川西亚高山典型森林生态系统截留水文效应

截留是水文循环的一个重要过程,水文功能是森林生态系统功能的重要方面,林冠和枯落物截留实现对大气降水的二次分配过程.为深入认识生态系统截留的水文效应,采用野外观测和人工降雨模拟试验相结合的方法,研究了2008年和2009年5-10月贡嘎山亚高山峨眉冷杉中龄林、峨眉冷杉成熟林和针阔混交林的冠层枯落物截留能力.结果表明,峨眉冷杉中龄林2008年林冠截留率为20.9％,针阔混交林2008年和2009年林冠截留率分别为23.0％和23.6％,林冠截留率的年际间变化不大,林冠截留主要受到降雨特征影响.3种林型枯落物饱和持水能力分别为5.1、5.1和5.7 mm,显著高于林冠的饱和持水能力,但由于冠层的截留蒸发速率较高,林冠截留蒸发仍是生态系统截留蒸发的主要组成部分.     

SWAT模型在天山林区林冠截留过程中的改进应用

林冠截留是森林生态水文的重要环节,SWAT （Soil and Water Assessment Tool）模型对其模拟过程还较为粗糙,为了在流域水文模拟中更精细的刻画林冠截留过程从而得到更佳的模拟结果,以SWAT模型为基础,使用半理论林冠截留模型（Gash模型）与SWAT模型进行耦合,以天山林区为研究区对SWAT模型林冠截留模块进行优化改进。通过对改进前后的模拟结果进行对比分析,结果表明：1） SWAT模型和SWAT-Gash模型的R²分别为0.59-0.83和0.65-0.86,NSE值分别为0.58-0.82和0.63-0.85,两种模型PBIAS为7.2%-17.1%,证明SWAT-Gash模型具有更好的适用性;2）相较于出山口径流数据,SWAT模型和SWAT-Gash模型的RMSD值分别为3.49-7.80 m³/s和3.22-4.68 m³/s,SWAT-Gash模型在校准期和验证期的皮尔逊相关系数分别为0.93和0.81,高于SWAT模型的0.91和0.77;3）基于分位数回归（QR）的不确定性分析表明,SWAT模型和SWAT-Gash模型验证期的P因子分别为0.93和0.96,R因子为1.26和1.19,95%不确定性置信区间平均宽度分别为13.50 m³/s和12.86 m³/s;4） SWAT模型与SWAT-Gash模型在验证期的月平均地表径流量分别为6.55 m³/s和8.50 m³/s,表明在该流域内原始SWAT模型会高估林冠截留量。以天山北坡中段林区为例对云杉森林的林冠截留进行精细化模拟,虽然对模型输入数据要求提高,林冠截留数据的收集增加了模型模拟的不确定性,但对本研究区基于物理过程的水文模拟精度提升明显,改进后模型与出山口实测径流数据一致性更强,可以为天山林区小流域水资源管理提供更可靠的依据。     

黄土高原人工油松林水文生态效应

在陕北黄龙山区利用对降水和设置在林分中的径流小区进行长期定位观测的方法,研究了黄土高原主要造林树种油松林的水文生态效应,据1995-2000年观测结果,中龄人工油松林林冠平均截留率为25.1％,树干茎流量占大气降水量的3.3％,枯枝落叶层的截留率为11.6％。在森林的作用下,林地土壤的理化性质得到了明显的改善。与农地相比,林地容重低8.6％,有机质含量、全氮含量和阳离子代换量分别高130.1％、84.2％和53.2％,细土颗粒组分比例增加。与此同时,林地地表径流量和土壤侵蚀量则分别减少84.5％和99.9％,表明了人工油松林巨大的水文生态作用。     

新型降水分布数学模型研究及其应用

在分布式水文模型中,单元栅格内的降水输入是准确模拟各种水文过程的关键因素,寻求产生分布式降水数据的方法是水文模型研究的热点之一.在对国内外降水模型分析基础上,认为流域面上实际降水分布是天气系统降水与下垫面地形影响共同作用的结果,如果不受地形影响,天气系统降水的降水量等值线在平面上的分布近似为一组同心椭圆.根据这一原理,建立了一种能够模拟天气系统降水分布,并利用牛顿插值法对模拟结果进行地形影响修正的新型降水分布数学模型,提出了对降水中心位置及其中心降水量的模型模拟.利用黄土高原西川河流域实测资料对模型进行了检验,结果表明,该模型具有较高精度.由于模型概念简单明晰,且能指明降水中心位置及其中心降水量,因此在流域暴雨分析和洪水预报中具有一定价值.     

