植物叶片截留特征分析

植物最大截留量是分析植物截留量的重要参数,分别采用浸泡法和喷水法测定了13种植物叶片的最大截留量。结果表明:（1）不同植物叶片最大截留量相差较大,喷水法测定的植物叶片最大截留量从腊梅叶片的0.008 g/cm²到小叶杨叶片的0.03 g/cm²,差异性显著（p < 0.05）,因此精确分析植物截留量时应考虑物种差异。（2）叶长、叶宽、叶周长、叶鲜重与叶片最大截留量的相关性不显著,而叶面积与叶片最大截留量遵循线性函数变化。（3）对于刺槐、杏树、石楠、柿子、柳树、小叶杨、石榴、白榆树、竹子、马铃薯、腊梅叶片而言,喷水法测得叶片最大截留量大于浸泡法,对于毛豆、樱桃而言,浸泡法测量的最大截留量值大于喷水法测量值。     

重庆四面山林下典型植被对水分截留的影响

为探究西南地区林下植被与水分运移的定量关系,研究林下植被对水分截留的影响,在重庆四面山选取草珊瑚(Sarcandra glabra Nakai)、杜茎山(Maesa japonica Moritzi)、常山(Orixa japonica Thunb)3种典型常见灌木,采用人工模拟降雨方法分别研究了单株灌木、枯落物截留特征以及灌木和枯落物组合结构的截留特征。结果表明:(1)单株灌木、枯落物、灌木和枯落物组合结构对降雨的截留过程大致分为3个阶段,即快速截留阶段、饱和稳定阶段和降雨结束滞后冠滴雨阶段;(2)3种典型灌木草珊瑚、杜茎山、常山的截留量均随降雨强度的增大呈先增大后减小的规律;(3)枯落物最大截留量与降雨强度呈正相关关系,枯落物单位面积质量与枯落物平均最大、最小截留量间呈正相关关系;(4)与单株灌木和枯落物各自截留状况相比,灌木和枯落物组合结构最大截留量与降雨强度呈正相关关系,且快速截留阶段历时较长、最大截留量也较大。在雨强为35mm/h时,草珊瑚、杜茎山和其枯落物组合结构最大截留量大于灌木和枯落物各自最大截留量之和,常山和其枯落物组合结构最大截留量小于常山和其枯落物各自的最大截留量之和,在雨强为70,95mm/h时各组合结构最大截留量小于单株灌木和枯落物单独的最大截留量之和。林下灌木和枯落物在水分运移过程中均扮演了重要角色,其中枯落物对水分截留的贡献更大。因此,合理进行林下植被构建与配置能有效截留水分,对减少林地土壤侵蚀有一定的积极作用。     

川中丘陵区高粱植株对降雨再分配的影响

为了明确成熟期高粱冠层截留分异能力,以川中丘陵区实际降雨强度为基础,以单穴每2株高粱为研究对象,采用水量平衡法对人工模拟条件下成熟期高粱截留量、茎秆流量和穿透雨量进行测定.结果表明,降雨经高粱冠层再分配后冠层截留率平均为12.6％,茎秆流率平均为30.8％,穿透雨率平均为56.7％.降雨强度与单位叶面积截留量、茎秆流量以及穿透雨量呈极显著线性正相关关系;叶面积与单位雨强截留量和茎秆流量呈极显著线性正相关,而与单位雨强穿透雨量呈极显著线性负相关关系.本研究条件下建立的截留后各组分与降雨强度和叶面积的拟合方程,仅使用降雨强度和叶面积2个参数就可以对成熟期高粱冠层截留后各组分进行较好地估测.在降雨集中时期,高粱冠层能体现出较强的降雨再分配作用,对该区域水土保持防治以及农业可持续发展具有重要意义.     

