人工落叶松林降雨截留再分配及其水化学特征

以凉水国家级自然保护区内的人工落叶松林为研究对象,对其林冠截留再分配和水化学特征变化进行了系统研究,结果表明:(1)一个生长季内(4-9月),人工落叶松林林冠总截留量为109.19 mm,占同期降雨量21.71%,穿透雨量为393.39 mm,占同期降雨量的78.20%;树干茎流量为0.47 mm,占同期降雨量的0.093%;(2)按照各养分元素月平均浓度排序,林外雨为:CaKMgSiMnNaFe,穿透雨为:CaKSiNaMgFeMn,树干茎流为;CaNaMgSiKMnFe,且不同样品按照养分元素浓度稳定度排序为;树干茎流穿透雨林外雨;(3)人工落叶松林养分元素净输入排序为;KMgMnNaFeCaSi,净输入量依次为22.339,2.920,0.856,-0.216,-0.260,-1.280,-2.478 kg/hm2,其中,穿透雨占人工落叶松林(穿透雨+树干茎流)元素输入量的98.23%,树干茎流占1.77%.     

凉水国家级自然保护区原始红松林和人工落叶松林降雨的水化学特征

对凉水国家级自然保护区原始红松林和人工落叶松林2种森林类型的林外降雨、穿透雨和树干茎流中的无机态N、TN、11P、K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋等养分元素进行测定,研究2种森林类型的水化学特征。结果表明：林外降雨中Ca2＋含量最高,TP含量最低,无机态N以N时．N为主,养分元素平均含量（以mg／L计）排列顺序为Ca2＋〉TN〉K＋〉Na＋〉Mg2＋〉TP,各养分元素在林外降雨中的季节变化较大,变化幅度最小的是Ca2＋;降雨经过林冠层后,穿透雨的水化学特征发生了很大变化,自7月开始,K＋、Mg2＋含量增加,Ca2＋在7月减少,8、9月增加,无机N含量降低,TP在原始红松林穿透雨中增加,在人工落叶松林中则减少;2种森林类型的树干茎流中,养分元素的含量存在明显的不同,但总体变化趋势一致,K＋、Ca2＋、Mg2＋的含量均大于穿透雨中的含量,自7月开始,TP、K＋、Ca2＋、Mg2＋含量均高于林外降雨中的含量,且在人工落叶松林中增加量要比在原始红松林中的高,无机态N均低于林外降雨中的含量。研究结果可为凉水国家级自然保护区森林生态系统养分循环的研究提供重要的本底资料。     

原始红松林穿透雨和树干茎流养分特征研究

对小兴安岭原始红松林穿透雨和树干茎流中的K,Ca,Mg,Mn,Fe共5种养分元素进行了测定,结合水量分配比例,计算了各元素在森林中的净输入量。结果表明:⑴原始红松林穿透雨和树干茎流中,除Fe元素外,所有浓度值均有树干茎流>穿透雨>大气降雨;从各元素平均浓度来看,Ca元素最高,Fe元素最低,其排序为:Ca>K>Mg>Mn>Fe。⑵大气降雨年平均浓度中,K元素变动系数最大,为1.514,Ca元素最小,为0.827;原始红松林穿透雨、树干茎流年平均浓度中变动系数最大的元素分别为Mn,Mg(或Fe);变动系数最小的元素分别为Ca,Mn;各元素年平均浓度的变异系数均为大气降雨>穿透雨>树干茎流。⑶原始红松林各元素净输入量排序为:K>Ca>Mg>Mn>Fe,且Fe元素的净输入量为负值。     

