内蒙古大青山主要林分类型水源涵养能力研究

本文对研究区的油松人工林和天然白桦次生林不同林龄的林冠截留量、枯落物持水量及土壤层的持水量进行了观测,并通过SAS数据处理软件对观测数据进行了分析。建立了自然降雨与林冠截留的回归方程,不同分解程度枯落物持水比率及持水速率的表达式,并对不同林分类型土壤持水量进行多重比较分析,结果显示油松人工林和天然白桦次生林的幼龄林、中龄林、成熟林土壤持水量依次增大并随着土层深度的增大持水能力呈下降趋势,天然白桦次生林的土壤持水量高于人工油松林。     

华北土石山区油松人工林耗水分配规律

通过野外和室内试验相结合,对华北土石山区油松人工林耗水分配规律进行研究。结果表明:林分总耗水主要包括3个方面:林冠截留蒸发、植物蒸腾耗水和土壤物理蒸发耗水。油松林地总耗水为516.52mm,其中林冠截留占总耗水量的25.63%,土壤蒸发占22.15%,植物蒸腾耗水占52.22%,三者比例为1:0.86:2.04。油松平均林冠截留率为25.4%,平均透流率为64.4%,平均干流率为0.55%,干流雨、林内降雨和林外降雨有很好的线性关系。油松林枯落物最大持水量为1.5mm、枯落物年截水量为48.7mm,占总降雨的10.42%。油松林林内土壤水分蒸发为114.41mm,林外蒸发为197.70mm。油松林生长季林木蒸腾耗水量为269.74mm,6、8月出现两个峰值。     

林分密度对枯落物层持水特性的影响

【目的】探讨林分密度对枯落物层持水特性的影响。【方法】以燕山山地不同林分密度(650(40年生),1 400(35年生),1 850(38年生)株/hm²)的油松人工林为研究对象,在其下设置标准地,测定枯落物层厚度和蓄积量,并将枯落物带回,采用室内浸泡法测定不同林分密度下枯落物层的持水特性。【结果】3种密度油松人工林枯落物层蓄积量为26.62～49.79 t/hm²;在林龄相差不大的情况下,650,1 400和1 850株/hm²油松人工林枯落物层蓄积量与林分密度呈现正相关关系。油松人工林枯落物层自然含水量随林分密度变化不明显,在50%左右;3种密度林分的饱和持水率无明显的规律性。枯落物层持水量与浸水时间呈对数关系;吸水速率与浸水时间呈幂函数关系。枯落物层对降雨的拦蓄能力与其林分密度呈正相关关系。【结论】对于林龄接近、立地条件相似的油松人工林而言,密度越大,其林下枯落物总蓄积量越大,枯落物层对于降雨的拦蓄作用也越强。     

晋西黄土丘陵沟壑区主要人工林枯落物水文特性研究

【目的】研究晋西黄土丘陵沟壑区白榆、侧柏、油松3个主要树种人工林林下枯落物的水文特性。【方法】在山西省吕梁地区方山县峪口镇土桥沟流域,以白榆、侧柏、油松3个主要树种人工林为研究对象,在每个林分标准样地内选取3个枯落物样方(30cm×30cm)采集枯落物,进行浸泡试验和烘干试验,分别测定不同林分枯落物的总蓄积量、吸水速率、持水量和失水速率等特性指标。【结果】3个树种人工林枯落物总蓄积量由大到小依次为侧柏林(40.44t/hm2)油松林(21.33t/hm2)白榆林(6.82t/hm2),枯落物吸水速率由大到小依次是白榆林油松林侧柏林;枯落物最大持水量为白榆林(32.24t/hm2)侧柏林(30.72t/hm2)油松林(28.83t/hm2),失水速率由高到低依次为侧柏林油松林白榆林。【结论】白榆林林地枯落物在储存水分以及增强林木对水分利用等方面较油松林和侧柏林具有优势,在增加土壤水分、涵养水源、防止水土流失等方面都有很好的生态效应。     

