滇中3种林冠层对降雨的再分配作用

 与云南松林、常绿阔叶林比较,对滇中区域桉树林的林冠层对降雨的再分配特点进行研究.结果表明,不同植被类型降雨再分配比率受到自身特性与环境影响较大.场降雨与连续降雨的降雨再分配比率不同;场降雨事件中,云南松林的林冠截留率较大;除云南松林在降雨量和雨强较小时,树干茎流比率较小,达到2.40%以外,穿透降雨和树干茎流的分配比率接近;连续降雨事件发生时,3种群落林冠截留、穿透降雨和树干茎流分配比率一致,穿透降雨量、茎流产生量与降雨量成正相关,林冠截留趋于恒值.     

修正Gash模型在兴安落叶松天然林林冠截留中的应用

为验证修正Gash模型在大兴安岭地区兴安落叶松天然林中的适用性,基于2014年4—10月56场降雨,评价兴安落叶松林冠对次降雨、周累积降雨、季节降雨及年降雨截留量的模拟效果。结果表明:观测期内总降雨量为(289.4±1.66)mm,穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占同期降雨总量的75.44%、2.60%和21.95%。林冠截留量的模拟值与实测值分别为65.17 mm和63.53 mm,相对误差为2.58%; 周累计林冠截留量与实测值的相对误差为2.59%; 春、夏、秋季模拟值与实测值相对误差分别为0.71%、3.62%和0.44%。单次降雨林冠截留量只有在降雨量较小情况下,模拟精度较高; 当降雨量增加到12.23 mm时,模拟精度显著降低。据此表明,修正Gash模型对兴安落叶松天然林林冠截留总量的模拟具有较好的适用性,可为研究该地区森林水分循环和利用提供科学简便的方法。     

苏南丘陵区麻栎林冠层水文效应及其影响因素

为探讨苏南丘陵区麻栎林生态水文过程及其影响因素,采用定位观测的方法,于2012年4月至9月对麻栎林的降雨分配过程进行了监测研究。结果表明:研究期内,累计降雨量470.7 mm,平均场降雨量10.0 mm,小雨占据降雨事件的绝大部分,频率达到70.21%。穿透雨量、树干径流量、林冠截留量与降雨量呈极显著正相关关系。根据回归模型确定了林冠部分的持水能力和树干持水能力分别为0.87 mm和0.11 mm,形成树干径流的最小雨量为3.42 mm。林冠截留率与降雨量、降雨强度以及空气湿度有显著的负相关关系。小雨量级下,随月平均叶面积指数的增加各月林冠截留率增大。月平均林冠截留率与叶面积指数有极显著的线性关系。林冠平均截留率为20.48%。     

郑州市代表性行道树对降水再分配作用研究

利用森林水文学方法,对郑州市3种代表性行道树大叶女贞、二球悬铃木、雪松的冠外雨量、冠内雨量与树干径流进行了观测.结果表明:在一定降雨量范围内,这3种不同树种的冠外雨量、冠内雨率、树干径流量、树干径流率和树冠截留量都与空旷地降雨量正相关,而冠内雨量变异系数与树冠截留率则呈负相关.当降雨量较小时,这3种树种的冠内雨量、树干径流量、树干径流率和树冠截留量的差值较小;随着降雨量的增加,其差值逐渐增大.同一降雨量条件下,二球悬铃木树冠截留量最小而冠内雨量最大;大叶女贞树冠截留量与冠内雨量居中;雪松树冠截留量最大而冠内雨量最小;这3种不同树种的冠内雨量、树干径流量、树冠截留量与降雨量和降雨强度的关系可能与枝叶特征、树皮性质、枝条与树干夹角等因素有关.行道树对降水再分配的作用对"海绵城市"设计具有一定的生态学意义,但所有行道树的树干径流均很小,不利于补充树池范围内土壤水分.     

