西藏原始林芝云杉林雨季林冠降水分配特征

利用2006-2007年对西藏米林县南伊沟原始林芝云杉(Picea likiangensis var.linzhiensis)林林外降水、穿透水和树干茎流定位观测数据,对林芝云杉林的林冠降水再分配特征进行研究。结果表明:西藏南伊沟的年降水量为716.4mm,主要集中在4-9月份,占全年降雨量的86.95%。在林芝云杉的生长季节(4-10月份),林冠截留量为338.6mm,占同期林外降水量的51.60%;林内穿透水量为316.3mm,占同期林外降水量的48.21%;树干茎流量仅为1mm,仅占0.19%。林内穿透水(Tp)、树干茎流(Sf)、林冠截留量(Ip)及林冠截留率(PIp)与林外降水量(p)之间的关系分别为:Tp=0.8622p-3.5229,r=0.9964;Sf=0.0004p1.4586,r=0.9458;Ip=1.2222p0.6341,r=0.874;PIp=253.6p-0.7008,r=0.9732。林芝云杉林雨季林冠降水的分配规律与该森林结构复杂、林分年龄高、胸高断面积大密切相关,说明该森林在涵养水源和保持水土等方面发挥着重要的作用。     

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.     

长白山阔叶红松林降雨截留量的估算

林冠截留降雨过程是森林流域水分循环的重要组成部分,以往的研究多为1次或多次降雨量与截留量的关系,很少考虑雨强和树木特征.文中利用林冠截留降雨半经验半理论模型,以雨强和叶面积指数为模型输入,林冠湿润程度为参数,结合Penman-Monteith公式,有效地模拟了长白山阔叶红松林次降雨的截留过程和2004年5～9月的林冠截留总量.结果表明,研究期间的林冠截留总量为39.96 mm,占降雨总量的10.2%,与实测资料吻合.根据模拟结果,探讨了不同时间尺度上截留量与降雨量之间的关系,随着时间尺度的增大,截留量与降雨量的相关关系趋于明显.     

女儿寨小流域3种植被类型林冠层对降水再分配研究

对女儿寨小流域3种植被类型林冠层林冠层对降水再分配过程进行了研究。研究结果表明: 观测期内降雨量达到1971.80 mm, 降雨次数为83次。不同植被类型杜仲林、枫樟混交林和马尾松林的林冠截留量分别为289.75 mm、358.78 mm和351.46 mm, 林冠截留率分别为14.69%、18.19%和18.79%。随着降雨量增大, 不同植被类型的林冠截留量也增大, 二者呈正相关关系。混交林的穿透雨量和林冠截留量大于纯林, 而纯林的树干茎流量大于混交林; 不同植被类型林冠层对降雨的分配表现为穿透雨最多, 其次是林冠截留, 树干茎流最小。     

北亚热带3种森林群落对大气湿沉降重金属的调控

森林群落截留消纳沉降重金属的能力影响着森林集水区溪水输出重金属的情况,决定着小流域的水质安全。为评价北亚热带地区典型森林生态系统对大气降水中主要重金属离子的截留能力和分配特征,以浙江庙山坞林场3种典型森林群落(毛竹林、杉木林、青冈阔叶林)和森林集水区-小溪为研究对象,于2018年7月—2019年6月监测了12次降水事件,分析、比较和讨论了大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水、地表径流和集水区溪水中7种重金属(铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铜(Cu)、砷(As)、镍(Ni)和锰(Mn))的质量浓度和通量的动态变化。结果表明,大气降水中7种重金属,Pb、Cd、As、Cu、Zn、Mn和Ni的年均浓度分别为0.974、0.124、0.512、3.42、36.7、8.48和1.94μg/L,3种森林群落林冠层截留的干沉降重金属中Zn和Mn的比例最高,林冠层降水对重金属Mn和Zn的淋溶量极高,超过大气降水沉降量的2.78倍和54.2倍,同时截留了降水中的As和Ni;枯落物层对Mn、Cd和Zn表现出截留作用,对Cu和Ni有淋溶或释放的作用;3种森林群落的地表径流中Pb、Mn、Cd和Zn浓度明显降低,As和Ni的浓度略高于枯透水,但由于地表径流量非常小,土壤表层对降水中重金属均表现出极强的截留作用。3种森林群落对大气降水中的重金属均表现出极高的截留率,森林群落之间没有显著差异,其中青冈阔叶林的截留能力最强,杉木林较弱。而地表径流及土壤渗透水等汇集到森林集水区后,溪水中重金属Mn、Ni、Cd和Zn的浓度和通量均有大幅的增加,仅对重金属As和Cu呈现截留的作用,这可能与森林土壤重金属本底值偏高以及森林长期接收的重金属沉降在降水淋溶下从酸性土壤中大量溶出有关。     