宝天曼自然保护区不同林龄锐齿栎林枯落物层水文特性

对宝天曼自然保护区不同林龄锐齿栎林下枯落物层蓄积量、自然含水量和持水过程进行了研究.枯落物蓄积量幼龄林、中龄林、成熟林分别为14.61,15.60,13.99 t·hm-2;不同林龄枯落物中占比重最大的均是叶,其次是枝;各林龄林分枯落物最大持水量均是未分解层小于半分解层,未分解层最大持水率是200％ ～ 219％,半分解层最大持水率是216％ ～ 279％;3种林龄林分枯落物层最大持水量排序为中龄林＞幼龄林＞成熟林;3种林龄枯落物层有效拦蓄深分别为2.50,2.83,2.21 mm.     

黄土高原森林带人工油松林水土保持作用

采用长期定位观测方法,建立标准人工径流小区,观测了3种处理人工油松林地及对照农地的径流量和产沙量。结果表明:(1)农地14 a平均土壤侵蚀量分别为自然油松林、采伐上层乔木林地、去枯落物地的908、97、58倍;(2)农地14 a平均含沙量分别为自然油松林地、去枯落物地和采伐上层乔木林地的81、35和46倍;(3)自然油松林和采伐上层乔木林地年产流量分别为农地的13.7%和12.2%;(4)综合分析对于不同类型、农地的径流与降雨量、含沙量与降雨强度均存在显著的相关关系。土壤侵蚀量与各降雨因子的相关性与含沙量的相似。     

黄土高原子午岭不同发育阶段油松人工林土壤理化性质的变化

【目的】揭示子午岭林区不同发育阶段油松人工林土壤理化性质的变化规律,为该地区油松人工林的地力维护提供理论依据。【方法】采用典型样地调查方法,在甘肃省正宁县中湾林场,以荒坡为对照,测定不同发育阶段(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林)油松人工林土壤的物理性质和主要养分含量,并对各指标进行相关性分析。【结果】在油松人工林不同发育阶段,土壤含水量变化不明显;成熟林阶段土壤体积质量和孔隙度明显优于荒坡和其余各发育阶段林地;随林龄的增长,土壤有机质、全氮含量呈上升趋势,土壤pH逐渐下降,速效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮呈波动变化;相关性分析发现,土壤有机质、全氮和pH之间均存在相关性,其中有机质与全氮极显著正相关,pH与有机质、全氮显著负相关。【结论】从土壤持续发育的过程来看,在黄土高原子午岭林区营造油松人工林可以使林地土壤的理化性质得到持续改善,土壤养分进一步增加。     

北京西山典型人工林分枯落物层生态水文效应

  目的  为定量评价北京西山森林枯落物层的生态水文效应,从枯落物储量、厚度、持水能力、截留能力等方面量化枯落物层的生态水文过程。  方法  于2020—2021年,选择海拔、坡度、坡向、坡位、林龄、密度等均大致接近的4种典型人工林分（油松、栓皮栎、侧柏、元宝枫）为研究对象。通过野外样地实测以及室内浸泡试验、室内人工模拟降雨试验分析各类型枯落物层的结构及生态水文特征,实现典型人工林分枯落物层生态水文效应的量化表达。  结果  （1）枯落物层储量范围为2.12 ~ 8.27 t/hm2,厚度范围为2.09 ~ 8.69 cm,均表现为栓皮栎枯落物最大,侧柏枯落物最小。（2）各类型枯落物不分层总最大持水量为栓皮栎（21.20 t/hm2）,元宝枫（17.30 t/hm2）,油松（5.32 t/hm2）,侧柏（3.88 t/hm2）。针阔叶枯落物最大持水能力不同且差异显著（P < 0.05）。（3）针叶枯落物最大截留量均值为2.43 mm,阔叶枯落物最大截留量均值为3.25 mm;针叶枯落物最小截留量均值为2.26 mm,阔叶枯落物最小截留量均值为2.99 mm。各类型枯落物层最大截留量和最小截留量均随降雨强度增加而增加,但针阔叶枯落物之间截留能力存在显著差异（P < 0.05）。（4）随着降雨强度的逐步增大,各类型枯落物1 h持水量在相应的最大截留量和最小截留量中所占的比例均逐步减小。  结论  北京西山4种典型人工林分中,栓皮栎林下枯落物层截留能力最大,侧柏最小,阔叶林整体要大于针叶林。因此建议研究区合理优化树种组成和林分结构配置,兼顾防治土壤侵蚀和林分湿润,减少无效蒸腾,从而实现生态水文功能的整体提高。      

