的5株柠条锦鸡儿编号。

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冠幅和株高采用分辨率为1 mm的钢卷尺测量；枝条基径使用游标卡尺测定。单株柠条锦鸡儿基部面积为其所有枝条基部面积之和。叶面积指数通过美国Li-Cor公司LAI-2000植物冠层分析仪测定。冠层投影面积通过将冠层投影视为椭圆计算：

C_{a} = π a b

（1）

式中：C_a 为冠层投影面积（m²）；a为冠幅长半轴（m）；b为冠幅短半轴（m）。

冠层体积通过将冠层视为一个倒椭圆锥进行计算：

V = \frac{A \times H}{3}

（2）

式中：V为冠层体积（m³）；A为冠层投影面积（m²）；H为株高（m）。

1.3　树干茎流收集与分析

树干茎流收集采用铝箔槽导流法^［37-38］（图1C、1D），具体步骤如下：在柠条锦鸡儿树干基部用铝箔胶纸紧密缠绕两圈确保无空隙；接着，剪取一段铝箔胶纸，沿长度方向对折1/3，并将下1/3的部分沿枝干表面紧紧环绕粘贴，形成一个完全环绕枝干的圆形铝箔水槽；随后，用软管将铝箔水槽与聚乙烯收集容器连接；最后，在铝箔水槽外表面再缠绕至少3层铝箔胶纸加固，形成缠绕枝干呈烟斗状的树干茎流导流水槽。收集测量得到树干茎流产量（L）。

树干茎流量计算方法为^［39］：

S F_{d} = \frac{V_{S F}}{C_{a}}

（3）

式中：SF_d为树干茎流量（mm）；V_SF为单株灌木所有枝条收集到的树干茎流产量（L）；C_a为冠层投影面积（m²）。

树干茎流占降水百分比的计算方法为：

S F_{P} = \frac{S F_{d} \times 100}{R A}

（4）

式中：SF_P为树干茎流占降水的百分比（%）；SF_d为树干茎流量（mm）；RA为降水量（mm）。

降水量使用放置在空阔地面1.5 m处的Davis翻斗式雨量计（分辨率为0.2 mm，Davis Instruments，Hayward，加利福尼亚州，美国）自动记录。

1.4　冠层形态参数对树干茎流产量的影响

为研究不同植株冠层形态差异对树干茎流产量的影响，本研究使用树干茎流率（SfVPR）^［39-40］，即单位降水产生的树干茎流产量（mL·mm^-1），来分析树干茎流产量与冠层参数之间的关系。相较于传统采用绝对体积（mL）或等效水深（mm）的表征方法，该参数具有以下显著优势^［40］：首先，该参数通过标准化处理消除了降水量变化对树干茎流产量的影响，有效解决了以往研究中因忽视降水量影响而导致的缺陷；其次，该复合单位（mL·mm^-1）具有明确的物理意义，且因其标准化特性易于在水文模型中应用。

树干茎流率计算方法为^［40-41］：

S f V P R = \frac{V_{S F}}{P}

（5）

式中：SfVPR为树干茎流率（mL·mm^-1）；V_SF为收集到的树干茎流体积（mL）；P为降水量（mm）。

1.5　分枝形态参数对树干茎流产量影响综合评估

为评估灌木各分枝树干茎流生产能力与其形态参数关系，利用熵权法对分枝各指标进行量化，计算公式如下：

P_{i j} = \frac{y_{i j}}{\sum_{i = 1}^{m} y_{i j}}

（6）

H_{j} = - k \sum_{i = 1}^{m} P_{i j} l n P_{i j}; k = 1 / l n (N)

