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。     

亚热带米槠次生林和杉木人工林林冠截留特征比较

通过对福建三明地区米槠次生林和杉木人工林林内穿透雨和树干茎流进行对比分析,研究2种林分类型对降雨再分配规律的影响及其关键影响因素。在研究区2种林分内分别选取了3个20m×20m标准样地,同时设置了穿透雨和树干茎流收集装置,每场降雨后测定相应的水量。结果表明:研究期内年降雨量为1 706.6mm,米槠次生林和杉木人工林林内穿透雨量没有显著差异,总穿透雨量分别为1 204.0mm和1 289.9mm,分别占年降雨的70.6%和75.6%;米槠次生林树干茎流量显著高于杉木人工林(p0.05),两者的树干茎流率分别为4.8%和2.7%;米槠次生林和杉木人工林的林冠截留率分别为24.7%和21.8%。林内穿透雨量与林冠郁闭度和叶面积指数呈负相关关系,说明林分郁闭度越高则穿透雨量越少。米槠次生林和杉木人工林林冠截留的差异主要受林冠开阔度和树皮结构的影响,因此树种差异显著改变了森林生态系统降水再分配模式。     

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。     

枣树冠层改变降雨截留历时过程同位素和化学特征

基于冠层截留历时过程降雨同位素和化学特征的研究很少,但却有助于揭示冠层截留特征及其对降雨同位素和化学特征的影响,于2016年9月17-18日和10月22-23日对黄土高原丘陵沟壑区的2场降雨事件林外降雨、穿透降雨和树干茎流历时过程进行连续采样及室内分析,研究降雨过程中矮化枣树冠层截留对降雨同位素和化学成分的改变、2016年7-10月4棵矮化枣树树干茎流以及林外降雨取样测定,分析矮化枣树形态特征对其树干茎流率的影响。结果表明:(1)矮化枣树树干茎流率可达2.3%~5.6%,2场降雨事件中当降雨量分别达到1.4,1.2mm时,开始产生树干茎流;(2)通过比较2场降雨事件历时过程穿透降雨、树干茎流同林外降雨的稳定同位素和水化学特征算术平均值得出,穿透降雨、树干茎流δ~2 H分别富集1.6‰~4.0‰和6.6‰~8.9‰,Cl~-浓度分别增加到林外降雨1.4~3.0倍和13.3~13.4倍,SO_4~(2-)浓度分别增加到1.5~2.7倍和4.8~7.1倍,穿透降雨和树干茎流相对林外降雨呈现一定滞后;降雨历时过程中稳定同位素δ~2 H与前时刻降雨以及截留过程进一步蒸发有关,水化学成分改变受植被截留影响逐渐减弱。     

矮化枣树冠层改变降雨截留历时过程同位素和化学特征

基于冠层截留历时过程降雨同位素和化学特征的研究很少,但却有助于揭示冠层截留特征及其对降雨同位素和化学特征的影响,于2016年9月17-18日和10月22-23日对黄土高原丘陵沟壑区的2场降雨事件林外降雨、穿透降雨和树干茎流历时过程进行连续采样及室内分析,研究降雨过程中矮化枣树冠层截留对降雨同位素和化学成分的改变、2016年7-10月4棵矮化枣树树干茎流以及林外降雨取样测定,分析矮化枣树形态特征对其树干茎流率的影响。结果表明:(1)矮化枣树树干茎流率可达2.3%~5.6%,2场降雨事件中当降雨量分别达到1.4,1.2mm时,开始产生树干茎流;(2)通过比较2场降雨事件历时过程穿透降雨、树干茎流同林外降雨的稳定同位素和水化学特征算术平均值得出,穿透降雨、树干茎流δ~2 H分别富集1.6‰~4.0‰和6.6‰~8.9‰,Cl~-浓度分别增加到林外降雨1.4~3.0倍和13.3~13.4倍,SO_4~(2-)浓度分别增加到1.5~2.7倍和4.8~7.1倍,穿透降雨和树干茎流相对林外降雨呈现一定滞后;降雨历时过程中稳定同位素δ~2 H与前时刻降雨以及截留过程进一步蒸发有关,水化学成分改变受植被截留影响逐渐减弱。     

树干茎流研究方法及其述评

树干茎流研究是国内外森林水文学研究中的重要内容,对国内外树干茎流的研究方法及研究成果进行综述,并将树干茎流研究方法分为野外实测法和数学模型估测法,分别进行了系统分类和简要述评。树干茎流的野外实测法有观测标准株的选取与树干茎流水的收集两个关键技术环节。树干茎流的数学模型分为3种类型,即经验模型、概念模型、理论模型。经验模型反映的是树干茎流量(或茎流流率)与降雨量的定量关系,概念模型描述的是茎流量与降雨特征及林分特征因子的数量关系,理论模型刻画了树干茎流形成的机理和动态变化过程(树干茎流随降雨的时空变化规律),分别给出了各类模型主要的数学表达式,并分析了各类模型主要的优点和缺点。     

