荒漠草原典型植物群落枯落物蓄积量及其持水性能

通过对荒漠草原4种典型植物群落(蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、沙蒿群落)枯落物蓄积量的调查,结合室内持水试验,运用数理统计的方法分别得到4种典型植物群落枯落物的蓄积量、最大持水量、吸水速率等水文特征参数.结果表明:荒漠草原不同植物群落枯落物蓄积量在50.8～396.2 g/m2,其蓄积量由大到小为蒙古冰革群落>甘草群落>赖草群落>沙蒿群落,与植物群落地上生物量变化是一致的;4种植物群落枯落物最大持水量存在一定差异,蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、沙蒿群落桔落物最大持水量分别相当于0.934,0.737,0.656,0.230 mm的降雨.这4种枯落物最大可吸收其自身重量2.45～3.71倍的降雨;4种植物群落枯落物的持水量与时间呈线性相关,在浸水的前2 h枯落物吸水速率最快,随着时间的延长,趋势逐渐变缓,当枯落物在水中浸泡12 h时,其持水量基本达到最大值;4种植物群落枯落物吸水速率与时间呈指数相关,在浸水的前2 h吸水速率较快,4～12 h后逐步减缓.荒漠草原桔落物蓄积、覆盖所引起的水分蓄存与运移已经成为荒漠草原生态系统最为关键的生态过程之一.     

大兴安岭北部白桦次生林降雨再分配特征研究

采用定位观测的方法对大兴安岭北部白桦次生林降雨再分配特征进行研究。结果表明:观测期内共发生34场降雨,其中主要为小雨和中雨,降雨总量为465.8mm,平均降雨强度为1.45mm/h。7月份降雨量最大,占观测期内降雨总量的42.94%。穿透雨总量为392.55mm,占降雨总量的84.27%。随着雨量的增大,穿透雨量和穿透雨率均表现为暴雨大雨中雨小雨。树干茎流总量为12.50mm,占同期总降雨量的2.68%。林冠截留总量为60.76mm,占同期大气降雨总量的13.04%。随着雨量的增加,林冠截留率呈减小的趋势。灌木截留总量为1.75mm,占降雨总量的0.37%。枯落物截留总量为58.97mm,占降雨总量的12.66%,枯落物层截留特征与林冠层和灌木层均不同。降雨通过白桦林林冠、灌木、枯落物各层截留后,进行重新分配,从林冠到枯落物各层截留总量为26.07%,有73.93%的降雨进入土壤层,用于补充土壤水分、下渗或产生径流。降雨特征和各层截留特征是白桦次生林降雨再分配特征的重要影响因子。     

不同宽度硬头黄竹林河岸缓冲带对地表径流的拦截效应

利用2008年河岸缓冲带硬头黄竹人工林的降雨量、穿透降雨量和树干径流量来计算林冠层截留量,并在冬、夏两季分别对林内枯落物和取样土壤测定最大持水能力,建立5m至40m不同缓冲带宽度的简易径流场观测地表径流量.结果表明:全年林冠截留总量为315.6 mm,占全年降水量的32.4%,林冠截留量随着降雨量的增加而增加,但林冠截留率反而减小,选取24组不同雨量级的降雨量(P)与林冠截留量(I)数据进行拟合,方程为:I=0.7791P~(0.78).硬头黄竹林内枯落物生物量为2.87 t/hm~2,其最大持水量为9.13 t/hm~2,是枯落物自身干质量的3.2倍,但由于>10 mm的降雨在时间分布上具有连续性,枯落物对降雨的截留效应明显被削弱.实际截留量只占全年降水量的9.2%.硬头黄竹林对林内土壤物理性质起到了明显的改善作用,土壤容重随着土壤深度的变浅而减小,加快了地表径流的人渗速率,土壤的最大截留能力为497.36 t/hm~2.地表径流量随河岸缓冲带宽度增加而减小,20m宽的河岸缓冲带就可截留40.7%,而当缓冲带宽度继续增加,截留效率并没有明显变化.     

