黄土高原草地灌丛化对潜在植被截留和土壤蓄水能力的影响

[目的]分析灌丛化后草地生态系统植被截留和土壤蓄水特征,为系统评价灌丛化后草地生态系统的水土保持能力提供参考。[方法]以黄土高原未灌丛化草地和灌丛化草地(包括禾草斑块、半灌木斑块、灌木斑块)为研究对象,系统研究了植被(包括冠层与枯落物)截留量与土壤饱和蓄水量的变化特征。[结果](1)灌丛化通过增加草地地上生物量使植被冠层截留量增加了0.3 mm,通过减少枯落物量使枯落物截留量减少了0.5 mm;(2)草地灌丛化过程中,只有灌木斑块显著增加了0—40 cm土壤饱和蓄水量。而且,灌木斑块与半灌木斑块土壤饱和蓄水能力显著不同,灌木斑块较半灌木斑块土壤饱和蓄水量增加12.8 mm,主要发生在0—20 cm土层。[结论]灌丛化没有降低草地生态系统土壤饱和蓄水能力,但若灌木继续扩张,可能会削弱草地生态系统植被截留能力。     

北京地区典型树种及非生物因子对枯落物水文效应的影响

枯落物层对森林水文循环有着重要的影响。该文以华北土石山区15种典型林分(不同树种、林分密度、立地条件等)条件下的枯落物为研究对象,通过野外调查、室内(泡水、降雨模拟)试验等手段,研究分析了典型林分枯落物的水文效应。研究结果表明,阳坡油松林的枯落物蓄积量显著大于阴坡油松林(P0.05),但不同林分密度条件下油松林的枯落物的蓄积量无显著差异(P0.05)。不同树种之间有针叶林枯落物蓄积量大于阔叶林的规律。通过不同林分的枯落物浸泡试验和统计发现,不同林分枯落物的最大持水量(water holding capacity,WHC)范围为9.72~48.92 mm,林分密度、枯落物半分解层比例、坡度、枯落物蓄积量对枯落物的最大持水能力的影响依次降低,其中枯落物的最大持水量与林分密度呈二次曲线关系。结合室内人工降雨模拟试验研究发现,降雨量达到35~45 mm时,各典型林分的枯落物截留量达到有效截留量,且有效截留量与最大持水能力的比值范围为40%~91%。     

黄土高原典型植被枯落物坡面分布及持水特征

选取黄土高原丘陵沟壑区刺槐、柠条、铁杆蒿、白羊草4种典型植被样地,系统研究枯落物蓄积量、持水量和拦蓄量变化情况。结果表明:(1)枯落物地表蓄积量(0.14~0.83kg/m~2)和土壤中混入量(0.18~0.66kg/m~2)均表现为林地灌木林地草地,而土壤中枯落物所占比重(44.1%~73.5%)则表现为草地灌木林地林地;林地(刺槐和柠条)地表枯落物和土壤中枯落物沿坡长均表现为增加—减少交替的周期性变化,草地(白羊草和铁杆蒿)则随坡长的增大而增加。(2)枯落物持水量可表示为浸泡时间的对数函数(R2≥0.89,p0.01);白羊草样地地表枯落物持水量最高,刺槐林地土壤中枯落物持水量最高;土壤中枯落物最大持水量均不同程度地高于地表枯落物(1.9~2.5倍)。(3)土壤中枯落物有效拦蓄量校正系数为0.34~0.48,普遍小于地表枯落物;地表和土壤中枯落物有效拦蓄量分别为2.4~12.5t/hm~2和1.6~5.8t/hm~2,其中林地土壤中枯落物有效拦蓄量低于地表枯落物,而草地则高于地表枯落物。总体而言,刺槐样地枯落物总有效拦蓄量最大(16.4t/hm~2),是其他样地的1.5~4.1倍。研究结果为评价黄土高原典型植被枯落物持水特征、深入理解植被恢复水文效应提供重要依据。     

重庆四面山植被类型对坡面产流的影响

 为研究长江三峡库区植被类型对坡面产流的影响,在重庆四面山布设针阔混交林、阔叶林、楠竹林、灌丛和农耕地5种不同植被类型的标准径流小区。对天然降雨过程和由降雨产生的地表径流进行观测。结果表明:不同植被类型林地地表径流量的平均值,从大到小依次为农地、灌丛、楠竹林、阔叶林和针阔混交林,分别是6·45、4·12、2·91、2·34和1·57mm。3种以乔木为主的林地地表径流量,均小于农地的地表径流量,不同乔木林地地表径流量差异不显著。不同植被类型林地地表径流量与降雨量存在显著的相关关系,与降雨强度也存在极显著的相关关系,并且都表现为多项式或幂函数关系。在同一降雨条件下,不同植被类型林地(包括农地),地表径流变化趋势存在一定差异,且均是农地地表径流量最大。     

