长白山两种林型的降雨截留再分配特征与修正的Gash模型模拟

为探究长白山地区两种林型的降雨截留再分配特征及修正的Gash模型在该地区的适用性,以典型的白桦林(Betula platyphylla)和云冷杉针叶混交林为研究对象,基于2017年5—9月的降雨截留观测数据,结合松江源生态站定期观测的气象数据与样地数据,分析两种林型的降雨截留再分配规律,同时采用修正的Gash模型对降雨再分配的各个过程进行模拟。结果表明:研究期间白桦林与云冷杉针叶混交林的林外降雨总量分别为217.4和393.6 mm。白桦林的穿透雨量、树干径流量均高于云冷杉林,林冠截留量低于云冷杉林。两种林型的林外降雨量与穿透雨量、树干径流量、林冠截留量、降雨强度有显著的相关性(P0.01),利用曲线回归方程分析,二次函数可较好的说明两种林型的穿透雨与林外降雨、树干径流与林外降雨之间的相互关系,幂函数方程较好的解释了林冠截留与林外降雨的相互关系。两种林型的林冠截留总量、树干径流、穿透雨的模拟值均高于实测值,相对误差范围在3.81%～9.61%。     

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.     

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。     

三峡库区马尾松林分对降雨截留效应的研究

长江三峡库区地处中亚热带湿润气候条件下，雨季时间较长，库区马尾松林分截留作用对降雨特性、径流损失和水分循环的影响十分突出。根据林内、林外雨滴观测和林冠截留场资料，本文提出了一次降雨在林冠层再分配的统计模型和林冠截留过程的预报模型，建立了估计林冠层下降雨功能的计算式。较以往的研究，这些模型更客观地模拟了林冠截留效应，并且结构简单，参数易于定量。     

南方红壤区马尾松林冠对降雨雨滴特性的影响

降雨是土壤侵蚀的主要影响因素,降雨动能是土壤侵蚀最重要的动力来源。降雨经过林冠层后,由于受到林冠的再分配作用,雨滴特性(雨滴大小、雨滴终点速度和雨滴动能)发生改变,进而改变林下土壤侵蚀特征。为探讨南方红壤区典型树种马尾松林冠对林下土壤侵蚀的影响机制,于2014年5—6月期间在福建长汀县观测了5场有代表性的天然降雨,采用滤纸色斑法对马尾松林内外的降雨雨滴同时进行观测,并汇总分析不同降雨条件下林内外的降雨雨谱,研究结果表明:1)与林外雨滴相比,林内雨滴数量增多,分布范围变大。林外雨滴数量为1 346个,林内雨滴数量为1 608个,比林外多19.5%;林外雨滴直径的大小分布范围是0.6~5.7 mm,林内雨滴直径的大小分布范围是0.4~6.1 mm。2)马尾松林下不同大小雨滴的分布呈双峰曲线,2个峰值对应的直径分别是1.5、3.6 mm,林外不同大小雨滴的分布呈单峰曲线,峰值对应的直径为1.8 mm,林内雨滴中数直径(3.2 mm)比林外(2.0 mm)高60.0%。3)雨滴直径(d)＜2.0 mm时,林内外雨滴终点速度相似,d≥2.0 mm后,林内雨滴的终点速度开始低于林外,且二者间的差异随雨滴直径的增加由0.6%逐渐增加到2.0%。4)人工马尾松林是南方红壤区植被恢复与重建的一种可行途径,降雨经林冠层后,受林冠截留和林冠高度的影响,降雨动能减少了21.8%。该研究可为南方红壤区马尾松林下土壤侵蚀机理的研究提供科学依据。      

北京密云油松与刺槐林降雨再分配过程研究

结合野外观测和室内试验对密云集水区两种主要防护林树种(油松、刺槐)在生长季的降雨再分配特点进行研究。结果表明:油松与刺槐在生长季内降雨的截留量均随降雨量的增大而增大;降雨开始时增加幅度较大,随着降雨量的增加,截留量达到最大值,但油松的变化幅度和最大值均比刺槐大;林冠的截留率随降雨量的增大而减少;降雨初期下降梯度最大,以后趋于平稳直到饱和,油松的截留率大于刺槐;林内穿透雨降雨量与林外降雨量呈线性相关关系,其回归系数可用来估计林冠蓄水蒸发系数,而截距可用来估计林冠蓄水容量;林下枯落物层对降雨进行了第2次分配,可截留一定的穿透雨,且可减少降雨对林下土壤的侵蚀,从而达到保持水土的作用。     

