三峡库区马尾松林穿透雨和树干茎流空间变异特征

【目的】探讨马尾松林下穿透雨和树干茎流空间分布特征及其影响因素,为准确量化马尾松林下降水分配过程以及水源涵养功能评价提供科学依据。【方法】2017年5—9月,在1个马尾松林下布设16个截面面积为3 000 cm~2的雨量收集器来观测穿透雨,选择27株马尾松标准木研究树干茎流的空间变异特征,应用Pearson相关分析研究冠层结构参数与穿透雨、树干茎流之间的关系,并用Monte Carlo抽样方法确定在一定误差范围内估测穿透雨所需雨量收集器的数量。【结果】研究期间林外总降雨量1 008. 4 mm,林下总穿透雨量和树干茎流量分别为829. 8和14. 4 mm,各占总降雨量的82. 3%和1. 4%;树干茎流量和茎流率均随降雨量的增加而增加,但茎流量变异系数随着降雨量增加而减小,且茎流量变异系数达到60%后趋于稳定,树干茎流量与树木的冠幅面积和胸径呈显著正相关(P0. 01);穿透雨率随降雨量增加而增加,穿透雨率达到87%后趋于稳定,用"S"曲线函数可较好地拟合穿透雨率与降雨量的关系(P0. 01);在测定样地中,穿透雨量存在较大的空间异质性,其变异系数随降雨量增加先显著降低而后稳定,两者用倒数函数拟合效果较好(P0. 01);冠层结构是影响穿透雨量空间变异的主要影响因子,但其作用因降雨量的大小而不同;叶面积指数、冠层厚度、测点距树干的距离以及冠层覆盖度均能影响穿透雨的空间分布,其中以叶面积指数对穿透雨量的影响最大;不同雨量级在相同置信区间达到相同的误差水平,所用穿透雨收集器数量不同,随着雨量级增大,用较少雨量收集器就可以达到相同的误差水平,当雨量级在0～10mm时,所用穿透雨收集器数量最多,即95%置信区间下,5%误差范围内,所需最少的穿透雨收集器数量为13个;雨量级在大于40 mm时,达到相同误差水平所用集水槽数量最少,即95%置信区间下,测的穿透雨值在5%误差范围内,所需最少的穿透雨收集器数量为6个。【结论】马尾松林下穿透雨量和树干茎流量空间变异特征同时受降雨特征和冠层结构特征的影响,且穿透雨量和树干茎流量的空间异质性均随着降雨量增大而减小,而后趋于稳定,但树干茎流量的空间变异系数稳定值大于穿透雨,冠层结构决定了林内穿透雨量空间分布的总格局,其中以叶面积指数与穿透雨率相关性最强,而胸径对树干茎流量的影响最为显著;本研究在参考降雨量级0～10 mm时,在95%或90%的置信区间下,若将穿透雨数值控制在5%误差范围内,在50 m×50 m样地内至少需布设13或11个3 000 cm~2收集器。     

三峡库区不同类型马尾松林枯落物层持水特性比较

为了研究三峡库区不同林分类型马尾松林的枯落物持水性能,采用野外调查和室内浸泡法,对马尾松纯林(Ⅰ)、马尾松+香椿混交林(Ⅱ)、马尾松+檫木混交林(Ⅲ)、马尾松+盐肤木混交林(Ⅳ)、马尾松+槲栎+檫木混交林(Ⅴ)、马尾松+光皮桦混交林(Ⅵ)、马尾松+木姜子混交林(Ⅶ)7种马尾松林分类型枯落物持水特性进行了研究。结果表明:三峡库区不同林分类型马尾松林枯落物储蓄量为5.39~11.77t/hm~2,枯落物总厚度变化范围为2.14~3.73cm,枯落物总蓄积量排列顺序为ⅢⅣⅥⅡⅤⅠⅦ,最大持水量变化范围为11.94~23.42t/hm~2,最大持水率变化范围为198.53%~266.17%,7种类型马尾松林枯落物有效拦蓄量范围为8.34~15.90t/hm~2,有效拦蓄率范围为135.79%~195.81%,不同类型马尾松林枯落物有效拦蓄量排序与最大持水量排序相一致,均表现为ⅢⅤⅣⅠⅡⅥⅦ。而枯落物有效拦蓄率排序除了类型Ⅶ和类型Ⅱ,其他类型大小顺序与最大持水率保持一致。7种类型马尾松林枯落物持水量随着浸泡时间延长呈对数形式增加,浸泡5min时,不同林分类型枯落物吸水速率最大,浸泡1h后,不同层次枯落物吸水速率均呈现缓慢下降。吸水速率V与浸泡时间t以幂函数拟合效果较好,吸水速率随着浸泡时间延长以幂函数形式降低。     