马占相思（Acacia mangium）也湿地松（Pinus elliotii）人工林枯落物层的水文生态功能

分析了马占相思与湿地松人工林枯落物的蓄积量、年凋落量及凋落动态、枯落物层对大气降水的截留、以及枯落物抑制土壤水分蒸发和阻滞径流的效应。结果表明：①15龄的马占相思林枯落物蓄积量32.3t/hm^2,年凋落量11.14t/hm^2,最大持水率253.7％,最大持水量28.26t/hm^2;15龄的湿地松林枯落物蓄积量18.7t/hm^2,年凋落量7.30t/hm^2,最大持水率216.7%,量大持水量15.82hm^2;②2种林分对大气降水的截留率分别为15.9%和11.7%,截留率随1次降水降水量（＞10mm）的增加而减少;③2-4cm枯落物覆盖下不同含水量的土壤水分蒸发比无覆盖的土壤减少18.2%-78.3%,枯落物层减少土壤水分蒸发的效应随枯落物层厚度和土壤含水量的增大而增加;④2种枯落物对径流流出时间的阻滞效应随径流深（＜3mm）和坡度的增加而减小,随枯落物层厚度的增加呈直线增加。通过与部分其它森林类型枯落物层水文生态功能比较,认为马占相思与湿地松林枯落物层具有较为优越的水文生态功能。     

黄土高原人工油松林林冠截留动态过程研究

林冠截留量的大小直接影响着大气降水产生地表径流量的多少 ,也决定着森林涵蓄降水能力的大小 ,是评价森林保持水土效益的关键指标之一。因此 ,一直是森林水文和水土保持研究的重点 ,特别是林冠截留的动态过程的研究 ,对揭示径流、泥沙过程有积极的意义。由于影响林冠截留过程因素复杂 ,目前国内外在林冠截留动态方面的研究较少[1～ 3] ,缺乏好的模型描述此过程[4～ 7] ,限制了森林保持水土机理研究的进展。研究林冠截留的动态过程不仅能够阐明森林保持水土的机理 ,而且对研究林地土壤侵蚀过程有重要意义。1　研究地区与方法1 1　自然概况试…     

岷江上游植被冠层降水截留的空间模拟

 通过对岷江上游实地踏查和定位观测研究,结合MODIS遥感数据,利用“3S”技术对岷江上游植被冠层降水截留进行了空间模拟。研究结果表明：岷江上游植被叶面积指数（LAI）与增强性植被指数（EVI）以二项式关系拟合效果较好。由于归一化植被指数（NDVI）存在的饱和问题,研究采用EVI反演LAI,统计结果表明：岷江上游LAI值在0～2之间的占28.57%,在2～4.5之间的占63.06%,大于4.5的占8.37%,其中LAI最大值为7.394;从冠层最大降水截留模拟结果来看: 植被较好的地区,如卧龙、米亚罗的植被冠层最大降水截留量较大,而干旱河谷、上游高山草甸等地的植被冠层最大降水截留量相对较低;附加冠层降水截留与降雨量呈线性相关,模型验证时以此为基础,模型模拟的结果较为理想。     

金属硫蛋白清除自由基及其对自由基引起的核酸损伤保护作用的研究

通过化学反应体系产生ＯＨ＾－和Ｏ＾－２自由基,采用荧光和化学发光检测体系,比较研究了不同亚型及不同结合金属的金属硫蛋白（ＭＴ）清除自由基能力的大小。结果表明,对于同一亚型,Ｚｎ结合ＭＴ清除自由基的能力大于Ｃｄ结合ＭＴ;同一结合金属的ＭＴ,ＭＴ１清除自由基的能力大于ＭＴ２。通过比较ＺｎＭＴ１与谷胱甘肽（ＧＳＨ）及超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）清除自由基的能力大小发现,ＺｎＭＴ１清除ＯＨ的能力是ＧＳＨ的１０     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

基于Gash模型的青海云杉林降水截留模拟

选择Gash(1995)改进后的模型对祁连山东部青海云杉林冠层截留进行模拟。首先在2009年的5月底至9月期间对降水事件、降水截留和林冠结构进行观测,其次对林冠附加截留量进行计算,在不同的时间步长上利用Gash模型模拟截留量,最后对模型参数进行敏感性分析。结果表明:Gash模型对整个观测期间林冠截留模拟值比实测林冠总截留量偏低8.70%,15 d尺度和次降雨事件尺度上模拟值比观测值分别偏低18.92%和14.23%;附加截留占总截留的74.94%,吸附截留占总截留的25.06%;饱和林冠的平均蒸发强度和降雨强度的比值是模型的敏感性参数,精确获得平均蒸发强度是保证模型精度的前提条件,并且独立降水事件的界定是提高Gash模型的关键点。     