玉米植株冠层截留分异特征及其影响因素

基于研究区实际降雨频率,采用人工模拟降雨法对玉米全生育期冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量进行测定,分析叶面积和降雨强度对玉米植株冠层截留分异特征的影响。结果表明:不同生育期,玉米冠层截留率平均为8.42%,茎秆流率平均为35.38%,穿透雨率平均为56.19%;不同降雨强度,玉米冠层截留率平均为7.53%,茎秆流率平均为26.79%,穿透雨率平均为65.68%。冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量与雨强呈极显著线性正相关关系,冠层截留量和茎秆流量与叶面积之间呈极显著正相关直线关系,而穿透雨量与叶面积之间呈极显著线性负相关关系。     

草本植物对雨滴动能的影响

采用自制雨滴发生器产生雨滴,选取野牛草、狗尾巴草、苜蓿草和玉米小苗4种草本植物及6种茎高进行溅蚀实验,采用色斑法计算雨滴直径,系统研究草本植物对雨滴动能的影响作用。结果表明:(1)在相同植物茎高的条件下,草本植物的叶面积越大,经其作用后雨滴改变直径也越大,两者呈现明显的正相关关系;(2)在同种草本植物的条件下,雨滴直径与植物茎高呈正相关,这一关系可以用幂函数表示;(3)草本植物的茎高和叶面积均和雨滴动能呈正相关关系。其中在相同草本植物的条件下,植物茎高和植物改变后的雨滴动能符合与植物叶面积相关的线性函数;(4)溅蚀量(S)和雨滴动能(E)呈正相关,符合与植物叶面积相关的线性函数,且线性方程的斜率随叶面积的增大而减小。     

黄土丘陵区植物功能性状沿气候梯度的变化规律

选取黄土丘陵区延河流域147个物种,对10个与植物形态、生理相关的叶片和细根功能性状(叶大小、叶长宽比、叶厚度、叶干重、比叶面积、叶组织密度、叶氮含量、细根比根长、细根组织密度和细根氮含量)进行了测定,并对功能性状与气候因子的关系进行了分析。结果表明:(1)水热条件是影响研究区植物功能性状的重要因子,其中降雨为主导因子。物种水平上,植物功能性状随着环境的变化而变化,如叶氮含量随着温度指标(最冷月均温、生长季均温、年均温、最热月均温、温度季节变化的增加而增加;(2)不同生长型功能性状在环境梯度下存在差异,表现为草本植物相对木本植物有更小的叶组织密度以及更大的叶面积、比叶面积、叶片氮含量、根氮含量和比根长,表明不同生活型植物对环境的适应能力明显不同;(3)不同类群植物对环境条件变化的响应不同,表现为适应方式的分异和趋同。该结果为探究黄土高原植物对环境的适应机制提供理论依据。     

湖南会同杉木人工林林冠截留特征及模拟

利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站第II集水区2015年的林外降雨、林内穿透雨、树干茎流及气候观测数据,研究了杉木人工林林冠截留特征,分析了影响林冠截留量的主要因子,验证了Gash(1995)模型模拟杉木人工林林冠截留的适用性。结果表明:(1)试验区5月降雨次数最多,8月降水量最大;次降雨以小雨频率最高,以短时降雨为主;(2)林下穿透雨、树干茎流及林冠截留均与林外降雨呈正相关;(3)Gash(1995)模型模拟的年累积林冠截留量为235.62mm,与实测值(254.16mm)具有较好的一致性;(4)模型主要受冠层饱和持水量(S)值、平均蒸发率与平均降雨强度比(E/R)值影响,研究中S值取值合理,E/R值有待进一步精确。     

