楠竹林地不同时间尺度降雨径流过程及趋势研究

楠竹林是缙云山森林生态系统的一种典型植被类型,为揭示该植被类型对降雨径流过程的影响,对设置在重庆缙云山楠竹林地的径流小区2002—2007年的水文观测资料进行了研究。研究发现:①2002—2007年,楠竹林的降雨年际分布比较稳定;一年中降雨量比较集中出现在4—9月,占全年降雨量的72%,峰值出现在7月份。②地表径流和地下径流与降雨保持密切的响应关系,在对降雨量的分配中,地表径流占30.7%,地下径流占15.2%。③楠竹林地的径流未来呈减少趋势。     

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.     

华西雨屏区几种典型人工林降雨截留分配特征

以华西雨屏区几种典型森林类型为研究对象,定位监测了2011年4-12月40场降雨中大气降雨、林冠穿透雨、树干茎流、地表径流和地下渗滤。结果表明:各树种林冠截留率分别为香樟林31.63%,柳杉林42.73%,混交林49.88%。当单次降雨量24mm时,截留量表现为柳杉林混交林香樟林;当单次降雨量24mm时,截留量表现为混交林柳杉林香樟林。各种林分树干茎流量少,茎流率均低于2%;地表径流量表现为香樟林柳杉林混交林,地下渗滤量表现为混交林柳杉林香樟林,表明森林植被对降雨截留分配具有显著影响。相对于单一结构的人工林,混交林林冠截留率较高,地表径流量较少,具有较高的水土保持能力。     

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。     

苏南丘陵区毛竹林林冠水文特征

为探讨苏南丘陵区毛竹林林内冠层水文特征,准确揭示冠层水文动态变化规律。2013年1月到2014年12月连续两年对苏南丘陵区毛竹林(phyllostachy edulis)林内水文效应进行了定位监测,使用自制装置收集树干径流、集水槽收集穿透雨、雨量筒收集林外降雨。研究不同的降雨量等级、降雨强度等级下,树干径流、穿透雨和林冠截留随降雨特征变化规律,并建立了回归模型,通过降雨量、相对湿度、降雨强度、风向、空气温度、相对湿度、叶面积指数定量分析了影响林冠截留的主要因素。结果表明:研究期内苏南丘陵区毛竹林外累计降雨量为2 419.1 mm,林内累计穿透雨量、树干径流量、林冠截留量分别占同期降雨量的58.70%,6.14%,35.16%;降雨量与穿透雨量、树干径流量呈现极显著线性关系,与林冠截留量的线性相关性较显著;毛竹林生长旺季月平均叶面积指数不断增加的同时,各月林冠截留总量随之增加,月平均林冠截留率整体呈下降趋势。研究区毛竹林林冠部分和树干的持水能力分别为0.38 mm,0.1 mm,且降雨事件中形成树干径流的最小雨量为1.30 mm。通过相关性分析得到影响毛竹林林冠截留主要气象因子为降雨量和降雨强度。研究可为苏南丘陵区毛竹林降雨再分配特征研究提供科学的数据支撑,为毛竹林集约发展提供理论基础。     

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。     

长江三峡库区不同森林类型涵养水源能力比较研究

从林冠层、枯落物层及土壤层3个生态作用层次对缙云山自然保护区4种主要森林类型的涵养水源功能进行了定量研究。结果表明：林内透雨量、树干径流量与降雨量、降雨强度呈二元线性关系。林冠截留率为16．91％～67．84％，平均为38．19％，依次为针阔混交林〉阔叶林〉楠竹林；枯落物储量为16．21-32．42t／hm^2，平均为20．69t／hm^2，依次为灌木林〉阔叶林〉针阔混交林〉楠竹林；各种森林生态系统能够截留的降雨量总量为450．3-686．3t／hm^2，针阔混交林的涵养水源功能最好，阔叶林、楠竹林次之，灌木林最小。     

重庆缙云山楠竹林水文水保生态效益研究

以重庆市缙云山的主要植被类型楠竹林为研究对象,从楠竹林林冠对降雨的再分配功能、林下枯落物对水源的涵养功能、林地土壤的蓄水能力以及实验小区的产流过程对楠竹林的水文水保生态效益进行了分析。     

基于月水量平衡的天山中部天然云杉林森林生态系统蓄水功能研究

以天山中部天然云杉林森林生态系统为研究对象,以250 hm2流域尺度为单元,采用流域试验和水量平衡样地相结合的方法,对森林生态系统的月水文过程进行全面、系统地研究。结果表明：（1）在降雨分配过程中,80.39%的雨量分配是在土壤层完成的;其次,林冠截留率较大,占降雨量的17.92%,并且随着林龄的增大,单位面积产生的截留越强;单位面积产生径流量最小,仅为降雨量的2.75%,其中,单位面积裸地的产流最大,分别为草地和林地的5.4,12.5倍。（2）蒸发散是流域森林生态系统的最大损耗方式,占月总水分输入量的69.53%;而以径流方式产生的水分流失最小,仅占降雨输入量的3.8%;剩余26.67%的水分则以水源涵养的方式贮蓄在土壤中。（3）降雨在森林生态系统各层次的分配规律为：树木蒸腾〉土壤蓄水〉林冠截留〉土壤蒸发〉地表径流〉地下径流,分别占水分总输入量的43.93%,26.67%,17.92%,7.68%,2.75%和1.05%。     