长江中游栓皮栎林水文生态效益研究

1998～ 1999年实测了河南境内长江中游栓皮栎林的林外降水、林内降水、树干径流以及下层植被和枯落物对降水的影响 ,并建立了相关的计算模型。结果表明 :观测期内栓皮栎林冠层能截留降水 2 0 .77% ,并将 4.85 %的降水转化为树干径流 ,枯落物的最大持水量为 13.40 t/ hm2 ,林外降水和林内降水、树干径流之间为线性关系 ,而林冠截留符合灰色模型     

北京鹫峰山区常见树种的枝叶及枯落物截留特征

为探究华北土石山区不同树种各枝叶层结构与枯落物结构与水分运移的量化关系,以北京鹫峰山区为例选取了侧柏、油松、栓皮栎、五角枫、白皮松和黄栌6种当地典型树种,于2015年7—9月在首都圈森林生态系统定位研究站人工降雨大厅进行降雨截留实验,试验采用自制降雨截留装置直接测定枝叶分层每一层及枯落物的截留雨量特征,快速方便,精度较高。结果表明:(1)对于同一种树体来说,雨强越大,树体本身达到稳定截留时间越短,在同种雨强作用下,整株树的截留能力顺序为栓皮栎五角枫侧柏油松黄栌白皮松;对于整场降雨饱和的树种而言,一般雨强越大,累积截留量越大,随着降雨时间的延长,截留率逐渐减小,在雨强较大时,截留量与叶面积指数关系不显著。(2)对于砍伐树叶分层后的截留过程来说,对于无下层叶、无中下层叶的树体而言,短历时降雨阔叶树总体的截留能力比针叶树强,无叶状态下针叶树的截留持水能力强于阔叶树,因此上层叶对于树木截留有一定的重要性;对于同种树而言,各层树叶的截留能力顺序大致为中层上层下层。(3)对于砍伐枝条分层后的截留过程来说,在树体无叶的状态下,对不同树种而言,各层枝条的截留量均为针叶树大于阔叶树,尤其是中下层枝条能截持更大的水量。(4)对于砍伐枝叶分层与枯落物共存时的截留过程来说,对雨水截持的能力顺序为五角枫白皮松黄栌油松侧柏栓皮栎,最终稳定时五角枫有效截留量最多,栓皮栎变化最大。(5)对于剪叶分层的树种来说,其与枯落物组合下的垂直面上阔叶树种截留能力强于针叶,随着树叶每一层的递减,其树种的稳定截留量也随之递减,同时栓皮栎和五角枫与枯落物组合的截留过程而也说明了冠层枝叶的截留量与其本身各层的生物量和密度及叶面积成一定的正比关系。但还需加强小雨强下截留效应的研究,以及拓展到林分尺度上的问题。通过量化研究使树木枝叶层及枯落物层充分发挥其涵养水源、保持水土及改善水质的重要生态功能,支撑水源涵养林体系建设技术,对推动水源涵养林学科体系的建设发展具有重要意义。     

植被退化对典型草原地表径流的影响

通过野外径流测定、野外径流模拟实验与实验室径流模拟实验,对内蒙古锡林郭勒盟典型草原地表水分生态过程及其影响因子进行了系统分析,初步得出以下结论:(1)植被退化对典型草原地表径流有重要影响,地表径流与退化强度呈正相关,植被退化显著增加了地表径流系数和地表径流量。(2)植被层的植株高度、密度是影响地表径流的重要因子。地表径流均随着植被高度、密度的增加而降低。但在一定条件下,植被高度作用大于密度作用。(3)枯落物对径流的影响也非常明显,主要表现在直接截留作用和间接阻挡作用,在一定条件下,枯落物作用大于植被作用。     

