祁连山2种植被下冻土的季节变化及数值模拟

[目的]探究祁连山地区冻土的季节性变化以及植被对祁连山季节冻土的影响,建立冻土深度与温度的关系。[方法]对比观测了祁连山排露沟小流域的阴坡青海云杉林下土壤和阳坡草地土壤冻结融化过程,定量分析土壤冻结层随季节的变化。[结果](1)祁连山区季节性冻土每年10月中下旬开始冻结,4月冻土层上界面开始融化,8月消融完毕。该冻结融化过程可划分为单向冻结、单向融化和双向融化3个阶段段。(2)青海云杉林内土壤的冻结起始时间与草地土壤基本相同,但冻结速率比草地快,最大冻结深度比草地大;青海云杉林土壤冻结层融化阶段的起始时间亦与草地基本相同,融化速率相近,但青海云杉林下冻土融化持续的时间更长。(3)积温决定土壤冻结融化进程,当冻结小时积温达到约-460℃·h,土壤开始冻结;当小时积温达到约62℃·h,土壤冻结层的上界面开始融化。[结论]土壤冻结层深度与小时积温的相关系数达到0.9以上,可用于预测预报冻土的冻结状态。     

六盘山主要树种叶片稳定性碳同位素组成的时空变化特征

为了认识树种叶片水分利用效率的种内和种间差异及随水分生境条件和季节的变化特征,2010年6—9月份,在宁夏六盘山香水河小流域(半湿润区)和叠叠沟小流域(半干旱区),测定了两种不同水分生境内主要树种的叶片稳定碳同位素组成(δ13C)。结果表明:同一树种叶片δ13C值存在着明显的冠层部位差异,但各树种表现各异,其中华北落叶松(Larix prin-cipris-rupprechtii)、白桦(Betula platyphylla)和油松(Pinus tablaeformis)表现为上部>中部>下部,而华山松(Pinus arman-dii)和辽东栎(Quercus liaotungensis)为下部>上部>中部。各树种叶片的δ13 C值表现出明显的季节变化特征,但其变化随水分生境条件而异。在半湿润区,各树种的δ13 C值在生长季初期较高,但随生长季的持续而降低;在半干旱区,各树种的δ13C值呈现出"高—低—高"的变化态势。在两种不同水分生境下,华北落叶松和沙棘(Hippophae rhamnoildes)叶片的δ13 C值存在着明显的种内个体差异:旱季,同一树种在半干旱区树木叶片的δ13C要大于半湿润区;但雨季两地树木叶片的δ13C差异不大,说明这种季节差异受当地降雨量的季节分配格局影响较大。     

六盘山半干旱区华北落叶松林土壤水分时空变化与影响因素

分析森林土壤湿度时空变异规律,研究植被蒸腾、林地蒸散和气象因子对土壤湿度的影响,对干旱地区的植被恢复、林水协调管理和植被生态水文功能提升都有重要意义。在宁夏六盘山北侧半干旱的叠叠沟小流域,建立了华北落叶松人工林标准样地,利用气象站、热扩散探针、微型蒸渗仪、时域反射仪等设备,同步监测了2013年7—10月的气象条件、林木蒸腾、林地蒸散、土壤湿度的动态变化,并分层(0—20,20—40,40—60,60—80cm)探讨了土壤湿度的主要影响因子。结果表明:(1)受随机降雨事件影响,土壤湿度呈现相应的脉冲性变化;整体而言,表层(0—20cm)土壤湿度(32.69%)较低,以下各层较高(40.00%左右);土壤湿度的变异程度随土层加深和降雨增大而逐渐减弱。(2)影响土壤湿度的主要气象因子为温度、饱和水汽压差和气压;林木蒸腾和林地蒸散与整个研究期间主根系层(0—60cm)土壤湿度的相关性显著。(3)土壤湿度与各因子的相关系数随土层加深而变小,在主根系层明显,在以下土层(60—80cm)不明显。综上可知,森林土壤湿度同时受降水输入和蒸散输出影响,各土层湿度的时间变化规律相似;但表层土壤的湿度低、变幅大,土壤湿度对影响因子的响应敏感性和变幅随土层加深而逐步缩小。     