（7）

g_{i} = 1 - H_{j}

（8）

w_{j} = \frac{g_{i}}{\sum_{j = 1}^{n} g_{j}}

（9）

式中：i为样本数；j为评价指标数；P_ij 代表贡献度（标准化系数）；k为常数；H_j 代表熵值（评价值）；g_i 为差异系数；w_j 为权重；N为分枝数。

不同分枝指标标准化系数与对应权重的乘积为该指标的评价值，不同分枝指标评价值之和为综合评价值，综合评价值越高，意味着枝干的树干茎流生产能力越强。

1.6　数据分析处理

统计分析在SPSS 26.0（IBM Corporation，Armonk，纽约州，美国）中进行。采用皮尔逊相关性分析量化树干茎流率（mL·mm^-1）与冠层形态参数（n = 60）、树干茎流体积（mL）与综合评价值（n=75）之间的关系。研究区划图使用ArcGIS Desktop 10.8（Esri，Redlands，加利福尼亚州，美国）制作，数据来源为中国科学院资源环境科学与数据平台（https：//www.resdc.cn/Default.aspx）；概念图使用Adobe Photoshop CC 2020（Adobe Inc.，San Jose，加利福尼亚州，美国）制作；数据可视化采用Origin Pro 2024（OriginLab Corporation，Northampton，马萨诸塞州，美国）及R 4.3.3软件完成，其中相关性矩阵图使用corrplot包和Performance Analytics包生成。

2 结果与分析

2.1　树干茎流产量与降水的关系

试验期间12次降水事件的降水总量为131.9 mm。单株灌木平均累计产生树干茎流4.8 mm，占总降水量的3.6%。单次降水产生树干茎流量为0.4±0.2 mm（平均值±标准差），变幅为0.2~0.8 mm，占总降水量的比例变幅为2.0%~6.1%，变异系数达44.8%。树干茎流量随降水量增加显著线性递增（P<0.05；图2A），而树干茎流占降水的百分比随降水量的增加表现出递减趋势（P<0.05；图2B）。

图2

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图2 树干茎流量及其占降水的比例与降水量的关系

Fig.2 Stemflow depthand percentage as a function of rainfall amount

试验期间总降水量、单株柠条锦鸡儿树干茎流产量及其占降水的百分比如图3所示。Ck_1树干茎流产量最高，为43.2 L，占降水的比例为3.3%，变幅为1.3%~9.2%，变异系数为57.6%；Ck_2树干茎流产量为17.3 L，占降水的比例平均值为4.1%，变幅为0.7%~9.8%，变异系数为64.5%；Ck_3树干茎流产量为15.7 L，占降水的比例为5.5%，变幅为1.1%~15.2%，变异系数为61.5%；Ck_4树干茎流产量为14.9 L，占降水的比例为2.2%，变幅为0.5%~5.7%，变异系数为65.2%；Ck_5树干茎流产量约13.6 L，占降水的比例为3.7%，变幅为1.2%~9.3%，变异系数为63.9%。

图3

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图3 总降水量、单株树干茎流产量以及单株树干茎流占大气降水的比例

Fig.3 Total rainfall，stemflow amount and its percentage per shrub

2.2　树干茎流率与冠层形态关系

树干茎流率与冠层结构参数的关系如图4所示。树干茎流率与株高、基径、枝条数、冠层体积、冠层投影面积均显著正相关（P<0.05），表明这些冠层结构参数的增大能够明显增加植株的树干茎流生产能力；而树干茎流率与基部面积和叶面积关系不显著（P=0.66，P=0.58），说明这2个参数对树干茎流产量的影响较小。

图4

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图4 树干茎流率与冠层结构参数的相关性分析

注：**表示在0.01水平（双尾）相关性显著；*表示在0.05水平（双尾）相关性显著。SfVPR：树干茎流率；PH：株高；GD：基径；BA：基部面积；LAI：叶面积指数；NB：枝条数；CV：冠层体积；CPA：冠层投影面积

Fig.4 Correlation of stemflow per unit rainfall （SfVPR） and canopy morphological metrics

2.3　树干茎流与灌木分枝形态关系

参考Zhang等^［40］关于柠条锦鸡儿树干茎流量与树枝倾角呈抛物线关系的研究结果，当倾角为65°时，树干茎流产量达到峰值，本研究以65°倾角为界分析分枝特征与树干茎流产量的关系。树干茎流产量与分枝基径、分枝倾角和分枝长度均呈显著正相关（P<0.05），而其与分枝朝向和枝下高的相关关系不显著（P>0.05，表2）。

表2 灌木分枝形态特征与树干茎流产量相关性分析

Table 2 Correlation between stemflow production and branch morphological characteristics of Caragana korshinskii

