黄土坡面不同植被冠层降雨截留模型模拟效果及适用性评价

为探明植被冠层降雨截留水文生态效应,该文通过对黄土区坡面柠条林和杏树林冠层截留量的动态监测与模型模拟,分析了不同类型植被冠层降雨截留规律及其模型模拟的适用性。结果表明:2种不同类型植被冠层降雨截留的特征差异显著。柠条林冠层截留量随大气降雨量的增加而逐渐增加,稳定截留率约为15%。杏树林冠层截留率相对较低,特别是在降雨量小于5mm的量级,冠层"漏斗"效应明显。杏树林冠层截留率与降雨量之间未表现出明显的趋势关系,稳定截留率约为10%。对于柠条林冠层截留规律的模拟,以降雨量和冠层郁闭度为变量的崔启武模型的决定系数为0.74,以降雨量为变量的王彦辉模型的决定系数为0.68;但对于"漏斗"状结构的杏树林冠层,2个模型均未能得到较好的模拟结果。     

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。     

杨树与小麦间作系统林冠层降雨再分配对地表径流和淋溶的影响

[目的]探讨杨树林冠层降雨再分配对地表径流量、侵蚀量和淋溶量的影响,为农林间作系统削减水土流失提供理论依据。[方法]以太湖流域杨树与小麦作系统为研究对象,通过对2013年全年101场降雨的降雨量、林内穿透雨量、树干径流量的野外观测及对地表径流量、侵蚀量和淋溶量的样品收集进行测定分析。[结果]①总降雨量为943.5 mm,林内总穿透雨量、树干径流量及截留量分别为796.2,7.3和140.0 mm,分别占总降雨量的84.4%,0.8%和14.8%。其中,降雨量10 mm的中、小降雨发生最频繁,占总降雨场次的80.2%;②穿透雨量(R~2=0.993)和树干径流量(R~2=0.748 4)与林外降雨量呈线性正相关关系;当降雨量大于5.5 mm时,树干开始产生径流;林冠截留率与降雨量呈负幂函数相关关系(R~2=0.414 7);除了降雨量外,林冠截留率还与林冠叶面积指数有关;③间作系统林分密度越大,冠层叶面积指数越大,林冠层对径流量和侵蚀量的削减作用就越强。④单株杨树距离树干1.5 m处平均穿透雨量较0.5 m,7.5 m处分别减少了3.2%,9.3%,淋溶水量分别减少了3.5%,10.8%;就单株林木而言,除降雨量外,林冠结构特征对淋溶流失起着重要作用。[结论]①间作系统中杨树林冠层对降雨的再分配作用主要取决于降雨量,降雨量越大林冠层截留效果越不显著;②杨树密度的增大能显著减少系统内地表径流量和侵蚀量;③单株杨树在距离树干1.5 m处的冠层对降雨的削减作用最大,淋溶水量亦最少。     

华北油松人工林冠层穿透雨空间变异性研究

 为说明林冠截留的空间分布特征,揭示其空间异质性,采用网格状机械布设采样点测定穿透降雨量。结果表明:穿透雨的变异系数随降雨量和降雨强度的增加而减小,当冠层达到饱和后变异系数趋于一稳定值,接近林冠叶面积指数的变异系数0.18。认为冠层叶面积指数的变异系数是穿透雨量变异系数的极限值。由于油松针叶的特殊排列方式,并且下层枝干下垂引起林冠截留负值,出现林冠截留负值的穿透雨样本占总样本数的13%,其中最大超出林外降雨高达70%。     