祁连山鲜黄小檗灌丛穿透雨特征及其影响因素

【目的】探讨祁连山排露沟小流域鲜黄小檗灌丛穿透雨特征及其影响因素,为定量评价祁连山鲜黄小檗灌丛的生态水文效应提供数据支撑。【方法】基于灌丛种群特征调查,选取3处代表性的鲜黄小檗灌丛,沿冠层枝条辐散方向选取观测断面,在每个断面上布置承雨器,对穿透雨和冠层结构指标进行测定,分析穿透雨与降雨量和冠层结构特征的关系。【结果】①试验期间,单株鲜黄小檗的平均穿透雨率为55.1%。部分观测点的穿透雨率大于100%,这主要是由于降雨在冠层的作用下发生了聚集效应。②穿透雨量与降雨量之间呈线性关系(P<0.01),穿透雨率与降雨量之间呈对数函数关系(P<0.05)。③受冠层水平结构影响,平均穿透雨率从距基部10 cm处的25.93%单调递增至距基部90 cm处的74.45%; 其中,距基部50～70 cm之间增加值最大,占总增加值的41.19%。随着冠层厚度的增大,平均穿透雨率呈减小的趋势。叶面积指数在一定程度上影响穿透雨的空间分布,且降雨量越小影响程度越明显。【结论】在降雨性质相同的情况下,冠层结构特征是影响灌丛冠下穿透雨空间分布的重要因素。     

庙山坞自然保护区次生常绿阔叶林水文生态特征

对浙江庙山坞自然保护区天然次生常绿阔叶林的水文生态特征进行定位样地和径流场观测研 究,以揭示其林内降雨分配规律及林分水土保持功能。结果表明：观测期内(2009年3—10月)林外 总降雨量达1 220.8 mm,乔木层穿透雨量和树干茎流量分别为降雨量的60.2 %和6.0 %,灌木层穿 透雨量为降雨量的53.2 %。林冠截留占总降雨量的40.8 %,其中乔木层截留33.8 %,灌木层截留 7.0 %。林地凋落物层现存量平均为5.31 t/hm2,最大持水率为298 %,最大蓄水潜力为1.58 mm。 观测期内径流场的地表径流1.25 mm,占总降雨量的0.1 %,泥沙总流失量31.99 kg/hm2,庙山坞自 然保护区天然次生常绿阔叶林水土保持效应较好。     

次生落叶阔叶林降雨过程中的4种金属元素特征

【目的】通过长期野外定点、定位法,监测次生落叶阔叶林森林生态系统降雨再分配过程,检测其中金属元素Ca、K、Fe、Cu含量,探索降雨驱动下的森林养分循环特征,为提升森林经营管理水平提供参考。【方法】在研究地1 340 m²径流场内的35 m气象观测塔上,安装4台翻斗式自记雨量计(HOBO),对降雨情况自动连续监测,共获得次生落叶阔叶林生长季的24场大气降雨量和降雨历时数据; 在距研究地约500 m的楼顶上,设置6个标准雨量筒,用于采集大气降雨样品; 以梅花布点法在径流场内,设置了5个受雨器,收集穿透雨样品; 利用聚乙烯管制作茎流环环绕标准木,连接盛水器采集树干茎流水样; 在径流场梯形围堰的出水口蓄水池中,采集土壤表层地表径流水样。水样的采集量约250 mL,利用水质悬浮物重量法、水质pH玻璃电极法分别测定悬浮物(SS)含量和pH,利用电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)测定水样中金属元素Ca、K、Fe、Cu含量。【结果】①大气降雨中输入4种金属元素的质量浓度以6月最高,9月最低,呈先增后降的变化趋势。Fe质量浓度月变化最大,Ca最小。②森林对降雨再分配后,经穿透雨后除Cu外各金属元素质量浓度均有增幅; 除Fe外各金属元素质量浓度均为6月最高; 各元素质量浓度的月变化以Fe为最大,Ca最小。③经树干茎流后,4种金属元素质量浓度均有所增加,且明显高于穿透雨,以K淋溶系数最大,Cu最小。但各金属元素质量浓度的月动态不一,总体表现为夏季偏高、秋季偏低的特征,以Cu的月波动最大,Ca的最小。④降雨过程中4种金属元素的质量浓度变化,主要与SS、降雨pH、降雨量、降雨类型、降雨历时、降雨强度等因素有关,大多表现为随降雨量、降雨强度和降雨历时增加而减少的趋势,其中Ca受降雨量的影响显著,K与降雨pH显著正相关,Cu与Fe主要源于降雨淋洗的悬浮物。不同降雨类型对Fe迁移影响不显著,小雨对Ca、K迁移影响显著,暴雨对Cu迁移影响显著。⑤大气降雨净输入量Ca、K、Fe均为正值,Cu为负值,净迁移量中4种金属元素均为负值。【结论】受降雨特征等因素影响,次生落叶阔叶林生态系统对Ca、K、Fe、Cu元素的淋溶与吸存能力表现出不同的迁移特征,明确在降雨驱动下该森林生态系统金属元素的动态过程,可为次生林养分循环、植物生长发育、生态水文调节及森林经营等领域提供重要依据。     