编号	基径/mm	长度/cm	朝向/（°）	枝下高/cm	倾角>65°	倾角<65°
Ck_1	0.48^*	0.39	-0.15	-0.19	-0.51^*	0.90^**
Ck_2	0.89^**	-0.66^*	-0.19	-0.47	-0.89^**	0.97^*
Ck_3	0.92^**	0.78^**	-0.14	-0.09	-0.98^*	0.66
Ck_4	0.78^*	0.93^**	0.17	-0.07	NA	0.95^**
Ck_5	0.99^**	0.61^*	0.14	0.51	-0.84^*	-0.62

注：**表示在0.01水平（双尾）相关性显著；*表示在0.05水平（双尾）相关性显著。

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2.4　灌木分枝雨水汇集能力综合评估

为量化各分枝特征对树干茎流产量的相对贡献程度，使用熵权法对表2中与树干茎流产量显著相关（P<0.05）的3个分枝指标（基径、长度、倾角）进行综合评估。表3为以Ck_1的26根枝条的3个分枝参数为例，基于公式（6）和（7）构建的3个分枝指标的标准化系数及综合评价值。表4为基于公式（8）和（9）计算得出的各分枝指标的权重值。分枝指标标准化系数与对应权重的乘积为该指标的评价值，3个分枝指标评价值之和为综合评价值，表征对应分枝汇集树干茎流的能力。

表3 Ck_1各分枝参数、标准化系数及综合评价值

Table 3 Branch parameters，standardization coefficients，and comprehensive evaluation value of Ck_1

序号	基径 /mm	基径标准化系数	基径评价值	长度 /cm	长度标准化系数	长度评价值	倾角 /（°）	倾角标准化系数	倾角评价值	综合评价值
A	28	0.130	0.039	237	0.120	0.009	20	0.049	0.031	0.078
B	25	0.066	0.050	237	0.060	0.012	85	0.061	0.003	0.065
C	8.5	0.023	0.017	221	0.056	0.011	90	0.065	0.003	0.031
D	13.5	0.036	0.027	229	0.058	0.012	90	0.064	0.003	0.042
E	33.55	0.089	0.067	225	0.057	0.011	85	0.061	0.003	0.081
F	16.51	0.044	0.033	221	0.056	0.011	85	0.061	0.003	0.047
G	18.12	0.048	0.036	269	0.068	0.014	90	0.064	0.003	0.053
H	19.56	0.052	0.039	141	0.036	0.007	85	0.061	0.003	0.049
I	17.46	0.046	0.035	174	0.044	0.009	90	0.064	0.003	0.047
J	19.53	0.052	0.039	275	0.069	0.014	90	0.064	0.003	0.056
K	18.44	0.085	0.026	267	0.135	0.010	60	0.146	0.091	0.127
L	33.88	0.157	0.047	261	0.132	0.010	65	0.159	0.099	0.156
M	36.27	0.096	0.073	263	0.066	0.013	70	0.050	0.002	0.088
N	25.63	0.119	0.036	199	0.101	0.007	60	0.146	0.091	0.135
O	32.39	0.086	0.065	216	0.054	0.011	75	0.053	0.002	0.078
P	20.1	0.053	0.040	275	0.069	0.014	80	0.057	0.002	0.056
Q	16.67	0.044	0.033	288	0.073	0.015	80	0.057	0.002	0.050
R	26.49	0.070	0.053	172	0.043	0.009	70	0.050	0.002	0.064
S	18.41	0.085	0.026	202	0.102	0.008	65	0.159	0.099	0.132
T	25.97	0.069	0.052	229	0.058	0.012	75	0.053	0.002	0.066
U	16.48	0.044	0.033	251	0.063	0.013	85	0.061	0.003	0.048
V	32.37	0.086	0.065	282	0.071	0.014	80	0.057	0.002	0.081
W	12.58	0.058	0.018	174	0.088	0.006	50	0.122	0.076	0.100
X	23.65	0.110	0.033	197	0.100	0.007	35	0.085	0.053	0.094
Y	24.24	0.112	0.034	227	0.115	0.008	30	0.073	0.046	0.088
Z	31.05	0.144	0.043	212	0.107	0.008	25	0.061	0.038	0.089

