中国森林生态系统水源涵养功能

森林是巨大的绿色宝库,是全球维持生态平衡的主体和人类赖以生存的重要自然资源,对调解生物圈、地圈和大气圈平衡具有重要的不可替代的作用。森林以其高耸的树干和繁茂的枝叶组成的林冠层,林下茂密的灌草植物形成的灌、草层和林地上富集的枯枝落叶层截持和蓄积大气降水,从而对大气降水进行重新分配和有效调节,发挥着森林生态系统特有的水文功能。该项研究根据森林水源涵养的机理、森林的水文效应,对我国森林生态系统水文涵养功能及其价值进行了分析及评价。     

重庆市森林生态系统水源涵养功能研究

以重庆市为研究区域,根据该区自然地理环境条件的差别,利用2001—2010年重庆市MODIS植被类型数据,划分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木林、草地、湿地和5个森林生态系统类型区域,利用年降水量,林冠截留率数据,结合气象观测数据,计量和评述了该地区2001—2010年间森林生态系统水源涵养能力及其变化。结果表明:总体格局空间上,东部巫溪、城口、酉阳等地区由于植被状况良好,其森林生态系统水源涵养能力较强;中西部渝中区、沙坪坝区、大足县等地区由于植被状况较差,是森林生态系统水源涵养能力的薄弱环节;东部森林生态系统水源涵养能力强,西部弱,巫溪县最强,渝中区最弱;其中渝东北生态涵养发展区森林生态系统水源涵养能力最强,都市功能核心区森林生态系统水源涵养能力最弱;三峡库区森林生态系统水源涵养能力较强,平均为61亿m3;2001—2010年,重庆市森林生态系统水源涵养量呈逐渐上升的趋势,但受降水影响,各年差异明显,多年平均水源涵养量为103亿m3,2010年森林生态系统水源涵养量最高为129亿m3,2006年森林生态系统水源涵养量最低为73亿m3。     

岷江上游森林涵养水源的能力变化分析

为探讨森林植被变化对水文方面的影响，客观评价近年来退耕还林等生态建设所取得的功效，以岷江上游为对象，根据森林植被、枯期径流等的变化，找出其间的关联和相应的规律。利用森林涵养水源能力的评价指标：流域最小月平均流量与年径流量之比，得出了各年段的涵养指数，并将其变化趋势与森林植被、枯期径流相比较。结果表明，森林涵养水源的能力与森林面积有很大的相关性，它随森林面积的减少而降低，随森林面积的增加而升高；尽管岷江上游森林植被遭到严重破坏，但从总体来讲，岷江流域涵养水源的能力还是特别强的，径流变化平稳，枯期水量相对丰富；退耕还林工程功效显著，大面积的退耕还林提高了涵养水源的能力，增加了枯期径流量，增强了岷江上游的生态环境安全。     

吉县蔡家川流域不同森林植被的林地水源涵养功能

林地（枯落物层和土壤层）是森林植被水源涵养功能的主体,在水土保持中具有举足轻重的作用。根据蔡家川流域林地枯落物和土壤的分析与测定,研究比较了晋西黄土区不同森林植被的林地水源涵养功能。结果表明,不同植被类型枯落物的最大有效拦蓄量的大小为:虎榛子林（2.85 mm）>沙棘林（2.38 mm）>刺槐林（1.88 mm）>油松×刺槐林（1.31 mm）>油松林（0.77 mm）。不同植被类型0~60 cm土层的林地土壤最大拦蓄量为:虎榛子林（248.2 mm）>油松×刺槐林（241.0 mm）>刺槐林（210.2 mm）>草地（209.8 mm）>油松林（198.1 mm）。晋西黄土区不同森林植被的林地水源涵养功能研究,为该区水土保持林的合理经营与利用提供了科学依据。     

苏南丘陵区主要森林类型地被层水源涵养功能研究

系统地研究了苏南丘陵地区 8种主要森林类型地被层的结构功能特点 ,结果表明森林灌草层、枯落物层的数量特征及其水文功能在不同的森林类型中存在较大的差异 ,各森林类型地被层的水源涵养功能排序为 :栎类混交林 >麻栎人工林 >马尾松林 >杉木林 >板栗经济林 >毛竹林 >火炬松林 >黑松林     

