太岳山不同郁闭度油松人工林降水分配特征

利用2011年5-9月生长季观测的30场降雨数据,分析了山西太岳山不同郁闭度下油松人工林林冠截留、穿透雨以及树干茎流与降雨量的关系,以及林冠截留过程的特点.结果表明:(1)实验观测期间,该地区降雨总量为634.79mm,单次平均降雨量为21.16mm,单次最大降雨量为58.15mm,单次最小降雨量为0.54mm.其中,8月份的降雨总量最大,为190.77mm,6月份的降雨总量最小,为41.81mm.(2)郁闭度为0.8的油松人工林林冠截留量与降雨量呈一元线性关系,郁闭度为0.7、0.6和0.5均呈幂函数关系;对于各郁闭度的油松人工林,其林冠截留率与降雨量均呈对数函数关系;穿透雨量、树干茎流量与降雨量均呈明显的一元线性关系,穿透雨量和树干茎流量都随着降雨量的增加而增加.(3)不同郁闭度油松人工林之间林冠截留、穿透雨和树干茎流不同,总的趋势为随着郁闭度的减小,林冠截留量减小,穿透雨量增大,树干茎流量增大.林冠截留量与郁闭度表现出正相关关系,而穿透雨量、树干茎流量都与郁闭度表现出负相关关系.(4)各郁闭度林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量的月动态变化与总降水量的月变化基本一致.     

修正的Gash模型在大兴安岭北部山地樟子松林林冠截留中的适用性

为验证修正的Gash模型在大兴安岭北部山地樟子松林林冠截留中的适用性,基于2011年和2012年的气象、林分和降雨观测数据,利用修正的Gash模型对林冠的截留效应进行了模拟研究。结果表明,研究期内大气降雨总量为493.12 mm,林冠截留总量为122.65 mm,穿透雨总量为368.34 mm,树干茎流总量为2.13 mm。运用模型模拟的穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别为378.07、4.02和111.03 mm,林冠截留模拟值低于实测值11.62 mm,相对误差为9.48%,实测值与模拟值有着较好的一致性,说明修正的Gash模型适用于对大兴安岭山地樟子松林林冠截留的模拟。     

Gash模型对冀北山地人工油松林树干径流特征的模拟

【目的】为了更好地研究冀北地区水文特征,验证Gash模型对该地区树干径流的模拟效果.【方法】通过长期野外样地监测和室内数据处理,对油松人工林林外降雨与林内穿透雨、林冠截留、树干径流进行拟合,运用Gash模型对该林分树干径流进行模拟.【结果】2013年围场油松人工林林内降雨量、树干截留和树干径流分别占降水量的69.75%,26.87%,3.38%,树干径流比例不大.模型对该林分树干径流模拟的整体效果一般,实测值和模拟值分别为0.73mm和0.55mm,相对误差为24.5%.【结论】Gash修正模型基本上能够反映该地区的树干径流实际情况,在该地区具有较好的适用性.     

基于修正的Gash模型模拟小兴安岭原始红松林降雨截留过程

原始红松林是我国小兴安岭地区的顶级植物群落,理解它的降雨截留过程,对区域生态、水文环境具有重要意义.采用定位研究法,于2010-2011年21场降雨数据对原始红松林的降雨截留和分配效应进行系统研究,并结合当地的气象和林分资料,利用修正的Gash模型对小兴安岭原始红松林进行林冠截留模拟.该模型对穿透雨、树干茎流、截留量的模拟值分别为:370.91、16.14、130.07 mm.穿透雨模拟值比实测值低2.28 mm,相对误差1.75％,树干茎流模拟值高于实测值8.12 mm,相对误差50.3％,林冠截留量模拟值比实测值低2.35 mm,相对误差为1.81％.穿透雨和林冠截留量的模拟值和实测值有较好的一致性,树干茎流的模拟值和实测值相差较大.综合结果表明:修正的Gash模型对小兴安岭地区原始红松林降雨截留拟合具有很好的适用性.     

北京密云油松人工林林冠降水截留特征研究

该文对密云水库集水区油松人工林林冠截留的规律进行了研究,尝试用合适的统计模型和概念模型描述单场降雨下林冠截留量与降水量的关系.通过在油松试验地外测定大气降雨量,在林内测定穿透雨量和树干茎流量,得出了在不同降雨量和降雨强度下的林冠截留量.结果显示:以S型曲线作为统计模型能很好地模拟降雨量与截留量的关系;比较简单的概念模型的模拟效果最好,其中的降雨蒸发率α和林冠吸附降雨容量Im的参考数值分别为0.025和3.297 mm;把降雨强度加入半理论模型,可以得出截流量与降雨强度成负相关关系.     