六盘山主要植被类型冠层截留特征

通过野外观测和模型模拟,研究了六盘山主要森林类型的冠层截留量、冠层截留容量和冠层截留模拟参数的变化.结果表明：六盘山主要森林类型的冠层截留率在8.59%～17.94%,穿透降雨率超过80%,树干茎流率在0.23%～3.10%;冠层截留容量在0.78～1.84 mm,其中叶截留容量在0.62～1.63 mm,枝干截留容量在0.13～0.29 mm,且针叶林的冠层截留容量高于阔叶林.考虑冠层叶面积指数的冠层截留改进模型较原有模型具有更好的模拟精度, 其中,研究区红桦林、华山松林、李灌丛和辽东栎-少脉椴混交林的模拟效果较好,辽东栎林、油松林和华西四蕊槭 石枣子灌丛模拟效果相对较差,这可能与冠层结构、叶面积指数以及降水特性等差异有关.     

中国森林生产力对气候变化响应的预测研究

根据不同地理区森林生产力和气候环境变量的数据构建了中国林林气候生产力模型,以此为基础研究了气候变化对中国森要生产力的影响。结果表明：在所构建的模型中,除海拔高度与净生产力的相关模型外,其它模型均有较高的实用价值,模型的似合曲线变化,基本反映了中国森林现实力的地理分布格局;中国森林生产力的分布格局主要取决于气候环境中的水热条件,水分条件是决定中国大部分地区森林生产力水平和地理分布格局的主导因素;根据     

4个常用的气候-植被分类模型对中国植被分布模拟的比较研究

 应用KAPPA一致性检验方法,比较研究了4个常用的气候植被分类模型：Penman模型、Holdridge生命地带系统、Kira模型和Thornthwaite模型对中国植被分布模拟的一致性和适用性。结果表明：这4个常用的气候 植被分类模型对中国植被区划一级分类的植被地理分布模拟效果较好。其中,Holdridge生命地带系统的KAPPA值达到0.57,模拟效果优于其它三者。但对特定地区,如青藏高原的植被地理分布,所有模型均需改进或引入新的影响因子才能较好地模拟二级植被区划的植被地理分布。1)Penman模型对温带草原和青藏高原的植被地理分布模拟的KAPPA值超过0.50,是4个模型中对青藏高原植被地理分布模拟效果最好的。2)Thornthwaite模型对热带雨林、季雨林植被地理分布模拟的KAPPA值达到0.40,可以弥补Holdridge生命地带系统对热带植被地理分布模拟精度的不足。3) Holdridge生命地带系统对中国植被地理分布模拟的效果最佳,但对西部季雨林、雨林区域(52)、西部草原亚区域(63)、青藏高原温性荒漠地带(86)和温性草原地带(84)的模拟程度不理想。4)Kira模型对亚热带常绿阔叶林植被地理分布的模拟效果可与Holdridge生命地带系统相媲美;对低海拔和湿润、湿润地区植被地理分布的模拟效果尚可,但在温带荒漠区与青藏高原区植被地理分布的模拟效果与实际相差较远。     

中国东部森林样带典型森林水源涵养功能

通过对我国东部森林样带四个森林生态系统定位研究站（长白山站、北京站、会同站和鼎湖山站）的九种森林类型水源涵养监测数据的分析,研究了水热梯度下不同森林生态系统水源涵养功能。结果表明：在生长季的5-10月份,各森林类型的水源涵养特性表现出较大差异。林冠截留率的大小依次为：阔叶红松林＞杉木林＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞季风常绿阔叶林＞落叶阔叶混交林＞马尾松林＞落叶松林＞油松林,最高的长白山站阔叶红松林的截留率是最低的北京站油松林的2.2倍。森林降雨截留量与林外降雨量呈显著的正相关,林冠截留率与降雨量呈显著负相关。枯落物最大持水深（5-10月份）以北京站落叶阔叶林最大,为6.0mm;鼎湖山站的季风常绿阔叶林最小,为1.0mm。0-60cm土层蓄水量最大的是会同站的人工杉木林,为247mm;最小的是北京站的落叶松林,仅为45.5mm;林分总持水量依次为：杉木林＞阔叶红松林＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞季风常绿阔叶林＞落叶阔叶混交林＞马尾松林＞落叶松林＞油松林。各林分总持水量主要集中在土壤层,占总比例的90%以上。     

