华北土石山区油松林对降雨再分配的影响

森林对大气降雨的再分配有着重要的作用,2010年通过对河北省木兰国营林场油松林穿透降雨、冠层截留量和树干径流的观测,分析了华北土石山区油松林降雨再分配的特征。结果表明:油松林的穿透降雨量、冠层截留量和树干径流量分别占大气降雨量的67.07%,29.79%,3.10%。油松林冠层穿透降雨量和树干径流量与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.986,R2=0.893),林冠截留量与降雨量成幂函数关系(R2=0.765);根据回归方程,当林外降雨量大于0.264mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于4.89mm时,可发生树干径流;林冠在降雨再分配过程中起着主要的作用,在空间和时间上都进行了再分配。     

大兴安岭北部兴安落叶松林降雨截留再分配特征

以大兴安岭北部兴安落叶松(Larix gmelinii)林为研究对象,通过37场降雨的观测,对兴安落叶松林的降雨截留再分配进行系统研究。结果表明:(1)研究期内大兴安岭北部兴安落叶松林的穿透降雨量、树干茎流量和冠层截留量依次为303.20,0.555,92.23 mm,分别占大气降雨量的76.57%,0.14%,23.29%。(2)兴安落叶松林内穿透降雨量、林冠截留量与林外降雨量之间均呈幂函数关系(P0.01)。(3)当降雨量4mm时,兴安落叶松产生树干茎流,且树干茎流量与林外降雨量呈正相关关系(P0.01)。(4)与本地区其他森林冠层对降雨截留状况相比,兴安落叶松林冠截留率偏小;与全国其它地区不同森林相比,其林冠截留率处于全国主要森林平均林冠截留(14.7%~31.8%)的中等水平。     

人工落叶松林降雨截留再分配及其水化学特征

以凉水国家级自然保护区内的人工落叶松林为研究对象,对其林冠截留再分配和水化学特征变化进行了系统研究,结果表明:(1)一个生长季内(4-9月),人工落叶松林林冠总截留量为109.19 mm,占同期降雨量21.71%,穿透雨量为393.39 mm,占同期降雨量的78.20%;树干茎流量为0.47 mm,占同期降雨量的0.093%;(2)按照各养分元素月平均浓度排序,林外雨为:CaKMgSiMnNaFe,穿透雨为:CaKSiNaMgFeMn,树干茎流为;CaNaMgSiKMnFe,且不同样品按照养分元素浓度稳定度排序为;树干茎流穿透雨林外雨;(3)人工落叶松林养分元素净输入排序为;KMgMnNaFeCaSi,净输入量依次为22.339,2.920,0.856,-0.216,-0.260,-1.280,-2.478 kg/hm2,其中,穿透雨占人工落叶松林(穿透雨+树干茎流)元素输入量的98.23%,树干茎流占1.77%.     

甘蔗冠层对降雨再分配的影响

[目的]研究作物植被对于土壤侵蚀的防治作用,为砖红壤区土壤侵蚀预报模型的建立提供作物参数。[方法]通过室内人工模拟降雨试验,测定了甘蔗不同生育期不同降雨强度条件下的穿透雨量、茎杆流量和冠层截留量,分析叶面积指数对于降雨再分配的影响。[结果]穿透雨量、茎杆流量和冠层截留量分别从甘蔗幼苗期的94.7%,5.1%,0.3%变化为成熟期的49.4%,47.3%和3.4%。[结论]叶面积指数与穿透雨量呈显著负线性相关,与茎杆流量和冠层截留量呈显著正线性相关。     

冀北山地阔叶林对降雨再分配的影响

[目的]探讨冀北山地阔叶林林冠层的穿透降雨、冠层截留和树干径流对降雨再分配的影响,为该地区的森林建设、森林结构调整提供依据。[方法]利用SPSS专业统计分析软件对林地降雨的数据进行相关性分析和回归分析。[结果]林分的穿透雨占的比例是最大(占到总比例的70.22%),林冠截留其次(为28.20%),而树干径流占得比例最小(为1.58%);穿透雨量与林外降雨量有比较好的线性关系(R^2=0.997 9),林分在降雨比较小的时候是不会有穿透雨的,当林外降雨量达到0.78mm时开始出现穿透雨。林冠截留在降雨的再分配过程中占有很重要的作用,林冠截留量与林外降雨量有明显的幂函数关系,达到了极显著水平(p<0.01)。树干径流量与林外降雨量呈现正相关的关系(R^2=0.9703),阔叶树林在降雨达到4.88mm时才会出现树干径流,但是树干径流具有一定的时滞性,而时滞性的大小和林木本身及雨量的强弱都有很大的关系,当叶面积指数较小,并且枝干夹角成45%,林木表面光滑则形成比较容易。[结论]林冠层对降雨的再分配过程有重要影响,冀北山地阔叶林林冠层的水文效应与森林健康发展具有一定的关系。     