不同类型原始红松林对降雨水化学特征的影响

针对小兴安岭林区不同类型原始红松林对降雨水化学特性影响进行研究。结果表明:穿透雨中K+、Mg2+含量在红松人工林中最高,年均含量分别为6.803,1.352mg/L;Ca2+、Na+、Cl-含量在枫桦红松林中最高,分别为12.200,2.513,3.436mg/L;Fe、Mn、SO24-、NH4+含量在椴树红松林中最高,分别为0.036,0.011,3.598,0.483mg/L。树干茎流中K+、Na+、Mn、SO24-、Cl-和NH4+平均含量在枫桦红松林最高,分别达9.138,6.180,0.338,9.861,7.209,2.181mg/L;Ca2+、Mg2+、Fe含量在椴树红松林中最高,年均含量分别为17.860,3.320,0.131mg/L。各红松林型穿透雨中K+、SO24-、Cl-含量在秋季达最高值,Na+、Ca2+、NH4+含量在春季达最高值,Mn、Mg2+、NH4+含量在夏季达最低值。树干茎流中K+、Na+、Mg2+、Mn、SO24-、Cl-含量均表现出明显的春季含量高、夏秋季含量低的趋势,其中Na+、Mg2+、Mn、SO24-夏季含量与秋季含量差异较小(P>0.05)。不同元素大气降雨、穿透雨、树干茎流三者间关系不同。Mg2+、Fe、Mn、SO24-含量呈现树干茎流>穿透雨>大气降雨的趋势。各林冠对Ca2+春季产生淋溶作用,夏季产生吸附作用,秋季枫桦红松林和椴树红松林表现为吸附作用,云冷杉红松林和人工红松林为淋溶作用。各林型穿透雨中NH4+含量均低于大气降雨,树干茎流中NH4+含量均高于大气降雨,其中3种原始红松林树干茎流中NH4+含量明显高于红松人工林。春季除椴树红松林外,其他林型对Na+产生吸附作用。     

浑河上游典型水源涵养林降雨再分配过程

为明确浑河上游典型水源涵养林的降雨再分配过程,以浑河上游地区5种典型水源涵养林(红松人工林、落叶松人工林、红松混交林、落叶松混交林、阔叶混交林)为研究对象,应用自记式观测记录仪,分析不同林型林冠层对降水再分配过程(穿透雨、树干茎流、林冠截留)的影响。结果表明:各林型穿透雨量(率)、树干茎流量(率)、林冠截留量均随林外降雨量增加而增大;穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量均与林外降雨量呈显著的线性正相关;各林型穿透雨率、树干茎流率与林外降雨量呈显著的对数函数关系;红松混交林、落叶松混交林的树干茎流率(32.12%,15.44%)均高于阔叶混交林与红松、落叶松人工林,红松、落叶松人工林的林冠截留能力(80.66%,77.47%)高于阔叶混交林、针阔混交林。该结果为浑河上游地区水源涵养林的最优空间结构配置与经营管理提供科学依据。     

六盘山分水岭沟典型森林植被对大气降雨的再分配规律及其影响因子

通过2009年5-10月定位监测的六盘山分水岭沟内的典型森林植被(华北落叶松林、白桦林)的穿透雨、树干茎流和林冠截留等数据资料,并基于样地调查数据和同期气象数据,对两种典型林分对大气降雨的再分配特征及其有关影响因子进行综合分析。结果表明:研究期间,林外降雨总量为727.5mm,六盘山分水岭沟华北落叶松林的林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量,分别占林外降雨总量的15.26%,74.04%和0.22%;白桦林的林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量分别占林外降雨总量的9.13%,76.98%和0.33%。两种林分的穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈极显著的线性关系(P0.01),穿透雨率、树干茎流率以及林冠截留率与降雨量呈极显著的对数函数关系(P0.01)。华北落叶松林和白桦林两种林分产生树干茎流的降雨临界值分别为6.0mm和3.5mm。对华北落叶松林冠截留影响程度由大到小的因子依次为:降雨强度降雨量空气相对湿度降雨期间的气温降雨历时风速;对白桦林林冠截留影响程度由大到小的因子依次为:降雨强度降雨量降雨历时降雨期间的气温空气相对湿度风速。降雨强度和降雨量是对该区森林植被林冠截留影响最显著的两个因子,均以风速因子影响程度最低。     

重庆缙云山毛竹林次降雨再分配特征及穿透雨的空间异质性

为分析毛竹林的林冠降雨再分配规律及其穿透雨的空间分布特征和影响因素,在重庆缙云山自然保护区内选择的30m×30m毛竹林标准地内,随机布置72个穿透雨监测点,并选取6株标准木观测干流,于2017年5-8月监测毛竹林水文特征。结果表明:18场典型降雨的合计林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量分别为32.74,208.09,10.97mm,分别占总降雨量的13.00%,82.64%,4.36%;次穿透雨率随次降雨量增加呈对数函数增长;穿透雨的空间变异系数(CVS)随次降雨量和降雨强度增加呈幂函数递减;当次降雨量小于10mm时,叶面积指数(LAI)与穿透雨率呈显著负相关(p0.05);各监测点不同降雨场次中穿透雨率变异系数(CV_T)为19.2%~47.7%,其空间分布格局与毛竹密度的空间分布较为一致,而与观监测点上方的LAI无显著相关;穿透雨量较大的监测点趋向于分布在毛竹冠区边缘。     