宁夏六盘山林区几种主要森林植被生态水文功能研究

从森林冠层、枯枝落叶层、土壤层等方面分析了六盘山林区水源涵养林油松、华北落叶松、辽东栎、红桦、李灌丛及杂灌丛6种森林生态系统在水文过程中的作用。试验结果表明:各植被类型的林冠层截留各不相同,在雨季(6～9月)辽东栎和华北落叶松的截留率相当,红桦的最小。各种植被类型的冠层月截留率除红桦外都是6月份最大,7,8,9三个月截留率呈波动状下降,但均为7月份的截留量最多,而红桦在6,7,8月份的截留率相当,9月份的较小;枯落物最大持水深以红桦的最大,灌丛类型的最小;土壤水文特性各异,0～80cm土层平均容重以红桦的最小,油松的最大,总孔隙度以红桦的最大,油松的最小,非毛管孔隙度以杂灌丛的最大,华北落叶松的最小,从土壤持水深看,0～80cm土层的杂灌丛土壤最大持水量最大,油松的最小;0～80cm土壤毛管持水量以华北落叶松的最大,红桦的次之,李灌丛的最小。同时对山区的降水特性进行了研究,发现降水量随海拨高度增加降水量增加,平均每100m抬升雨量5 28%,至海拨2640m以后降水量又开始下降,平均每100m递减4 27%。     

人类活动对泾河流域径流时空变化的影响

以泾河流域内14个水文站和189个雨量站的水文序列数据(1966-2005)为基础,分析了泾河流域径流的时空变化特征,并评估了人类活动对径流的影响.结果表明:径流呈明显的减少趋势,尤其是2000年后减少趋势极为显著;各子流域间径流变化存在明显的空间差异,以干流杨家坪以上及雨落坪、杨家坪至张家山区间各子流域的径流系列减少...     

祁连山青海云杉林冠降雨再分配特征及影响因素

以祁连山排露沟小流域青海云杉林为研究对象,2015年5—9月观测了34场降雨的林外降雨量、穿透雨量和树干茎流量,并同步观测了相关的林外气象因子,分析了青海云杉林冠降雨再分配特征及影响因素。结果表明:(1)青海云杉林的总穿透雨量、树干茎流量和截留量分别为275.9,1.8,90.0mm,分别占总降雨量的75.04%,0.48%和24.48%,并在不同降雨量等级之间存在差异。(2)冠层降雨再分配各组成要素(穿透雨、树干茎流、林冠截留)与降雨量、降雨历时、10min最大雨强、空气相对湿度呈极显著的相关性。随着降雨量和降雨历时的增大,穿透雨量和树干茎流量均不断增大,而穿透雨率、树干茎流率和截留量(率)均逐渐趋于稳定。(3)青海云杉林内产生穿透雨和树干茎流的临界降雨量分别为0.8mm和9.6mm。因此,气象因素是影响冠层降雨再分配的重要因素之一。     

六盘山分水岭沟土壤水文物理性质空间变异

对六盘山分水岭沟小流域内118个样地的土壤物理性质进行统计分析,结果表明：1）随土层加深,土壤密度和石砾体积含量递增,而饱和持水量、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈递减趋势;2）不同森林植被类型下土壤物理性质差异较大,7种森林植被类型（华山松、华北落叶松、白桦、辽东栎、华山松＋红桦、椴木＋辽东栎和杂灌丛）中,0-20cm和0-60cm土层土壤密度均以华山松＋红桦针阔混交林的最小,杂灌丛最大,针叶纯林和阔叶纯林介于其间;与此对应,0-60cm土层的土壤持水能力以针阔混交林的最大,杂灌丛最小,针叶纯林和阔叶纯林居中;3）土壤物理性质存在坡向差异,0-60cm土层的各项土壤物理性质基本上以北坡最好,南坡最差,西坡和东坡居中且差别不大;4）坡位对土壤物理性质也有影响,0—20cm土层的土壤密度以坡顶和坡脚最大,为0．93g/cm^3,整体来看坡面上各项土壤物理性质优于坡脚和坡顶;5）诸多土壤物理性质与地形因子（相对高程、坡向、坡位和坡度）存在显著相关性,并建立了它们之间的线性回归方程。     