三峡山地不同林型冠层截留特征及再分配过程研究

森林冠层对降雨的截留和再分配是生态水文学的重要研究内容.截留过程因降雨特征、森林类型及立地环境存在差异.以三峡库区山地的暖性针叶林、落叶阔叶林和针阔叶混交林三种林型为研究对象，对比了2018年植物生长季(4—11月)56场降雨的再分配特征及影响因素.结果表明：1) 降雨在三种林型的再分配特征具有明显差异.暖性针叶林的透流量、树干径流量、林冠截留量分别占同期林外降雨的62.0%、7.2%、30.8%；落叶阔叶林分别占77.9%、3.5%、18.6%；针阔混交林分别占73.3%、2.7%、24%. 2) 再分配参数与降雨量的相关分析显示，三种林型下树干茎流量、透流量均与降雨量呈线性正相关关系，冠层截留量与降雨量呈幂函数关系. 3) 场次降雨特征也会影响再分配，大雨和暴雨时三种林型内降水再分配的动态过程存在明显差异.三种林型的降雨再分配过程因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异.针阔叶混交林在强降雨条件下能够更有效地减缓降雨对地表土壤的强烈冲击，减少水土流失.     

物候变化对落叶松人工林降雨分配过程中钾和钠离子迁移的影响

目的 森林冠层导致的穿透雨和树干茎流中离子通量的季节变化,能够影响森林生态系统生物地球化学循环,对物候变化明显的温带落叶林的影响更为突出。探究不同物候期(展叶期、盛叶期和落叶期)森林水化学过程,深入了解森林生态系统养分元素循环过程,为温带落叶林生物地球化学循环提供基础数据。方法 以东北林业大学城市林业示范基地内落叶松人工林为研究对象,在观测样地的中心位置十字交叉布设13个直径20 cm自制雨量筒,并选择5株落叶松安装树干茎流收集器,同时在林外布置1台翻斗式雨量计和3个自制雨量筒。在前期观察期(2015年5月1日—10月31日)每次降雨事件后,对林外降雨、穿透雨和树干茎流进行观测、取样,水样过滤酸化处理后用火焰原子吸收分光光度计测定Na⁺和K⁺质量浓度,探索冠层的物候变化对降雨分配过程中Na⁺和K⁺的质量浓度和净输入量的影响。结果 整个观测期间,林外降雨中Na⁺、K⁺的质量浓度分别为0.45 和1.89 mg/L,穿透雨中分别为0.44 和2.48 mg/L,树干茎流中分别为1.98和18.63 mg/L;大气降雨中Na⁺质量浓度在落叶期最高,盛叶期最低,K⁺质量浓度则在落叶期最高,展叶期最低;各时期穿透雨中Na⁺和K⁺质量浓度大小均为落叶期>盛叶期>展叶期;树干茎流中Na⁺和K⁺质量浓度大小均为展叶期>盛叶期>落叶期;生长季内林冠对降雨中Na⁺的截留量为0.252 kg/hm²,其中展叶期和落叶期的截留量分别为0.143和0.193 kg/hm²,截留率分别为30.63%和48.22%,盛叶期则表现为淋溶,淋溶量为0.083 kg/hm²;生长季内降雨对林冠中K⁺的淋溶量为0.903 kg/hm²,其中展叶期和盛叶期的淋溶量分别为0.999和0.157 kg/hm²,落叶期则为截留,截留量为0.254 kg/hm²,截留率为20.25%。结论 大气降雨经过森林冠层后离子质量浓度发生明显改变,且不同物候期、不同离子的变化强度不同。生长季内,兴安落叶松林对Na⁺总体表现为截留作用,对K⁺总体表现为淋溶作用。即落叶松叶片的物候变化能够影响大气降雨中Na⁺和K⁺的迁移。研究结果可为进一步探明我国温带森林生态系统伴随水文过程的养分循环过程及促进可持续经营管理提供借鉴。     

3种亚高山森林群落林冠截留量及穿透雨量与降雨量的关系

研究了岷江冷杉林、川滇高山栎林及灌竹林等3种典型亚高山森林群落的林冠截留、穿透雨和径流的月动态变化,分析了林冠截留量、穿透雨量与总降雨量的数量关系.结果表明:川滇高山栎林、灌竹林、岷江冷杉林林冠平均截留量分别为278.2,362.1和353.7mm;林冠平均截留率分别占降雨量的35.77%,46.55%和45.47%.岷江冷杉林径流量为5.9mm,仅占降雨量的0.76%.3种群落穿透雨量分别占降雨量的53.77%,53.45%和64.23%.另外,建立了3种群落类型的穿透雨量、林冠截留量与大气降雨量之间的回归模型,用于定量评价该地区亚高山森林的生态水文效应.     

