森林植被对农业生态环境的调控机理评述

森林植被的不断减少使区域农业生态环境出现了持续恶化的趋势。森林植被通过对生态水文过程的调控、防止土壤侵蚀的发生及养分的流失来影响区域农业生态环境,并且在不同的农林景观格局的配置表现出不同的环境效应和尺度效应。我国在森林植被与生态环境研究方面取得了一些重要进展,但还存在着研究尺度偏小、综合研究较少及缺少结合林业工程技术要求的应用理论研究等不足。针对研究中存在的问题,提出了森林植被调控农业生态环境研究应解决的四个关键性科学问题及研究技术途径。     

油松、刺槐单木与林分水平耗水量的尺度转换

该文在单木液流测定的基础上 ,采用边材面积作为纯量 ,对京北山区水源保护林的主要树种油松、刺槐林进行由单木到林分耗水的推算 .结果发现 ,两树种边材面积与胸径之间均存在较高的相关性 ,两者之间的关系可以用幂模型得到很好的拟合 .通过实测标准地的胸径分布 ,可以推算出林地边材面积的分布 .利用热脉冲技术测定单木液流通量 ,实时推算林分的实际耗水量     

油松、刺槐林潜在耗水量的预测及其与造林密度的关系

在大面积林分调查的基础上 ,构建边材生长模型和分布模型 ,并通过潜在液流通量Qp 预测模型完成了林分水平耗水在时间上的尺度放大 ,即预测林分的潜在耗水量Ep.结果表明 ,现存油松林地 (2 1年生 )潜在耗水能力Ep 大于刺槐林地 (9年生 ) ,10a后 (油松 31年生 ,刺槐 19年生 )二者接近 .若按相近龄级比较 (刺槐 19年生 ,油松 2 1年生 ) ,刺槐林地耗水能力大于油松林 .对不同造林密度的油松、刺槐林中短期耗水预测表明 ,在试验区的水文条件下 ,如果造林密度高于 15 0 0株 hm2 ,油松林一般都会在 2 0～ 30a内遭受水分胁迫问题而延缓生长 ,刺槐林则在 10～ 2 0a之内受到林地供水不足的胁迫 ;密度越高 ,水分供给不足问题出现越早 .通过实验分析 ,提出了 75 0株 hm2 的理论造林密度     

基于地形校正的山区蒸散时空格局模拟

利用实测气象数据采用Thornthwaite模型对岷江上游区域蒸散时空格局进行了模拟,同时引入山区日照时数算法对模型进行校正以提高模拟精度。结果表明.校正后的Thornthwaite模型模拟误差在0.13%～20.72%之间,与未校正结果0.72%～46.72%的误差相比有显著降低,误差平均降低5%左右。研究表明,近30年来,研究区域多年蒸散呈现先上升后下降的趋势。1970s初期生长季蒸散量为307.11 mm;而1980s中期上升为315.84 mm,上升8.73 mm,相当于1970s初期生长季蒸散量的2.8%。1980s中期岷江上游蒸散上升到峰值,之后开始逐步下降。到1990s末期岷江上游生长季蒸散下降为305.72 mm,与1980s中期相比下降10.12 mm,为1980s中期生长季蒸散的3.2%。     

川滇高山栎幼树叶片反射光谱对不同程度水分胁迫的响应

利用反射光谱探测植物的生理生态活动是定量遥感新的发展方向。通过盆栽川滇高山栎幼树,控制其植物水分胁迫程度,分别测定不同水分胁迫条件下川滇高山栎的光谱响应曲线和叶片水分指标的各自变化,并从光谱曲线中提取对水分敏感的光谱指数,分析高山栎水分胁迫下的高光谱特征的响应特点以及与光谱指数之间的关系。结果表明:在水分胁迫下川滇高山栎的光谱曲线可见光区(VIS)和近红外区(NIR)均呈现明显的趋势性变化;不同水分处理下归一化植被指数NDVI分别与相对含水量(RWC)、等效水厚度(EWT)均呈显著正相关关系,水分反射指数(WI)与含水量指标RWC、EWT分别均呈显著正相关关系,表明NDVI与WI光谱指数能够很好地预测川滇高山栎叶片水分的变化,而光化学反射指数PRI在预测水分含量方面的有效性受胁迫强度的影响,与水分指标的关系并不稳定。通过水分胁迫后以及随后进行的复水试验,川滇高山栎光谱指数的时间序列清晰显示了先下降后上升的变化特征,并且当叶片水分胁迫达到第42天时,叶片相对含水量达到最低值0.31,此时NDVI、WI、PRI分别达到最低临界值0.71、0.98、-0.15,需要立即复水,否则川滇高山栎幼树光合等生理特征无法恢复。通过比较研究在不同水分胁迫下,与川滇高山栎水分变化状况敏感的光谱指数,可为基于高光谱遥感技术监测植被水分状况提供参考。     