注：A为Ck_1的A分枝；其余分枝依此类推。

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表4 各指标权重值

Table 4 Weights of each indicator

编号	基径/mm	长度/cm	倾角/（°）
Ck_1（>65°）	0.75	0.20	0.04
Ck_1（≤65°）	0.30	0.07	0.62

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对5株柠条锦鸡儿所有分枝的综合评价值与其对应的树干茎流产量进行皮尔逊相关分析。结果表

明树干茎流产量与综合评价值之间存在显著相关性（表5，P<0.05），说明分枝基径、长度和倾角3个指标对树干茎流产量具有显著影响，佐证使用综合评价值来评价树干茎流汇集能力的合理性。

表5 柠条锦鸡儿树干茎流产量与熵权法综合评价值相关性分析

Table 5 Correlation between Caragana korshinskii and entropy weight

综合评价值	Ck_1	Ck_2	Ck_3	Ck_4	Ck_5
>65°	0.71^**	-0.86^*	0.92^**	NA	0.84^*
≤65°	0.31	0.99^*	0.66	0.97^**	0.98^*

注：**表示在0.01水平（双尾）相关性显著；*表示在0.05水平（双尾）相关性显著。NA：表示数据量太少，无法进行相关性分析。

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表6为5株柠条锦鸡儿3个分枝指标（基径、长度、倾角）的权重值，依据平均权重值来判断各指标影响树干茎流生产能力的相对重要性，由大到小排序为：基径（0.50）>倾角（0.28）>长度（0.22）。

表6 各指标权重值

Table 6 Weights of each indicator

编号	基径/mm	长度/cm	倾角/（°）
Ck_1（>65°）	0.75	0.20	0.04
Ck_1（≤65°）	0.30	0.07	0.62
Ck_2（>65°）	0.18	0.35	0.47
Ck_2（≤65°）	0.41	0.03	0.57
Ck_3（>65°）	0.68	0.25	0.07
Ck_3（≤65°）	0.45	0.46	0.10
Ck_4（≤65°）	0.33	0.21	0.46
Ck_5（>65°）	0.81	0.11	0.08
Ck_5（≤65°）	0.56	0.30	0.14
平均值±标准差	0.50±0.20	0.22±0.13	0.28±0.23

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3 讨论

本研究得出，柠条锦鸡儿产生的树干茎流量占降水量的3.6%。Zhang等^［6］研究表明全球灌木树干茎流占降水比例的中位值为7.2%（四分位距：5.2%~11.9%），不同灌木种间树干茎流产量差异较大。比如，厄瓜多尔加拉帕戈斯地区的罗宾逊绢木（Miconia robinsoniana）树干茎流百分比仅为0.6%^［42］，美国费城地区北美鼠刺（Itea virginica）树干茎流百分比为4.4%^［43］，陕西神木六道沟流域沙柳（Salix psammophila）树干茎流百分比为6.3%^［44］，西班牙阿尔梅里亚地区脱皮腺果豆（Adenocarpus decorticans）树干茎流百分比为4.4%^［45］，毛乌素沙地的沙柳树干茎流百分比9.0%^［46］，青藏高原东北部地区金路梅（Potentilla fruticosa）树干茎流百分比高达49.3%^［47］。树干茎流占降水比例较低，但由于灌木表现出的漏斗效应，灌木基部树干茎流的汇流量大。例如，Ck_1树干茎流量达43.2 L（图3），树干茎流可进一步快速通过植物根系和土壤大孔隙形成优先流补给深层土壤，在植物根际区形成水分沃岛，这对旱区植物生存及其遭受水分胁迫时增强其环境适应能力和提高水分利用效率具有重要影响^［29］。