马尾松林分结构对枯落物层和土壤层水文效应的影响

[目的 ]通过监测不同林分结构马尾松林枯落物层和土壤层的水文效应,探究影响其效应的主要结构因子及相关关系,为马尾松林抚育经营管理提供参数。[方法 ]在三峡库区九岭头林场选取9块马尾松林样地,调查其林分结构参数,即叶面积指数、胸径、冠幅、角尺度、Margltf丰富度指数及林木竞争指数等,分别采用室内浸泡法和环刀法对枯落物层和土壤层持水特性进行定量研究,运用Pearson相关分析、主成分分析、冗余分析等方法分析林分结构对枯落物层和土壤层水文效应的影响及其相互关系。[结果 ]林木竞争指数、叶面积指数、林分密度与土壤最大持水量和枯落物层总有效蓄水量呈显著正相关(P0.05),Margltf丰富度指数与土壤最大持水量呈显著正相关,而与枯落物层总有效持水量不相关。林分结构的变量组合分别解释了马尾松林枯落物层和土壤层水文效应的54.06%和61.80%。[结论 ]林分结构与枯落物层和土壤层水文效应密切相关,即林木竞争力越强,林木生长状况越好,林分蓄积量越多,枯落物层和土壤层的水文效应越好。     

土壤温度和水分变化对川西云杉幼苗氮和磷含量的影响

【目的】研究不同梯度的土壤温度和水分对川西云杉幼苗生长性状和各器官氮和磷含量的影响,以期为全球气候变暖背景下解释川西云杉树线形成的原因提供参考和数据积累。【方法】以5年生川西云杉幼苗为试验材料,采用人工气候室结合嵌套设计,设置5个土壤温度梯度(2、7、12、17、22℃)和3个土壤水分梯度(干旱处理、正常水分含量处理、饱和水分含量处理)。每处理9株幼苗,共135株幼苗。实验处理4个月后,测定并比较分析不同梯度的土壤温度和水分对幼苗的生长性状、各器官干物质含量、各器官全氮、全磷浓度和含量以及土壤全氮和全磷浓度的影响。【结果】土壤温度处理对幼苗基径和株高生长量均无显著影响,而土壤水分处理对幼苗株高生长量有显著影响;在2℃和7℃土壤温度干旱处理下显著降低了幼苗的株高生长量,但随着土壤温度的升高其影响效应不显著。土壤温度处理对土壤氮和磷浓度无显著影响,而干旱处理显著升高了土壤氮和磷浓度。川西云杉幼苗各器官的氮和磷浓度以及当年生叶氮含量随土壤温度降低显著降低;干旱和饱和水分处理显著降低了当年生叶和当年生枝的氮浓度,饱和水分处理显著降低了当年生叶的磷浓度,干旱处理显著降低了当年生枝、茎和根的磷浓度,干旱和饱和水分处理显著降低了当年生叶和根的氮和磷含量,且随着土壤温度升高影响效应更显著。【结论】在短期内,土壤低温对川西云杉幼苗的生长性状没有明显的制约作用,但对川西云杉幼苗各器官的氮和磷浓度及含量影响显著,尤其是当年生叶和根的氮和磷浓度及含量。在川西地区,低温、干旱等极端气候胁迫导致的云杉幼苗氮、磷含量的不足很可能是限制川西云杉垂直分布的重要因素。此外,土壤温度和水分处理存在显著的交互作用,随着土壤温度的降低,水分胁迫对幼苗各器官氮和磷含量的影响由显著变得不再显著,说明随着海拔升高,与水分因子相比,土壤低温成为造成云杉各器官营养元素亏缺的主导因子。