长三角地区马尾松林降雨再分配特征

【目的】为深入研究马尾松林降雨再分配格局,加深对马尾松林水文效应机理的认识,为长三角地区水源涵养林树种的选择以及经营、管理提供理论依据。【方法】对长三角地区冬季、春季、秋季马尾松(Pinus massoniana)林大气降雨量、穿透雨量以及树干径流量进行了定位观测,利用水量平衡方程计算得出林冠截留量。通过相关性分析筛选出影响降雨再分配的主要因子为降雨量和降雨强度,分别分析了降雨量与穿透雨、树干径流、林冠截留之间的关系,降雨强度与3者之间的关系,以及叶面积指数与穿透雨、树干径流之间的关系,建立了降雨量、降雨强度与马尾松林穿透雨量、树干径流量、林冠截留量之间的回归模型。【结果】2012年10月至2013年6月长三角地区马尾松林外降雨累计792.6 mm,研究区以小雨量、低强度的降雨事件为主,马尾松林内累计穿透雨量584 mm,占降雨量比例的73.7%,马尾松林累计树干径流量7.426 mm,占降雨量的0.94%。林冠截留量201.17 mm,占降雨量的25.38%。【结论】马尾松林形成穿透雨的最小雨量为1.18 mm,形成树干径流的最小雨量为4.73 mm。本研究成果为长三角地区马尾松林对降雨再分配功能及影响提供基础数据支撑。     

小陇山林区日本落叶松人工林林冠截留特征

2011年4月—10月7个月在秦岭西段小陇山林区对25年生日本落叶松人工林共33次降水事件的林冠截留特征定位观测,期间,林外大气降水总量为951.30 mm,林冠截留率、树干茎流率、穿透率分别为16.63%、0.86%和82.51%; 不同雨量级分析,穿透降水量和穿透降水率、树干茎流量和树干茎流率、林冠截留量均随着总降水量的增加呈递增趋势,而林冠截留率则随着大气降雨量和林内净降水量的增加呈递减趋势。比较相近雨量下的不同降雨强度林冠截流变化,降雨强度越大林冠截留量和截留率越小,表明持续时间较短强度大降雨,林冠截留量少,截留率亦小; 强度小历时较长的降雨,截留量和截留率都大。当林外降水量> 0.5 mm时才观测到林内穿透雨。树干茎流的变化幅度不大。     

小陇山林区锐齿栎林降雨再分配及矿质元素输入特征

【目的】研究甘肃小陇山林区65 a锐齿栎林的有效降雨分配及其矿质元素输入特征,为科学评价小陇山林区森林生态系统服务功能及水土流失程度提供科学依据.【方法】在固定样地内布设林冠截流观测设施,收集水样进行测定及计算.【结果】观测期林外总降雨量为1 508.22 mm,其中林内穿透雨1 204.40 mm,树干茎流112.09 mm,林冠截留191.73 mm,分别占降雨量的79.86%、7.43%和12.71%.当降雨量<1.8 mm时,林冠截留全部降雨,穿透雨量为0;当降雨量>4 mm时,树干开始产生茎流.通过数学方程拟合,穿透雨量与降雨量呈线性关系,树干茎流量、林冠截留量与降雨量呈幂函数关系.通过对水质进行化学测定得出,锐齿栎林中的矿质元素平均含量排序为:穿透雨>树干茎流>大气降雨,矿质元素不同输入方式中,K元素含量都是最大的.【结论】锐齿栎林分林冠截留直接影响地表径流的产生,减少当地的水土流失;同时林分可富集K、N、Ca等矿质元素,有效补充林分土壤肥力.     

塞罕坝地区华北落叶松人工林对降雨的截留分配效应

2009年5-10月,对河北省塞罕坝地区32 a生华北落叶松人工林的降雨及其林冠截留分配效应进行了观测。结果表明:观测期总降雨量为348.4 mm,林冠截留量、穿透降雨量、树干茎流量分别为79.7、266.7、2.0 mm,分别占同期林外降雨量的22.87%、76.56%、0.57%。降雨较多的7月份,林冠截留量、透流量、树干茎流量均较大,但截留率较小;少雨的8-10月份,林冠截留率较大,透流率、树干茎流率相对较小,风对树干茎流的影响较大。华北落叶松人工林林冠截留量、穿透降雨量随林外降雨量呈幂函数、直线函数增加;林冠截留率、穿透降雨率随林外降雨量呈幂函数递减、对数函数增加;树干茎流量、茎流率随林外降雨量均呈直线函数增加;降雨强度对各分量的影响不明显。     