北京山区主要树种枯落物水文功能特征研究

为研究北京山区主要树种枯落物的水文功能,在妙峰山林场调查了栓皮栎（Quersus variabilis）林、油松（Pinus tabulaeformis）林、侧柏（Platycladus orientalis）林和刺槐（Robinia pseudoacacia）林的枯落物储量,并用两种方法测定枯落物的持水过程。研究结果表明:（1）栓皮栎林、油松林、侧柏林和刺槐林的枯落物厚度分别为10.5,4.0,3.8,2cm,储量分别为945g/m²,803.3g/m²,1 024.0g/m²和239.8g/m²。（2）采用室内浸泡法测定4种枯落物的最大持水率为230.3%,165.1%,161.9%和212.0%。其中0～2h是枯落物持水增加最快的阶段,2～6h枯落物持水增加减慢,6h以后趋于稳定。（3）采用人工降雨法测定4种枯落物的最大持水率为334.3%,331.1%,415.8%,259.9%,均大于相应的浸泡法测得的最大持水量。可将人工降雨法测定枯落物持水率随时间的变化分为4个阶段:第1阶段为迅速吸收阶段,第2阶段为缓慢吸收阶段,第3阶段为逐渐饱和阶段,第4阶段为饱和阶段。（4）枯落物有效拦蓄量可以更准确地反映枯落物截持实际降雨的能力。4种枯落物的有效拦蓄量大小为油松＞侧柏＞栓皮栎＞刺槐。其中油松的有效拦蓄量最大,为12.154t/hm²。实验发现,浸泡法测定枯落物持水过程存在一定缺陷,人工降雨法较好地弥补了这些不足。     

北京鹫峰山区常见树种的枝叶及枯落物截留特征

为探究华北土石山区不同树种各枝叶层结构与枯落物结构与水分运移的量化关系,以北京鹫峰山区为例选取了侧柏、油松、栓皮栎、五角枫、白皮松和黄栌6种当地典型树种,于2015年7—9月在首都圈森林生态系统定位研究站人工降雨大厅进行降雨截留实验,试验采用自制降雨截留装置直接测定枝叶分层每一层及枯落物的截留雨量特征,快速方便,精度较高。结果表明:(1)对于同一种树体来说,雨强越大,树体本身达到稳定截留时间越短,在同种雨强作用下,整株树的截留能力顺序为栓皮栎五角枫侧柏油松黄栌白皮松;对于整场降雨饱和的树种而言,一般雨强越大,累积截留量越大,随着降雨时间的延长,截留率逐渐减小,在雨强较大时,截留量与叶面积指数关系不显著。(2)对于砍伐树叶分层后的截留过程来说,对于无下层叶、无中下层叶的树体而言,短历时降雨阔叶树总体的截留能力比针叶树强,无叶状态下针叶树的截留持水能力强于阔叶树,因此上层叶对于树木截留有一定的重要性;对于同种树而言,各层树叶的截留能力顺序大致为中层上层下层。(3)对于砍伐枝条分层后的截留过程来说,在树体无叶的状态下,对不同树种而言,各层枝条的截留量均为针叶树大于阔叶树,尤其是中下层枝条能截持更大的水量。(4)对于砍伐枝叶分层与枯落物共存时的截留过程来说,对雨水截持的能力顺序为五角枫白皮松黄栌油松侧柏栓皮栎,最终稳定时五角枫有效截留量最多,栓皮栎变化最大。(5)对于剪叶分层的树种来说,其与枯落物组合下的垂直面上阔叶树种截留能力强于针叶,随着树叶每一层的递减,其树种的稳定截留量也随之递减,同时栓皮栎和五角枫与枯落物组合的截留过程而也说明了冠层枝叶的截留量与其本身各层的生物量和密度及叶面积成一定的正比关系。但还需加强小雨强下截留效应的研究,以及拓展到林分尺度上的问题。通过量化研究使树木枝叶层及枯落物层充分发挥其涵养水源、保持水土及改善水质的重要生态功能,支撑水源涵养林体系建设技术,对推动水源涵养林学科体系的建设发展具有重要意义。     

北亚热带次生毛竹林冠生态水文效应及其影响因素分析

对长江三角洲森林生态定位站北亚热带次生毛竹林(Phyllostachys edulis)林冠水文作用进行了观测研究.结果表明:(1)毛竹林林冠截留量、透流量、树干茎流量变化范围分别为0.21～4.55 mm,0～105.88 mm,0～2.8 mm;截留率、透流率、树干茎流率变化范围分别为1.3%～100%,0～96.3%,0～11.8%;年截留量、透流量、干流量分别为171.7,864.78,74.3 mm;年截留率、透流率、树干茎流率分别为15.5%,77.9%,6.7%.(2)毛竹林林冠截留量(率)、透流量(率)、树干茎流量(率)均与降雨量、降雨强度存在着不同程度的相关性,降雨特征对毛竹林林冠分配降雨的各环节影响最大.(3)不同雨量级、雨强条件下,毛竹林分配降雨效果差异显著.     