云南金沙江流域不同植被类型水源涵养能力分析

通过对金沙江流域不同植被类型的林分截流、渗透性能、持水能力及径流进行测定分析,结果表明:(1)林分的层次不同,持水能力也有较大差异,其中乔木层针叶林>针阔混交林>阔叶林;灌木层是灌木林>阔叶林>针阔混交林>针叶林;草本层针阔混交林>灌木林>阔叶林>针叶林;枯枝落叶层阔叶林>针阔混交林>灌木林>针叶林.(2)渗透系数以阔叶林和针阔混交林较强,针叶林和灌木林较差.(3)地表径流的径流深、径流系数及泥沙量均以余甘子灌木林最高,不同植被类型的地表径流总体上是针叶林>灌木林>针阔混交林>阔叶林,阔叶林地表径流和泥沙量均很小,基本上没有侵蚀.     

长江上游森林涵养水源效益及其经济价值评估

 为丰富森林生态系统功能的价值量化研究,客观评价我国西南地区生态建设所取得的效益,以长江上游为对象,根据区域自然地理环境条件的差别,将其划分为暗针叶林、针阔混交林、阔叶林、经济林、竹林、灌木林6个自然地理类型区。利用区域降水量和产流特征参数,计算了长江上游森林涵养水源能力。采用水源调节“替代工程的影子价格”原理,计算了该地区森林生态系统的水源涵养经济价值。结果表明,长江上游地区森林生态系统的年水资源涵养量为1288.5亿m3,主要集中在高山峡谷森林区,涵养水源的年经济价值为431.6亿元。     

桐庐生态公益林主要森林类型水源涵养功能综合评价

 对浙江省桐庐县生态公益林中主要森林类型的水源涵养功能进行评价。选取林冠截留率、枯落物层蓄积量、枯落物层最大持水率、土壤稳渗速率、土层厚度、土壤总孔隙度和非毛管孔隙度为评价指标,构建森林水源涵养功能综合评价方法。结合实测数据,对研究区各森林类型水源涵养功能进行评价。结果表明:水源涵养功能为青冈林>杉木林>毛竹林>香樟林>马尾松林>板栗林;青冈林的水源涵养功能属较好等级,杉木林、毛竹林、香樟林为中等,马尾松林、板栗林较差。     

太湖地区森林生态系统的水源涵养功能特征

为客观认识森林生态系统在流域水资源管理中的作用,在总结分析前人研究成果的基础上,该文综合比较了太湖地区主要森林类型中枯枝落叶层和土壤层的涵养水源功能特征。结果表明:太湖地区森林生态系统林下枯枝落叶层现存量平均值为4.68～14.4 t/hm²,持水量为11.6～29.99 t/hm²,持水率为187.24%～246.22%;主要森林类型土壤层的毛管孔隙度变动于39.01%～44.21%,非毛管孔隙度为10.21%～16.53%;而土壤层的初渗率变动于11.94～19.06 mm/min,稳渗率为3.77～6.74 mm/min。总体来看,太湖地区森林枯枝落叶层和土壤层的水源涵养能力指标多低于亚热带平均值。     

河北太行山典型水土保持经济林枯落物持水特性

选取河北太行山区典型坡面经济林板栗、苹果与立地条件相近的荒坡的枯落物蓄积量与持水能力进行研究。结果表明:枯落物总蓄积量范围为6.62~15.83 t/hm²,表现为板栗林总蓄积量最大,荒坡总蓄积量最小。枯落物最大持水量变化范围为13.41~53.9t/hm²。板栗林有效拦蓄量可达42.23 t/hm²,在各林分中最大;荒坡有效拦蓄量为19.55 t/hm²,在各林分中最小。枯落物持水量、吸水速率均与浸泡时间呈相关关系,前者为对数关系（R>0.97）,后者为幂函数关系（R>0.98）。综合分析各林分枯落物层的持水能力,可知水土保持经济林持水能力远大于荒坡。     