大豆冠层对降雨再分配的影响

[目的]研究农作物冠层的降雨再分配特征,为区域水土流失治理和生态环境建设提供科学依据。[方法]以大豆作为研究对象,采取人工模拟降雨法以及喷雾法观测大豆不同生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期)以及降雨强度(40,80 mm/h)下的茎秆流量、穿透雨量以及冠层截留量,探究大豆全生育期的冠层截留分异特征及叶面积指数和降雨强度对大豆降雨再分配的影响。[结果]大豆生育期内,茎秆流率平均值为15.02%,穿透雨率平均值为83.94%,冠层截留率平均值仅为1.04%。表明冠层截留所占降雨再分配的比例很小,其对降雨空间分异的影响所占比例较小。随着叶面积指数的增加,大豆的茎秆流量及茎秆流率,冠层截留量及冠层截留率均显著增加,然而穿透雨强度及穿透雨率显著减小。当降雨强度由40 mm/h增大到80 mm/h时,大豆的茎秆流量显著增加,但茎秆流率随雨强的变化并无显著差异;穿透雨量随着雨强的增大而增大,且随着雨强的变化存在显著性差异,但穿透雨率随降雨强度的变化并无显著差异。[结论]大豆冠层对降雨的再分配主要体现在茎秆流以及穿透雨,冠层截留所占比例很小,且叶面积指数与降雨强度均对降雨再分配有着重要的影响作用。     

刘家峡库区水土保持林林冠截留特征研究

对刘家峡库区降雨分布、刺槐和侧柏样地林冠截留特征进行了研究,结果表明:降雨主要分布于5—9月,而大暴雨一般集中在7月上旬至8月上旬;刺槐和侧柏样地林内穿透雨量与林外大气降雨量呈明显的线性关系,林内穿透雨量随林外大气降雨量的增加而增加;侧柏和刺槐样地林冠截留雨量与林外大气降雨量呈幂函数关系;侧柏和刺槐样地截留量分别为0.33~9.13 mm和0.37~3.40 mm。     

长三角地区毛竹林冠截留的影响因素

为了探究毛竹林林冠截留与其影响因素之间的关系,于2012年4月至2013年3月,定位观测了毛竹林的林冠截留特征以及相关影响因子数据。结果表明,研究期内,长三角地区毛竹林的穿透雨率、树干茎流率和林冠截留率,分别占同期降雨总量的60.6%,6.7%和32.7%;林冠枝叶部分与树干部分的持水能力分别为0.82和0.1mm;引入叶面积指数作为林冠特征并与林冠截留进行分析,结果发现各月林冠截留总量随月平均叶面积指数的增加呈一定程度上增大的趋势,月平均林冠截留率随各月平均叶面积指数的增大而减小;各气象因子与毛竹林的林冠截留量的灰色关联度大小顺序为:降雨强度降雨量风速空气温度风向空气湿度,各气象因子与毛竹林的林冠截留率的灰色关联度大小顺序依次为:空气温度风向降雨量风速降雨强度空气湿度。     

黑土区坡耕地横坡垄作措施防治土壤侵蚀的土槽试验

为了研究黑土区坡耕地横坡垄作防治坡面土壤侵蚀的效应,该文利用8 m×1.5 m的试验土槽,设计3个降雨强度(50、75和100 mm/h)、1个典型坡度(5°)以及横坡垄作和无垄作(平坡裸地对照试验)的试验处理进行模拟降雨试验,研究东北黑土区横坡垄作坡面在不同降雨强度下的防治坡面侵蚀效应。结果表明:横坡垄作在50 mm/h降雨强度下坡面基本不发生土壤侵蚀,但在75和100 mm/h降雨强度下会发生断垄,造成防蚀效应急剧降低。横坡垄作坡面的径流和侵蚀过程均明显存在以断垄时间为界的突变,在3个降雨强度下,横坡垄作断垄前可使坡面径流量和侵蚀量分别减少97.7%和99.1%以上,坡面蓄渗率达到97.2%以上;而断垄后坡面径流量和侵蚀量分别增加23.3~25.9倍和136.8~171.5倍,蓄渗率下降至50%以下。试验研究表明横坡垄作在≤50 mm/h的降雨强度下具有很好的坡面防治侵蚀效应,但当遇到强降雨时易发生断垄,防蚀效应急剧降低。     

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.     