祁连山青海云杉林冠降雨再分配特征及影响因素

以祁连山排露沟小流域青海云杉林为研究对象,2015年5—9月观测了34场降雨的林外降雨量、穿透雨量和树干茎流量,并同步观测了相关的林外气象因子,分析了青海云杉林冠降雨再分配特征及影响因素。结果表明:(1)青海云杉林的总穿透雨量、树干茎流量和截留量分别为275.9,1.8,90.0mm,分别占总降雨量的75.04%,0.48%和24.48%,并在不同降雨量等级之间存在差异。(2)冠层降雨再分配各组成要素(穿透雨、树干茎流、林冠截留)与降雨量、降雨历时、10min最大雨强、空气相对湿度呈极显著的相关性。随着降雨量和降雨历时的增大,穿透雨量和树干茎流量均不断增大,而穿透雨率、树干茎流率和截留量(率)均逐渐趋于稳定。(3)青海云杉林内产生穿透雨和树干茎流的临界降雨量分别为0.8mm和9.6mm。因此,气象因素是影响冠层降雨再分配的重要因素之一。     

东北春玉米单株茎流变化规律及其农田尺度提升方法

为揭示春玉米单株茎流速率规律,明确单株茎流提升至群体蒸腾的尺度转换因子,2017和2018年连续在东北典型黑土区开展了春玉米田间试验,对春玉米灌浆期内茎流速率、气象数据、棵间蒸发及土壤剖面含水率进行观测和分析。结果表明:春玉米茎流速率有明显的昼夜变化规律,降雨对玉米茎流有较强的抑制作用,降雨后茎流速率明显升高;在晴、阴、雨天气情况下玉米白天茎流差异较大,且在阴雨天气情况下,茎流曲线呈多峰曲线,峰值较低。玉米茎流的变化是各种环境因素综合作用的结果,其中茎流速率与空气温度、光合有效辐射、相对湿度间相关系数的绝对值皆在0.8以上,表明他们是影响东北黑土区茎流速率的主要环境因素。以茎粗、茎干截面面积、叶面积为尺度转换因子将单株茎流尺度提升得到春玉米农田尺度群体蒸腾量,将2 a灌浆期春玉米群体蒸腾量与棵间蒸发之和,与水量平衡法计算得到的蒸发蒸腾量进行比较,误差均在20%以内。3种尺度提升方法和水量平衡法得到2 a春玉米灌浆期内日均蒸发蒸腾量分别在4.22～4.78、3.91～4.56 mm/d范围内。其中以叶面积为尺度转换因子计算的蒸发蒸腾量与水量平衡法的结果最为接近,相对误差在5%左右,表明东北高寒黑土区春玉米农田适合采用叶面积作为单株向农田尺度提升的转换因子。     

辽河源不同林龄油松林水源涵养能力研究

为定量评价不同林龄油松林的水源涵养能力,采用水量平衡法和综合蓄水量法,对辽河源地区3种不同林龄油松林的降雨再分配、凋落物持水能力、土壤蓄水能力以及林分水源涵养能力进行研究。结果表明:(1)观测期间,共观测到112次降雨,累计降雨量902.2mm,平均降雨量8.1mm;小雨、中雨、大雨和暴雨分别占总降雨量的25.2%,35.5%,26.4%和12.9%;(2)不同林龄油松林的林冠截留、林内降雨和树干茎流占总降雨量的比例分别为24.1%,72.9%和3%;林内降雨与林外降雨呈显著正线性关系;随着林龄的增加,林冠截留能力增加,而树干茎流先增加后减少;(3)凋落物的最大持水量、最大吸湿比和有效拦蓄量均随着林龄的增加而增加;(4)随着林龄的增加,土壤容重减小,总孔隙度增加,土壤入渗速率提高,蓄水能力增加;(5)不同林龄油松林水源涵养能力表现为成熟林近熟林中龄林。在不同林龄的油松林中,随着演替的进行,林分对降雨的分配与截流能力、水源涵养能力逐步增强。     