北京密云油松人工林对降水及其营养元素含量的影响

对北京密云水库库西油松人工林的林冠截留、穿透降水和树干茎流的观测和分析结果表明，单次降雨过程中的林冠截留量与林外降水量呈幂函数关系，而穿透雨量和树干茎流量跟林外降水量皆呈线性相关关系，它们占林外降水的比例分别为7．23％～87．39％，12．56％～91．58％和0．007％～1．77％。环境状况、气象条件和降水特性的不同是造成同一地区大气降水化学性质差异的主要原因；降水透过油松林冠层后，穿透降水和树干茎流中元素含量都有不同程度的增加。穿透降水中各元素含量变化均与降水时间间隔呈正相关，而与降雨强度和降水量呈负相关；除N外，树干茎流中P，K元素含量与降水特性的关系与穿透降水的相同。     

中亚热带杉木人工林和米槠次生林树干茎流和穿透雨磷的动态特征

磷(P)伴随树干茎流和穿透雨输入到森林,成为补充亚热带森林生态系统P流失的一个重要途径,但其在不同类型生态系统中的动态特征缺乏必要的关注。以中亚热带杉木人工林和米槠次生林为研究对象,通过测定2015年6月至2018年8月间树干茎流和穿透雨中P浓度,探讨了2个林分树干茎流和穿透雨P浓度的差异、季节变化特征及影响因素。结果表明,杉木人工林树干茎流和穿透雨P浓度变化范围分别为0.002～0.026,0.003～0.024 mg/L,米槠次生林树干茎流和穿透雨P浓度变化范围分别为0.003～0.024,0.003～0.031 mg/L,2个林分树干茎流和穿透雨P浓度均在夏季表现出显著差异。2个林分的树干茎流P浓度均为夏季高于冬季,杉木人工林穿透雨P浓度在季节上无显著差异,而米槠次生林夏秋季较高,冬春季偏低,树干茎流P浓度略微高于穿透雨。2个林分的树干茎流量在4个季节均具有显著差异,米槠次生林均高于杉木人工林,而穿透雨量在季节上无差异。杉木人工林P浓度与树干茎流量和穿透雨量均呈负相关关系,而米槠次生林P浓度与树干茎流量和穿透雨量均呈正相关关系。表明不同林分林冠结构和形态学特征的差异能显著影响亚热带森林生态系统降水中P的再分配。研究结果为深入认识森林生态系统P随水文过程的动态特征提供基础数据。     

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。     

密云水库北京集水区人工水源保护林降水化学性质研究

研究表明 ,密云水库集水区大气降水化学元素含量在不同时段内变幅较大 ,各元素加权平均值之和为12 .0 0 11m g/ L ,各元素含量大小排序为 Ca >N >K >Mg >Na >P >Fe>Zn >Cu >Mn。大气降水经过 3种类型的水源保护林林冠层后 ,所测定的化学元素含量变化不一 ,但总的结果来看 ,化学元素含量升高的元素较多 ,且化学元素含量之和 ,无论是林内穿透降雨还是树干茎流均呈升高趋势 ,不同林分结果如下 :林内穿透降雨中化学元素总量分别为刺槐林 4 6 .192 4 mg/ L、油松林 2 0 .6 135 m g/ L、板栗林 17.110 5 mg/ L ;树干茎流中化学元素总量不同林分分别为刺槐林 6 1.5 86 2 m g/ L、油松林 73.32 35 mg/ L、板栗林 35 .5 0 74 mg/ L。     

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。     

降雨特征对南亚热带马尾松人工林降水分配格局的影响

探究马尾松人工林降雨特征对降水分配格局的影响,为南亚热带人工林经营管理提供科技支撑。依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站降水分配观测场,采用野外定位研究方法,以30年马尾松人工林为研究对象,观测了2018年1—12月的林外降雨、林内透流、干流和冠层截留。结果表明:研究区年降雨总量1303.6 mm,马尾松林的透流、干流及截留量分别占同期降雨的60.9%,0.4%,38.7%。产生透流和干流的最小雨量分别为0.4,2.2 mm。4个降雨特征指标中(雨量、雨强、历时和2次降水间隔时间),降雨量在马尾松降水格局分布中影响最大,雨强和历时对透流量、透流率、干流量、冠层截留量及冠层截留率均有显著影响,而2次降水间隔时间仅对透流量、干流量和冠层截留量有显著影响。SPSS多元线性回归分析表明,3个冠层水文分量对降雨特征的响应并非同步,降雨特征对林内透流和截留的影响大于干流。     