美国东部黑核桃的水土保持应用研究

对美国东部黑核桃的枯落物持水性、林冠截留雨水能力及其对土壤水分的影响进行的研究结果表明:8年生以上成龄具美国东部黑核桃林下枯落物最大持水率为314%,每公顷枯落物约有6.13 t,每次降雨最多可吸收19.25 t雨水;黑核桃林下0~20 cm土层含水率平均为13.79%,对照空地为10.69%,比对照提高3.10百分点;美国东部黑核桃林冠截留率随降雨量的变化可分为快变期、渐变期和稳定期,在日降雨量0~20 mm范围内,林冠截留量随着日降雨量的增加而增加,可达到最大值6 mm。美国东部黑核桃林能够有效增加土壤入渗、截留降水、涵养水源,防治水土流失,可在水土流失治理区示范推广。     

三峡库区端坊溪小流域的森林水文效益

 三峡库区的森林水文作用,对于长江三峡水利枢纽工程的安全运行和效益发挥具有重要意义,对于改善和维持三峡库区的生态环境具有重要作用。根据1992— 2000年实测降雨、径流等观测资料,分析了三峡库区端坊溪小流域森林的林冠截留作用、林地枯落物的水文作用及森林覆盖率与土壤容重、土壤孔隙和小流域径流的关系。结果表明:三峡库区端坊溪小流域不同树种枝条基部直径与枝叶质量呈线性正相关,不同树种枝叶容水量与枝叶质量呈线性正相关,不同森林类型在场降雨中,林冠截留量为0.38～8.78mm,截留率为10.27%～49.48%,林冠截留量与降雨量呈幂函数关系;随着森林覆盖率的增加,林地的土壤容重减少,总孔隙度增加;主要森林类型中,针阔混交林林地枯落物的饱和持水量最大,端坊溪小流域枯落物层截留量可达到降水量的2.8%～6.3%;小流域径流量与同期降水量呈线性正相关。端坊溪小流域森林覆盖率每增加1%,小流域汛期径流深减少6.95mm。     

滇池流域群落演替对森林水源涵养能力的影响

利用"空间代替时间"的方法对滇池流域4个主要天然森林群落(灌木林、针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林)的物种多样性和森林水源涵养能力进行分析,旨在了解群落演替对森林林冠层、枯落物层和土壤层水文效应的影响。结果表明,(1)随着灌木林→针叶林→针阔混交林→常绿阔叶林的演替顺序,物种数和丰富度逐渐降低,Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数呈"U"型趋势,并以常绿阔叶林最大,分别为1.61,0.68,0.36。(2)群落演替能增加林冠郁闭度,并显著增加林冠降雨截留率;林冠截留率与降雨量存在指数关系,即y=aebx;4种群落类型中,常绿阔叶林林冠郁闭度最大,为0.86,降雨截留率达到100%时的临界降雨量最高,为5.90mm。(3)群落演替能增加森林枯落物总蓄积量和有效拦蓄量,并以常绿阔叶林(顶级群落)最高,分别为11.35,8.37t/hm2;枯落物未分解层和半分解层在分别浸水8h和6h时达到饱和状态,且持水量与浸水时间的关系为Q=aln(t)+b。(4)0-20cm森林土壤容重随着群落演替过程逐渐降低,以常绿阔叶林最低(0.89g/cm3),灌木林最高(1.40g/cm3);自然含水率、总孔隙度和持水力逐渐增加,并以常绿阔叶林最高,分别为25.31%,49.79%,148.40t/hm2,灌木林最低,分别为19.91%,38.63%,42.20t/hm2。(5)随着群落演替的进行,森林优势种逐渐明显,均匀程度逐渐增加,群落逐渐趋于稳定,且森林林冠层、枯落物层和土壤层水源涵养能力逐渐增加。     

