吉林省中部蒙古栎林降雨截留再分配特征

【目的】为进一步研究相关模型模拟吉林省中部地区典型森林水量平衡过程提供基础数据,本次研究初步总结了吉林省中部地区天然蒙古栎林的降雨截留分配特征。【方法】基于吉林松江源森林生态系统国家定位观测研究站对其林外降雨、穿透雨、树干径流的定位观测数据,探讨该地区天然蒙古栎林的降雨截留再分配规律。【结果】2020年6—10月的蒙古栎林的林外降雨总量为804.40 mm,穿透雨量、树干径流、林冠截留分别占林外降雨总量的44.85%、5.77%、49.38%;蒙古栎林的穿透雨、树干径流与林外降雨均呈线性函数关系(R²=0.981、R²=0.862,p<0.01);林冠截留与林外降雨呈幂函数关系(R²=0.840)。【结论】与全国其他地区不同林型的冠层截留情况相比,吉林省中部天然蒙古栎林的冠层截留处于较高水平。     

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。     

太岳山油松人工林生态系统降雨的第一次分配

１９９２～１９９３年生长季节在山西省太岳山林区观测研究了不同郁闭度油松人工林对降雨的第一次分配．结果表明：林冠对降雨的第一次分配与降雨量级密切相关，降雨量级越大，截留率越小，而茎流率和穿透水比率越大．郁闭度亦影响林冠对降雨的第一次分配，郁闭度越大，截留率和茎流率越大，穿透水比率越小，而且随着降雨量级的增大，郁闭度的影响减弱．降雨的第一次分配主要取决于各月降雨的时间格局．干旱季节林冠对降雨的截留率较大，穿透水比率和茎流率较小，郁闭度对降雨第一次分配的影响较大；而在雨季则相反．整个生长季节，３号实验地（郁闭度为０９）的林冠截留、茎流及穿透水分别占降雨量的１５９％，２１％和８２０％，０号实验地（郁闭度为０６）的相应比率为１３６％，１９％和８４５％．因此，在干旱地区或具有明显干旱季节的地区经营人工林，必须考虑林分的生产力选择适当的林分密度，适时疏伐，增加林下降雨，提高土壤含水量，从而促进林木生长     

辽东山溪河岸林群落特征对降雨再分配及其养分特征的影响

为明确不同物种组成和群落结构的河岸林对降雨再分配及其养分特征的影响,于2014年5—10月对辽东山地典型河岸林群落(落叶松林、蒙古栎林和槭树林)大气降雨、穿透雨和树干茎流过程及其水质特征进行研究。结果表明:落叶松林、蒙古栎林和槭树林穿透雨量分别占大气降雨量的81.9%,77.9%,73.1%,树干茎流量分别占大气降雨量的1.2%,4.4%,4.3%。与大气降雨相比,穿透雨和树干茎流中铵态氮、氯离子、硝态氮和总磷的浓度较高,不同林型铵态氮、氯离子、硝态氮和总磷的浓度和输入量差异显著。不同物种组成和群落结构的河岸林通过树木的形态特征及群落的结构特征对降雨进行再分配,通过林冠表层的物理特征、化学特征和生理特性等改变降雨理化性质,加之雨量、雨强的影响共同作用使铵态氮、氯离子、硝态氮和总磷的浓度和输入量发生改变。     

不同林龄白桦次生林降雨水化学特征研究

通过对不同林龄白桦次生林林外降雨、穿透雨、树干茎流和枯透水中的Cl~-,NO_3~-N,Na~+,K~+,Ca2-,Mg~(2+)等进行测定,以研究4个林龄之间降水化学性质的差异.结果表明:林外降雨中Ca~(2+)的含量最高,Na~+含量最低,养分元素平均含量(以mg/L计)排列顺序为:Ca~(2+)>Cl~->K~+>NO_3~--N>Mg~(2+)>Na~+,各元素在林外降雨中的季节变化较大.变化幅度最小的是Cl~-;穿透雨中NO_3~--N,Ca~(2+)含量在25 a白桦次生林中最低,Cl~-,Mg~(2+)含量在38 a中最低,而Na~+,K~+含量在56 a中最低;树干茎流中Cl~-,NO_3~--N,K~+含量在38 a白桦次生林中最低,而Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+)含量在56 a中最低;枯透水中Cl~-,NO_3~--N,Na~+,K~+含量在25 a白桦次生林中最低,Mg~(2+)含量在38 a中最低,而Ca~(2+)含量在56 a中最低.     

基于GA-SVR的热源自适应茎流检测与调控系统研究

茎流测量是研究植物耗水规律的重要手段,现有茎流传感器多基于热平衡法进行设计,但在低温天气时,植物蒸腾作用不明显,茎流瞬时变化响应不灵敏,导致测量结果不精确。针对上述问题,设计了一种热源自适应茎流检测与调控系统。综合考虑不同因素下茎流消耗在热源提供能量占比中变化趋势的建模需求,设计融合外界温度、茎流速率、横截面积等多环境因子茎流标定嵌套试验。在此基础上,利用支持向量机回归算法(Support vector regression, SVR)和遗传算法(Genetic algorithm, GA),建立热源功率自适应模型。结果表明所建模型的最优决定系数与均方根误差分别为0.989和0.015 W。基于LoRa无线传感网络构建茎流检测与调控系统,实现多组温度信息和热源功率的监测,系统调用移植到嵌入式设备的热源自适应模型动态获取热源功率调控目标值,并发送至执行控制器,控制功率调控模块,实现热源自适应融合的功率动态控制。精度验证试验显示：在低温段时,本系统比FLOW-32KS型传感器平均相对误差小2.64(6℃)、2.53(11℃)、3.68个百分点(16℃)。在高温段时,自适应模型修正对结果影响...     

