贡嘎山暗针叶林枯落物截留特征研究

 采用现场模拟法和浸泡法观测贡嘎山不同演替阶段的暗针叶林群落枯落物截留、枯枝落叶层的最大持水量和林内枯落物的截留特征。结果表明:不同林型的枯落物截留量与林外降雨量有不同程度的线性相关关系,而与林内降雨量存在幂函数关系。同林型内,由于枯落物数量、组成成分与分解程度等不同,其持水能力也存在着较大的差异。过熟林中枯落物吸水饱和时间最短,最大持水率最低,枯落物与林下苔藓层混杂在一起,截留水分的能力相对较弱;幼龄林中枯落物饱和需要时间最长,最大持水率也最高,对林下降雨的再分配作用也相应最大。同时,枯落物层的截留作用及截留量的大小,除与枯枝落叶层的数量和质量相关外,也与枯落物的湿润程度相关。     

黄土高原草地灌丛化对潜在植被截留和土壤蓄水能力的影响

[目的]分析灌丛化后草地生态系统植被截留和土壤蓄水特征，为系统评价灌丛化后草地生态系统的水土保持能力提供参考。[方法]以黄土高原未灌丛化草地和灌丛化草地(包括禾草斑块、半灌木斑块、灌木斑块)为研究对象，系统研究了植被(包括冠层与枯落物)截留量与土壤饱和蓄水量的变化特征。[结果](1)灌丛化通过增加草地地上生物量使植被冠层截留量增加了0.3 mm,通过减少枯落物量使枯落物截留量减少了0.5 mm;(2)草地灌丛化过程中，只有灌木斑块显著增加了0—40 cm土壤饱和蓄水量。而且，灌木斑块与半灌木斑块土壤饱和蓄水能力显著不同，灌木斑块较半灌木斑块土壤饱和蓄水量增加12.8 mm,主要发生在0—20 cm土层。[结论]灌丛化没有降低草地生态系统土壤饱和蓄水能力，但若灌木继续扩张，可能会削弱草地生态系统植被截留能力。     

大兴安岭北部白桦次生林降雨再分配特征研究

采用定位观测的方法对大兴安岭北部白桦次生林降雨再分配特征进行研究。结果表明:观测期内共发生34场降雨,其中主要为小雨和中雨,降雨总量为465.8mm,平均降雨强度为1.45mm/h。7月份降雨量最大,占观测期内降雨总量的42.94%。穿透雨总量为392.55mm,占降雨总量的84.27%。随着雨量的增大,穿透雨量和穿透雨率均表现为暴雨大雨中雨小雨。树干茎流总量为12.50mm,占同期总降雨量的2.68%。林冠截留总量为60.76mm,占同期大气降雨总量的13.04%。随着雨量的增加,林冠截留率呈减小的趋势。灌木截留总量为1.75mm,占降雨总量的0.37%。枯落物截留总量为58.97mm,占降雨总量的12.66%,枯落物层截留特征与林冠层和灌木层均不同。降雨通过白桦林林冠、灌木、枯落物各层截留后,进行重新分配,从林冠到枯落物各层截留总量为26.07%,有73.93%的降雨进入土壤层,用于补充土壤水分、下渗或产生径流。降雨特征和各层截留特征是白桦次生林降雨再分配特征的重要影响因子。     

栓皮栎林分枯落物对土壤-植物系统水分运动的影响

[目的]分析枯落物层对森林生态系统水分循环的作用。[方法]利用稳定同位素技术,测定了在旱季和雨季栓皮栎木质部水分以及枯落物层和不同土壤层水分的同位素特征。通过对比不同环境条件下(干旱期和降雨前后)枯落物层和土壤水分同位素组成的变化,并根据其与植物茎水分同位素特征的差异判断栓皮栎不同季节的水分利用来源。[结果]在旱季,随着干旱期的进行,对于平均枯落物层厚度,表层0—30cm土壤水分同位素特征由于蒸发分馏的影响逐渐变得富集,而对于因为特殊地形而造成的未分解枯落物层较厚的地方,则土壤水分同位素特征随着干旱期的进行几乎不发生变化;栓皮栎的水分来源主要集中在表层,随着干旱期的延长没有发生变化;在雨季,极端降雨后,土壤同位素特征表明枯落物截留降雨的效应明显,被枯落物截留的雨水以活塞流的形式继续向土壤入渗,栓皮栎的水分来源主要来自于表层0—10cm枯落物层(分解层)的土壤;土壤剖面水分同位素特征呈现的梯度变化与土壤层的结构有关。[结论]枯落物层的厚度,特别是未分解层,对土壤水分的同位素特征影响有差异;枯落物层的水文效应也间接改变了植物的水分利用。     