黄土坡面坡长对侵蚀一搬运过程的影响研究

通过不同降雨强度的模拟降雨试验,研究了15°时坡面坡长对黄土坡面侵蚀--搬运过程的影响.结果表明,坡面径流量随坡长的增加而增加,在50和75 mm/h降雨强度下,坡面径流量随坡长增加的幅度基本相同,在100 mm/h降雨强度下,当坡长小于5 m时,坡面径流量随坡长的增加幅度较小,而当坡长大于5 m时,坡面径流量随坡长增加的速率明显增大.在8 m坡长内,坡面侵蚀量随坡长变化呈波状起伏的交替变化;随坡长增加,坡面侵蚀现象呈现以侵蚀--搬运过程为主与以侵蚀--沉积过程为主的交替现象.     

AWRA-L模型估算区域林冠降雨截留量

目前模拟林冠截留的Gash模型的应用多是针对某一特定点或特定林分开展,而在区域范围内的应用国内尚无报道,在国外也仅见其在澳大利亚水资源评价系统AWRA.L模型中的应用。该研究介绍了AWRA-L(Australian water resources assessment-landscape)模型,并利用GI_。ASS LAI遥感数据结合浸水法获得的林冠持水量,使用该模型对试验点白桦(Betula platyphylla Suk.)天然次生林2013年的林冠截留进行模拟。结果显示,基于Van等改进过的Gash模型的AWRA.L模型和基于Gash(1979)模型的AWRA—L(1979)模型,对累积林冠截留模拟的绝对误差分别为-4.4和1.5 mm,相对误差分别为-8.7%和3.0%;对于单场降雨林冠截留的模拟结果显示,2模型的模拟误差值分别为(-0.15±1.64)和(-0.03±1.39)mm,模拟值与实测值之间无显著差异。研究结果说明结合GLASS LAI遥感数据,AWRA-L模型可以应用于区域范围林冠截留的模拟,模拟结果较好。     

黄前水库上游生态修复区典型植被林冠层水文效应

利用森林水文与水量平衡原理,采用固定标准地方法,对山东省泰安市黄前水库上游水土保持生态修复区典型植被类型的林冠层水文效应进行了研究。结果表明:①在P=18 mm的降雨条件下,生态修复区内不同树种林冠对降雨截留量的排序为油松>赤松>侧柏>麻栎>刺槐,树干径流量和林内穿透雨量没有发现有类似的规律,针叶林比阔叶林的林冠截留量大。②不同造林密度对林冠截留量的影响总体趋势为造林密度越大林冠截留量越多,反之林冠截留量就越少;林内穿透雨量与林冠截留量的变化规律相反。③不同郁闭度林分与不同造林密度的林分对降雨的再分配规律相同。④不同混交方式的林分对降雨的截留量排序为松刺栎混交>油松>松栎混交>松刺混交>麻栎>刺槐;树干径流量和林内穿透雨量的规律不明显。⑤生态修复区内典型植被林冠截留量在降雨量较小时(P=4.50 mm)截留作用很明显,林冠截留率较大;但随着雨量增加,树干径流量逐渐增大,林冠截留率呈减小趋势。     

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。     

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。     

氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量

为揭示不同氮、磷施用量及配合翻压适量紫云英入田对早稻冠层特性和产量的影响,在7个施氮、3个施磷及2个不施氮/磷水平下,开展早稻全生育期叶面积指数LAI、冠层光合有效辐射PAR传输特性、叶片叶绿素SPAD值、生育后期剑叶净光合速率Pn及产量的试验观测。结果表明,氮磷调控可显著影响早稻LAI、叶片叶绿素含量和叶片光合速率,进而通过调节LAI影响冠层PAR传输特性,最终表现为产量上的差异。缺氮对早稻的影响显著高于缺磷,但在施肥充足时,磷肥对产量的影响比氮肥更加显著。早稻冠层特性和产量随氮、磷施用量的增加表现出边际递减效应,当施用量超过某一值时出现拐点,最终表现为产量的下降。在赣抚平原灌区,187.5~225 kg/hm2施氮量和60~120 kg/hm2施磷量以及翻压15 000 kg/hm2紫云英鲜草入田可有效提高早稻LAI和冠层PAR截获率In以及叶片叶绿素含量,维持剑叶生长期内较高的净光合速率Pn,获得高产。     

