六盘山分水岭沟典型森林植被对大气降雨的再分配规律及其影响因子

通过2009年5-10月定位监测的六盘山分水岭沟内的典型森林植被(华北落叶松林、白桦林)的穿透雨、树干茎流和林冠截留等数据资料,并基于样地调查数据和同期气象数据,对两种典型林分对大气降雨的再分配特征及其有关影响因子进行综合分析。结果表明:研究期间,林外降雨总量为727.5mm,六盘山分水岭沟华北落叶松林的林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量,分别占林外降雨总量的15.26%,74.04%和0.22%;白桦林的林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量分别占林外降雨总量的9.13%,76.98%和0.33%。两种林分的穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈极显著的线性关系(P0.01),穿透雨率、树干茎流率以及林冠截留率与降雨量呈极显著的对数函数关系(P0.01)。华北落叶松林和白桦林两种林分产生树干茎流的降雨临界值分别为6.0mm和3.5mm。对华北落叶松林冠截留影响程度由大到小的因子依次为:降雨强度降雨量空气相对湿度降雨期间的气温降雨历时风速;对白桦林林冠截留影响程度由大到小的因子依次为:降雨强度降雨量降雨历时降雨期间的气温空气相对湿度风速。降雨强度和降雨量是对该区森林植被林冠截留影响最显著的两个因子,均以风速因子影响程度最低。     

北京密云水库油松人工林对降水分配的影响

2004～2006年,对北京密云水库库西33年生的油松人工林的林冠截留、穿透降水和树干茎流进行了观测。观测结果表明,油松林冠截留率为31.67%,随着降水量的增大截留率迅速减小,并趋向于截留极限,油松林冠截留量与降水量呈幂函数关系。透流率为67.65%,穿透降水量与大气降水量之间呈极显著的正相关关系。干流率为0.68%,树干茎流量占降水量的比例极小,偏相关分析表明,树干茎流量与大气降水量、平均降雨强度及30 min最大雨强密切相关。     

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%.     

浑河上游典型水源涵养林降雨再分配过程

为明确浑河上游典型水源涵养林的降雨再分配过程,以浑河上游地区5种典型水源涵养林(红松人工林、落叶松人工林、红松混交林、落叶松混交林、阔叶混交林)为研究对象,应用自记式观测记录仪,分析不同林型林冠层对降水再分配过程(穿透雨、树干茎流、林冠截留)的影响。结果表明:各林型穿透雨量(率)、树干茎流量(率)、林冠截留量均随林外降雨量增加而增大;穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量均与林外降雨量呈显著的线性正相关;各林型穿透雨率、树干茎流率与林外降雨量呈显著的对数函数关系;红松混交林、落叶松混交林的树干茎流率(32.12%,15.44%)均高于阔叶混交林与红松、落叶松人工林,红松、落叶松人工林的林冠截留能力(80.66%,77.47%)高于阔叶混交林、针阔混交林。该结果为浑河上游地区水源涵养林的最优空间结构配置与经营管理提供科学依据。     

北京密云油松人工林对降水及其营养元素含量的影响

对北京密云水库库西油松人工林的林冠截留、穿透降水和树干茎流的观测和分析结果表明，单次降雨过程中的林冠截留量与林外降水量呈幂函数关系，而穿透雨量和树干茎流量跟林外降水量皆呈线性相关关系，它们占林外降水的比例分别为7．23％～87．39％，12．56％～91．58％和0．007％～1．77％。环境状况、气象条件和降水特性的不同是造成同一地区大气降水化学性质差异的主要原因；降水透过油松林冠层后，穿透降水和树干茎流中元素含量都有不同程度的增加。穿透降水中各元素含量变化均与降水时间间隔呈正相关，而与降雨强度和降水量呈负相关；除N外，树干茎流中P，K元素含量与降水特性的关系与穿透降水的相同。     

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.     

冀北山地华北落叶松林生态系统水化学特征

降水是森林生态系统的一个主要的养分输入源,观测并分析降水化学对于准确地估算森林生态系统养分循环的养分元素浓度显得极为重要。对冀北山地华北落叶松林穿透雨、树干茎流和枯透水中的Ca、Fe、K、Mg、Mn、Zn共6种养分元素进行了测定。结果表明：（1）大气降水经过林冠层后其水化学特征明显发生了变化,化学元素含量均有不同程度增加,含量排序为Ca〉K〉Mg〉Fe〉Mn〉Zn,其中Mn元素的增长倍数最多,但6月份Mn和Zn元素浓度都出现负增长。树干茎流各项指标均增长很多,化学元素含量排序为Ca〉K〉Mg〉Mn〉Fe〉Zn。枯落物水中K和Ca元素浓度增加最大。（2）大气降雨中Zn的变异系数最大,达2.853;K和Ca元素的变异系数最小,为0.158,0.163。落叶松林穿透雨、树干茎流和枯透水中最大变异系数分别为Fe元素3.115,Mg元素为1.288,Fe元素为2.139。（3）经过淋洗后水样中各元素的浓度均有所增加,穿透水、树干茎流和枯透水中K、Ca增加较多,Fe、Zn的淋溶量较少。     