荒漠草原4种主要植物群落枯落物层水土保持功能

枯落物层是草地除冠层外,大气与矿质土壤层、植物根系层进行物质与能量交换的重要介质,在生态学中起着不可替代的作用。通过研究荒漠草原4种主要植物群落(蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和沙蒿群落)水土保持功能,结果表明:荒漠草原4种植物群落枯落物层年截留率在4.58%～5.61%,截留量为22.77～27.87mm,且枯落物对降雨的截留量随降雨量增加而增大,而截留率随降雨量增加而减小,当降雨等级在0～2mm时,截留率为100%,当降雨等级高于2mm时,截留率随1次降雨降雨量的增加而减少。枯落物层抑制土壤蒸发的效应与枯落物层厚度的增加呈正相关,有枯落物层比无枯落物层覆盖的土壤蒸发量减少了19.25%～76.82%,但当土壤含水量升高为田间持水量的3/4时,不同植物群落枯落物减少土壤水分蒸发的效应有所不同。围封内枯落物对土壤风蚀的抑制显著低于围封外,枯落物对风蚀的抑制作用与枯落物的蓄积量呈正相关。     

太行山区主要森林生态系统水源涵养能力

森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据,分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力,采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价,旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明:1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关,且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上,表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层,是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器;2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型,其林冠结构更加适应该地区气象条件,林冠层降水再分配能力也优于其他林型;3)混交林郁闭度低,有利于林下灌、草丛的生长,其枯落物现存量比纯林和人工林更高,虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源;4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林,侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见,合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度及增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力,可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。     

黄土丘陵区典型植被枯落物持水性能空间变化特征

为探讨黄土高原退耕还林还草后植被枯落物层的水土保持和水源涵养功能,在黄土丘陵区以多年平均降雨量梯度为样线,从南到北依次选择了7个调查点,研究了黄土丘陵区典型乔木、灌木和草本群落枯落物蓄积量、持水量、吸水速率和有效拦蓄量变化情况。结果表明:(1)各植物群落枯落物蓄积量从南到北逐渐减少,且乔木(440.54~840.07g/m2)灌木(105.94~217.88g/m2)草本(12.23~67.64g/m2);(2)从南到北,乔木、灌木和草本枯落物最大持水量分别从3 151.09g/m2,557.13g/m2和152.62g/m2减小到1 710.88g/m2,290.34g/m2和44.31g/m2;而乔木、草本和灌木的最大吸湿比分别为4.57,4.49和3.75,受植被物种的影响枯落物最大吸湿比无显著的空间变化特征;(3)不同植被枯落物吸水速率随时间的变化过程比较相似,在0~0.25h内吸水速率最大,0.25~0.5h迅速降低,6h后变化较小,乔木和灌木枯落物持水量6h后基本达到最大持水量,草本群落12h后达到最大值,24h时各群落枯落物吸水速率基本为0,持水量达到饱和,枯落物持水量和持水速率受植被类型影响显著,但空间变化规律不明显;(4)枯落物有效拦蓄量表现为乔木(15.79t/hm2)灌木(2.86t/hm2)草本(0.72t/hm2),且从南到北呈减小趋势。     

不同植物截留特征的比较研究

为分析不同植物最大截留量,分别采用浸泡法和人工降雨法测定5种单株植物及其叶和茎的最大截留量,试验中用镊子夹住样本浸在水中30min,取出控水1min,待叶片不滴水时称重,或采用针孔降雨器模拟人工降雨,降雨强度是100mm/h,降雨历时为4min,最大截留量值为试验前后样本的重量差值,结果表明:(1)对于玉米、大豆、酸枣、刺槐、紫花苜蓿而言,人工降雨法测得单位叶面积最大截留量值高于浸泡法,而人工降雨法测量茎最大截留量值均低于浸泡法;(2)不同植物茎最大截留量与株高和杆粗乘积、单株植物最大截留量与植株干重均呈线性正相关关系;(3)对于大豆、玉米、紫花苜蓿及酸枣而言,叶片的截留量值明显高于茎,说明叶片截留在植物截留中起到主要作用;(4)浸泡法测定的不同植物叶和茎最大截留量值与人工降雨法测定值均呈很好的线性函数关系;(5)叶长、叶宽、叶周长、叶鲜重与叶片最大截留量的相关性均不显著,而叶面积及叶干重与叶片最大截留量均遵循很好的线性函数关系,且不同植物叶片最大截留量相差较大,浸泡法测定值在30.07~122.84g/m2之间,人工降雨法测定值在32.76~181.14g/m2之间,因此精确分析植物降雨截留量时应考虑物种差异。     