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。     

植被对降雨的再分配分析

 定量分析植被对降雨的再分配过程和植被影响雨滴溅蚀的方式,并比较了它们在被分配前后的击溅侵蚀能量。植被对降雨的再分配主要有3种形式:截流、透流和干流,其中,只有透流能溅蚀地面。再分配减少了溅蚀地面的雨量,但增加了雨滴直径。经过比较,结论如下:1)枯落物覆盖度与溅蚀能量呈线性负相关,枯落物覆盖度越大,溅蚀能量越小;2)在降雨量达到透流(经枝叶聚集部分)临界雨量以后,植被高度是所有植被特性中影响溅蚀能量贡献率最大的因子,植被越高,溅蚀能量越大;3)在降雨量达到透流(经枝叶聚集部分)临界雨量以后,雨滴终速度越大,植被所能减少的溅蚀能量越多。     

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。     

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。     

三峡库区典型森林植被对降雨再分配的影响

为探讨三峡库区不同森林植被对降雨再分配的影响,选择位于湖北库区中上段的巴东县、重庆库区下段的四面山、缙云山的针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,利用重庆市缙云山2012年4-9月期间测得的52场降雨、林内穿透雨、树干径流观测资料,建立林冠截留模型,对降雨再分配特征进行综合分析,并与巴东县和四面山的降雨再分配特征进行对比分析.结果表明：1）缙云山、四面山、巴东县的针阔混交林、常绿阔叶林林内穿透雨量与降雨量呈显著的线性关系,林冠截留量与降雨量呈显著的幂函数关系;2）缙云山、四面山、巴东县针阔混交林出现林内穿透雨所需要的最小降雨量分别为1.0、1.8和2.6 mm,常绿阔叶林出现林内穿透雨所需要的最小降雨量分别为1.1、3.0和1.1 mm;3）3个地点的针阔混交林的平均林冠截留率均大于常绿阔叶林的平均林冠截留率;4）在相同降雨条件下,林冠截留能力因地域不同,具有差异,即针阔混交林的林冠截留率从大到小的排列顺序为重庆市缙云山（46.00％）、重庆市四面山（41.42％）,湖北省巴东县（22.30％）,常绿阔叶林的林冠截留率由大到小的排列顺序为重庆市四面山（28.78％）,重庆市缙云山（23.09％）,湖北省巴东县（21.69％）.     

密度调控对华北落叶松人工林枯落物水文特征的影响

为探究密度调控措施对华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr)人工林枯落物水文效应的影响,以山西太岳山好地方林场35年生华北落叶松(L.principis-rupprechtii)人工林为研究对象,采用样地调查和室内浸泡法分析了不同密度调控处理下未分解层和半分解层枯落物储量、枯落物持水特征、枯落物持水量和持水速率及其与浸水时间的关系。结果表明:(1)4种密度调控处理枯落物储量由大到小依次为轻度密度调控处理(LT)中度密度调控处理(MT)重度密度调控处理(HT)对照处理(CK),不同强度的密度调控处理有利于林分凋落物的产生;(2)CK、LT、MT和HT的最大持水率分别为214.30%,219.28%,256.95%和249.50%,最大持水量分别为125.24,186.24,197.68,157.96t/hm2,有效拦蓄量分别为56.06,72.46,82.59,58.47t/hm2;(3)半分解层枯落物持水量均高于未分解层,而不同密度调控处理对未分解层枯落物的持水过程影响并不显著,MT处理下半分解层枯落物持水量明显高于LT、HT和CK处理;(4)枯落物持水速率与浸水时间之间存在明显的幂函数关系,半分解层相对未分解层具有更强的持水能力,不同密度调控处理对枯落物持水速率的影响并不显著。     

沿坝地区天然次生林对降雨再分配的影响

为了探究天然次生林对降雨再分配的过程,通过对沿坝地区的北沟林场内天然次生林进行穿透降雨、冠层截留和树干径流3个方面进行监测,结果表明:（1）穿透雨量和林冠截留占林外降雨量的比例比较大,树干径流量的比例则非常小,分别为59.46%,37.33%,3.21%。（2）穿透雨量和林外降雨呈现线性关系（R²=0.980 4）,林冠截留量与林外降雨量也具有明显的幂函数关系（R²=0.823 4）,树干径流与林外降雨量具有明显的线性相关关系（R²=0.909 8）,并且都达到了极显著水平（p < 0.01）。（3）根据穿透雨与林外降雨的方程y=0.8034x-1.7939,当林外降雨量高于2.23 mm时会产生穿透雨;依据林外降雨与树干径流的方程y=0.0552x-0.1981,当林外降雨高于3.58 mm时会产生树干径流;林冠在降雨再分配过程中起到了很重要的作用,形成了二次降雨。     