岷江上游油松人工林对降水的截留分配效应

为了评估人工油松林的水源涵养服务功能 ,选择岷江上游典型的 2 3年生油松人工林 ,定位监测了冠层对 1年中共 136次降水事件的截留分配效应 .观测期降水总量为 80 5 8mm ,林冠截留、茎流和穿透水量分别是 2 97 892、6 7 771和 4 4 0 137mm ,林冠截留率、茎流率、穿透率分别为 36 97%、8 4 1%、5 4 6 2 % .林外降水量大于 0 3mm时才观测到林内穿透雨 ,而大于 2 8mm时 ,才观测到树干茎流 .林冠对降水的截流分配与降水量、降水形态以及林分特征密切相关 .冠层截留量、茎流量和穿透量与降水量均呈显著的线性正相关 ,但冠层截留率与降水量呈对数负相关 ,而茎流率和穿透率呈对数正相关 ;林冠对降雪的截留强于降雨 ,而降雨的穿透量强于降雪 .同一降水事件下树干茎流量随着胸径的增大而增加 .松针自身吸水对降水有一定的截流分配作用 .综合分析表明 ,岷江上游 2 3年生油松人工林较其他油松林林冠对降水有更好的截留率 .     

玉米植株对降雨再分配过程的影响

 【目的】明确成熟期玉米冠层截留降雨的能力。【方法】以研究区域实际降雨强度为基础,采用人工模拟降雨法对成熟期玉米冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量进行了测定。【结果】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%;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呈极显著线性负相关关系。【结论】不同雨强条件下,玉米冠层截留效应不尽一致;玉米冠层和茎秆可以引导一部分冠上雨量,减少直接到达地表降雨的数量,从而影响径流;本研究中建立的雨强和叶面积与冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量之间简洁、实用模型,可为农耕地土壤侵蚀防治提供一定参考依据。     

苏南马尾松林分冠层水文过程对降雨的响应特征

目的探究不同雨量级、雨强下马尾松林冠截留、树干径流、穿透雨变化的特征与联系,为苏南丘陵区马尾松林的可持续经营管理提供科学依据。方法2012年9月到2013年8月,选取34年生马尾松林,使用RG3-M翻斗式自记雨量计、自制树干径流收集装置、集水槽收集降雨、树干径流、穿透雨数据,定位监测马尾松林外降雨、林冠截留量、树干径流、穿透雨,建立并验证Gash模型的适用性。结果（1）降雨主要集中在5—8月,林冠截留量、树干径流量、穿透雨量对降雨量有良好的响应,树干径流率和穿透雨率随着降雨强度和降雨等级的增加呈现上升趋势,截留率呈现下降趋势。（2）马尾松林冠截留率最大值出现在最小雨量（< 1.0 mm）和 < 1.0 mm/h雨强范围内,树干径流率最大值出现在中等雨量（≥ 50 mm）和1.5 ~ 2.0 mm/h雨强范围内,穿透雨量最大值出现在最大雨量级（≥ 50.0 mm）和1.5 ~ 2.0 mm/h雨强范围内,结果显示马尾松林林冠水文过程对降雨有较好的响应,降雨强度是影响马尾松林内水文过程的关键因子。（3）通过Gash模型定量分析降雨再分配规律,经过推导和计算相关参数,得到的模拟值与实测值有较好的一致性。结论马尾松林林冠部分和树干的持水能力分别为1.21、0.1 mm,形成树干径流的最小降雨量为4.86 mm。本研究可以为马尾松林的截留过程提供较明确和科学的参考。      