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。     

北京地区典型树种及非生物因子对枯落物水文效应的影响

枯落物层对森林水文循环有着重要的影响。该文以华北土石山区15种典型林分(不同树种、林分密度、立地条件等)条件下的枯落物为研究对象,通过野外调查、室内(泡水、降雨模拟)试验等手段,研究分析了典型林分枯落物的水文效应。研究结果表明,阳坡油松林的枯落物蓄积量显著大于阴坡油松林(P0.05),但不同林分密度条件下油松林的枯落物的蓄积量无显著差异(P0.05)。不同树种之间有针叶林枯落物蓄积量大于阔叶林的规律。通过不同林分的枯落物浸泡试验和统计发现,不同林分枯落物的最大持水量(water holding capacity,WHC)范围为9.72~48.92 mm,林分密度、枯落物半分解层比例、坡度、枯落物蓄积量对枯落物的最大持水能力的影响依次降低,其中枯落物的最大持水量与林分密度呈二次曲线关系。结合室内人工降雨模拟试验研究发现,降雨量达到35~45 mm时,各典型林分的枯落物截留量达到有效截留量,且有效截留量与最大持水能力的比值范围为40%~91%。     

4种地被竹枯落物的水文特征及其截持降雨过程研究

运用浸水法和人工模拟降雨法,分析了4种地被竹(铺地竹、菲白竹、鹅毛竹、黄条金刚竹)枯落物的持水能力与截持降雨过程。结果表明,铺地竹、菲白竹、鹅毛竹、黄条金刚竹现存蓄积量分别为4.51,4.33,6.32和6.67 t/hm2,枯落物的持水量介于12.77～16.66 t/hm2之间。4种地被竹枯落物的截留量与枯落物厚度、含水量密切相关,4种地被竹枯落物厚度分别为1和3 cm厚度时截留量差异均达到显著水平,在枯落物含水量达到饱和(50.81%～66.27%)的情况下,随着厚度的增加枯落物的截流量增大,铺地竹枯落物厚度3 cm比1 cm截流量提高了126%,鹅毛竹、菲白竹、黄条金刚竹截流量依次提高了51.4%,114.3%和56%。     

模拟降雨下林下覆被结构对产流产沙过程的影响

植被具有良好的水土保持效益,深入了解覆被结构特征与产流产沙关系是研究植被防蚀功能的基础。以鄂中地区典型森林植被为对象,通过人工模拟降雨试验研究5种覆被结构(灌木、草本、枯落物、灌木+草本、灌木+草本+枯落物)和侵蚀性降雨(60,90,120 mm/h)对坡面侵蚀产沙过程的影响。结果表明:(1)坡面产流率、产沙率随降雨时间先迅速增大,后缓慢增大,最后达到稳定趋势。降雨强度是坡面侵蚀产沙的主导因素,与产流时间、产流率和产沙率呈显著正相关关系(p＜0.01)。(2)在有/无枯落物存在的情况下,植被覆盖度、植株密度分别是坡面产流产沙的主要影响因素。径流含沙量在不同覆被结构覆盖下表现为:草本＞灌木＞枯落物＞灌木+草本＞灌草枯。(3)结构特征参数对产流产沙影响的优先等级为覆盖度、生物量、植株密度、多样性指标,即水平结构＞竖直结构＞物种组成＞空间格局。研究结果旨在揭示覆被结构对坡面侵蚀产沙的作用机理,为南方林地土壤侵蚀模型的构建提供科学参考。     