杨树与小麦间作系统林冠层降雨再分配对地表径流和淋溶的影响

[目的]探讨杨树林冠层降雨再分配对地表径流量、侵蚀量和淋溶量的影响,为农林间作系统削减水土流失提供理论依据。[方法]以太湖流域杨树与小麦作系统为研究对象,通过对2013年全年101场降雨的降雨量、林内穿透雨量、树干径流量的野外观测及对地表径流量、侵蚀量和淋溶量的样品收集进行测定分析。[结果]①总降雨量为943.5 mm,林内总穿透雨量、树干径流量及截留量分别为796.2,7.3和140.0 mm,分别占总降雨量的84.4%,0.8%和14.8%。其中,降雨量10 mm的中、小降雨发生最频繁,占总降雨场次的80.2%;②穿透雨量(R~2=0.993)和树干径流量(R~2=0.748 4)与林外降雨量呈线性正相关关系;当降雨量大于5.5 mm时,树干开始产生径流;林冠截留率与降雨量呈负幂函数相关关系(R~2=0.414 7);除了降雨量外,林冠截留率还与林冠叶面积指数有关;③间作系统林分密度越大,冠层叶面积指数越大,林冠层对径流量和侵蚀量的削减作用就越强。④单株杨树距离树干1.5 m处平均穿透雨量较0.5 m,7.5 m处分别减少了3.2%,9.3%,淋溶水量分别减少了3.5%,10.8%;就单株林木而言,除降雨量外,林冠结构特征对淋溶流失起着重要作用。[结论]①间作系统中杨树林冠层对降雨的再分配作用主要取决于降雨量,降雨量越大林冠层截留效果越不显著;②杨树密度的增大能显著减少系统内地表径流量和侵蚀量;③单株杨树在距离树干1.5 m处的冠层对降雨的削减作用最大,淋溶水量亦最少。     

大兴安岭几种典型林分林冠层降水分配研究

对大兴安岭7种典型林分林冠层降水分配进行了研究,结果表明,2007年5-9月,大气总降水量为236.62 mm,平均每次降雨量11.27 mm;随着降雨量的增加,穿透雨量、茎流量和林冠截留量都增加,林冠截留率降低;7种林分穿透雨量分别为151.48 mm,156.16 mm,141.40 mm,162.11 mm,182.35 mm,148.69 mm,156.29mm,分别占林外降雨总量的64.02%,66.0%,59.76%,68.51%,77.06%,62.84%,66.05%;7种林分单株树干茎流量分别为4.99 mm,2.45 mm,0.82 mm,1.28 mm,3.30 mm,2.94 mm,1.67 mm,分别占降雨总量的2.11%,1.04%,0.35%,0.54%,1.39%,1.24%,0.71%;以线性回归方程来拟合穿透雨(y)和林外降雨(x)之间的关系最好;树干茎流与林外降雨的关系用线性回归方程拟合较好,但是树干径流与林外降雨之间关系不如穿透雨与林外降雨之间关系紧密;林冠截留量与降雨量之间存在紧密的正相关关系.     