贡嘎山暗针叶林枯落物截留特征研究

 采用现场模拟法和浸泡法观测贡嘎山不同演替阶段的暗针叶林群落枯落物截留、枯枝落叶层的最大持水量和林内枯落物的截留特征。结果表明:不同林型的枯落物截留量与林外降雨量有不同程度的线性相关关系,而与林内降雨量存在幂函数关系。同林型内,由于枯落物数量、组成成分与分解程度等不同,其持水能力也存在着较大的差异。过熟林中枯落物吸水饱和时间最短,最大持水率最低,枯落物与林下苔藓层混杂在一起,截留水分的能力相对较弱;幼龄林中枯落物饱和需要时间最长,最大持水率也最高,对林下降雨的再分配作用也相应最大。同时,枯落物层的截留作用及截留量的大小,除与枯枝落叶层的数量和质量相关外,也与枯落物的湿润程度相关。     

黄土丘陵沟壑区退耕坡地不同植物群落的土壤侵蚀特征

黄土高原地区水土流失造成严重的农业和生态环境问题,而植被能从根本上控制黄土高原的水土流失.以安塞县典型退耕坡地不同植物群落为研究对象,采用侵蚀针法,结合2012-2015年降雨数据及不同植物群落特征的分析,研究不同植被恢复坡地的土壤侵蚀特征.结果表明:研究期间,不同年份植被群落土壤侵蚀强度为丰水年＞平水年＞枯水年.不同植被类型群落防治土壤侵蚀的能力不同,具体为自然恢复灌木群落＞自然恢复草本群落＞人工灌木群落＞人工乔木群落.灰色关联度显示,降雨量与坡度是影响植被群落土壤侵蚀最重要的因素,乔灌木群落坡度＞降雨量,草本群落降雨量＞坡度.自然恢复植被群落枯落物盖度＞植被盖度,人工植被群落植被盖度＞枯落物盖度;因此,在当前植被条件下,未受到扰动的群落可有效减少降雨对土壤侵蚀的影响;在进行植被恢复时,应优先进行植被自然修复,适时适地引入乔灌木进行植被恢复人工调控,尽早促进乔木群落的林下植被发育,保护其林下灌草层和枯落物层,同时减少人为干扰.     

北京土石山区4种典型林分的水文效应研究

以北京土石山区4种典型林分的林冠层、枯落物层、土壤层3个水文作用层为研究对象,采用浸水法等传统测量方法,测定了不同林分的冠层截留量、树干径流量、穿透降雨量以及土壤和枯落物层的水力学参数,并分析了其水文效应。结果表明:不同林分的林冠截留能力相差较大,其中侧柏—黄栌混交林的冠层截留率最大为29.1%,其余依次为侧柏林、油松纯林和元宝枫纯林,油松纯林的树干径流量占降雨比例最大（5.8%）,其余依次为侧柏—黄栌混交林、元宝枫纯林和侧柏林,各项林冠截留率与大多数在干旱半干旱地区取得结果较为一致。从月份尺度的变化趋势来看,不同林分的截留量均为6月最大,7月、8月、9月、10月和5月依次减小,即截留量与降雨量呈正比关系。4种林分枯落物总蓄积量范围为26.3～246.0 t/hm²,其中油松纯林的枯落物储量显著大于其他林分类型（p < 0.05）,侧柏纯林、侧柏—黄栌混交林、元宝枫纯林依次次之,不同林分枯落物的最大持水量和有效持水量的大小排序与之一致。受土壤的物质构成、机械组成、根系的发育状况等因素影响,侧柏纯林的土壤孔隙度和饱和入渗速率（Ks）依次大于侧柏—黄栌混交林、油松纯林和元宝枫纯林。     