华北油松人工林的透流、干流和树冠截留

在1984年生长季对河北隆化碱房林场28年生油松人工林的透流、干流和树截载留进行了研究。结果表明:在该林分中透流、干流和树冠截留均与降水量密切相关。一年中,随叶量增加,透流率和干流率减少,树冠截留率增加。生长季透流总量为:1号标准地(郁闭度0.7)占降水量的69.7％,4号标准地(郁闭度0.4)占降水量的80.4％;两块标准地的总干流量分别为降水量的22.5％和16.5％。并对应用Gash模型估计林冠截留量进行了讨论。     

Mulching mode and planting density affect canopy interception loss of rainfall and water use efficiency of dryland maize on the Loess Plateau of China

High and efficient use of limited rainwater resources is of crucial importance for the crop production in arid and semi-arid areas. To investigate the effects of different soil and crop management practices(i.e., mulching mode treatments: flat cultivation with non-mulching, flat cultivation with straw mulching, plastic-covered ridge with bare furrow and plastic-covered ridge with straw-covered furrow; and planting density treatments: low planting density of 45,000 plants/hm~2, medium planting density of 67,500 plants/hm~2 and high planting density of 90,000 plants/hm~2) on rainfall partitioning by dryland maize canopy, especially the resulted net rainfall input beneath the maize canopy, we measured the gross rainfall, throughfall and stemflow at different growth stages of dryland maize in 2015 and 2016 on the Loess Plateau of China. The canopy interception loss was estimated by the water balance method. Soil water storage, leaf area index, grain yield(as well as it components) and water use efficiency of dryland maize were measured or calculated. Results showed that the cumulative throughfall, cumulative stemflow and cumulative canopy interception loss during the whole growing season accounted for 42.3%–77.5%, 15.1%–36.3% and 7.4%–21.4% of the total gross rainfall under different treatments, respectively. Soil mulching could promote the growth and development of dryland maize and enhance the capability of stemflow production and canopy interception loss, thereby increasing the relative stemflow and relative canopy interception loss and reducing the relative throughfall. The relative stemflow and relative canopy interception loss generally increased with increasing planting density, while the relative throughfall decreased with increasing planting density. During the two experimental years, mulching mode had no significant influence on net rainfall due to the compensation between throughfall and stemflow, whereas planting density significantly affected net rainfall. The highest grain yield and water use efficiency of dryland maize were obtained under the combination of medium planting density of 67,500 plants/hm~2 and mulching mode of plastic-covered ridge with straw-covered furrow. Soil mulching can reduce soil evaporation and retain more soil water for dryland maize without reducing the net rainfall input beneath the maize canopy, which may alleviate the contradiction between high soil water consumption and insufficient rainfall input of the soil. In conclusion, the application of medium planting density(67,500 plants/hm~2) under plastic-covered ridge with bare furrow is recommended for increasing dryland maize production on the Loess Plateau of China.     

枣树冠层改变降雨截留历时过程同位素和化学特征

基于冠层截留历时过程降雨同位素和化学特征的研究很少,但却有助于揭示冠层截留特征及其对降雨同位素和化学特征的影响,于2016年9月17-18日和10月22-23日对黄土高原丘陵沟壑区的2场降雨事件林外降雨、穿透降雨和树干茎流历时过程进行连续采样及室内分析,研究降雨过程中矮化枣树冠层截留对降雨同位素和化学成分的改变、2016年7-10月4棵矮化枣树树干茎流以及林外降雨取样测定,分析矮化枣树形态特征对其树干茎流率的影响。结果表明:(1)矮化枣树树干茎流率可达2.3%~5.6%,2场降雨事件中当降雨量分别达到1.4,1.2mm时,开始产生树干茎流;(2)通过比较2场降雨事件历时过程穿透降雨、树干茎流同林外降雨的稳定同位素和水化学特征算术平均值得出,穿透降雨、树干茎流δ~2 H分别富集1.6‰~4.0‰和6.6‰~8.9‰,Cl~-浓度分别增加到林外降雨1.4~3.0倍和13.3~13.4倍,SO_4~(2-)浓度分别增加到1.5~2.7倍和4.8~7.1倍,穿透降雨和树干茎流相对林外降雨呈现一定滞后;降雨历时过程中稳定同位素δ~2 H与前时刻降雨以及截留过程进一步蒸发有关,水化学成分改变受植被截留影响逐渐减弱。     

长三角地区杉木林降雨再分配特征

对长三角地区丰水季杉木Cunninghamia lanceolata林大气降雨量、穿透雨量以及树干径流量进行了定位观测,利用水量平衡方程计算得出林冠截留量。通过相关性分析筛选出影响降雨再分配的主要因子为降雨量和降雨强度,分别分析了降雨量与穿透雨、树干径流、林冠截留之间的关系,以及降雨强度与三者之间的关系。结果显示:2012年4月至9月长三角地区杉木林外降雨累计470.7 mm,研究区以小雨量、低强度的降雨事件为主,杉木林内累计穿透雨量344.1 mm,占降雨量的73.1%,树干径流总量10.3 mm,占降雨量的2.2%,林冠截留量达到116.3mm,占降雨量的24.7%。建立了降雨量、降雨强度与杉木林穿透雨量、树干径流量、林冠截留量之间的回归模型,利用拟合出的方程,可得出杉木林形成穿透雨的最小雨量为0.9 mm,形成树干径流的最小雨量为4.1 mm。