自然降雨条件下夏玉米冠层截留特征及影响因素

【目的】冠层截留特征和机理研究一直是生态水文的前沿和热点,针对作物冠层截留这一不可忽视的水分通量,以夏玉米为研究对象,研究在自然降雨条件下玉米冠层降雨截留特征和分布规律,分析作物冠层截留量的影响因素,以期更加合理的评价夏玉米对自然降水的水分利用效率,为科学密植、提高旱作农业区作物产量以及防止农耕地土壤侵蚀提供理论依据。【方法】运用水量平衡原理对夏玉米冠层截留量、穿透雨量、茎秆流量及降雨量的田间观测结果进行分析。其中采用玉米行间随机放置承雨槽收集穿透雨,以测量穿透雨量;采用在茎秆基部包裹喇叭口状聚乙烯集水装置收集茎秆流,并在装置底部引出一导管,将收集到的茎秆流转移到另外塑料桶中,以测量茎秆流量;降雨量采用自动气象站实时观测,并采用人工观测进行校正。【结果】夏玉米在不同降雨量级（0.1-4.9,5.0-14.9和15.0-29.9 mm）下,冠层截留量分别为1.1、2.6和13.0 mm,平均值为1.7 mm;冠层截留率分别为12.3%、12.1%、15.3%,平均值为13.3%。通过监测数据,建立了夏玉米冠层截留率与玉米叶面积指数和植株株高的回归方程,相关性显著;分别建立了各气象因子与夏玉米冠层截留量的回归方程,其中降雨历时和水汽压差分别与冠层截留量呈极显著幂函数相关关系;降雨量与冠层截留量呈极显著指数函数相关关系。同时,考虑所有影响因素的综合效应,建立了冠层截留量与影响因素的复合关系模型,相关系数R2=0.946。【结论】本研究中,自然降雨条件下,夏玉米的冠层截留量不可忽略,并且受到多种因素的交互影响,单一因素不能完全解释。夏玉米种植密度、形态指标（株高、叶面积）和气象因子（降雨量、风速、水汽压差、降雨历时）均对夏玉米冠层截留量有影响。建立冠层截留量与多种影响因素的复合关系模型,可为作物的科学密植、提高旱作农业区作物水分利用效率提供更充分理论基础。     

水稻冠层光截获与叶面积和产量的关系

【目的】旨在解析水稻(Oryza sativa L.)冠层光合有效辐射(PAR)截获量及其分布与叶面积和产量的关系。【方法】以2个不同株型水稻品种为材料,设置高、中、低3个施氮水平,构建不同的群体冠层结构,于拔节至成熟期系统测定水稻冠层PAR截获量及其分布、以及叶面积和产量。【结果】水稻群体向上累积叶面积指数的垂直分布呈S型曲线,符合Logistic方程(R20.99);抽穗期、抽穗后17d和成熟期的冠层最大叶面积密度分别出现在0.53、0.56和0.60的相对冠层高度左右;随生育进程的推进,冠层上中部的相对叶面积密度呈递增趋势,而冠层下部的相对叶面积密度呈递减趋势。PAR截获率(FIPAR)与向下累积叶面积指数之间的关系可用方程FIPAR=α×(1-e-K×LAI)来定量描述(R20.86);消光系数K随生育进程的推进而递减,其日变化表现为早晚较高、中午较低。冠层PAR截获量(AIPAR)随生育进程的推进呈多峰分布,最高峰出现在移栽后58-70d,即孕穗至抽穗期,且随施氮量的增加而增大;在典型晴天下,冠层PAR截获量的日变化呈单峰分布,最大值出现在11:00-13:00。【结论】水稻群体叶面积的垂直分布影响冠层光截获;水稻产量与PAR利用率呈正相关,而PAR转化率随PAR截获量的增加呈先增大后减小的趋势,因此维持一定的漏光损失量对水稻高产有利。     

矮化中间砧短枝富士苹果高纺锤树形冠层结构与光能截获的三维模拟

【目的】建立苹果冠层结构的三维虚拟植物模型,为精确、量化评价果树冠层空间结构及光截获提供方法指导,为果树树形选择及优化提供理论依据。【方法】以14年生矮化中间砧高纺锤形富士（西府海棠/M26/礼泉短富）为试材,以田间树体数字化测定为基础,获取枝叶特定形态参数,利用计算机模拟重建三维虚拟植物。借助虚拟植物模型进行虚拟试验,定量研究冠层结构、光截获和果实的空间分布。【结果】确定了树体枝叶间异速生长关系：枝（梢）长度分别与枝（梢）叶片数量和枝（梢）的总叶面积、叶片长度分别与叶柄长度和叶片宽度、叶片长度的平方与叶面积间均呈显著线性关系。结合三维数字化技术与枝叶间异速生长关系,构建了苹果冠层三维虚拟植物模型,结果表明：叶片数量及叶片面积模拟值与实测值间决定系数分别为0.92和0.95,均方根误差分别为1.18和31.5 cm²,相对误差分别为7.15%和5.86%。模型精度可满足冠层结构与光截获评价要求;模型可量化模拟各类枝梢及整体冠层叶面积、体积、光照射叶片面积、冠层或枝（梢）叶片被光线照射到的照射叶面积与总叶面积比值（STAR）、郁闭度、叶面积密度相对方差（ξ）及STAR值的日动态变化。矮化中间砧高纺锤树形枝（梢）主要分布于冠层高度0.5-2.5 m和距树干水平距离20-80 cm空间范围内,占总枝梢叶面积比例74.88%。整体冠层体积、郁闭度分比为4.47 m³、44.62%;营养短枝（梢）、营养长枝（梢）及果台副梢分别占树体体积的69.73%、43.50%和41.26%,三者郁闭度分别为60.77%、54.12%和83.15%,平均STAR值分别为0.10、0.23和0.13;各类枝（梢）STAR值空间分布规律明显,随冠层高度及距树干水平距离增大而逐渐增加。果实主要分布于冠层高度0.5-2.0 m和距树干水平距离20-60 cm空间区域;单位面积产量4.1×10⁴ kg/667 m²;冠层适宜的营养短枝（梢）、营养长枝（梢）、果台副梢叶面积比例为69.70%-73.13%﹕11.25%-15.18%﹕11.16%-14.27%,适宜STAR值分别为0.08、0.14和0.11。整体冠层、营养短枝（梢）和果台副梢的STAR值日变化曲线近似于双峰曲线,营养长枝（梢）STAR值日变化为单峰曲线;各类枝（梢）STAR值皆与果台副梢数量呈显著负相关关系,与果实可溶性固形物、单果重及横径呈显著正相关关系。【结论】三维虚拟植物模型可用于果树冠层结构及光截获的精准量化评价,STAR值可量化评价冠层光截获效率。     