太行山区不同植被条件下土壤水分动态变化特征研究

为了解太行山区主要植被类型的土壤水分状况,选取太行山区4种典型植被——小麦/玉米(农作物)、黄背草(草本)、荆条(灌木)和核桃(乔木),利用大型称重式蒸渗仪,监测了4种植被2018年和2019年生长季(4—10月)的土壤水分、深层渗漏和蒸散发要素,并利用数理统计方法分析了土壤含水量的变化特征。结果表明,2018年小麦/玉米、黄背草、荆条和核桃地平均土壤含水量分别为0.30 cm~3·cm~(-3)、0.35 cm~3·cm~(-3)、0.32 cm~3·cm~(-3)和0.36cm~3·cm~(-3),而2019年平均土壤含水量分别为0.28cm~3·cm~(-3)、0.26cm~3·cm~(-3)、0.23cm~3·cm~(-3)和0.31 cm~3·cm~(-3),相比于2017年生长季末(11月)土壤含水量,2018年小麦/玉米、黄背草、荆条和核桃地土壤含水量下降幅度分别为0.05cm~3·cm~(-3)、0.04cm~3·cm~(-3)、0.09cm~3·cm~(-3)和0.05cm~3·cm~(-3),2019年下降幅度分别为0.07 cm~3·cm~(-3)、0.13 cm~3·cm~(-3)、0.18 cm~3·cm~(-3)和0.10 cm~3·cm~(-3),荆条地土壤水分的下降幅度最大,小麦/玉米地下降幅度最小。在垂直方向上, 4种植被土壤水分变化趋势一致,随着土层深度的增加土壤含水量逐渐降低,但对土壤水分的获取深度有所差异。土壤水分获取深度小麦/玉米主要为45～100cm,黄背草和核桃主要为100～150 cm,荆条主要为150～180cm。形成这一结果的原因可能是根系分布的差异,小麦/玉米和黄背草为禾本科植物,根系分布在浅层土壤,虽然核桃为乔木,但其为浅根植物,而荆条在主根周围分布有丰富的侧根,且主根延伸到土层深部,能够获取深层土壤水分。这表明荆条是该地区主要耗水物种,在太行山区绿化植被的选取和生态系统的管理和修复中,应尽量减少荆条的覆盖面积。     

北京九龙山8种林分的枯落物及土壤水源涵养功能

为了阐明森林植被的水源涵养功能,对北京九龙山油松纯林、华北落叶松纯林、侧柏纯林、樟子松纯林、栓皮栎纯林、五角枫纯林、油松日本落叶松混交林、油松华北落叶松混交林等8种林分类型的枯落物和土壤持水性能进行研究.结果表明：各林分枯落物总储量变化范围为8.87 ～47.87 t/hm^2,其中未分解层储量大于半分解层储量;综合枯落物未分解层和半分解层最大持水量和有效拦蓄量的变化规律来看,油松纯林最大持水量最大（36.46t/hm^2）,其次为华北落叶松纯林（36.06 t/hm^2）,侧柏纯林最小（11.83 t/hm^2）;油松日本落叶松混交林的有效拦蓄量最大（23.51 t/hm^2）,其次为樟子松纯林（19.85 t/hm^2）,侧柏纯林最小（9.53t/hm^2）;综合考虑不同林分枯落物与土壤涵养水源能力发现,华北落叶松纯林和油松华北落叶松混交林具有良好的水源涵养功能;不同层次枯落物持水量、吸水速率与浸水时间均存在较好的函数关系;8种林分土壤容重均值在0.89～ 1.41 g/cm3之间变动,总孔隙度在39.43％ ～54.23％之间变动;林地土壤的入渗速率与人渗时间通过回归分析得出,二者呈幂函数关系,且R2值均在0.90以上.     