辽河源3种林分降雨再分配特征及其影响因素

于2013和2014年5—9月对辽河源自然保护区油松林、山杨林和华北落叶松林的穿透雨、树干茎流和林冠截留进行了监测,分析森林冠层对降水再分配的影响。结果表明:(1)油松林、华北落叶松林和山杨林的穿透雨率分别为78.8%,81.1%和83.8%,3种林分穿透雨量与林外降雨量呈线性正相关,穿透雨月变化与林外降雨量月变化趋势一致,油松林、山杨林和华北落叶松林产生穿透雨的临界降雨量分别为1.5,0.9,1.2mm;3种林分的树干茎流率分别为油松林0.8%、华北落叶松林1.0%、山杨林3.7%,树干茎流量与降雨量成正比。(2)林冠截留能力为油松林(20.4%)华北落叶松(17.9%)山杨林(12.4%),油松林的林冠截流率显著高于山杨林,在降雨量较小时表现更加明显,降雨特征和冠层结构对林冠截流都产生影响。     

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。     

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。     

黄土高原南部人工林林冠对降雨特征的影响分析

林冠降雨特征是森林水文作用的重要机制,同时也是植被在水土保持作用中的重要内容。以黄土高原南部常见乔木刺槐、元宝枫、桉树为研究对象,以滤纸色斑法为基本实验原理,观测了该地区天然降雨15场,分别取得3种乔木冠下雨滴谱200份。通过对比分析林冠内外降雨特征,得到以下结论:林冠降雨特征与林外降雨特征有显著区别;林下雨滴分布呈现近似的正态分布,大雨滴数量较林外明显增多;林冠下雨滴中数直径（D₅₀）受降雨强度的影响很小,且在降雨强度小于0.1 mm/min时,林冠下D₅₀大于林冠外,当雨强大于0.1 mm/min,林外D₅₀有大于林内的趋势;降雨动能与雨滴中数直径有着相似的变化趋势。     

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。     

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。     

北京百花山核桃楸华北落叶松混交林空间结构特征

以百花山自然保护区核桃楸华北落叶松混交林样地的调查数据为基础,利用角尺度、大小比数和混交度3个林分空间结构参数,分析了核桃楸华北落叶松混交林的空间结构特征.结果表明:核桃楸种群密度和断面积占有明显优势,是乔木层的优势种和建群种;核桃楸华北落叶松混交林平均混交度为0.382,林分混交程度低,优势种以零度混交和弱度混交为主,伴生种的混交状况普遍较好;核桃楸和华北落叶松种群在空间结构单元中以优势木、亚优势木和中庸木为主,其他种群的树种优势度不明显;该林分的空间分布格局为聚集分布.     

密云山区油松人工林内外降雨特性初步研究

采用先进的LNM激光雨滴谱探测仪,连续不问断观测北京密云水库周边山区2006年8月-2007年1月的降水过程;结合以往研究雨滴所采用的方法和成果,从降雨产生能量的机理入手,观测分析了北京密云水库周边人工林林内外降雨雨滴特性和降雨动能的变化.林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.35 mm/h)气象条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用.     

祁连山鲜黄小檗和甘青锦鸡儿灌丛冠层降雨再分配特征

以祁连山排露沟小流域的鲜黄小檗和甘青锦鸡儿灌丛为研究对象,2014年6—9月观测了38场降雨的林外降雨量、穿透雨量和树干茎流量,分析了鲜黄小檗和甘青锦鸡儿灌丛冠层降水再分配特征及影响因素。结果表明:(1)鲜黄小檗和甘青锦鸡儿灌丛冠下的穿透雨量、树干茎流量、截留量分别为175.2,20.8,182.6mm和239.1,15.1,113.4 mm,分别占总降雨量的46.3%,5.5%,48.2%和65.0%,4.1%,30.9%;鲜黄小檗和甘青锦鸡儿灌丛群落截留量占年降水量的29.3%和18.6%。(2)穿透雨量、树干茎流量和截留量均与降雨量呈显著线性正相关(P0.01),穿透雨率和截留率均与降雨量呈对数函数关系(P0.05)。(3)鲜黄小檗和甘青锦鸡儿灌丛产生穿透雨的临界降雨量分别为1.2mm和0.9mm,2种灌丛产生树干茎流均需要2.0mm的前期降雨量。(4)灌丛截留率9月份最大,其次是7月份,6,8月份最小;树干茎流率6—8月份变化平缓,9月份明显减小。     

祁连山西水林区灌木林降雨截留特征

基于2014年5—9月的野外试验数据,采用野外观测与统计分析相结合方法,研究了祁连山排露沟流域5种典型灌丛:吉拉柳(Salix gilashanica)、箭叶锦鸡儿(Caragana jubata)、金露梅(Potentilla fruticosa)、鲜黄小檗(Berberis diaphana)和甘青锦鸡儿(Caragana tangutica)灌丛降雨截留特征,分析了降雨量对灌丛穿透雨量和截留量的影响。结果表明:研究期间共观测到降雨40次,年降雨总量为292.4mm,其中2~10mm的降雨事件出现次数最多;5种灌丛穿透雨量、截留量分别为吉拉柳灌丛183.5,108.9 mm;甘青锦鸡儿灌丛174.3,73.5 mm;箭叶锦鸡儿灌丛168.8,123.6mm;金露梅灌丛166.1,106.4mm;鲜黄小檗灌丛165.7,82.1mm;5种灌丛穿透雨量和截留量与降雨量均呈显著线性正相关(p0.001);而穿透率和截留率与降雨量均以对数函数拟合较好(p0.001)。