燕山山地典型森林枯落物持水特性

【目的】探讨不同森林类型枯落物持水特性的差异。【方法】以燕山山地典型天然次生林、华北落叶松人工林和油松人工林作为研究对象,在林下设置标准地,测定枯落物厚度和蓄积量,通过室内浸泡法测定持水特性。【结果】枯落物有效拦蓄量、最大拦蓄量和蓄积量的顺序一致:华北落叶松人工林>典型天然次生林>油松人工林;自然含水量和饱和持水率:典型天然次生林>华北落叶松人工林>油松人工林;枯落物持水量与浸水时间呈对数关系,吸水速率与浸水时间呈幂函数关系。【结论】森林枯落物层发挥水文功能由持水能力与蓄积量共同决定,在森林经营过程中应充分考虑到包括树种组成和搭配、林分密度等诸因子的影响。     

太行山中山石灰岩区人工油松林水土保持功能的研究

文中对人工油松林地土壤理化性质，林冠截留，枯落物持水、土壤入渗、地表径流、土壤侵蚀等几方面比较系统地进行了研究。结果表明，油松林具有显著的水土保持功能；水土保持功能受林龄和林分结构的影响。林龄越大，水土保持功能越显著；混交林的水土保持功能高于纯林。同时对与水土保持功能密切相关的生物量进行了计算，建立了总生物量和各器官生物量的回归方程。     

北京密云油松人工林林冠截留模拟

【目的】探讨北京密云水库集水区油松人工林的生态水文过程和影响机理。【方法】基于2006-05-10的21场降雨和气象及林分结构资料,用修正的Gash林冠截留模型对油松人工林林冠截留量进行模拟。【结果】北京密云油松人工林林冠截留量、树干茎流量和穿透雨量的模拟值分别为57.33,1.03和229.51 mm,林冠截留量和树干茎流量的模拟值分别比实测值减小12.6和0.39 mm,相对误差分别为18.02%和27.46%,穿透雨量模拟值高于实测值13.17 mm,相对误差为6.09%;累计林冠截留量模拟值小于实测值,累计林冠截留量相对误差最小值为6%,最大值为32.64%,相对误差在20%～30%的占76.2%,平均累计林冠截留相对误差为25.2%。【结论】模型可以较好地模拟北京密云油松人工林的累计林冠截留量,但模型在本试验区域油松林中应用时,模拟出的累计林冠截留量应加上25.2%的实测林冠截留量值加以校正。     

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。     

川西亚高山典型森林生态系统截留水文效应

截留是水文循环的一个重要过程,水文功能是森林生态系统功能的重要方面,林冠和枯落物截留实现对大气降水的二次分配过程.为深入认识生态系统截留的水文效应,采用野外观测和人工降雨模拟试验相结合的方法,研究了2008年和2009年5-10月贡嘎山亚高山峨眉冷杉中龄林、峨眉冷杉成熟林和针阔混交林的冠层枯落物截留能力.结果表明,峨眉冷杉中龄林2008年林冠截留率为20.9％,针阔混交林2008年和2009年林冠截留率分别为23.0％和23.6％,林冠截留率的年际间变化不大,林冠截留主要受到降雨特征影响.3种林型枯落物饱和持水能力分别为5.1、5.1和5.7 mm,显著高于林冠的饱和持水能力,但由于冠层的截留蒸发速率较高,林冠截留蒸发仍是生态系统截留蒸发的主要组成部分.     