贵州百里杜鹃自然保护区杜鹃林枯落物储量及持水功能

为揭示贵州百里杜鹃自然保护区人工抚育及旅游管理对杜鹃林水土保持功能的影响,选择轻度、中度、重度干扰强度的杜鹃林枯落物层作为研究对象,采用室内浸泡法对不同干扰强度的杜鹃林枯落物层水文功能进行研究。结果表明:(1)杜鹃林枯落物储量随干扰强度增加呈降低趋势,随分解程度增加呈极显著升高趋势;自然含水率随干扰强度增加呈降低趋势,随分解程度增加总体呈升高趋势。(2)杜鹃林枯落物最大持水量随干扰强度增加呈降低趋势,随分解程度增加呈极显著升高趋势。枯落物最大拦蓄量、最大拦蓄率、有效拦蓄量及有效拦蓄率均随干扰强度增加呈升高趋势。(3)枯落物层持水量变化特征呈倒"J"形。持水量(Q)与浸水时间(t)呈显著正相关关系(P0.05),其回归方程为Q=b+aln t。枯落物浸水0~4h内持水量逐渐增加,4~48h持水量增加趋势大幅减缓,并逐渐趋于饱和。(4)枯落物层吸水速率呈"急剧降低—迅速降低—缓慢降低—趋于稳定"的变化特征。吸水速率(v)与浸水时间(t)均呈极显著负相关关系(P0.01),其回归方程为v=at-b。枯落物在1h内发挥其水文功能的能力最强,对短时段内的降雨截流调蓄功能最大。     

小兴安岭不同森林类型枯落物储量及其持水特性比较

[目的]对小兴安岭主要森林类型林下枯落物蓄积量进行调查分析和持水特性研究,为该区森林生态服务功能评价提供重要依据和理论基础。[方法]选择6种典型森林类型设置样地测定枯落物现储量,并采用浸水法对枯落物持水特性进行测定,计算其最大拦蓄量和有效拦蓄量。[结果]主要森林类型枯落物蓄积量介于13.53~29.48t/hm2,大多是半分解层蓄积量高于未分解层。不同森林类型最大持水率与最大持水量表现不一致,其中最大持水率为243.19%~524.0%,最大持水量为56.81~106.90t/hm2。不同森林类型的最大拦蓄量与有效拦蓄量的表现也略有差异,最大拦蓄量为33.43~64.42t/hm2,有效拦蓄量为24.91~48.38t/hm2。枯落物层的持水率与浸泡时间呈显著对数关系,而吸水速率与浸泡时间呈显著幂函数关系。[结论]受树种特性、枯落物储量、分解速率及林龄的影响,该区不同森林类型林下枯落物储量及其持水特性差异显著。     

北京市3个区域油松枯落物保水功能对比分析

调查了北京密云水库、八达岭林场和十三陵林场油松林枯落物储量调查,研究了其枯落物持水特性,得到了3个区域油松林枯落物总储量、最大持水量、最大持水率和有效拦蓄量等水文特征参数。结果表明,油松枯落物总储量、最大持水量均表现为:八达岭林场十三陵林场密云水库上游,最大持水率、平均吸水率、有效拦蓄量均表现为:十三陵林场八达岭林场密云水库上游;3个区域油松林枯落物保水功能均比较差,尤其是密云水库;降雨量小于临界值时,八达岭林场油松林枯落物保水性能最好;降雨量大于临界值时,十三陵林场油松林枯落物保水性能最好。十三陵林场油松林枯落物保水功能优于其它两个区域。     

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。     

黄土丘陵沟壑区退耕坡地不同植物群落的土壤侵蚀特征

黄土高原地区水土流失造成严重的农业和生态环境问题,而植被能从根本上控制黄土高原的水土流失.以安塞县典型退耕坡地不同植物群落为研究对象,采用侵蚀针法,结合2012-2015年降雨数据及不同植物群落特征的分析,研究不同植被恢复坡地的土壤侵蚀特征.结果表明:研究期间,不同年份植被群落土壤侵蚀强度为丰水年＞平水年＞枯水年.不同植被类型群落防治土壤侵蚀的能力不同,具体为自然恢复灌木群落＞自然恢复草本群落＞人工灌木群落＞人工乔木群落.灰色关联度显示,降雨量与坡度是影响植被群落土壤侵蚀最重要的因素,乔灌木群落坡度＞降雨量,草本群落降雨量＞坡度.自然恢复植被群落枯落物盖度＞植被盖度,人工植被群落植被盖度＞枯落物盖度;因此,在当前植被条件下,未受到扰动的群落可有效减少降雨对土壤侵蚀的影响;在进行植被恢复时,应优先进行植被自然修复,适时适地引入乔灌木进行植被恢复人工调控,尽早促进乔木群落的林下植被发育,保护其林下灌草层和枯落物层,同时减少人为干扰.