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。      

西南亚热带天然混交林林冠截留效应1）

以位于西南亚热带的天然混交林为研究对象,利用2009年4—10月期间的60场林冠截留观测资料,对降雨再分配特征进行综合分析,并应用修正的Gash模型对6—8月份的17场林冠截留量进行模拟。结果表明：研究期间总降雨量1086 mm,林内穿透雨总量、干流量、截留量分别为806．6、2．0、277．4 mm,分别占降雨量的74．30％、0．18％、25．50％;穿透雨量、树干茎流量均与降雨量呈显著的线性关系,而林冠截留量与降雨量呈显著的幂函数关系（p＜0．05）;穿透雨率、树干茎流率与降雨量呈显著的对数函数关系,但林冠截留率与降雨量呈显著的幂函数关系（p＜0．05）;林冠蓄水达到饱和时所需的最小降雨量为2．53 mm;雨前林冠的湿润程度对树干流的产生有很大影响,混交林在低雨量级（0～5 mm）时,不会产生树干茎流;饱和林冠截留量为26．1 mm,达到饱和林冠截留的降雨量为46．8 mm,当降雨量小于2．5 mm时,林冠截留率可达100％,当接近或超过50 mm时,林冠截留率趋于稳定;应用模型模拟的林冠截留量比实测值高出3．69％,模拟的林内穿透雨和干流量分别低于实测值的1．24％和5．38％。     

三峡库区莲峡河小流域马尾松林冠降雨截留模拟研究

以莲峡河小流域内马尾松林为研究对象,对林分样地进行降水截留实测与模拟研究,结果表明林内穿透雨量与降雨量呈线性相关;穿透系数与降雨量呈对数相关;林冠截留量与降雨量呈指数相关;截留率与降雨量呈对数相关;而林冠截留量与降雨量、降雨强度呈多元线性相关。在此基础上建立了穿透系数、树干茎流率和降雨强度而预测林冠截留量模拟模型,实测表明该模型能比较准确地估算马尾松林分的林冠截留量。     

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。     

将乐地区马尾松最优冠幅模型研究

树冠是树木进行光合作用和呼吸作用的重要场所,冠幅作为树冠的重要因子,直接影响树木的生活力和生产力,同时也是反映树木的长期竞争水平的重要指标。该文使用福建省将乐国有林场980株马尾松调查数据,基于11种常用树冠直径模型,利用R软件的nls模块对马尾松冠幅与胸径关系进行拟合,选取精度最高的作为基础模型,通过对基础模型添加变量改进模型,并用调整后的决定系数adj-R²、偏差Bias、剩余均方根误差RMSE对模型精度进行检验。结果表明:模型11在添加了样地优势木平均高（Ht）、每公顷株数(M)和冠长(CL)林分变量之后,Bias、RMSE减小,adj-R²明显增大,所以,CW=(a+a1×Ht)/1+exp[(b+b1×M)+(c+c1×CL)ln(D+1)]能更好地模拟当地马尾松的冠幅与胸径的关系。     

马尾松人工林林龄对土壤和叶片养分含量的影响

探索不同林龄马尾松人工林土壤和针叶养分特征及其相关性,为马尾松人工林高效培育提供理论参考。采用时空互代法,以桂中不同林龄（4、9、15、19、22、30、56 a）马尾松人工林为对象,利用冗余分析和结构方程探讨马尾松人工林林龄对土壤和针叶养分含量的影响。结果表明,林龄对土壤和叶片养分均具有显著影响,随林龄的增加土壤pH呈先增后减趋势,中龄林中最大,有机碳、全N、全P、碱解N和速效态K、Ca、Mg、Zn和B含量呈先减后增的U形变化,中龄-成熟林阶段最小,全K和有效P含量呈W形变化;针叶养分含量随林龄增加呈波动性变化,C、N、P和K含量在过熟林中最大,Ca、Zn分别在中龄林、成熟林中含量最大,Mg和B均在幼龄林中最大。针叶K、Ca、Mg、Zn和B与土壤对应元素呈显著正相关,土壤有机碳、全N、有效P和速效K是影响马尾松叶片养分含量变化的敏感因素,土壤速效元素对叶片养分的正向效应显著,而土壤有机碳和全量养分的负向效应显著。综上,不同林龄阶段马尾松土壤和叶片养分存在显著差异,在马尾松15 a后,土壤和叶片养分均有所下降,尤其是受N素和微量元素限制,为此在马尾松中龄林后,建议施用N肥满足其健康生长,并辅以适量微量元素,以增强植物光合作用和蛋白质的合成及抗逆性。     