鼎湖山针阔叶混交林生态系统水文效应研究

对鼎湖山针阔叶混交林水文效应的研究表明2002年8月-2003年7月,大气总降水量为1 690mm,林内净降水量为1212.7 mm,占总降水量的72%,其中穿透雨量和茎流量分别为1 125.3和87.4 mm,占总降水量的.66.6%和5.2%.林冠截留量为477.3 mm,截留率28.2%.地表径流量62.1 mm,占总降水量的3.7%.在一定的降水量范围内,林冠对降水的截留量随着降水量的增加而增加,不同的雨量级,林冠截留量变化的趋势曲线不同,且一次截留降水量饱和值约为25 mm;穿透雨量、茎流量均随着林外大气降水量的增加呈线性增加;当日大气降水量在0-30 mm时,地表径流量很小,且呈线性递增;当日大气降水量＞30 mm时,地表径流量随降水量增加以对数递增.与马尾松纯林和季风常绿阔叶林相比,针阔叶混交林在减少地表径流和保持水土等方面具有更好的水文生态效应.     

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。     

林冠截留与大气降水关系的数学模型

本文依据实测数据及有关资料,对林冠截留进行了深入细致的分析,并以物理化学中溶液吸附理论引伸出的上升-饱和函数关系曲线为类比,提出了一组关于林内雨量率、截留率、截留量与大气降水关系的新的数学模型。模型中的3个参数μm、P_o、k水文学意义明确,拟合效果较好,对深入研究林冠截留具有一定现实意义。 林内雨量率公式: 林冠截留率公式: 林冠截留量公式:     

南亚热带季风常绿阔叶林水文功能及其养分动态的研究

 根据在鼎湖山季风常绿阔叶林集水区3年的观测结果,对这一南亚热带地带性植被的水文功能进行了较深入的探讨。由于林分结构复杂,季风常绿阔叶林对大气降水具有较高的林冠截留率,截留率的季节变化动态与降水量的季节分配有关。该森林土壤结构良好,其渗水速度快,加上有较厚的枯落物层,对于减缓地面径流,减少水土流失,功效甚大。但由于土层较薄,其蓄水功能有限。该森林的径流量占总降水量的比例特别是地表径流所占比例较小,分别为50.22％和14.19％。其季节分配有利于保持水土和植物生长。由于土壤蓄水量变化出现负值,用水量平衡法计算得出鼎湖山季风常绿阔叶林年蒸发散量为1323.98mm,占大气降水量的51.81％。该森林的降水中主要营养元素浓度较高,降水带来大量的养分,特别是氮素的年输入量高达35.29kg·hm-2。淋溶也给该森林带来较高的养分归还量,其中钾的淋溶量高达35.65kg·hm-2;镁的淋溶量高达8.9kg·hm-2,为林外雨输入的2.37倍。径流中的氮输出为28.35kg·hm-2,降水中的氮素净输入量为6.94kg·hm-2;但镁的净输入呈负值。     

鼎湖山人为干扰下马尾松林水文生态功能

在鼎湖山马尾松林中,林外降水量年平均为2209．0mm,其中83．8％－84．5％的降水休中在春夏两季,而秋冬两季仅占15．5％－16．2％。林外降水到达冠重新分配,穿透雨占了82．7％,林冠截留17．2％,茎汉0．15％。林外降水进入该生态系统后,34％以径流形式流出,其余的通过蒸散形式返回大气层。林冠截留率随林外降水量的增加而减少,但随着降水的增大,其降幅逐渐减小。茎流率的变化与林冠截留率相似,单株茎流量与胸径和枝下高的大小呈显著的直线关系（P＜0．01）,但与林冠大小关系不明显,径流仅发生在每年的4－10月份,年平均径流率为0．34。     

东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价

森林植被发挥着涵养水源的作用,主要表现在以下几个方面:对降水的截留与再分配;调节河川径流,调节林内小气候,减小林内地表蒸发,改善土壤结构,减少地表侵蚀等. 通过对几种林分各层拦蓄降水和保土功能指标定性评价的基础上,用综合评定法对不同林分水源涵养和保土功能进行综合评价,选择出综合功能最好的林分,以期为北京山区的生态环境建设、植被恢复与保护提供一定的依据。在测定东灵山4种森林植被林冠层、枯枝落叶层和土壤层蓄水和土壤保持功能指标的基础上,采用综合评定法对4种森林植被水源涵养和土壤保持功能进行了评价。结果表明:各植被类型的林冠层截留各不相同,在雨季(6-9 月份) 辽东栎林的截留率最大,华北落叶松的最小;枯落物最大持水深以辽东栎林的最大,油松的最小;土壤水文特性各异,0-80 cm 土层平均容重以落叶阔叶林的最小,华北落叶松的最大;稳渗速率以落叶阔叶林的最大,油松的最小,初渗速率以辽东栎林的最大,油松的最小。不同林分水源涵养和土壤保持综合能力由大到小顺序为落叶阔叶混交林、辽东栎林、华北落叶松林、油松林。常绿阔叶灌丛水源涵养和土壤保持综合能力评价值(0.1039) 比其它植被类型少3个数量级,说明其水源涵养和土壤保持功能明显优于其它植被类型。由此可见,树种组成丰富、林下灌草盖度高、枯落物储量多的落叶阔叶混交林水源涵养和土壤保持能力最强,优于单一的阔叶林,而油松林最差。     