泰山典型林分的林冠截留特征

 应用相关分析方法对泰山罗汉崖林场9个典型林分类型的林冠截留特征进行研究。结果表明:林内降雨量与林外降雨量呈很好的线性关系,林冠截留量与林外降雨量呈较好的对数关系;9个典型林分类型对降雨的截留能力为五角枫>麻栎+黑松>15 a麻栎>刺槐>50 a麻栎>黄连木>黄连木+刺槐>侧柏>黑松;7个典型林分类型形成树干径流的能力为15 a麻栎>50 a麻栎>黄连木>五角枫>黑松>刺槐>侧柏;各林分类型总体产生林内降雨的林外降雨量临界值为6.28 mm。     

黄土高塬沟壑区苹果林冠截留特征

以黄土高塬沟壑区的典型代表长武塬为研究区,基于对45场降雨的实测数据,分析了苹果林的林冠截留特征,量化了林冠对降雨的分配比例.结果表明,17年生苹果林穿透雨量、树干径流量、林冠截留量分别占大气降雨量的75％～97％,0.2％～1.6％,2％～25％.穿透雨量与降雨量呈凹形抛物线关系,树干径流量与降雨量的关系可近似用直线方程表达,由三次多项式表达的林冠截留量与降雨量关系与实测值的拟合程度最高.     

北亚热带次生毛竹林冠生态水文效应及其影响因素分析

对长江三角洲森林生态定位站北亚热带次生毛竹林(Phyllostachys edulis)林冠水文作用进行了观测研究.结果表明:(1)毛竹林林冠截留量、透流量、树干茎流量变化范围分别为0.21～4.55 mm,0～105.88 mm,0～2.8 mm;截留率、透流率、树干茎流率变化范围分别为1.3%～100%,0～96.3%,0～11.8%;年截留量、透流量、干流量分别为171.7,864.78,74.3 mm;年截留率、透流率、树干茎流率分别为15.5%,77.9%,6.7%.(2)毛竹林林冠截留量(率)、透流量(率)、树干茎流量(率)均与降雨量、降雨强度存在着不同程度的相关性,降雨特征对毛竹林林冠分配降雨的各环节影响最大.(3)不同雨量级、雨强条件下,毛竹林分配降雨效果差异显著.     

北京密云水库油松人工林对降水分配的影响

2004～2006年,对北京密云水库库西33年生的油松人工林的林冠截留、穿透降水和树干茎流进行了观测。观测结果表明,油松林冠截留率为31.67%,随着降水量的增大截留率迅速减小,并趋向于截留极限,油松林冠截留量与降水量呈幂函数关系。透流率为67.65%,穿透降水量与大气降水量之间呈极显著的正相关关系。干流率为0.68%,树干茎流量占降水量的比例极小,偏相关分析表明,树干茎流量与大气降水量、平均降雨强度及30 min最大雨强密切相关。     

沿坝地区天然次生林对降雨再分配的影响

为了探究天然次生林对降雨再分配的过程,通过对沿坝地区的北沟林场内天然次生林进行穿透降雨、冠层截留和树干径流3个方面进行监测,结果表明:（1）穿透雨量和林冠截留占林外降雨量的比例比较大,树干径流量的比例则非常小,分别为59.46%,37.33%,3.21%。（2）穿透雨量和林外降雨呈现线性关系（R²=0.980 4）,林冠截留量与林外降雨量也具有明显的幂函数关系（R²=0.823 4）,树干径流与林外降雨量具有明显的线性相关关系（R²=0.909 8）,并且都达到了极显著水平（p < 0.01）。（3）根据穿透雨与林外降雨的方程y=0.8034x-1.7939,当林外降雨量高于2.23 mm时会产生穿透雨;依据林外降雨与树干径流的方程y=0.0552x-0.1981,当林外降雨高于3.58 mm时会产生树干径流;林冠在降雨再分配过程中起到了很重要的作用,形成了二次降雨。     

降雨特征对南亚热带马尾松人工林降水分配格局的影响

探究马尾松人工林降雨特征对降水分配格局的影响,为南亚热带人工林经营管理提供科技支撑。依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站降水分配观测场,采用野外定位研究方法,以30年马尾松人工林为研究对象,观测了2018年1—12月的林外降雨、林内透流、干流和冠层截留。结果表明:研究区年降雨总量1303.6 mm,马尾松林的透流、干流及截留量分别占同期降雨的60.9%,0.4%,38.7%。产生透流和干流的最小雨量分别为0.4,2.2 mm。4个降雨特征指标中(雨量、雨强、历时和2次降水间隔时间),降雨量在马尾松降水格局分布中影响最大,雨强和历时对透流量、透流率、干流量、冠层截留量及冠层截留率均有显著影响,而2次降水间隔时间仅对透流量、干流量和冠层截留量有显著影响。SPSS多元线性回归分析表明,3个冠层水文分量对降雨特征的响应并非同步,降雨特征对林内透流和截留的影响大于干流。     