马尾松近自然改造初期的混交度与分布格局

近自然森林经营被广泛认为是优化森林结构进而实现森林多功能的有效途径。以中国林科院热带林业实验中心（简称热林中心）伏波林场内1993年春季杉木采伐迹地更新造林的马尾松人工纯林为研究对象,按照补植树种的不同,进行4种不同模式的近自然化改造设计和作业,并从林分混角度、林木空间分布格局2个方面对改造效果进行分析。结果表明:近自然化改造后的林分,混交度有了明显的提升,林木空间分布格局从最开始的均匀分布逐渐过渡为聚集分布或随机分布。因此,近自然化改造有利于优化林分空间结构,从而为森林多功能的发挥提供了前提基础。     

马尾松天然林土壤碳氮磷含量与碳密度的关系

基于江西中部马尾松天然林不同生长阶段土壤性质测定,探讨其不同林龄土壤碳密度及其垂直分布规律,分析不同土层土壤有机碳密度与土壤碳氮磷含量之间的关系。结果表明:各龄组土壤有机碳和全氮含量均随土层的加深而降低,且表层（0~10 cm）含量显著高于其他各层,各土层间全磷含量无显著性差异;土壤有机碳密度整体上呈随土层深度的增加而降低的趋势,平均有机碳密度为10.09 kg·m^-2,主要分布在0~50 cm;土壤有机碳密度与土壤碳氮磷含量之间相关性在表层均达显著水平（p<0.05）。     

暖温带马尾松茎干径向变化特征及其对环境因子的响应

探究短时间（月、日）尺度上马尾松生长动态变化及其与环境因子之间的关系,为理解和预测气候变暖对马尾松生长的影响提供科学依据。从2019年6月-2020年5月,通过树干径向生长测量仪（DENDROMETER）和小型气象站,对马尾松茎干年内径向变化和同期环境数据进行连续监测。结果表明:1)马尾松茎干径向日变化呈现昼缩夜胀的基本规律,马尾松茎干半径在8:00-16:00下降到最小值,16:00至次日8:00上升到最大值,年内径向变化范围为-54.4~38.1 μm。2)马尾松月累积茎干径向变化量存在2个峰值,分别出现在6月和9月,为943.3 μm和823.6 μm。3)在非生长季（11月至次年2月）,马尾松日径向变化量与土壤含水量、空气湿度、降水量存在正相关关系（P<0.05）,与VPD存在负相关关系（P<0.01）。在生长季初期（3-5月）,马尾松日径向变化量与空气温度、土壤温度和VPD呈极显著正相关（P<0.01）,与土壤含水量呈极显著负相关。但在生长季中后期（6-10月）,马尾松日径向变化量与空气温度、土壤温度和VPD的相关关系由正转负,与土壤含水量的相关关系由负转正。这种转变主要是因为生长季初期,较高的温度和土壤含水量有利于马尾松日径向变化量的增加,而生长季中后期,过高的温度和较低的土壤含水量则抑制马尾松日径向变化量的增加。研究结果有助于进一步了解暖温带马尾松树木茎干的径向变化及其对环境变化的响应特征,为判断马尾松未来的生长趋势提供科学依据。     

采煤沉陷区模拟侵蚀破坏对小叶锦鸡儿光合生理特性的影响

为明确半干旱矿区植物生长及生理特性对侵蚀破坏的响应机制,以小叶锦鸡儿为对象,分析其枝叶生长、光合生理指标及水分利用效率在根系不同程度断裂损伤后的变化特征。结果表明,根系损伤对小叶锦鸡儿生长产生明显抑制作用,随损伤程度增大,抑制作用越明显,重度损伤后株高、冠幅、枝条长度和直径增长率相比对照分别降低了62.5%、61.1%、73.3%和74.4%;根系损伤对小叶锦鸡儿的各项光合指标均存在明显的抑制作用,同样具有根系损伤程度越大,叶片光合指标越低的变化趋势,以净光合速率为例,表现为对照(22.40 μmol·m^-2·s^-1)>轻度损伤(20.44 μmol·m^-2·s^-1)>中度损伤(17.33 μmol·m^-2·s^-1)>重度损伤(15.20 μmol·m^-2·s^-1),而且根系损伤对光合指标的抑制作用在损伤形成后将长期存在,持续弱化叶片的光反应能力;根系损伤会改变小叶锦鸡儿叶片的水分利用效率,损伤程度越大,水分利用效率越高,表现为重度损伤(4.30 μmol·mmol^-1)>中度损伤(3.97 μmol·mmol^-1)>轻度损伤(3.61 μmol·mmol^-1)>对照(3.52 μmol·mmol^-1)。综合分析说明,在侵蚀破坏造成根系损伤后,小叶锦鸡儿会通过减缓生长和光合速率,降低水分需求,实现维持自身生存、生长和再生产的生存策略。     