坡长对侵蚀产沙过程影响的模拟研究

通过室内模拟降雨试验探讨了坡长对侵蚀产沙过程的影响规律。实验结果表明 ,坡长是影响径流、侵蚀产沙的重要因素 ,径流量与坡长呈线性关系 ,侵蚀量与坡长基本呈指数关系。累积径流量与累积侵蚀产沙量均与降雨历时呈明显的直线关系 ,其斜率随坡长的增加而增大。坡长对侵蚀形态的演化也有重要作用 ,在试验条件下 ,0 .72 mm/ min雨强下 2 .5 ,5 ,7.5 ,10 m坡长小区均未发生细沟侵蚀 ;雨强增至 1.14mm / min时 ,10 m小区发生了细沟侵蚀 ;雨强大于 1.14mm / min时 ,7.5 m以上的小区均有细沟侵蚀发生。细沟发育时 ,坡面径流、侵蚀产沙量猛增 ,水流含沙量也出现了跳跃性增加     

Slope correction for LAI estimation from gap fraction measurements

Digital hemispherical photography poses specific problems when deriving leaf area index (LAI) over sloping terrain. This study proposes a method to correct from the slope effect. It is based on simple geometrical considerations to account for the path length variation within the canopy for cameras pointing vertically. Simulations over sloping terrain show that gap fraction increases up-slope while decreasing down-slope. As a consequence of this balance between up- and down-slope effects, effective LAI estimates derived from inversion of the Poisson model are marginally affected for low to medium slopes (<25°) and LAI (LAI < 2). However, for larger slopes and LAI values, estimated LAI values may be strongly underestimated. The proposed correction was evaluated over four forested sites located over sloping terrain. Results indicate that in these conditions (LAI between 0.6 up to 3.0, clumped canopies with relatively erectophile leaf distribution), the effect of the slope (between 25° and 36°) was moderate as compared to other potential sources of problems when deriving LAI from gap fraction measurements, including clumping, leaf angle inclination and spatial sampling.     

宁夏六盘山几种典型水源涵养林林分结构与水文功能的关系简

为量化水源涵养林林分结构与其水文功能之间的关系,以宁夏六盘山香水河小流域内的4种典型结构林分（华北落叶松＋灌木复层林、华北落叶松纯林、稀植乔木的天然灌丛林、天然灌丛林）为对象,在生长季内定位观测各林分的结构特征、冠层和枯落物截持及林下蒸散量的变化.结果表明：1）林冠截留率的大小表现为天然灌丛林（25.92％）＞华北落叶松纯林（23.38％）＞华北落叶松＋灌木复层林（22.81％）＞稀植乔木的天然灌丛林（22.07％）.2）林下枯落物层的持水性能表现为华北落叶松＋灌木复层林（26.49 t/hm2）＞华北落叶松纯林（23.06 t/hm2）＞稀植乔木的天然灌丛林（16.89 t/hm2）＞天然灌丛林（14.45 t/hm2）.3）林下日均蒸散量以稀植乔木的天然灌丛林最大（1.09 mm/d）,其次为华北落叶松＋灌木复层林（0.96 mm/d）,而华北落叶松纯林（0.88 mm/d）和天然灌丛林较小（0.69 mm/d）.4）回归分析表明：冠层截留量随着林分叶面积指数的增加而增加,在不同降雨强度条件下（除暴雨外）,二者的关系可以很好地用指数函数来表达（P＜0.01）;在排除林外气象因子变化对林内环境的干扰外,林下蒸散量随着林分叶面积指数的增加而呈对数函数的下降趋势（R2=0.639,P＜0.01）.