太行山山前平原土壤有效水动态分析

利用栾城试验站1998—2002年的降水和土壤水观测资料,探讨太行山山前平原的土壤有效水量和土壤水有效性的时间变化特征。结果表明,①土壤有效水量年内变化明显,受降水影响显著;年际变化呈减少趋势,秋季变化幅度最大;作物的主要供水层下移。②作物根系层土壤水的总体有效性在全年基本为“中效”;在冬小麦生育期,深层的土壤水逐渐转为“难效”,经过雨季能基本得到缓解;自1998年至2001年土壤水分有效性等级由浅层至深层依次降低。     

太行山区不同土地利用方式保水防蚀能力研究

从植被和土壤状况两个方面对太行山区常见的不同土地利用方式的保水防蚀能力进行了研究。研究表明,栓皮栎林、刺槐林和矮刺槐林具有较好的层次结构、较大的枯落物积累量及根系数量,保水防蚀能力较强;板栗林因为人为干扰较为强烈,层次结构单一,保水防蚀能力弱于另外3种林地;撂荒地具有较高的植被盖度和数量较多的草本植物根系以及枯落物的积累,其保水防蚀能力优于农田。农田层次结构单一,枯落物的积累和根系数量少,保水防蚀能力最弱。该地区大部分土壤都具有较大的非毛管孔隙度和较好的渗透性,但抗蚀性较差,植被有提高土壤抗蚀性的作用。     

太行山区植被NPP时空变化特征及其驱动力分析

本文基于2000—2014年MODIS NPP数据,结合同期土地利用变化、气温、降水和DEM数据,运用趋势分析法、相关系数法及分区统计法等方法,研究了太行山区2000—2014年植被NPP时空变化特征,分析了气温、降水等气候因素和人为因素对植被NPP变化的影响,为太行山区植被资源管理及生态环境调控提供参考。研究结果表明:(1)太行山区植被NPP多年平均值为284.0 g(C)·m~(-2)·a~(-1),耕地、林地和草地的NPP均值分别为302.5 g(C)·m~(-2)·a~(-1)、258.1 g(C)·m~(-2)·a~(-1)、286.5 g(C)·m~(-2)·a~(-1)。(2)2000—2014年太行山区植被NPP整体呈上升趋势,但大部分植被NPP变化未达到显著水平;16.17%的植被NPP显著或极显著升高,主要分布在太行山区西侧;0.88%的植被NPP显著或极显著降低,零散分布在研究区内。(3)不同植被类型NPP变化速率为草地耕地林地。(4)基于区域平均计算,太行山区植被NPP与降水显著正相关(P0.05),与气温负相关(P0.05)。基于像元计算,植被NPP与降水显著或极显著正相关区面积比例为23.82%,主要分布在太行山区北段,几乎没有显著负相关区;植被NPP与气温显著或极显著负相关区面积比例为8.42%,主要分布在太行山区西侧,显著或极显著正相关区面积比例为0.81%,主要分布在太行山区最北端。(5)研究期内气候因子对植被NPP的升高整体上表现为促进作用,而人为因素主要表现为抑制作用。太行山区生态环境保护仍应以减少人为干扰为主。     

北方土石山区生态修复与水源涵养研究进展与展望

生态文明建设与生态环境保护是人与自然和谐相处与和谐共生的必然要求,是实现经济社会可持续发展和人民群众对美好生态环境的现实需要、建设美丽中国的实际需要。针对太行山区生态系统严重退化、环境容量与承载力低下、基础设施薄弱、自然条件与资源禀赋较差、贫困程度较深等问题,中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心从20世纪80年代开始在太行山中段东坡的低山丘陵区进行生态修复与可持续发展的研究,通过30年的研究实践,提出并建立了较为完整的北方土石山区生态修复治理体系,为山区生态文明建设和生态环境保护,以及扶贫攻坚和社会经济可持续发展提供了经验与示范。本文通过30年研究历程回顾、研究与展望,总结了土石山区生态修复与水源涵养的进展与展望。太行山林业生态工程建设主要经历了3个阶段:一是研究初始阶段(1986—1996年),确定了退化山地生态系统恢复的途径与技术理论,建立了以水土富集为中心的林业生态工程。二是提升发展阶段(1997—2007年),这一阶段主要是研究了影响退化山地生态系统恢复与重建的关键因子与影响机制,并提出了有效的技术措施与解决方案。具体说来,在径流林业研究方面,研制出了太行山水土富集工程带间距计算公式;在降水资源转化与水分运移规律研究方面,明晰了岩土二元结构体的降水-土壤水-裂隙水的基本补给路径,揭示了岩土界面"优先流"与裂隙网络"优先流"的运行转化规律,阐明了浅层风化裂隙岩体渗流的动态变化特征及对植被耗水过程的响应关系;在降水资源调控利用研究方面,研制出了生物集雨新材料、营养调理剂和生物集雨面建造施工工艺。三是全面创新阶段(2008年—),重点探讨了山区生态产业开发与区域可持续发展问题,研发了经济林土壤扩蓄增容技术、石质山地困难立地造林技术、经济林生态隔离带调控技术、京津风沙源治理工程区沙产业开发技术,以及林下经济、循环经济、生态旅游等生态产业化技术体系。下一步将在目前研究的基础上,向人口密度较大、人类活动频繁的雄安新区上游山区扩展,重点开展以国土绿化、景观建设、水源涵养、水土流失治理、污染防治为主要内容的山水林田湖草一体化生态环境与气候变化监测,研究现代干扰条件下山地灌丛生态系统向森林生态系统的演替过程及主要驱动因素,山地水旱灾害形成机制、降水资源调控与水源涵养,以及以产业生态化和生态产业化为主体的山地生态经济体系,为构建结构稳定、功能完善的京津冀生态环境支撑体系与水源涵养功能体系提供科学依据和技术支撑,为山地生态系统经营管理,实现其生产、生态功能和系统稳定性提供科学参考。     