云南中部三种典型人工林生态系统水文生态规律研究

通过对滇中3种典型人工林生态系统树冠水文生态规律的研究,人工林生态系统截留量、干流量、穿透降雨量占降雨的百分比分别是:直干桉-黑荆混交林,35.21%,0.65%,64.14%;直干桉人工林,30.10%,0.88%,67.56%;云南松人工林,27.8%,4.64%,69.25%。利用一种新的分析方法,即移动方差分析表明,当降雨量达到70mm时,云南松和直干桉人工林生态系统树冠截留达到最大临界值;当降雨量达到90～95mm时,直干桉-黑荆人工林生态系统树冠截留达到最大临界值。无林地的地表径流量是人工林生态系统的3～4倍。按产流影响因子与产流量相关系数绝对值大小,人工林生态系统对地表径流的调控能力,决定于乔木层盖度、土壤有机质含量、穿透降雨量、土壤最小持水量、土壤容重、降雨截留量、非毛管孔隙、枯落物凋落量、硅钒比、土壤最大持水量、总孔隙、乔木平均材积、干流量、毛管持水量等。人工林生态系统建群种的生物学特征特性对降雨量再分配的树冠水文生态效应及规律有显著的影响。     

油松林枯枝落叶层截留与蒸发的研究

黄土丘陵区油松林枯枝落叶层截留降雨量占同期大气降雨量的10.0%.截留过程与蒸发过程均为一有限变化过程,它们相互影响,当某时段截留量与蒸发量相当,枯枝落叶层的含水量维持动态平衡。枯枝落叶层一次最大截留量3.14mm,大于3mm的截留次数仅占降雨次数的3.4%.因截留而减少的降水量对林地水文的直接影响较小。     

莲花湖库区水源涵养林水文效应的研究

对莲花湖库区流域人工林主要林型的降水截持效益、林地和荒草地枯落物层持水性能、土壤层物理性状及其蓄水效益进行了研究。结果表明:红松人工林、兴安落叶松人工林和杂木林林冠截留率分别为34.83%,13.05%,19.61%,树干茎流率分别为6.79%,0.58%,4.01%,穿透率分别为58.37%,86.18%,77.66%。林冠截留量、茎流量、穿透率与降水量均呈显著的正相关,并分别给出了它们之间的经验模型。枯落物层最大持水量变化范围为12.024.0 t/hm2,其大小顺序为红松林>兴安落叶松林>杂木林>荒草地。有效拦蓄量变化范围为2.9445.97 t/hm2,排序为红松林>兴安落叶松林>杂木林>荒草地。几种主要林型和荒草地有效拦蓄率变化范围为53.45e.95%,排序为红松林>杂木林>兴安落叶松林>荒草地。各林型土壤最大蓄水量变化范围为1 838.62 186.3 t/hm2,依次为兴安落叶松林>杂木林>红松林>荒草地。土壤非毛管蓄水量为16.2625.28 mm,依次为兴安落叶松林>红松林>杂木林>荒草地。林地土壤入渗速率显著高于荒草地。从土层厚度来说,土壤入渗速率随土层厚度的下移表现出逐步降低的趋势,即空间特征表现出土层上部>中部>下部。本试验为研究森林的水源涵养功能以及进一步综合评价该地区的森林生态功能提供了重要的科学依据。     

不同处理下油松枯落物减流减沙效应试验研究

森林枯落物对坡面土壤侵蚀过程发挥着重要的调控作用,但其控制效应仍待明确。采用室内大型土槽及人工模拟降雨试验探讨油松枯落物的不同铺设方式对坡面产流产沙的影响,试验在4种雨强(30,60,90,120mm/h)和油松枯落物的3种铺设方式(裸坡对照、枯落物直接铺设和枯落物隔网铺设)下进行,设置枯落物隔网铺设方式来研究枯落物降低雨滴动能减少击溅侵蚀作用,设置枯落物直接铺设方式来研究枯落物增大地表粗糙率阻滞拦截作用。结果表明:(1)枯落物存在使坡面初始产流时间延长2.3～5.5倍,且枯落物隔网铺设较直接铺设初始产流时间更长。(2)2种枯落物覆盖坡面与裸土坡面相比,枯落物减小坡面径流流速47.9%～62.3%,雨强越小,枯落物减弱径流流速作用越明显。(3)枯落物显著增加入渗并减小径流,在雨强较小时作用更加明显。(4)枯落物可减少径流泥沙75%以上,直接铺设减沙更加明显,这主要是由于枯落物增大地表糙度减小流速。研究结果为植被坡面土壤侵蚀模型建立提供一定理论基础,为面向水土流失防控的植被构建提供一定科学依据。     