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。     

森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法

近年来国内森林生态系统服务功能研究较多,但应用价值不高,其科学性受到诸多质疑。从森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程以及其计量方法出发,对国内外研究动态和发展趋势进行了总结分析,重新审视森林水源涵养功能的研究意义,探讨森林水源涵养功能的多尺度特征。从森林水源涵养功能作用的空间尺度上看,其拦蓄洪水削减洪峰的功能仅在较小尺度上有效,而调节径流的功能只有当森林土壤的入渗量超过蒸散量时,才可能有更多地下水补给河道径流,进而增加旱季河道流量。同时森林水源涵养功能也具有明显的时间尺度特征,具体表现为在次降水事件中,由于蒸散发量较小,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量,在功能上表现为拦蓄降水;在长时间尺度上,由于林地蒸散要耗去大量水分,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量减去林地蒸散发量,在功能上表现为净化水质和调节径流。大多数研究仅对单一林分的个别层次蓄水功能进行研究,缺乏流域尺度或者更大空间尺度的森林水源涵养功能研究。建议从区域降尺度到流域或将坡面尺度上推到流域,集中在流域尺度解决森林水源涵养空间异质性将是解决森林水源涵养功能尺度外推的有效办法。就目前国内流行的森林水源涵养功能计量方法而言,其与尺度及研究目的有较大相关性,在研究中应根据研究目的、研究尺度和可获取的数据情况选择合适的计量方法。研究突出了不同尺度作用下森林水文过程的复杂性及重要性,并结合森林与水关系的争论问题,分析目前国内对森林水源涵养功能研究的一些误区,提出森林水源涵养功能研究的一些关键科学问题及未来可能的发展方向,主要包括:1)明确界定森林水源涵养功能的边界,探索森林水源涵养功能计量的新方法;2)加强不同时空尺度关联的森林水源涵养功能研究,包括正确评价森林水源涵养功能的时空变异规律,森林生态系统水源涵养功能的尺度效应,森林水源涵养与下游水生态安全,森林水源涵养研究范式转变等核心问题。     

应用修正的Gash解析模型对岷江上游亚高山川滇高山栎林林冠截留的模拟

修正的Gash解析模型具有较好的物理基础,是目前估算和预测林冠截留的有效工具。基于2007年6月到9月的降雨数据、气象和林分结构资料,采用修正的Gash解析模型对岷江上游川滇高山栎林冠截留进行了模拟。结果表明,林冠持水能力为0.23mm,树干持水能力为0.041mm,树干茎流系数为0.013,使林冠饱和的降雨为0.3mm;研究期间实测的林冠截留量为80.2mm,占总降雨量的16.5%,应用模型模拟的林冠截留总量为81.8mm,高于实测值1.6mm(高于实测值2.0%),林冠截留和树干茎流周累积量模拟值均与实测值有很好的一致性,敏感性分析结果显示,应用修正的Gash解析模型进行岷江上游川滇高山栎林冠截留模拟研究中,模型最易受林冠持水能力影响,其次为郁闭度、树干持水能力,影响最小的林分参数为树干茎流系数。     

半湿润地区城市绿地灌木的截留集水功能及其影响因素

在半湿润地区,创新节水型城市绿地建设模式,实现绿地由耗水型向节水型转变,是学术界关注的热点问题。通过模拟降雨的方法,对半湿润地区城市绿地中的金叶女贞、大叶黄杨、小叶黄杨、红叶石楠、龙柏和侧柏等6种灌木的截留集水功能及其影响因素进行研究。结果表明: 冠层截留和茎流集水是水文过程的两个不同阶段,常绿灌木冠层截留大,但其茎流集水差;随着雨强增大,所有灌木的穿透雨率和茎流率都明显增加,但截留率却相对减少;穿透雨率表现为阔叶灌木显著大于针叶灌木,茎流率趋势与之相同,而截留率则相反。冠层投影中心区域穿透雨率最小,随着与冠层投影中心距离的加大,叶面积指数降低,穿透雨率也呈逐步减少趋势;当雨强为小雨时,冠层投影中心的穿透雨率小,即截留率和茎流率大,当雨强为大雨时,冠层投影中心的穿透雨率大,即截留率和茎流率小;随着雨强增大,冠层外围穿透雨率增大,漏斗形截留集水系统呈缩小趋势。雨强和叶面积指数是显著影响灌木截留集水功能的重要因素;半湿润地区城市绿地在林下配置阔叶灌木更有利于截留集水。     