川西亚高山森林不同恢复阶段生长季蒸腾特征

【目的】定量揭示我国川西亚高山地区不同恢复阶段森林的蒸腾耗水特征,为当地森林恢复树种选择、水源涵养功能提升与低效林改造等提供科学参考。【方法】选择川西亚高山地区植被恢复系列中无论是林龄、类型还是面积都具有典型代表性的岷江冷杉老龄原始林、红桦次生林和粗枝云杉人工林作为研究对象,利用热扩散技术监测生长季树木蒸腾量;利用林分边材面积进行尺度上推,估算林分冠层蒸腾耗水量。基于机器学习技术(随机森林回归算法)估算整个生长季(5—10月)的林分冠层蒸腾耗水量。【结果】各森林类型平均日冠层蒸腾量表现为粗枝云杉林红桦林岷江冷杉林;在整个生长季观测到的粗枝云杉林、红桦林和岷江冷杉林日最大冠层蒸腾量分别为3. 17、2. 08和1. 69 mm;基于多气象因素,随机森林回归算法可有效估算森林蒸腾耗水量;整个生长季的林分冠层蒸腾总量估算结果表现为粗枝云杉林(314. 1 mm)红桦林(199. 3 mm)岷江冷杉林(125. 5 mm)。【结论】处在演替早期的红桦次生林冠层蒸腾耗水量明显高于处于演替晚期的岷江冷杉原始林;人工林蒸腾耗水量明显高于天然林(岷江冷杉原始林和红桦次生林),因此可将森林蒸腾耗水特征作为研究区森林恢复度的评价指标。该区大量营造的粗枝云杉人工林已步入中龄林阶段,高蒸腾特征可能会对流域产水量构成压力,建议进行抚育性结构调整。通过综合分析多项研究结果,本文提出一个"森林水分利用生态演替"假说:伴随着亚高山森林植被自然恢复进程(正向演替),林地蒸腾耗水量趋于减少,地带性演替顶级群落亚高山暗针叶林具有最低蒸腾耗水特征。这个假说可作为川西亚高山区区域水文平衡维持和植被结构调整的参照体系。     

栓皮栎水源林林木耗水尺度扩展方法研究

北京是一个严重缺水的城市 ,年均可供利用的水资源总量为 4 0 0亿～ 4 2 0亿m3 ,人均 35 0m3 ,为世界平均水平的 1 3,为全国的 1 7。水资源短缺已经成为制约北京城市发展和社会事业进步的主要因子。北京市辖区内现有各类林业用地约 90万hm2 ,其中以水源保护林为主的有林地 4 6万hm2 ,主要树种为栎类(Qurcus)、油松 (Pinustabulaeformis)、刺槐 (Robiniapseudoacacia)、山杨 (Populusdavidiana)、侧柏 (Platycladusorientalis)等 ,对涵养和保护北京市水资源发挥着巨大作用。袁嘉祖 (1999)利用线性规划方法 ,按照国民经济发展对水资源合理分…     

川西亚高山暗针叶林叶面积指数的季节动态与空间变异特征

应用Li-cor LAI-2000植物冠层分析仪,研究生长季节川西亚高山暗针叶林叶面积指数(LAI)的时间动态, 比较4种岷江冷杉林分LAI的差异性,分析LAI与海拔和坡向之间的关系,探讨林分尺度和小流域尺度上LAI的空间变异性.结果表明:川西亚高山暗针叶林小流域LAI的季节动态变化规律明显,为单峰曲线,峰值(5.82±1.32)出现在8月中旬;4种岷江冷杉林LAI平均值为5.44±0.83,不同林分之间LAI差异极显著(p＜0.001),LAI顺序为:藓类-箭竹-岷江冷杉林＞草类-箭竹-岷江冷杉林＞草类-杜鹃-岷江冷杉林＞藓类-杜鹃-岷江冷杉林;随着海拔升高,LAI先增加,后减小,转折点出现在海拔3 000 m处,LAI(y)与海拔(x)之间的回归方程为:y= -22.408 6 0.019 6x-0.000 003 360 1x2 (R2 = 0.999 6, p＜0.001, n=12);半阴坡LAI(5.51±0.91)比半阳坡(5.36±0.72)大,差异显著(p＜0.05);林分尺度上的LAI变异系数(10.02%～12.22%)约是小流域尺度上的(19.79%～22.80%)1/2,随着海拔升高,其变化比较复杂,3 800 m处最大(23.09%),3 500 m处最小(7.64%),且半阴坡(16.58%)＞半阳坡(13.44%).     

油松、侧柏深秋边材木质部液流变化规律的研究

利用热扩散式边材液流探针和多种气象、土壤因子传感器组成的全自动数据采集系统 ,于深秋季节对北京西山地区低山成龄油松和侧柏林内单株边材液流速率、单木整株耗水量连日变化进行了系统观测。油松和侧柏边材液流每日 8:0 0以后启动 ,并逐渐增强 ,至 13:0 0～ 15 :0 0前后达到高峰 ,然后下降 ,18:0 0以后液流运移缓慢 ,至来日日出前后达到最低值。相同测定部位的边材液流速率 ,侧柏明显高于油松。油松树干不同部位边材液流日变化和连日变化趋势相同 ,但上部边材液流启动早 ,上升幅度大 ,到达峰值后即急剧下降 ,峰形窄而高 ;下部边材液流较上部明显延迟 ,且峰形平缓 ,峰值较低 ;测定期间油松树干上位和下位累计日周期和累计连日边材液流通量基本相同。进入 11月以后 ,单株日耗水量逐日降低 ,11月 6日油松日耗水量下降为 5d以前的 1 5 ,同期侧柏日耗水量已近于 0。油松和侧柏单木日耗水模型为三次曲线。边材液流的连日变化深受太阳辐射、气温、空气相对湿度、风速、土壤温度等因子的影响。利用线性回归方法建立了边材液流速率与环境因子关系的多元线性模型 ,影响边材液流速率的主导因子是 5cm和 2 0cm土壤温度、太阳辐射强度、空气湿度和风速。回归方程达到极显著水平。     

京北山区水源保护林的现状与发展策略

该文在野外调查工作和对“八五”二类调查资料统计分析的基础上,通过对京北山区(包括密云、怀柔、延庆、昌平四县)水源保护林现状的总体分析和对密云县北庄乡的典型分析,指出林种比例不当及树种资源单一是该区水源保护林发展中存在的比较突出的问题.该文从多林种、多树种配置,造林树种选择和林分结构的优化与调整方面提出现有林的发展策略,并提供了现有林的经营类型和对应各种立地类型的造林树种.