六盘山华北落叶松人工林地土壤水分动态研究

利用平衡式张力计和时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了六盘山山地华北落叶松人工林地土壤水分动态规律.结果表明:研究时段内,华北落叶松林内土壤水分时间动态变化可划分为土壤水分的相对湿润期、持续消耗期和快速恢复期;依据水分利用特征可将垂直土层划分为土壤水分的微弱利用层(0-20 cm)、利用层(20-60cm)和水分调节层(60 cm以下).华北落叶松林内0-60 cm各土层土壤蓄水量与太阳辐射、大气温度、VPD和液流通量均呈极显著相关(P<0.01),对各因子进行多元逐步回归分析,得到0-60 cm各土层土壤蓄水量与气象因子间的多元线性回归方程.     

六盘山北侧华北落叶松林分的水分利用效率研究

为定量研究华北落叶松人工林水分利用特征,2010年5-10月在宁夏六盘山北侧叠叠沟林场的华北落叶松人工林固定样地内,通过测定树干径向生长、林分叶面积指数变化、草本生物量变化、树干液流速率变化、植物降雨截持等,估计了华北落叶松人工林及各层的生产力、水分消耗和水分利用效率。研究表明：林分总生产力11.76t/hm2,其中乔木层占75.2%,草本层占24.8%;在整个生长期内,林分生产力各月的分量呈现先升高后降低的季节变化格局。林分总蒸散量为433.9mm,其中乔木层与草本层（包括土壤蒸发）耗水各约占一半,分别为总蒸散的50.5%和49.5%;林分蒸散在生长季中呈现先升高后降低的季节变化格局。在整个生长季,华北落叶松人工林的水分利用效率为2.71g/kg,其中乔木层的水分利用效率为4.04g/kg,草本层水分利用效率为1.36g/kg;其季节变化与乔木层的水分利用效率变化相类似,说明乔木层对于华北落叶松林分水分利用效率的影响较大。     

川中丘陵区高粱植株对降雨再分配的影响

为了明确成熟期高粱冠层截留分异能力,以川中丘陵区实际降雨强度为基础,以单穴每2株高粱为研究对象,采用水量平衡法对人工模拟条件下成熟期高粱截留量、茎秆流量和穿透雨量进行测定.结果表明,降雨经高粱冠层再分配后冠层截留率平均为12.6％,茎秆流率平均为30.8％,穿透雨率平均为56.7％.降雨强度与单位叶面积截留量、茎秆流量以及穿透雨量呈极显著线性正相关关系;叶面积与单位雨强截留量和茎秆流量呈极显著线性正相关,而与单位雨强穿透雨量呈极显著线性负相关关系.本研究条件下建立的截留后各组分与降雨强度和叶面积的拟合方程,仅使用降雨强度和叶面积2个参数就可以对成熟期高粱冠层截留后各组分进行较好地估测.在降雨集中时期,高粱冠层能体现出较强的降雨再分配作用,对该区域水土保持防治以及农业可持续发展具有重要意义.     

燕山山地华北落叶松人工林碳密度及分配特征

为了定量研究燕山山地不同林龄华北落叶松人工林的碳密度特征及其分配格局,为森林碳汇服务功能提升提供科学依据。以河北省木兰围场国有林场管理局新丰林场3种林龄(11,21,32a)华北落叶松人工林为研究对象,基于9块样地本底调查和27株标准木树干解析数据,采用标准木回归分析法、样方收获法、土壤剖面取样法和重铬酸钾—浓硫酸氧化外加热法等,获取不同林龄华北落叶松人工林的碳密度,分析了其特征及变化趋势。结果表明:不同林龄华北落叶松人工林生态系统总碳密度表现为32a(97.29t/hm~2)21a(90.56t/hm~2)11a(44.57t/hm~2),以土壤层和乔木层为主要碳库,二者之和所占比例高达52.59%~71.51%;随着年龄的增长乔木层碳积累能力逐步增强,11,21,32a华北落叶松人工林乔木层碳密度分别为14.27,38.57,42.37t/hm~2,且达到了显著性差异水平;3个林龄华北落叶松各器官的碳密度均表现为干枝根皮叶,各器官贡献率之间均达到了极显著性差异。其中,树干贡献率最大;随着林龄的增加,树干的碳密度分配比例增加,树枝、树叶、树皮的分配比例下降,而根系的分配比例相对稳定;林冠下层碳密度大小呈现出凋落物层草本层灌木层的规律,且随着林龄的增加而增加;0—60cm土壤层碳密度表现为随着土层的加深,碳密度逐步降低,表层有机碳含量最高,且随着林龄的增加而增加,不同林龄间存在显著性差异;选择胸径、树高两因素构建乔木层二元可加性碳密度预测模型效果较好。可见,华北落叶松人工林碳密度的变化主要受到其自身生长发育的影响。同时,也受到人工抚育产生的密度变化的影响。     