荒漠草原产流产沙过程及养分运移特征

[目的] 荒漠草原夏季降雨强度大且集中性强,水力侵蚀危害严重,明确荒漠草原区产流产沙过程及养分运移规律对该地区开展水土保持工作有重要意义。[方法] 试验基于天然降雨观测和人工模拟降雨的方法,研究荒漠草原区产流产沙过程及养分运移规律,并通过对植被进行不同处理研究植被对产流产沙的影响。[结果] (1)不同植被处理方式的水土保持效果不同。3种不同处理方式中天然草地的水土保持效果最好,减流率与减沙率分别为11.37%和49.67%。(2)产流产沙过程改变地表土壤物质组成,使地表土壤粗粒化,还对土壤养分产生影响。降雨后砂粒含量增加5.97%~15.71%,土壤速效N、P及有机质分别减少40.84%,27.08%,33.49%。(3)坡面产流产沙量随坡度和降雨强度的增加而增加,幂函数能较好地拟合降雨历时与产流量和产沙量的关系。随降雨强度增加,坡度为5°~25°的峰值产流量平均增加6.70 L;降雨强度0.6~2.0 mm/L时,产沙量增长速度加快的拐点出现在坡度15°~20°。[结论] 研究结果可为荒漠草原区水土流失的综合防治提供理论参考,有助于改善荒漠草原区生态环境,有利于该地区开展水土保持工作。     

燕山北部山地典型植物群落水源涵养能力研究

对燕山北部山地常见的几种植物群落类型的水源涵养能力进行了比较研究。结果表明,凋落物截留量在地上植被层总截留量中占有最大比例,地上植被的截留量由高到低的顺序为:人工落叶松林(4.39mm)>天然次生杨桦林(3.81mm)>榛子灌丛(1.70mm)>绣线菊灌丛(0.18mm);土壤最大持水量及总孔隙度都以榛子灌丛为最大,其次分别为天然次生杨桦林、人工落叶松林和绣线菊灌丛。土壤渗透速率以天然次生杨桦林为最大,榛子灌丛与人工落叶松林相近,绣线菊灌丛最低;群落水源涵养总量由高到低的顺序为:榛子灌丛(272.52mm)>天然次生白桦林(239.61mm)>人工落叶松林(221.53mm)>绣线菊灌丛(194.85mm)。地上植被层截留量在水源涵养总量中所占比例较小,但截留量不能完全说明其对水源涵养功能的影响。说明在燕山北部山地,天然次生杨桦林和榛子灌丛具有良好的水源涵养能力,绣线菊灌丛水源涵养能力较差,需采取合理措施对该地区大面积分布的绣线菊灌丛进行改造,以提高其水源涵养能力。     

单性木兰生存群落凋落物及土壤水文生态效应

[目的]分析广西壮族自治区木论自然保护区单性木兰成片分布区群落的凋落物和土壤水文效应,为更好地评价单性木兰生存群落的水文生态效应提供依据。[方法]在单性木兰成片分布区内,采用样方法,对单性木兰生存群落林下凋落物层和土壤层水文生态做定量研究。[结果]林分凋落物现存量为11.68t/hm2,最大持水总量为19.46t/hm2,有效拦蓄能力为13.87t/hm2;半分解层凋落物现存量远大于未分解层,占整个蓄积量的77.06%,其有效拦蓄量也占整个拦蓄量的75.56%。林分土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度分别为1.14~1.26g/cm3,51.36%~68.68%,41.58%~45.73%,8.80%~27.10%,土壤最大持水量和有效持水量分别为868.75~941.04,64.00~133.73t/hm2。林地总蓄水量变化范围79.75~148.74t/hm2。[结论]单性木兰成片分布区林地蓄水功能主要集中在土壤层中,林分密度对土壤容重和土壤有效持水量有显著影响。     