滇中常绿阔叶林及云南松林水文作用的初步研究

 本文研究了滇中地区山地常绿阔叶林及云南松林的林冠截留量,冠流和茎流量,地表水土流失量,林地枯枝落叶层持水量,土壤含水量以及雨水、冠流、茎流和地表迳流中营养元素(N、P、K、Ca和Mg)的含量,并分析比较了针、阔两类森林调节和涵养水分的作用和降水中林冠养分的淋溶、迁移特点,对了解滇中亚热带山地森林生态系统的功能和生产力的研究,对本区森林资源的保护,林业的合理经营,均有重要意义。     

小流域水源涵养林优化配置

通过对嫩江上游二道桥小流域内不同林分类型林冠截留、枯落物持水以及土壤蓄水的观测与调查,采用层次分析法探讨了小流域水源涵养林的配置.结果表明：该流域水源涵养林最优植被类型结构为天然白桦林24.86%、天然黑桦林16.30%、天然阔叶混交林44.49%、落叶松人工林10.88%、草地3.47%;经过层次分析优化后,流域水源涵养能力显著增加,其中以土壤层有效贮水量和最大贮水量增加幅度最大,分别比现状提高了33.05%和27.78%.层次分析优化结果可以作为试验小流域水源涵养林最优空间配置结构.     

祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素

以位于祁连山中段大野口关滩森林站的青海云杉林为研究对象,利用2008年观测期间(6月12日至10月8日)34场降雨的大气降雨量、穿透雨量和树干茎流量观测资料,对青海云杉林的降雨再分配特征及其影响因素进行综合分析。结果表明:青海云杉林的总穿透雨量、截留量和干流量分别为212.6、64.5 mm和3.4 mm,分别占大气降雨量的75.8%、23.0%和1.2%;穿透雨在林内具有较大的空间变异性,其变异程度随降雨量的增大而减小,叶面积指数和冠层郁闭度在一定程度上也影响穿透雨的空间分布,且降雨量越小其影响效果越明显;青海云杉林的总干流量为3.4 mm,平均干流率为0.58%,雨前林冠的湿润程度对树干流的产生有很大影响,导致当降雨量为5.6 mm时就开始产生树干茎流;青海云杉林冠截留率的大小主要取决于降雨量,且随着降雨量的增大先减小并逐渐趋于稳定,林冠截留量总体上随冠层郁闭度和叶面积指数的增大而增大,但当观测点位于树冠边缘或多个树冠重叠处时出现负截留现象。所以,就特定林分而言,冠层结构特征对于其林冠生态水文效应起着重要的作用。     

Comparisons of soil‐water content between a Moso bamboo (Phyllostachys pubescens) forest and an evergreen broadleaved forest in western Japan

In Japan, forests of Moso bamboo (Phyllostachys pubescens, an exotic invasive giant bamboo) have naturalized and expanded rapidly, replacing surrounding broadleaved and coniferous forests. To evaluate impacts caused by these forest‐type replacements on the hydrological cycle, soil‐water content and its spatial variability in a Moso bamboo forest were compared with those in an adjacent evergreen broadleaved forest, in a case study of a stand in western Japan (northern Kyushu). The volumetric soil‐water content averaged over depths between 0 and 60 cm was consistently higher in the bamboo stand than that in the broadleaved stand. These results contrast with previous studies comparing the soil‐water content in Moso bamboo forests with that in other forest types. The sum of canopy transpiration and soil evaporation (E) in the bamboo stand tended to be larger than that in the broadleaved stand. Small canopy interception loss was reported in the bamboo forest. Therefore, the large amount of E would counterbalance the small canopy interception loss in the bamboo forest. Differences in soil characteristics between the two stands may be the main factor causing differences in soil‐water content. Spatial variation in soil‐water content in the bamboo stand was larger than that in the broadleaved stand, confirming findings in a previous series of our study. This could happen because the well‐developed root‐system in the bamboo forest enhances preferential flow in the soil. To evaluate the effects of aggressive invasion of alien giant bamboo on the ecosystem functions, we recommend further studies measuring various hydrological components in various Moso bamboo forests.