太行山区山野菜植物资源与开发利用探讨

介绍了山野菜的特点、开发利用价值及其目前开发利用现状和发展趋势,并探讨了太行山区山野菜的种类与开发利用现状以及引种驯化与产业化开发的可行性。     

小兴安岭南坡3种林型林地水源涵养功能评价

运用层次分析法的原理和方法,通过选取影响林地枯落物层和土壤层水源涵养功能的11个指标,对小兴安岭南坡3种主要林型枯枝落叶层和土壤层的水源涵养功能进行定量评价。结果表明:天然杨桦混交林水源涵养综合能力评价值最大(0.427 1),落叶松人工林次之(0.368 7),天然红松林最小(0.204 1),说明天然杨桦混交林水源涵养功能最强,落叶松人工林中等,天然红松林最弱;3种林型的水源涵养功能的强弱与现实生产实际相吻合,表明层次分析法在不同林型水源涵养功能的定量评价上是可行的。     

太行山区不同坡度NDVI变化趋势差异分析

山区坡度对土壤侵蚀和植被生长有重要影响。分析不同坡度NDVI变化趋势的差异有助于理解植被对不同坡度的响应情况,加深对植被变化影响机制的理解。本文基于MODIS数据和DEM数据,以生长季NDVI均值为表征指标,采用基于像元的趋势分析方法以及基于坡度的回归分析法,分析了太行山地区2000—2015年间植被变化情况,并且对植被变化趋势与坡度关系的规律做了系统性分析。同时,本文采用土地利用转移矩阵来分析2000年和2010年两期不同坡度土地类型流转的面积及方向,探讨土地利用变化对不同坡度植被变化的影响状况。结果表明:(1)研究时段内太行山区植被总体上得到改善,植被改善区域占该区总面积的93.5%。(2)NDVI增加趋势在中西部地区(山西省境内)最为明显,东部和南部部分中低海拔区出现减少趋势,主要集中在东部邻接华北平原的低山丘陵区。(3)坡度较大的区域生长季平均NDVI较高。(4)植被变化趋势(y)与坡度(x)之间的关系为非线性关系,可用二次函数来表示,其表达式为:y=?0.311x2+8.098x+28.027。(5)当坡度在7°~15°,植被变好趋势最为明显,其次是坡度为15°~20°,坡度7°~20°NDVI变化趋势均值分别比20°区域和≤7°区域高15.8%和29.8%。(6)2000—2010年在低(0°~7°)、中(7°~20°)和高坡度(20°)区域,耕地、林地、草地总面积均减少,主要流向了建设用地和水域。然而,3个坡度范围NDVI变化趋势均为正,且增加最明显的为中坡度地区,然后依次是高坡度地区和低坡度地区。(7)NDVI变化趋势受到土地利用类型和面积的影响较小,主要受到自身生化条件、自然环境条件和人为扰动(土地利用强度等)的综合作用。基于以上结果,本文对太行山区不同坡度土地资源的合理利用和生态环境保护具有重要意义。