闽北不同类型毛竹林冠层降水再分配特征

以中亚热带杉木纯林(Ⅰ)和常绿阔叶林(Ⅴ)为对照,对闽北地区竹杉混交林(Ⅱ)、毛竹纯林(Ⅲ)、竹阔混交林(Ⅳ)冠层降水再分配特征进行了研究。结果表明：各林分穿透雨率为462 %～862 %,平均穿透雨率排序由大到小为Ⅰ(770 %)、Ⅲ(750 %)、Ⅳ(737 %)、Ⅱ(703 %)、Ⅴ(677 %);各林分树干茎流量排序由大到小为Ⅳ(692 mm)、Ⅲ(520 mm)、Ⅱ(373 mm)、Ⅴ(230 mm)、Ⅰ(176 mm),树干茎流量随雨量增大而增大,不同类型毛竹林增加的比例大于杉木纯林和阔叶林;各林分产生树干茎流的最小响应雨量排序由小到大为Ⅱ(64 mm)、Ⅳ(69 mm)、Ⅲ(75 mm)、Ⅴ(89 mm)、Ⅰ(104 mm);各林分林冠截留率为141 %～535 %,平均林冠截留率排序由大到小为Ⅴ(313 %)、Ⅱ(282 %)、Ⅳ(235 %)、Ⅲ(229 %)、Ⅰ(223 %)。5种林分穿透雨、树干茎流和林冠截留均与林外降雨量显著正相关（p＜001）,其中穿透雨量和降雨量的关系用模型Y=a+bX拟合较好;林冠截留量和降雨量之间的关系用三次曲线（Y=β0+β1X+β2X2+β3X3）方程较拟合最好。综合分析表明,毛竹纯林对小到中雨的截留能力较好,竹杉、竹阔混交林对大到暴雨的截留能力较好。     

我国人工林林下灌木层植物多样性空间变异及影响要素

【目的】灌木层是森林生态系统的重要组成部分,建立我国人工林林下灌木层植物多样性数据库,为森林群落结构维持、生物多样性保护提供技术支撑。【方法】采用结构方程模型(SEM)揭示我国人工林林下灌木层植物多样性空间变异和影响要素。【结果】①林下灌木层植物多样性从南到北逐渐减小;②随着乔木胸径的增大,林下灌木层植物多样性逐渐增大,但分布均匀度有降低趋势;③随着人工林郁闭度的增加,植物多样性呈现先增大后减小趋势,郁闭度约为65.8%时Shannon-Wiener多样性指数达到峰值;④随着林分密度的增大,林下灌木层植物多样性逐渐减小;⑤温度、降水、郁闭度、林分胸径、树高和林分密度因子均对林下灌木层植物多样性具有直接或间接的作用,其中郁闭度对其影响存在阈值(65.8%),当郁闭度超过此阈值,温度和降水为主导因子,而郁闭度低于此阈值,温度的影响权重降低,林下光照的主导作用增强。【结论】在探究人工林林下灌木层植物多样性空间变异及影响要素的过程中,需要综合考虑各种影响因子,并借助多种多样性指数,综合评判林下植物多样性变化情况。本研究结果可为调控人工林林下灌木层植物多样性及林下植物恢复提供参考依据。     