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。     

重庆缙云山几种典型植被枯落物水文特性研究

通过对三峡库区重庆市缙云山4种典型植被类型(针阔叶混交林,阔叶林,楠竹林和灌木林)的林下枯落物的调查分析和进行枯落物持水过程研究,得到不同植被类型枯落物的持水特征。结果表明枯落物储量为灌木林>阔叶林>针阔混交林>楠竹林。枯落物最大持水深为灌木林>针阔混交林>阔叶林>楠竹林,其最大吸水率为针阔混交林>灌木林>阔叶林>楠竹林。在枯落物持水作用较强的前2h内,其吸水速率最快的为灌木林1.949mm/h,其次为针阔混交林和阔叶林,都为1.031mm/h,最小的为楠竹林为0.809mm/h。研究结果表明,三峡库区缙云山自然保护区不同植被下枯落物持水能力为灌木林大于针阔混交林和阔叶林,楠竹林最小。     

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。     

重庆四面山三种人工林林冠截留效应研究

为探讨长江三峡库区的森林水文作用,并为长江三峡库区的植被建设提供依据,对重庆四面山针叶林、常绿阔叶林和针阔混交林3种人工林的林冠截留作用进行了研究。结果表明:降雨量对林冠截留有很大影响,该地区林冠截留量与降雨量呈幂函数关系,3种人工林达到饱和截留量时的降雨量分别为55.4,52.2,102.4 mm。穿透雨量与降雨量呈明显的一元线性关系,穿透雨量随降雨量的增加而增加。3种林分截留率的大小顺序依次为:针阔混交林>针叶林>常绿阔叶林,整个雨季的总截留率依次为:32.97%、27.36%、21.85%,平均截留率为:40.77%、31.86%、27.82%。通过分析比较,针阔混交林的林冠层次多,树冠容水量高,认为研究地区针阔混交林的林冠截留能力最好。     

四面山不同人工林枯落物储量及其持水特性研究

通过调查分析重庆四面山5种人工林的林下枯落物储量,研究了各林地枯落物持水特性。结果表明:5种人工林林下枯落物储量及其持水量均表现出:分解层>半分解层>未分解的变化趋势。在相同林龄条件下,石栎×木荷混交林林下枯落物储量最高(246.94 t/hm2),其次是杉木×马尾松混交林(202.79 t/hm2)和枫香×木荷×石栎×香樟×灌木混交林(191.82 t/hm2),杉木人工纯林(39.73 t/hm2)最低。试验研究的5种林地中,石栎×木荷混交林林下枯落物的24 h最大持水量最大,为254.28 t/hm2,杉木×马尾松混交林(191.72 t/hm2)和枫香×木荷×石栎×香樟×灌木混交林(168.21 t/hm2)次之,杉木人工纯林最小,仅为31.66 t/hm2。经统计分析,试验5种林下枯落物未分解层、半分解层和分解层三者持水量与浸泡时间之间均符合为W=aln(t) b,且三者的吸水速率与浸泡时间之间亦符合S=ktn的关系式。研究表明,石栎×木荷混交林林下枯落物是5种林地中持水性能最好的一种,而杉木人工纯林枯落物持水性能最差。     

重庆市四面山几种人工林地土壤水分特性研究

采用压力膜仪法测定了重庆市四面山5种人工林地(杉木人工纯林,杉木×马尾松人工混交林,木荷×香樟×思栎×枫香人工混交林,木荷×思栎人工混交林,杉木×马尾松×木荷人工混交林)的土壤水分特征曲线,并据此对这5种人工林地的土壤水分特性进行了分析。结果表明,采用Gardner于1970提出的经验方程θ=aS-b能够较好地模拟这5种人工林的土壤水分含量与土壤水吸力间的关系,且拟合后的决定系数均达到0.99;通过对拟合参数a值的比较得出,5种人工林地的持水能力的顺序为:木荷×杉木×马尾松人工林(a=0.328)>木荷×香樟×思栎×枫香人工林(a=0.248)>杉木人工林(a=0.225)>木荷×思栎人工林(a=0.218)>杉木×马尾松人工林(a=0.206);通过拟合方程计算得出5种人工林土壤有效水上限吸力值为0.03MPa比较合适,而根据比水容量的计算显示,吸力值为0.15MPa时,植物所能吸收到的土壤水量显著减少,故把此吸力值作为易有效水与难有效水的界限;通过比较ab值(即拟合参数a与b的乘积,土壤水吸力S=1.00×105 Pa时的比水容量)和易有效水含量两个指标得出,5种林地不同土层的供水性能变化规律性不明显,但5种人工林地整体的供水性能顺序为:木荷×香樟×思栎×枫香人工林(ab=0.065,易有效水11.704)>杉木人工林(ab=0.062,易有效水10.677)>木荷×思栎人工林(ab=0.058,易有效水10.485)>木荷×杉木×马尾松人工林(ab=0.058,易有效水10.003)>杉木×马尾松人工林(ab=0.056,易有效水9.980)。     