原始红松林和次生白桦林降雨截留分配效应研究

 以小兴安岭原始红松林为研究对象,通过97场的降雨测定,对原始红松林的降雨截留分配效应进行系统研究。结果表明:原始红松林在生长季内的林冠截留量为98.68 mm,占同期降雨量的19.61%,是次生白桦林的1.3倍。与全国其他森林类型的平均林冠截留率（11.4%～36.5%）相比,原始红松林的林冠截留率处于中等水平。原始红松林在生长季内的穿透雨量和树干径流量分别为395.77和8.78mm,分别占同期降雨量的78.65%和1.74%。与次生白桦林相比,其穿透雨量减少,而树干径流量增加。统计分析表明,原始红松林的林冠截留量、林内穿透雨量和树干径流量与林外降雨量之间均呈现紧密的三次多项式函数关系（p<0.01）,而次生白桦林的林内穿透雨量与林外降雨量之间却呈现良好的直线关系（p<0.01）。最后,对影响林内穿透雨和树干径流的因子进行筛选和分析,为研究针阔混交林的降雨分配效应提供重要参考。     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配的作用

为了辨明成熟期玉米对降雨的再分配作用,有效地防治区域水土流失,采用人工模拟降雨的方法,就川西低山丘陵区成熟期玉米植株对降雨的冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量的作用进行了研究。结果表明:冠层截留率平均为7.5%,茎秆流率平均为28.8%,穿透雨率平均为63.7%。随着降雨强度的增加,单位时间内玉米冠层的截留量呈增加趋势,但随着玉米植株的叶面积增大,有效截留量却呈减少趋势,株高和角度对它的影响较小。随着叶面积和降雨强度的增加,茎秆流量呈增加趋势,角度影响较小。随着叶面积的增加,穿透雨量呈减少趋势;而随着降雨强度的增加,单位时间内穿透雨的数量呈增加的变化趋势,株高影响较小。     

甘蔗冠层对降雨再分配的影响

[目的]研究作物植被对于土壤侵蚀的防治作用,为砖红壤区土壤侵蚀预报模型的建立提供作物参数。[方法]通过室内人工模拟降雨试验,测定了甘蔗不同生育期不同降雨强度条件下的穿透雨量、茎杆流量和冠层截留量,分析叶面积指数对于降雨再分配的影响。[结果]穿透雨量、茎杆流量和冠层截留量分别从甘蔗幼苗期的94.7%,5.1%,0.3%变化为成熟期的49.4%,47.3%和3.4%。[结论]叶面积指数与穿透雨量呈显著负线性相关,与茎杆流量和冠层截留量呈显著正线性相关。     

岷江上游油松与华山松人工混交林对降雨的截留分配效应

人工油松与华山松混交林是岷江上游区域主要的群落类型，采用水量平衡的方法，研究了混交林林冠截留量、穿透量、树干茎流量等指标。通过混交林对24场降雨分配的定位观测，结果表明林冠截留量83．47mm、穿透量81．43mm、茎流量2．00mm，分别占同期降雨量的50．o％，48．8％，1．2％；幂函数方程能较好地拟合林冠截留量与林外降雨量之间的关系，而线性方程能较好地拟合穿透雨量、树干茎流量和林外降雨量之间的关系。结果表明恢复重建后的人工油松与华山松混交林生态系统在水源涵养、水土保持上效果明显。     

叶面积和降雨强度对大豆茎秆流的影响

采用室内人工模拟降雨的方法,测定不同降雨强度下大豆（Glycinem一）各个生长阶段所产生的茎秆流量,并分析大豆茎秆流量与叶面积和降雨强度的关系。结果表明：大豆在其全生育期内,茎秆流量占冠层上部降雨的16．77％,在大豆生长最为旺盛阶段可达到32．15％;茎秆流量随叶面积、降雨强度增大呈增加趋势,而其在降雨中的比例则随叶面积增大而增加,随降雨强度增大而减小;拟合出大豆茎秆流量与叶面积指数和降雨强度的定量关系。研究结果可为大豆作物冠层水分再分布的研究提供参考。     

沿坝地区天然次生林对降雨再分配的影响

为了探究天然次生林对降雨再分配的过程,通过对沿坝地区的北沟林场内天然次生林进行穿透降雨、冠层截留和树干径流3个方面进行监测,结果表明:（1）穿透雨量和林冠截留占林外降雨量的比例比较大,树干径流量的比例则非常小,分别为59.46%,37.33%,3.21%。（2）穿透雨量和林外降雨呈现线性关系（R²=0.980 4）,林冠截留量与林外降雨量也具有明显的幂函数关系（R²=0.823 4）,树干径流与林外降雨量具有明显的线性相关关系（R²=0.909 8）,并且都达到了极显著水平（p < 0.01）。（3）根据穿透雨与林外降雨的方程y=0.8034x-1.7939,当林外降雨量高于2.23 mm时会产生穿透雨;依据林外降雨与树干径流的方程y=0.0552x-0.1981,当林外降雨高于3.58 mm时会产生树干径流;林冠在降雨再分配过程中起到了很重要的作用,形成了二次降雨。