基于单木水平和林分水平的油松兼容性生长模型

以油松林分为研究对象,基于北京市一类连续清查数据161块油松林分2期固定样地,建立单木水平和林分水平模型,利用组合预测法把油松单木水平模型和林分水平模型组合起来,用最优加权法计算单木水平和林分水平的权重系数,最后用3项数学指标M_AD、R_MSE、R²评估模型的预测效果。结果表明,所建的单木水平、林分水平和组合水平模型的预测效果均较好,经过分析比较,组合预测法预测油松断面积、蓄积量生长模型的精度高于单木水平和林分水平预测的精度。组合预测法所建立的模型结合了单木水平、林分水平模型的优点,提高了油松林分生长预测模型的兼容性,保障了油松林分生长模型预测结果的一致性,也可以用来预测下一期油松林分断面积、蓄积量生长规律。     

宁夏南部山区土地整理中水土流失的因数与防治

宁夏南部山区是我国黄土高原的一部分,是我国水利侵蚀一级地区。在这一地区进行平田整地、农田水利、田间道路和生态防护林工程等土地整理工程,若实施不当,极易发生水土流失现象。文章提出了土地整理工程要合理安排工期,合理取、填土并做好防护措施,优化各工程实施方案,采取相应生物措施,制定行之有效水土保持方案等措施,使土地整理项目为宁夏南部山区产生社会、生态和经济效益。     

计划烧除对云南松林土壤理化性质及可蚀性的影响

计划烧除是预防森林火灾的重要措施,为了正确评价计划烧除后生态环境的响应,以滇中云南松天然次生林为研究对象,通过野外调查取样和室内测试分析相结合的方法,探讨了一年一度的周期性连续低强度计划烧除对云南松林土壤理化性质及土壤可蚀性的影响。结果表明:1）计划烧除对土壤化学性质的影响表现在土壤表层,随着土层的加深影响减弱。有机C、全N、全P在0～20 cm土层计划烧除样地显著低于未烧除样地;全K、速效P、速效K在0～10 cm土层,硝态N、pH值在0～60 cm土层显著高于未烧除样地。2）计划烧除对土壤物理性质影响也主要表现在土壤表层。土壤含水量在0～60 cm土层、容重在0～20 cm土层计划烧除样地高于未烧除样地,毛管持水量在0～10 cm土层低于未烧除样地。3）计划烧除改变了土壤表层团粒结构,减弱了土壤抗蚀能力。计划烧除使土壤粉粒、黏粒、有机碳含量在0～10 cm土层下降,沙粒在0～10 cm土层升高,土壤可蚀性因子K在0～40 cm土层增加,土壤可蚀性增强。计划烧除对云南松林土壤理化性质及可蚀性影响主要在于土壤表层,随着土层加深受到计划烧除影响越来越弱。     

基于优化MaxEnt模型的天女木兰在中国适生区预测

采用MaxEnt模型、ENM Tools、R语言和地理信息系统（ArcGis）相结合的方法,预测天女木兰在我国的适生区域,确定影响天女木兰地理分布的主导环境因子。结果表明,预测的天女木兰高适生区主要分为2个主要区域:一个位于东北地区的吉林省南部与辽宁省中东部组成的带状适生分布区;另一个由华东和华中地区的安徽省南部、浙江省西部、江西省中东部与福建省北部等地区组成不均匀的团块适生分布区。天女木兰在我国的高、中和低适生区面积分别为21.96、52.41×10⁴ km²和155.627×10⁴ km²;年均温较差和最湿季度降水量环境变量在预测天女木兰在我国的地理分布中起着主导作用,为我国天女木兰迁地保护引种地的选择与科学保育提供依据。