华北土石山区油松林对降雨再分配的影响

森林对大气降雨的再分配有着重要的作用,2010年通过对河北省木兰国营林场油松林穿透降雨、冠层截留量和树干径流的观测,分析了华北土石山区油松林降雨再分配的特征。结果表明:油松林的穿透降雨量、冠层截留量和树干径流量分别占大气降雨量的67.07%,29.79%,3.10%。油松林冠层穿透降雨量和树干径流量与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.986,R2=0.893),林冠截留量与降雨量成幂函数关系(R2=0.765);根据回归方程,当林外降雨量大于0.264mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于4.89mm时,可发生树干径流;林冠在降雨再分配过程中起着主要的作用,在空间和时间上都进行了再分配。     

模拟降雨下坡面草带分布对产流产沙过程的影响

为深入探讨坡面植被分布对产流产沙过程的影响,定量分析植被分布与坡面产流产沙的关系,通过人工降雨试验,在15°坡面条件下,对不同植被覆盖度（40%,60%）、不同降雨强度（30,60,90 mm/h）和不同植被分布位置（相对距离为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0）条件下的坡面产流产沙进行观测,分析不同植被分布条件下的水土保持作用,提出了不同覆盖度下控制水土流失的植被优化配置。结果表明：（1）在一定坡度和降雨强度条件下,不同植被分布条件下坡面产流率和产沙率均表现为先迅速增加后趋于稳定的变化趋势;（2）坡面平均产流率和产沙率随着相对距离的增加表现出先减小后增大的趋势,植被相对距离为0.2的坡面的平均产流率在不同实验条件下均为最小;（3）通过随机森林算法发现,降雨强度和植被覆盖度对产流具有重要影响,降雨强度和植被相对距离对产沙具有重要影响;（4）当植被覆盖度为40%时,以减少径流和泥沙为主要目标的最优化植被相对位置分别为0~0.36,0~0.31;当植被覆盖度为60%时,以减少径流和泥沙为主要目标的最优化植被相对位置分别为0~0.43,0~0.22。表明坡面植被分布对产流产沙有重要的影响,在相同植被覆盖度条件下,草带的相对距离越小,对减少径流和泥沙的作用较好。研究成果可为生态恢复过程中植被的优化配置提供理论依据和数据支撑。     

降雨因子对缙云山地区典型森林植被类型地表径流的影响

根据2004-2006年在缙云山地区的定位观测数据,分析降雨因子与针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林和灌丛4种典型森林植被类型地表径流量的关系。结果表明:①地表径流与降雨量和10 min最大雨强关系极其显著,与平均雨强关系显著,与前3天降雨量和降雨历时关系不显著;②地表径流与降雨量间存在二次函数关系,与10 min最大雨强和降雨强度间分别存在一次函数关系;③不同的森林植被类型对降雨的响应不同,在较小降雨条件下,各植被类型都能很好的调节降雨,但在较大降雨条件下,各植被类型对于雨水的调节作用差别较大,常绿阔叶林拦截降雨、调蓄洪水能力最强,楠竹林的最差。④通过主成分分析,对地表径流起着制约性的影响因素有降雨强度综合因子、降雨历时与降雨量综合因子和前期降雨的综合因子,用主成分作为变量建立模型,通过检验发现拟合度较高,能准确推求和预测分析地表径流。     

红壤侵蚀退化坡面植被恢复过程中的水土保持效益演变

为探究花岗岩红壤侵蚀退化坡面植草措施实施中植被在不同生长阶段水土保持效益的演变规律，设置条带型（D1）、随机型（D2）、斑块型（D3）3种不同植草格局坡面，并以侵蚀退化裸地坡面（CK）作为对照开展试验，在天然降雨条件下监测整个植被生长过程中的坡面土壤侵蚀变化特征。结果表明：（1）植被的生长可显著提升坡面的水土保持能力，随着植被生长阶段的推进，坡面的产流产沙量明显下降，减流效益达20.74%~79.03%，减沙效益达97.42%~99.40%，但在不同降雨类型下，随着植被生长，坡面减流减沙效益表现出的递增变化规律具有差异。（2）植被生长能逐渐削弱降雨因素对坡面产沙的影响，使得坡面减沙率在不同雨型间的差异逐渐减小，最终稳定在一个较高水平，不同雨型间坡面减流率的差异在植被生长各时期皆较大。减流率、减沙率与植被生长时间二者之间存在对数函数关系，相关系数分别大于0.491和0.792。植被生长指标（分蘖数、盖度、株高）与坡面产流产沙量之间呈显著或极显著负相关关系。（3）从整个植被生长过程来看，3种植草格局的水土保持效益大小表现为D1>D3>D2，在植被生长的前期以及前中期，高植株密度的分布格局强于低植株密度分布格局，后期各格局差异较小。研究结果为南方红壤水土流失区严重侵蚀退化地植被恢复提供科学依据及技术支撑。     

