桑树生长迅速,枝繁叶茂,是理想的生态经济型林木。人工桑林对保护环境、净化空气、保持水土、涵养水源、调节气候及农村经济发展都具有重要意义。我国拥有全球最大面积的人工桑林,并呈增长趋势。已有研究表明,自然森林或人工林都能消纳一部分大气沉降的氮,林冠具有良好的截留过滤氮沉降的作用。同时,林冠也能直接吸收一部分沉降在叶片表面的氮。桑树冠层截留的微观基础是桑叶持水特性,在我国氮沉降明显增加的趋势下,预计人工桑林能吸收并截留可观的大气活性氮,增加穿透雨水和树干茎流的氮含量,但是雨水中增加的氮浓度是否反作用于桑树冠层而改变桑叶固持和吸收水分的过程而影响桑叶的持水特性的研究甚少,影响了人们对人工桑林生态水文功能的认识。为此,本论文在模拟条件下研究了3种常见不同叶形桑叶的持水特性对降雨氮浓度的响应特征;然后以最常见的心形叶桑树为研究对象定量了不同叶龄叶片(新展开叶、成熟叶和老叶)在不同模拟氮浓度下的持水特征;同时在自然条件下研究了人工桑园中桑树树干茎流、穿透雨及林外降雨中氮磷含量在生长季的变化特征;最后评估了桑园距公路主干道距离对桑叶滞尘能力的影响。本论文取得的主要研究结果如下:(1)心形、龙爪形和复叶形桑叶是常见的三种桑树叶片形状,具有明显形态差异,心形叶叶面积最大,平均为198.5 cm2,比其他两种叶形桑叶高88%和62%。叶片持水量的测定方法(喷水和浸水)对叶片最大持水量有一定影响,喷水方法所得数值往往大于浸水方法。三种叶片的最大持水量介于7.5~10.6 mg/cm2之间,其差异主要来自于叶片形态,模拟降雨氮浓度对其影响较小。此外,桑树叶片浸入水中后2小时内即可达到叶片饱和含水量,可以吸收约0.4 g/g干重(DW)的水分,占到叶片总持水量的40%。桑树叶片吸水过程可以用指数方程进行模拟,且模拟降雨中氮浓度的增加提高了叶片饱和含水量。(2)不同叶龄的心形桑叶面积没有显著差异,但是老叶的平均鲜重显著高于成熟叶片和新展开叶。总体而言,成熟叶和老叶的最大持水能力相当,而高于新展开叶,且降雨模拟氮浓度对三种叶龄桑叶的最大持水量影响不大。在桑树周年生长期内,新展开叶的含水量介于3.8~4.1 g/g DW之间,显著高于成熟叶和老叶。三种不同叶龄桑叶的含水量均随吸水时间的延长表现出快速增加而后趋于平缓的趋势,并可用指数方程进行模拟。新展开叶的饱和含水量在不同月份达到4.4~4.8 g/g DW,吸水量平均达到0.73 g/g DW,表现出较强的吸水能力。不同叶龄桑叶对模拟降雨氮浓度的响应不同,高浓度的氮含量(4~10 mg/L)提高了新展开叶的吸水速率和最大吸水量,而只提高了成熟叶和老叶的最大含水量。叶片失水过程与叶片吸水过程相似,失水速率表现出前快后慢的趋势,也可以用指数方程进行模拟,但模拟降雨氮浓度对该过程的影响很小。(3)桑树生长季内12次水样采集与分析表明,自然条件下桑树冠层显著改变了大气降雨及降雨中氮磷的分配。重伐桑树树干茎流量介于0.14~9.6 L/株,平均为4.2 L/株;轻伐桑树树干茎流量介于0.02~9.2 L/株,平均为5.5 L/株。大气降雨中含有大量的氮磷,其中铵态氮、硝态氮、总氮和总磷含量平均达到1.0,1.1,2.9和0.19 mg/L,说明重庆地区大气氮湿沉降较为严重。重伐桑树和轻伐桑树穿透雨和树干茎流中铵态氮和硝态氮含量与林外降雨没有显著差异,但穿透雨和树干茎流中总氮、总磷含量平均达到3.8和0.49 mg/L,显著高于林外降雨。这说明桑树枝叶表面的部分滞尘等被降雨冲刷而增加了穿透雨和树干茎流中氮、磷总量。(4)桑叶具有较强的滞尘能力,单位面积桑叶的滞尘量随着距公路距离的增加而减小。在7天无降雨的情况下,距离公路10 m采样点滞尘量最大,为0.53 g/m2,而距离公路300 m处采样点滞尘量最小,为0.11 g/m2。三次采样测定的滞尘量各不相同,但均有相同趋势。桑叶滞尘中铵态氮、硝态氮、总氮、总磷含量平均达到2.3,1.8,16.1和1.4 mg/m2,但没有明显的规律,并没有随着滞尘量的增加而增加。综上所述,桑树冠层叶片能附着和吸收大量的降雨,从而改变林地生态水文过程,同时降雨中氮含量增加一定程度上提高了叶片总持水量。在桑树周年生长期中,新展开叶吸收雨水的能力最强,而成熟叶和老叶持水能力较强。雨水中高浓度的氮含量提高了新展开叶的吸水速率和最大吸水量,而只提高了成熟叶和老叶的最大含水量。人工桑林通过穿透雨和树干茎流不仅改变了降雨的分布,同时也改变了降雨及滞尘中氮、磷的分配,有利于更多的氮、磷向桑树根区富集,提高桑树林冠下土壤养分含量与肥力。