模拟降雨条件下作物植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max）、谷子（Setaria italica）和冬小麦（Triticum aestivum Linn.）不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,研究采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数作物冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了作物不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了3者与作物叶面积指数和降雨强度的关系。结果表明：在40和80 mm/h降雨强度下降雨30 min,玉米、大豆、谷子和冬小麦冠下穿透雨率分别平均为65.15%、85.52%、80.05%和72.18%;在40和80 mm/h降雨强度下降雨10～20 min,4种茎秆流率分别平均为34.59%、13.58%、19.42%和26.34%;在0.3 mm/min喷雾强度下,作物冠层截留量相对较小,冠层截留率分别为0.26%、0.90%、0.53%和1.48%。随作物生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是2者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著（p＞0.05）。随着作物生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,具有趋于向行中汇集的趋势。该研究揭示了黄土高原地区主要作物对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配的作用

为了辨明成熟期玉米对降雨的再分配作用,有效地防治区域水土流失,采用人工模拟降雨的方法,就川西低山丘陵区成熟期玉米植株对降雨的冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量的作用进行了研究。结果表明: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%。随着降雨强度的增加,单位时间内玉米冠层的截留量呈增加趋势,但随着玉米植株的叶面积增大,有效截留量却呈减少趋势,株高和角度对它的影响较小。随着叶面积和降雨强度的增加,茎秆流量呈增加趋势,角度影响较小。随着叶面积的增加,穿透雨量呈减少趋势;而随着降雨强度的增加,单位时间内穿透雨的数量呈增加的变化趋势,株高影响较小。     

Effects of forest plantations on rainfall redistribution and erosion in the red soil region of Southern China

To evaluate the effects of different forest plantations on rainfall redistribution, we measured throughfall, stemflow, interception loss, surface runoff and soil loss from July 2004 to September 2005 in the three types of forest plantations Eucommia ulmoides, Vernicia fordii and Pinus massoniana. The results showed that differences in throughfall and stemflow between the three forest plantations were significant (p < 0·05). Throughfall was highest in the V.fordii plantation and stemflow was highest in the E.ulmoides plantation. Throughfall plus stemflow below the E.ulmoides canopy was greater than that underneath the other forest types. Moreover, significant spatial variation in throughfall was observed. Throughfall in P.massoniana was 28·0–39·7% higher at a stem distance < 60 cm or 11·5% lower at a stem distance > 120 cm than in the other forests, but the difference was not significant between E.ulmoides and V.fordii. Moreover, the difference in throughfall at stem distances 60–120 cm was not significant between the different forest plantations. For E.ulmoides, throughfall under the peripheral crown part was 16·1% higher than that close to the stem. In contrast to E.ulmoides, P.massoniana had 26·8% lower throughfall under the peripheral crown part than close to the stem. No significant difference was found in throughfall for the various stem distances underneath V.fordii. Stemflow in E.ulmoides was 2–3 times higher than in the other forests (p < 0·01). Interception loss accounted for 19·9% of gross rainfall for E.ulmoides, 20·8% for V.fordii and 27·2% for P.massoniana. Surface runoff and soil loss differed considerably among the three types of forest plantations. Annual runoff and total soil loss were lowest in the P.massoniana forest and highest in the V.fordii forest. This study indicated that P.massoniana, as a reforestation tree species, had the most positive effect on soil and water conservation among the three forest plantations. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

北京密云油松人工林对降水及其营养元素含量的影响

对北京密云水库库西油松人工林的林冠截留、穿透降水和树干茎流的观测和分析结果表明，单次降雨过程中的林冠截留量与林外降水量呈幂函数关系，而穿透雨量和树干茎流量跟林外降水量皆呈线性相关关系，它们占林外降水的比例分别为7．23％～87．39％，12．56％～91．58％和0．007％～1．77％。环境状况、气象条件和降水特性的不同是造成同一地区大气降水化学性质差异的主要原因；降水透过油松林冠层后，穿透降水和树干茎流中元素含量都有不同程度的增加。穿透降水中各元素含量变化均与降水时间间隔呈正相关，而与降雨强度和降水量呈负相关；除N外，树干茎流中P，K元素含量与降水特性的关系与穿透降水的相同。