植物种分布的模拟研究进展

从植物种水平研究植被与气候的关系一直是生态学的热点之一。该文综述了植物种与气候关系的早期研究历史和国内外近期研究进展,尤其是20世纪80年代以来,随着全球变化研究的不断发展和深入,植物种地理分布与气候因子关系研究的最新发展,汇总了最近20年来国际上模拟预测植物种潜在地理分布的模型,比较了不同模型的优缺点。统计模型主要包括以生物气候分室模型或气候分室模型为代表的相关模型、以广义线性模型和广义加性模型为代表的回归模型、以分类和回归树分析及人工神经网络为代表的基于规则的模型、以及生态位模型、气候响应面模型等。机理模型主要介绍了基于BIOME1生物地理模型和FORSKA林窗模型的STASH模型、基于过程的物候模型PHENOFIT,以及一种基于水分平衡、温度和植物物候现象的模型。总结不同模型模拟预测的不同地区植物种未来分布的格局,并介绍中国植物种潜在分布区及未来变化的模拟预测工作,从而为更加准确地模拟预测植物种在未来全球变化情景下的变化趋势提供背景知识。     

中国主要森林生态系统水文功能的比较研究(英文)

 基于中国不同区域生态站的观测资料,着重从降雨截留（林冠截留、枯枝落叶层截持和土壤蓄水）、调节径流和蒸散等3个方面对我国主要森林生态系统的水文生态功能进行了比较研究。各生态系统林冠年截留量在134～626 mm间变动,由大到小排列为：热带山地雨林,亚热带西部山地常绿针叶林,热带半落叶季雨林,温带山地落叶与常绿针叶林,寒温带、温带山地常绿针叶林,亚热带竹林,亚热带、热带东部山地常绿针叶林,寒温带、温带山地落叶针叶林,温带、亚热带落叶阔叶林,亚热带山区常绿阔叶林,亚热带、热带西南山地常绿针叶林,南亚热带常绿阔叶林,亚热带山地常绿阔叶林。枯落物持水量可以达到自身干重的2～5倍,但也因林型而异。土壤非毛管持水量变动在36～142 mm之间,平均89 mm。常绿阔叶林的非毛管持水量通常高于100 mm,而寒温带/温带落叶阔叶林和常绿针叶林通常低于100 mm. 土壤的非毛管持水量通常占生态系统中截持水量的90%,其次是枯落物和林冠层。这说明,森林土壤在调节降雨截留中占有重要地位,其水文功能的大小取决于土壤结构和空隙度,而这些恰恰又受枯落物和森林植被特征的影响。森林皆伐后,一般地表径流会显著地增加,而适当抚育措施则对地表径流影响不大。流域径流受诸多因素的影响,包括植被、土壤、气候、地形、地貌以及人类影响导致的流域景观变化,比较研究表明森林变化对流域径流的影响尚未得到一致的规律性的结果。通过对比研究不同森林的蒸散变化,发现随降雨量的增加,森林蒸散量略有增加,而相对蒸散率却在下降,相对蒸散率在40%～90%间变动。     

田林老山南坡水热条件垂直变化及森林生态效益的研究

１９８２－１９９１年,对广西田林县老山南坡不同海拔高度水热条件及森林植被的气象水文要素进行了对比观测研究,揭示了该山体水热条件的垂直变化规律,并对其主要的气象水文因子建立了回归预测模型。文中进一步说明了老山南坡森林调节气候、涵养水源、减少地表径流、防止土壤冲刷等具有显著的气候木文生态效益。所有结论都表明,老山南坡森林对于维护山地生态平衡具有重要的作用。     

松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)入侵对马尾松(Pinus massoniana)林分生长的影响及相关生长模型

松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）是一种松树上发生严重的有害生物,它不仅改变了生态系统的结构和功能,而且改变了系统内生物的原有特性和地理分布。松材线虫及其引起的松树萎蔫病已对中国马尾松林（Pinus massoniana）的树木成长产生了巨大影响。基于此,使用＂每木调查法＂和＂样方法＂,对松材线虫入侵后的马尾松林内松树的各项生长指标因子进行了调查分析,其结果表明：自松材线虫1996年入侵所调查地区的松林后,对于受害松树不管是伐倒木（被伐倒）还是倒木（自然倒地）,其对周围马尾松胸径生长的影响是显著的,而对树高生长的影响不显著。最后建立了一系列的灰色和灰色-马尔可夫链数学模型,其预测结果精度高,可用于今后受害和未受害区马尾松林分因子的生长预测。