六盘山华北落叶松林坡面的土壤含水量时间稳定性

在宁夏六盘山选择华北落叶松林坡面,利用TRIME-PICO土壤水分测定仪,在2015年5—11月对48个测点分12次测定了不同厚度土层(0—20,0—40,0—60cm)的体积含水量的时间动态,并采用累积概率函数、相对偏差及Spearman秩相关系数等方法,分析评价了坡面土壤体积含水量的时间稳定性。结果表明:土壤体积含水量在时间和空间上均存在中等变异,且变异程度随土层加厚而逐渐降低,表现为0—40,0—60cm土层体积含水量的累积概率在干旱和湿润2种极端条件下的变化均小于0—20cm土层。0—20,0—40,0—60cm土层体积含水量的平均相对偏差的变化范围分别为(-43.5%)~(47.9%),(-42.9%)~(49.9%)和(-46.9%)~(40.0%);平均相对偏差的标准差(SDRD)呈现出随土层加厚而逐渐降低的变化趋势,在0—20,0—40,0—60cm土层依次为11.1%,8.3%,7.8%。在整个研究期间,Spearman秩相关系数在不同土层厚度条件下始终保持较高水平(0.7以上),且呈极显著相关,坡面上不同土层的体积含水量具有较高的时间稳定性。基于土壤含水量的时间稳定性特征,确定了研究坡面上不同土层厚度的体积含水量平均值的代表性测点,可利用这些代表性测点的土壤体积含水量测定值估计相应土层厚度的坡面平均值。     

六盘山半湿润区坡面华北落叶松林冠层截留的时空变化及空间尺度效应

冠层截留是森林蒸散的重要组成部分,其定量描述一直是生态水文学研究的热点问题之一,相关观测研究多是在固定样地的空间尺度上进行的。林冠截留量除在样地上受降水、气象条件和冠层结构及生长过程的动态影响外,还在坡面上受植被生长和冠层结构的坡位差异而有很大空间变化和尺度效应,需对此深入理解和精细刻画,从而为实现从样地观测结果上推到坡面的尺度转换并基于此准确评价森林水文影响来提供科学依据。在六盘山香水河小流域,选择一个水平坡长425.1m的华北落叶松人工林典型坡面,并均匀划分为空间连续的16个样地。于2015年5—10月,测定了森林冠层结构(特别是叶面积指数,LAI)的坡位差异和动态变化,并同步观测了林外降雨和林内穿透雨及树干茎流,依此计算得到每次降雨事件的冠层截留量。以离坡顶水平距离(水平坡长)为尺度标量,分析林冠截留量沿坡面的时空变化规律及影响因素。结果表明,林冠截留量存在沿坡变化和坡面空间尺度效应,且月份变化明显。在整个生长季,林冠截留量沿坡变化总体表现为随水平坡长增加先升高,在坡面中部达最大,之后逐渐降低,以每100m水平坡长的变化量表示的坡面尺度效应为+5.62mm/100m(坡段0~316.6m)和-2.37mm/100m(坡段316.6~425.1m);在5月,林冠截留量沿坡变化总体表现为随坡长增加而逐渐降低,坡面尺度效应为-0.26mm/100m(0~425.1m),在6—8月,林冠截留量沿坡变化总体趋势均和整个生长季相同,6月份坡面尺度效应为+1.28mm/100m(0~261.1m)和-1.78mm/100m(261.1~425.1m),7月为+0.92mm/100m(0~267.6m)和-0.88mm/100m(267.6~425.1m),8月份为+1.28mm/100m(0~211.2m)和-0.34mm/100m(211.2~425.1m);在9月、10月,林冠截留量沿坡变化表现为随坡长增加逐渐升高,坡面尺度效应分别为+2.38mm/100m和+0.81mm/100m(0~425.1m)。林冠层叶面积指数的坡位差异及其季节变化是影响林冠截留时空变化的主导因素,各月林冠截留率均与叶面积指数呈显著正相关。可基于不同坡位样地的叶面积指数与其坡面均值的关系、叶面积指数与林冠截留量的关系以及不同坡位样地的叶面积指数测定值,上推估计林冠截留的坡面均值。