祁连山区林地的土壤贮水量坡位响应

同一坡面上不同坡位土壤贮水量差异的研究,有助于了解坡面土壤水分分布特征,指导坡面植被恢复和坡面治理.对祁连山排露沟小流域阴坡上不同坡位土壤水分差异,分析表明:1)生长季平均土壤贮水量自坡上到坡下呈“单峰”变化:坡中和坡中下最高,分别为201和198 mm;坡中上和坡下次之,分别为177和175 mm;而坡上最少,为159 mm.2)6月、7月和9月,坡中、坡中下土壤贮水量显著高于其他坡位.5月和8月,不同坡位土壤贮水量差异较小,但坡中、坡中下土壤贮水量仍略高于其他坡位.3)在任何天气条件下,不同土层土壤贮水量沿坡面的变化规律均表现为自坡上到坡下呈“单峰”变化.0 ～ 30 cm土层土壤贮水量,在持续无雨、小雨或连阴雨的天气条件下,均表现为坡上最低,坡中最高.30 ～ 80 cm土层的贮水量,在不同天气条件下,坡中和坡中下的土壤贮水量总量最高;在持续无雨或小雨的天气下,坡中上最低;连阴雨的天气条件下,坡上最低.因此,中坡位由于接收坡上来水,水分条件最好.这说明在坡面尺度上进行林业管理时,考虑不同坡位的水分条件,合理管控不同坡位林分密度,有利于实现林-水可持续发展.     

六盘山南部华北落叶松人工林土壤有机碳含量

研究造林措施和林龄对宁夏六盘山南部不同坡向华北落叶松人工林土壤有机碳的影响。结果表明:造林后,各坡向的土壤有机碳含量均呈现先下降、后上升的变化过程,其对造林干扰的敏感程度随土层加深而减弱;在阳坡半阳坡,造林10年后的幼龄林0～45cm土层土壤有机碳密度(96.33t·hm-2)仍低于灌丛(122.12t·hm-2),造林20年后的中龄林(189.27t·hm-2)已高于灌丛,说明土壤碳库已得到恢复;在阴坡半阴坡,幼龄林和中龄林的土壤碳密度分别为192.37和222.03t·hm-2,均低于天然次生林(256.64t·hm-2),说明造林20年后土壤碳库仍未恢复;阳坡半阳坡林地在造林后第8年0～45cm土层有机碳含量降至最低,相对阳坡灌丛(32.13g·kg-1)的降幅为3.72g·kg-1,需在造林后第16年才能恢复到造林前的灌丛水平;阴坡半阴坡林地在造林后第16年降至最低,相对阴坡次生林(66.30g·kg-1)的降幅为22.77g·kg-1,需在造林后第32年才能恢复到造林前次生林水平;阴坡造林后,其土壤有机碳比阳坡损失量大,损失期长,恢复较慢,但阴坡土壤碳库的绝对值在任何林龄阶段都高于阳坡,说明阴坡森林土壤的碳储存能力高于阳坡;在阳坡半阳坡灌丛采用扰动较弱的稀植造林时,造林后第10年0～45cm土层有机碳含量平均为31.05g·kg-1,虽仍低于灌丛(35.55g·kg-1),但却远高于扰动较强的全面整地后常规密度造林(23.17g·kg-1)。     

宁南山区华北落叶松林枯落物水文特征研究

森林枯落物层具有重要的生态水文功能,对六盘山北侧叠叠沟小流域华北落叶松林下枯落物吸水速率、释水速率和截留降雨动态变化及其影响因素进行了研究.结果表明,枯落物吸水速率与浸泡时间呈对数函数关系,释水速率与时间呈幂函数关系.枯落物饱和持水能力较强,可达到自身重量的4倍.对生长季内枯落物持水量动态变化的观测表明,当长时间无雨时,持水量显著下降;当降雨发生时,持水量迅速增加,这种动态过程随着降雨发生而不断重复.此外,由于林冠下穿透降雨分布不均匀和前期枯落物干燥,有时可出现枯落物透过雨量大于降雨量的现象.对枯落物持水量与环境因子的相关分析表明,持水量与林内降雨量呈显著正相关(P<0.01),而与林内气温、太阳辐射、风速、大气水势和饱和水汽压差呈显著负相关(P<0.01).