滇中不同群落结构云南松林的水文作用

研究结果表明,在3类不同群落结构的云南松林中,调节和涵养水分、保持水土的能力均以复层林最好,禾草一云南松林居中,疏林最差;林冠截留率分别为13.4％,9.3％和7.9％;地表枯枝落叶层的最大持水量分别为65.8t/ha,46.6t/ha和6.7t/ha;年平均冲刷量分别为0.015t/ha,0.088t/ha和0.452t/ha,径流深分别为4.32mm,15.59mm和85.57mm;径流系数分别为0.60％,2.16％和11.85％。此外,长期受人为干扰、结构简单的疏林地土壤含水量及表土层中有机质、全N、速效态P、K元素含量都明显地低于其它两类林地。本文最后提出,为了提高森林水文效益,一方面要营造具有多层结构的云南松针阔混交林,另一方面也要注意保护林下地被植物和枯枝落叶。     

大青山不同植被下的地表径流和土壤侵蚀

该文以内蒙古大青山6种植被为对象,在不考虑林冠层作用的条件下,于2006—2007年用人工降雨方法,以地表径流和土壤侵蚀为指标,研究不同植被条件下地表的产流产沙状况,并就降雨因子、坡度、凋落物、地被物、土壤等因子与产流产沙的相关性进行探讨,以期为大青山生态环境建设和植被恢复与保护提供依据。结果表明:①４种林地间凋落物特性和土壤物理特性差别较大,白桦山杨林的减流减沙功能最好,落叶松林次之,油松林最差;② 6种植被的水土保持功能不同,差别较大,产沙量大小依次为油松林＞未封育荒草坡地＞落叶松林＞虎榛子林＞已封育荒草坡地＞白桦山杨林,油松林的产沙量是白桦山杨林的218倍;③ 坡度、降雨强度和降雨量对产流产沙影响较大,随坡度、降雨强度和降雨量的增大而增加;④ 降雨季节不同,产流量也不同,主要取决于活地被物层干燥度和凋落物层自然含水率;⑤对于荒草坡地,产流量与坡度和降雨量相关性较大,产沙量与径流量和降雨量相关性较大;对于森林植被,产流量与凋落物厚度和降雨量相关性较大,产沙量与径流量和凋落物厚度相关性较大。      

不同坡向油松人工林建群种种群结构及群落特征分析

【目的】阐明黄土高原森林区不同坡向对油松人工林建群种种群结构及群落特征的影响,为黄土高原地区油松人工林天然化发育的生境选择及合理经营提供依据。【方法】选择黄龙山生长于阴坡、阳坡的油松人工林,于造林后10,30（间伐1次）和45年（间伐2次）对其建群种的种群结构、幼苗更新、物种多样性、土壤养分特征进行调查和综合比较分析。【结果】10年生油松人工林种群在阴坡、阳坡样地上的种群结构、幼苗更新和群落特征没有明显差异;经过1次间伐的30年生油松人工林,阴坡林木的生长量、物种多样性及土壤养分速效P、硝态N、铵态N含量显著高于阳坡;经过2次间伐的45年生油松人工林,其在阴坡、阳坡的平均胸径差异不显著,但阴坡有少量较大胸径的林木,且林木平均高度、油松幼苗更新数量、土壤养分、灌木物种的丰富度及多样性指数均显著高于阳坡。【结论】从持续发育角度看,黄龙山林区阴坡和阳坡均适合油松人工林培育,阴坡优于阳坡。及时抚育可以促进油松人工林的持续发育。     