重庆市四面山林地土壤水分入渗特性研究与评价

采用Spearman秩相关分析法与灰色关联度分析方法,对四面山几种不同林地土壤水分入渗特性进行了研究分析。结果表明,林地土壤容重、砂砾含量及非毛管孔隙度对土壤饱和导水率具有显著相关性。非毛管孔隙度、砂砾含量与土壤饱和导水率成正相关关系,土壤容重与土壤饱和导水率成负相关关系。选取土壤水分初渗速率、稳渗速率、入渗时间与累积入渗量4项参数进行灰关联评价。林地土壤水分入渗特性灰关联紧密相关程度依次为阔叶林(0.8031)>楠竹林(0.7869)>针阔混交林(0.4454)>针叶林(0.4039),阔叶林土壤在所研究的几种林地中具有较好的渗透性能。Horton水分渗透模型对各林地土壤水分入渗过程拟合的相关系数R值均大于0.950,对所研究的四面山林地土壤水分入渗过程具有良好的适用性。     

重庆四面山水源涵养林土壤抗冲性及影响因素

采用原状土冲刷水槽法对重庆四面山4种水源涵养林土壤的抗冲性进行试验研究,并探讨土壤抗冲性动态变化规律以及坡度、根系的影响。结果表明:楠竹林土壤抗冲性最大,其次为针阔混交林、针叶林,阔叶林最小,其抗冲刷系数分别为20.153、14.717、10.819和4.615 L.min/g;林地土壤抗冲性A0层强于A层,并随水流冲刷时间的延长呈指数函数增大;在研究范围内,25°是林地土壤抗冲性的转折坡度;<3 mm根系是四面山水源涵养林表层土壤根系的主要成分,林地A0层土壤抗冲性受<1 mm、1～3 mm、3～5 mm根系根量及死生物量的影响,A层主要受3～5 mm根系根量及其根长的影响。     

重庆市四面山不同森林类型林冠的截留作用

 通过对重庆市四面山6种不同森林类型(温性针叶林、暖性针叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林、暖性竹林)最大容水量和林冠截留率的测定,研究了不同森林类型林冠截留作用的差异。结果表明:1)温性针叶林和暖性针叶林较其他4种森林类型具有更高的单位面积林冠最大容水量及林冠平均截留率,表现出较强的林冠截留功能;2)影响植物群落林冠最大容水量的主要因素为郁闭度及单位面积枝叶质量,呈正相关关系;3)影响各森林类型林冠截留率的主要因素为降水量、降水强度以及林冠枝叶干燥程度,随降水量或降水强度的增加,不同森林类型的林冠截留能力表现出不同程度的降低;枝叶干燥程度对不同森林类型截留能力的影响也有明显的区别。     

重庆市四面山不同土地利用类型饱和导水率

[目的]探讨不同土地利用类型和土壤理化性质对饱对导水率的影响。[方法]采用定水头法测定四面山不同土地利用类型的饱和导水率,并运用回归分析,相关分析和主成分分析法分析其与土壤物理因子和有机质的关系,以及影响饱和导水率的主导因子。[结果]各土地利用类型的平均饱和导水率均高于荒地,其顺序为:林地农地草地,林地中天然林饱和导水率大于人工林;饱和导水率随土层深度的增加呈负指数递减规律;饱和导水率与容重呈幂函数关系,与孔隙度呈正相关,与黏粒含量呈负相关;有机质含量的提高对饱和导水率有积极的促进作用。[结论]影响饱和导水率的主导因子是容重、有机质、非毛管孔隙度和毛管孔隙度,其次,土壤机械组成对其也有一定影响。     

重庆四面山森林生态系统服务功能价值的初步评估

采用机会成本法、市场价格替代法等手段对重庆四面山地区典型亚热带常绿阔叶林生态系统 的涵养水源、保持土壤、净化空气、固定CO2、休闲游憩等生态系统功能进行了初步估 算.最后得出该地区森林生态系统的涵养水源价值为1.035亿元、保持土壤价值为0.279 7亿元、固定CO2价值为0.837 9亿元、净化空气价值为0.687 0亿元、休闲游憩价值为1.90 0 4亿元.该地区森林生态系统服务功能的总价值为4.74亿元 .