模拟降雨条件下作物植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max）、谷子（Setaria italica）和冬小麦（Triticum aestivum Linn.）不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,研究采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数作物冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了作物不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了3者与作物叶面积指数和降雨强度的关系。结果表明：在40和80 mm/h降雨强度下降雨30 min,玉米、大豆、谷子和冬小麦冠下穿透雨率分别平均为65.15%、85.52%、80.05%和72.18%;在40和80 mm/h降雨强度下降雨10～20 min,4种茎秆流率分别平均为34.59%、13.58%、19.42%和26.34%;在0.3 mm/min喷雾强度下,作物冠层截留量相对较小,冠层截留率分别为0.26%、0.90%、0.53%和1.48%。随作物生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是2者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著（p＞0.05）。随着作物生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,具有趋于向行中汇集的趋势。该研究揭示了黄土高原地区主要作物对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

冀北山地不同林分类型林冠层降水分配研究

对冀北山地落叶松桦木混交林、山杨桦木混交林、油松蒙古栎混交林3种典型林分林冠层降水分配进行了研究。结果表明：在观测期间,随着降雨量的增加,穿透雨量、径流量和林冠截留量都增加,林冠截留率降低;3种林分穿透雨量分别为115.31,115.08,125.94mm,分别占林外降雨总量的68.94%,68.81%,75.31%;3种林分单株树干径流量分别为4.35,5.90,6.24mm,分别占降雨总量的2.56%,3.47%,3.67%;可用线性回归方程来分别拟合穿透雨、树干径流、林冠截留量与林外降雨间的关系,均取得较好结果。引用林冠截留概念模型,能够较好地预测冀北山地森林生态系统降雨的林冠截留特征。     

不同类型园林植物群落冠层的截留能力研究

[目的] 对不同类型园林植物群落冠层截留能力进行研究,为选择冠层截留效果最优的植物群落配置提供理论依据。[方法] 选取7种不同结构的植物群落采用实测法分别测定林外降雨量、林下穿透雨量、树干茎流量,再利用水量平衡法求得冠层截留量,进行分析对比。[结果] 单层针阔混交林的冠层截留率达到了49.86%,截留效果最好。单层阔叶灌木截留率为23.66%,截留效果最差。林外降雨量与林下穿透雨量、树干茎流量、冠层截留量呈线性正相关,拟合系数R²均在0.9左右。对冠层特性与冠层截留能力进行相关性分析的结果为,叶面积指数、郁闭度、冠层厚度、绿化覆盖面积和三维绿量与穿透率呈负相关,与截留率呈正相关。[结论] 园林植物群落冠层对雨水有一定的截留能力,且不同类型的群落有一定的差异性,单层阔叶灌木的截留率最低,单层针阔混交林的截留率最高;叶面积指数与郁闭度越高、冠层越厚、绿化覆盖面积与三维绿量越大,园林植物群落的冠层截留能力越好。     

长三角地区毛竹林冠截留的影响因素

为了探究毛竹林林冠截留与其影响因素之间的关系,于2012年4月至2013年3月,定位观测了毛竹林的林冠截留特征以及相关影响因子数据。结果表明,研究期内,长三角地区毛竹林的穿透雨率、树干茎流率和林冠截留率,分别占同期降雨总量的60.6%,6.7%和32.7%;林冠枝叶部分与树干部分的持水能力分别为0.82和0.1mm;引入叶面积指数作为林冠特征并与林冠截留进行分析,结果发现各月林冠截留总量随月平均叶面积指数的增加呈一定程度上增大的趋势,月平均林冠截留率随各月平均叶面积指数的增大而减小;各气象因子与毛竹林的林冠截留量的灰色关联度大小顺序为:降雨强度降雨量风速空气温度风向空气湿度,各气象因子与毛竹林的林冠截留率的灰色关联度大小顺序依次为:空气温度风向降雨量风速降雨强度空气湿度。     

北京密云水库油松人工林对降水分配的影响

2004～2006年,对北京密云水库库西33年生的油松人工林的林冠截留、穿透降水和树干茎流进行了观测。观测结果表明,油松林冠截留率为31.67%,随着降水量的增大截留率迅速减小,并趋向于截留极限,油松林冠截留量与降水量呈幂函数关系。透流率为67.65%,穿透降水量与大气降水量之间呈极显著的正相关关系。干流率为0.68%,树干茎流量占降水量的比例极小,偏相关分析表明,树干茎流量与大气降水量、平均降雨强度及30 min最大雨强密切相关。