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。     

几种保护措施对红壤坡地水文过程及干旱的影响

【目的】中国亚热带红壤坡地的农业生产受水蚀与季节性干旱双重影响,水蚀与季节性干旱之间的水文联系仍然不明确。本研究探索农田常用保护措施如何影响红壤坡地的雨旱季水文过程和土壤-作物水分胁迫,为更有针对性地选择农田管理措施提供依据。【方法】 2008-2010年在湖北咸宁第四纪红色粘土母质发育的红壤8°坡地上开展大田试验,设置无保护措施或对照（CK）、牧草带（GS）、地表施用聚丙烯酰胺（PAM）、地表覆盖稻草（SM）4种处理,第一年和后两年分别以花生（白沙1018）和玉米（登海3632）为供试作物,研究不同处理的地表产流和产沙、土壤储水、土壤-作物干旱、作物产量。【结果】当降雨量相近时,降雨强度越大产流、产沙量一般也越大;总体上,产流、产沙量均为CK＞PAM＞GS＞SM,4种处理的水蚀程度依次降低;与CK比较,3种保护措施平均减少产流量36.6%,减少产沙量52.7%,减少产沙量的作用更明显。0-45 cm土壤储水量动态变化在雨旱季的特征明显不同。总体上,土壤储水量在雨季呈升高趋势,在旱季呈下降趋势;处理间差异随降雨持续而减小,随无雨期延长而增大。雨旱季土壤储水量最高的和波动变化最小的均为SM处理,其次是PAM处理,GS和CK处理的土壤储水量最接近。旱季持续干旱阶段,0-15 cm土壤干旱程度D值随土壤干旱的持续逐渐增大;两年D值均为CK＞GS＞PAM＞SM,4种处理的土壤干旱程度依次减小。受气候、作物生长期及保护措施的共同影响,作物胁迫积温SDD值的增加过程及处理间差异的变化都表现出明显的阶段性,整个旱季的SDD值均为CK＞GS＞SM和PAM,4种处理的作物水分胁迫依次减小。作物产量是SM和PAM＞GS和CK。与CK比较,GS、PAM、SM 3种处理分别使2008年的花生增产19.3%、33.0%、27.3%;对于2009年的玉米产量,GS处理减产0.5%,PAM、SM处理分别增产17.1%和36.3%。不同保护措施对干旱的影响不同,GS因自身耗水而不能明显缓解土壤-作物干旱;PAM主要通过减少蒸散发来减轻土壤-作物干旱;SM明显增加土壤雨季储水和减少旱季土壤水分耗失,因此有效缓解土壤-作物干旱。【结论】GS、PAM、SM 3种农田保护措施在红壤坡地上都能够阻控水蚀和缓解季节性干旱,但作用途径、特点、程度不同,雨季减少产流量和增加土壤储水量的作用有限,增加雨季土壤储水的作用小于其减轻旱季土壤-作物水分胁迫的作用。     

元谋干热河谷新银合欢林对降水截流的效应

将元谋干热河谷新银合欢林对降雨的再分配过程分成了林冠截流、枯落物截流、土壤截流和地表径流4个层次,对其降水截流效应进行了研究。结果表明:林冠最大截流量为8.1 mm,平均截流量为4.5 mm,最大截流率为56.1%,平均截流率为32.6%,当降雨量大于20 mm时,截流率随着降雨量的增大而迅速下降。林内枯落物最大持水量为8.14~20.33 mm,平均为12.52 mm,为干重的2倍以上,枯落物截流降雨150.2 mm,占降雨收入的24.48%。土壤最大蓄水量可达219.9 mm,裸地为182.6 mm,土壤截流为219.9mm,占降雨收入的35.82%。新银合欢林地表径流为43.4 mm,占降雨收入的7.07%,而裸地对照区的地表径流为413.2 mm,占降雨收入的70.3%。人工林群落的地表径流比裸地低63.19%。通过林地的层层截流,有效地降低了土壤侵蚀,具有较好的水文效应。