现有研究表明，冠层结构参数（株高、基径、基部面积、枝条数、冠层体积及冠层投影面积等）对树干茎流产量具有显著调控作用。本研究结果显示，树干茎流率与株高、基径、枝条数、冠层体积及冠层投影面积之间均呈显著正相关（P<0.05；图4）。一般而言，高大植株因其扩展型冠层结构表现出更强的树干茎流生产能力，这种关联性可能与冠层体积与降水截留效率的正反馈机制有关^{［23，29］}。值得注意的是，冠层投影面积对树干茎流产量的影响表现出物种特异性，灌木类群中较大的冠层面积结合较高的植株形态更有利于树干茎流形成^［48-49］。Park等^［50］的研究进一步证实，冠层投影面积较大的乔木与小型个体树干茎流产量存在显著差异（P<0.05）。同时，基径和枝条数量对树干茎流产量也具有显著影响。例如，沙坡头地区柠条锦鸡儿的树干茎流产量与株高、基径、枝条数、分枝长均呈显著线性正相关（P<0.05）^［51-52］；黄土高原典型灌木沙棘（Hippophae rhamnoides）的冠层投影面积、分枝长度、枝条数量和冠层体积均与树干茎流产量呈正相关^［37］。沙拐枣（Calligonum mongolicum）较大的冠层面积和较长的灌木分枝长度增加树干茎流产量^［49］。此外，树干茎流率与基部面积呈现正相关关系（图4），但相关性不显著性（P=0.663）。

树干茎流产生过程并非受单一因素主导，而是多因素综合作用的结果。现有研究多聚焦于不同灌木种间形态参数差异分析^{［28，50］}，或分析单一或少数冠层结构参数对树干茎流产量的影响^{［37，50-51］}。Honda等^［53］和Whitworth-Hulse等^［54］研究表明，具有更多分枝且分枝垂直的植物具有更高的树干茎流产流优势；Martinez-Meza^［55］发现，当枝条倾角大于45°时，美洲焦油灌木产生的树干茎流量要大于水平角度的枝条，而腺牧豆树在主干角度为70°~75°时具有最大的树干茎流量；泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）树干茎流量随着枝条倾角增加而增加^［56］。本研究去掉了对树干茎流产量影响较小的分枝形态参数，进而使用熵权法对灌木分枝雨水汇集能力进行了综合评估，依据综合权重值得出对树干茎流产量具有显著作用的关键分枝形态参数为：基径（0.50）>倾角（0.28）>长度（0.22）。这说明基径较粗、分枝较长且分枝倾角接近65°的植株具有更高的树干茎流生产效率（图5），这种冠层形态特征可形成更优的雨水截留界面和引流通路。Yuan等^［57］在黄土高原开展的研究也表明较粗基径和较长分枝结构可增加沙柳树干茎流产量。本研究量化分析了灌木分枝构型参数对树干茎流产量的影响作用，有助于深入认识干旱区灌木的水分蓄集和利用策略。

图5

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图5 树干茎流汇集能力强弱的植株结构对比概念图

Fig.5 Conceptual diagram showing stemflow production efficiency with intra-specific shrub morphological metrics

树干茎流作用不仅与水文过程密切相关，在生态系统养分循环中也扮演着重要角色，是生态系统养分循环的重要驱动因子之一^{［35，58］}。大气降水与干沉降过程在冠层交换作用下溶解的气溶胶颗粒物、植物冠层的干沉降物质，存在于植物冠层中间的生产者、消费者和分解者的排泄物与残体，在大气降水的溶解和冲刷作用下，随树干茎流汇集至植物基部，形成灌木沃岛效应^［58］。本文主要聚焦于柠条锦鸡儿树干茎流的水文过程效应，未来研究将系统探讨养分离子的动态变化特征及其富集规律，以期全面揭示树干茎流在干旱生态系统水分和养分循环中的作用。

4 结论

本文以宁夏沙坡头地区柠条锦鸡儿为研究对象，量化了灌木形态结构参数对树干茎流产量的影响。试验期间共监测到有效降雨事件12次，总降水量131.9 mm，树干茎流量4.8 mm，占降水的比例为3.6%。个体尺度上，冠层形态特征（株高、基径、枝条数、冠层体积、冠层投影面积）与树干茎流率显著相关（P<0.01）。分枝尺度上，通过熵权法评估了灌木分枝结构对树干茎流量影响力的优先次序：基径（0.50）>倾角（0.28）>长度（0.22）。研究结果有助于认识旱区灌木冠层降水再分配过程，为评估种内植物形态结构参数对树干茎流产量影响提供方法参考。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

Návar

， Bryan

Interception loss and rainfall redistribution by three semi-arid growing shrubs in Northeastern Mexico

［J］.Journal of Hydrology，1990，115：51-63.