贵州省喀斯特阔叶林降雨截留分配特征

[目的]对贵州省喀斯特阔叶林降雨截留分配特征进行研究,为喀斯特地区水土保持和森林生态功能分析提供参考。[方法]以贵州喀斯特阔叶林的降雨分配特征为研究对象,利用2015年9月至2016年3月间野外实测的25场降水数据对森林林冠层、灌木层的降雨截留分配特征进行研究。[结果]观测期内降雨以小雨和中雨为主,降雨总量为208.25mm;树干流总量为21.83mm,占降雨总量的10.48%,变化范围为0~14.3%;林间穿透雨总量为186.89mm,占降雨总量的89.7%。灌木层截留总量为34.86mm,占降雨总量的16.74%;林冠截留的总量为22.58mm,占同期降雨的10.84%。当林外降雨量大于1.15mm时,研究区内开始产生树干流,且树干流与林外降雨量呈线性正相关关系;灌木截留量随着降雨量的增大而增大,但林冠层截留率与降雨量之间没有明显的相关关系。[结论]喀斯特阔叶林对降雨具有较强的截留和再分配作用,对区域水量平衡和水土保持具有重要影响。     

荒漠草原不同土地利用类型土壤水分对降水的响应

降水是荒漠草原生态系统重要的水分来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的重要驱动因子。为了解荒漠草原土壤水分对降水的响应,以3种典型土地利用方式(天然草地、灌木地和沙地)为研究对象,研究荒漠草原降水事件对不同土地利用类型土壤水分的影响。结果表明：研究期内降水量以<5 mm的小降水事件为主,发生次数占总事件的72%;从降水强度来看,<10 mm/h的降水事件居多,达到86%。0～250 cm的平均土壤含水量以沙地最高,灌木林和天然草地的平均土壤含水量几乎相等,但天然草地平均土壤含水量的波动较大。3种土地利用类型下,表层(<10 cm)土壤含水量波动较大,深层(>80 cm)土壤含水量则相对稳定。与草地和灌木地相比,沙地湿润锋响应最快,入渗深度最大。在102.6 mm的降水量条件下,天然草地累计入渗量最大(7.36 mm),其次为沙地(3.47 mm),灌木林地入渗量最低(2.64 mm)。因此,从最大蓄存和有效利用降水资源的角度来看,荒漠草原生态恢复过程中构建草地是该区域可以选择的土地利用方式。     

倭肯河上游两种林型枯落物和土壤持水特性

为探讨不同树种组成的林分持水特性,采用实地调查与室内浸泡法,对倭肯河上游杂木林和阔叶红松林枯落物的蓄积量和持水特性进行测定,采用环刀法对土壤持水量进行测定。结果表明:两种林型枯落物厚度约7.5 cm,蓄积量为8.07~9.85 t/hm²,最大持水量相当于可吸收2.0~2.5 mm的降水,有效拦蓄量相当于可吸收1.0 mm的降水。枯落物持水量与浸水时间呈对数函数关系(R 2>0.9843),吸水速率与浸水时间呈幂函数关系(R 2>0.9999)。两种林型土壤总孔隙度范围为50.32%~51.41%,非毛管孔隙度范围为3.00%~4.44%,土壤最大持水量范围为1509.74~1542.17 t/hm²,土壤有效持水量范围为89.96~133.32 t/hm²。阔叶红松林密度低,生产力高,枯落物层最大持水量、有效拦蓄量,土壤层最大持水量、有效持水量均高于杂木林,但各评价指标差异不显著(p>0.05)。两林地持水能力中等偏低,以提高森林水源涵养为目标时,可维持现有结构,进一步开展密度调整研究。     

黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。