不同植被类型下坡面径流侵蚀产沙差异性

利用野外模拟降雨试验分析不同植被类型不同雨强下坡面降雨入渗产流和侵蚀产沙过程特征及径流侵蚀产沙差异性,阐明了不同植被类型对坡面降雨侵蚀产沙过程的调控机理及其差异。结果表明:荒地、草地和坡耕地坡面产流产沙过程线均较林地强烈,呈现出多峰多谷的特点;植被类型和雨强及二者的交互效应均对产沙有显著影响,植被类型的作用大于雨强,交互效应相对较弱;植被类型和雨强对径流有显著影响,植被类型的作用大于雨强,此时交互效应的影响并不显著。各种类型的产沙量均存在显著差异,除荒地和草地两者径流量无明显差别外,其他两者之间存在显著差异。林地具有蓄水减沙的水土保持功效,草地具有直接拦沙的水土保持功效,植被对有效控制水土流失至关重要。该项研究有助于更好地理解植被、降雨和侵蚀之间的相互关系。     

晋西黄土区不同植被覆盖小流域的产流输沙特性

为了进行不同植被覆盖小流域的产流输沙研究,以山西省吉县蔡家川流域内部嵌套的3个典型小流域为研究对象,采用对比分析的方法,探索降雨特性和植被覆盖条件对流域产流输沙的影响。结果表明:小流域产生的径流量和输沙量均随着降雨量的增大而增大,但并不成一定比例;小流域的径流量和输沙量也随降雨强度的增大而增大,泥沙量的增长幅度大于径流量;在黄土区,短历时的暴雨易产生严重水土流失,应该作为水土流失预防的重点;在不同植被覆盖条件下,以封禁植被为主的小流域产生的径流量和输沙量最小,人工植被为主的小流域次之,水平梯田为主的小流域最大;在封禁条件下自然恢复植被为主的小流域对黄土区典型暴雨的水土流失预防效果最佳。因此,如何在水土流失严重的黄土高原地区仿拟自然进行植被恢复,是有效控制水土流失的关键。     

喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值初探

喀斯特坡地表层岩溶带发育，入渗强烈，产流机制与非喀斯特坡地有较大差异，为提高喀斯特坡地土壤流失模型预测准确性，以贵州省普定县陈旗小流域6个不同土地利用类型径流小区为观测对象，分析2007—2010年、2015—2019年2期泥沙和地表径流数据，了解产流产沙规律，并利用降雨侵蚀力偏差法计算各小区侵蚀性降雨量。结果表明：(1)植被覆盖率与喀斯特坡地地表产流产沙量呈负相关，高植被覆盖下，暴雨和极端暴雨是造成喀斯特坡地水土流失的主要降雨事件；(2)植被恢复十余年随着覆盖度的提高，年均土壤流失量呈显著下降趋势，多小于10 t/km²;(3)喀斯特坡地裂隙发育，地下漏失严重，土壤量少且不易被侵蚀，除少数极端暴雨外，多数降雨不产流不产沙，因此建议将喀斯特坡地侵蚀性降雨量阈值定为50 mm,该阈值显著高于非喀斯特地区。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

红黏土侵蚀劣地集水区30年植被恢复中的水沙特征

为探究红黏土侵蚀劣地植被恢s复的水土保持效益,在自然降雨条件下,对红黏土区裸地对照及植被恢复的2个自然集水区进行长期降雨径流泥沙监测,得到30年的产流产沙数据.结果表明:1)植被恢复第6年裸地对照和恢复林地的产流差距显著,8年后恢复林地基本不再产沙.年内产流产沙集中在雨季4-6月,植被的减流和减沙效益分别超过40％和90％.在次降雨尺度上,植被能够显著降低径流泥沙曲线斜率,在降雨量相同的条件下减小地表产流产沙量.2)降雨过程产流产沙与降雨强度I60变化趋势一致,呈多峰型,总体上恢复区延缓产流1h以上,产流峰值减小67％ ～ 83％,中雨条件下植被延缓径流和降低产流峰值的效益最好.3)恢复林地径流中全N、全P、全K流失量分别减少54.62％、57.53％、56.46％,次降雨过程中全N和全K流失质量浓度高于全P浓度,且随径流过程波动较大.植被恢复后的红黏土集水区产流产沙及养分流失显著减少,水土流失得到有效控制.     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。