兴安落叶松林缘天然更新与立地环境因子的相关分析

【目的】揭示兴安落叶松林缘更新与土壤特性及小气候因子的深层次关系。【方法】在测定兴安落叶松林缘天然更新状况、小气候因子及土壤理化性质的基础上,用单因素方差分析与相关性分析法研究了兴安落叶松林缘天然更新指数与土壤理化性质及小气候因子的相关性。【结果】①距离林缘0 m处的样带更新指数最大,距离林缘20、40、60 m的3条样带更新指数变化不大且趋于平稳。②兴安落叶松林缘的光合有效辐射和空气温度显著大于林内。③林缘的土壤养分高于林内,林缘土壤pH小于林内。④通过主成分分析法得到影响兴安落叶松林缘更新的主要因子为土壤含水率、土壤有机质和光合有效辐射,通过多元线性回归分析法得到影响兴安落叶松林缘更新的主要因子为土壤含水率和土壤有效磷。【结论】兴安落叶松林缘的更新效果比林内好,林缘效应对兴安落叶松林更新的影响大致在距离林缘20 m范围以内;光合有效辐射、空气温度和土壤理化性质能有效影响兴安落叶松林缘的更新,其中土壤含水率是影响兴安落叶松林缘更新的最主要因素。因此可以通过改善林缘的环境促进兴安落叶松林缘区域的更新。     

基于ULS、TLS和超声测高仪的天然次生林中不同林冠层树高估测

【目的】应用不同数据源分析不同林冠层中探测提取树高的异同,探索适用于中国北方天然次生林树高估测的方法。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场中林施业区0.25 hm²样地为研究区域,基于无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle laser scanning, ULS)、地基激光雷达(terrestrial laser scanning,TLS)和Vertex IV超声测高仪实测单木树高,根据冠层高度分布(canopy height distribution, CHD)对林冠层进行分层,对不同林冠层(上层和下层)、不同树木类型(针叶树和阔叶树)探测提取的树高进行对比与分析。【结果】由CHD计算得到的冠层分层阈值为8.5 m。树高的离群值大多产生在林冠上层,阔叶树比针叶树更容易产生离群值,ULS比TLS更容易产生离群值。在林冠上层,ULS比TLS估测树高的相对均方根误差(rRMSE)低2.56%,ULS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低2.68%;在林冠下层,ULS仅能探测到少量树木,ULS比TLS探测提取树高的 rRMSE高6.31%,TLS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低1.16%。【结论】针叶树的树高估测精度普遍高于阔叶树;当TLS和ULS均能对单木进行完全扫描时,具有准确提取树高的潜力;树高离群值多由冠型不规则或相互交叉的阔叶树产生,而大部分针叶树,由于具有规则的冠型,所以产生的离群值较少;基于CHD对林冠层进行划分能够较好地反映不同数据源估测树高的适用范围,具有一定的推广意义。     

原始红松林皆伐后穿透雨对凋落物淋溶过程的影响

【目的】揭示原始红松林皆伐恢复演替为60年生的次生阔叶林后,凋落物对淋溶过程土壤养分归还及酸沉降的缓冲作用的影响,为评价森林生态功能的变化提供参考。【方法】以小兴安岭地区典型的原始红松林和皆伐后恢复演替60 a的次生阔叶林为研究对象,在两个样地内选择非林隙且林木通直分布均匀处放置30个体积为1 L的冠层穿透雨收集器,在每个穿透雨收集器附近设置1个凋落物淋溶液收集器。于2017年4—11月期间每隔45 d野外原位收集林下穿透雨和凋落物的淋溶液,以穿透雨为对照,对两者凋落物淋溶液中养分元素、可溶性有机物 (DOM) 的含量及pH的变化规律进行比较。【结果】与原始红松林相比,次生阔叶林凋落物中养分元素溶出总量显著偏低 (P<0.05),但不同元素的溶出规律并不一致,两个林型凋落物养分元素的释放高峰多集中于6月和7月;两者相比,原始红松林凋落物中DOM的溶出总量、可溶性有机碳 (DOC) 和可溶性有机磷 (DOP) 都极显著偏高,而可溶性有机氮 (DON) 的溶出量则极显著偏低 (P<0.01)。两个林型穿透雨中养分元素与DOM的变化规律与淋溶液基本一致。整个实验期间,两种林型的林下穿透雨pH变动范围为5.34~7.21,而凋落物淋溶液pH变动范围为6.37~7.65,凋落物层能对穿透雨的pH进行有效调节。两者相比,原始红松林凋落物层对林内穿透雨的调节作用更大。【结论】原始红松林皆伐恢复演替为60年生的次生阔叶林后,凋落物层在淋溶过程对土壤养分及DOM归还的能力减弱;凋落物层可以对穿透雨的pH进行有效调节,两者相比,原始红松林凋落物层对林内穿透雨的酸缓冲作用更强。