西双版纳不同树龄橡胶林对降雨的再分配特征

为了研究橡胶林的林冠截留特征,选取3个不同树龄阶段的橡胶林(7龄幼龄林、12龄中龄林和32龄老龄林)为研究对象,对穿透雨、树干径流、林冠截留等林冠水文特征开展观测,并分析了林龄、叶面积指数及气象因子对其的影响.结果表明:幼龄林、中龄林和老龄林的年穿透雨量分别为1087.90、846.27、730.55 mm,分别是年降...     

黄土丘陵区中龄至成熟油松人工林的水文效应动态

【目的】研究黄土丘陵区中龄至成熟油松人工林的水文效应动态,为当地森林的经营管理提供理论依据。【方法】通过对陕北黄龙山林区典型油松人工林的长期水文定位观测,以采伐上层乔木后自然恢复的灌草地（以下简称“采伐地”）为对照,研究油松林在中龄林-近熟林-成熟林过程中林冠层对降水的再分配、枯落物层对降水的截留率及其对产流与产沙量和土壤储水量等的影响。【结果】从中龄林到成熟林,油松林冠年截留率由17.0%增加到29.7%,其年平均截留率为采伐地灌草层的5倍左右;油松林树干年茎流率平均为2.8%,且与林龄、年降水量关系不明显;油松林枯落物层对降水的年截留率约为9.7%,随林龄变化保持稳定,且与采伐地差异不显著;油松林地多年平均径流深和产沙量分别为1.76 mm/年和1.11 t/(km²·年),采伐地较油松林地分别高出10.4%和100%;油松林地0～300 cm土层年均土壤储水量为420.1 mm,较采伐地减少139.2 mm,且随林龄增加以1.8 mm/年的速率下降。【结论】油松人工林由中龄林到成熟林的发育过程中,冠层截留降水能力显著增加,年径流深、土壤储水量呈微弱下降趋势,而枯落物层截留率、林地产沙量等则无明显变化;油松林显示出强大的水土保持功能,采伐上层乔木保留地被物层不会导致严重的水土流失;通过合理间伐,可以减轻林地径流深和土壤储水量逐渐减少的不利影响,改善林地水文状况。     

南方水土流失区马尾松林降雨截留再分配特征与修正的Gash模型模拟

以我国南方典型水土流失区福建省长汀县河田镇马尾松林为研究对象,观测2018年5-11月降雨情况,分析马尾松林降雨截留再分配特征,以修正的Gash模型模拟林冠截留、树干茎流、穿透雨。结果表明,观测期间研究区共发生90次降雨,累计林外降雨量1 191.0 mm、穿透雨1 017.7 mm、树干茎流15.4 mm、林冠截留156.9 mm,且以低强度、小雨级降雨事件为主。林外降雨量与穿透雨、树干茎流呈线性正相关,与林冠截留呈对数关系。以修正的Gash模型模拟林冠截留量、树干茎流量、穿透雨量的均方根误差（RMSE）分别为1.38、0.15、1.34 mm,估测精度（RM）分别为84.53%、78.46%、98.04%。在-50%~50%变化范围内分析修正的Gash模型参数敏感性,模型参数敏感性顺序为平均降雨强度（R）>郁闭度（c）>林冠饱和下平均蒸发速率（E）>树干持水能力（S_t）>树干茎流系数（P_t）>林冠持水能力（S）。