Gash模型在热带季节雨林林冠截留研究中的应用

为了验证Gash林冠截留解析模型在西双版纳热带季节雨林中的适用性,基于2003年的热带季节雨林气候及林冠特征观测数据、采用Gash模型对林冠截留进行了模拟.结果显示,西双版纳热带季节雨林样地年降雨量为1244.4mm,穿透降雨为867.3mm,树干径流为114.4mm,树冠截留量为262,7mm,林内穿透降雨量和林外降雨量之间存在显著的正相关关系;降雨过程中饱和林冠的蒸发强度为0.12mm/h,使林冠饱和的降雨为0.6mm,林冠枝叶部分持水能力为0.41mm,树干持水能力为0.18mm;模型模拟的年林冠截留量为274.9mm,干季为71.7 mm,雨季为203.1 mm;模拟的相对误差年值为4.3%,干季为0.1%,雨季为6.9%,模拟与实测有很好的一致性,显示了Gash模型适用于西双版纳地区热带季节雨林林冠截留计算.     

两种温带落叶阔叶林降雨再分配格局及其影响因子

林冠对降雨的再分配是森林生态系统的重要生态水文过程,影响着生态系统生物地球化学循环。于2012年5—10月连续测定帽儿山森林生态站的两种温带天然次生林型——蒙古栎林和杂木林的林外降雨、穿透雨及树干径流,旨在量化其降雨再分配过程及其影响因素。结果表明:蒙古栎林的平均穿透雨、树干径流、林冠截留分别占同期林外降雨的76%、7%和17%;杂木林分别占85%、5%和10%。根据模型估算,当降雨量分别超过1.0mm和0.7mm时蒙古栎和杂木林开始出现穿透雨;当降雨量超过3.0mm开始出现树干径流。当降雨量超过5.6mm,树干径流体积会随着树木胸径的增加而显著增加;而当降雨量低于5.6mm则出现相反趋势。穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占降雨量的比例却表现出不同的变化趋势。穿透雨量的空间变异随降雨量和降雨强度的增大显著减小。两种林型的降雨再分配格局因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异。     

喀斯特地区典型针叶林的降雨截留分配效应

以贵州喀斯特地区典型针叶林为研究对象, 采用定位观测方法对降雨分配特征进行研究。观测期内采集到 36 场降雨数据, 林外降雨总量为 300.66 mm, 主要以小雨为主。10 月降雨量最大, 占观测数据中降雨量的 57.29%, 3 月降雨量最小, 占观测数据中降雨量的 1.43%。树干流总量为 31.34 mm, 占降雨总量的 10.42%。树干流量变化范围为 0-4.7 mm, 树干流率变化范围为 0-34.55%。穿透雨总量为 218.02 mm, 占降雨总量的 72.51%, 穿透雨量随着降雨量的增大而逐渐增大, 穿透雨率与林外降雨量存在一定的相关性, 林外降雨量越大, 林间穿透雨率越大。灌木层截留总量为 29.11 mm, 占降雨总量的 9.68%, 灌木截留量随降雨量的增大而增大, 但截留率与降雨量之间没有明显的相关关系。林冠截留总量为 51.24 mm, 占同期降雨的17.04%, 树冠截留量随着降雨的增大而增大, 林冠截留率随降雨增大而减小。     

陇中黄土高原油松人工林林冠截留特征及模拟

以陇中黄土高原安家沟小流域的油松人工林为对象,于2011年生长季(5---9月)观测其林外降雨、穿透雨、树干茎流及林冠结构特征,采用修正的Gash解析模型模拟林冠截留,研究油松人工林的生态水文过程及影响机理.结果表明:研究期间共观测到19次降雨事件,总降雨量为215.80 mm,其中林冠截留48.27 mm,占总降雨量的22.4％;穿透雨165.24 mm,占同期林外降雨量的76.7％;树干茎流量2.29 mm,占同期降雨量的1.1％.模拟的林冠截留量为41.24 mm,比实测值低7.13 mm,相对误差为14.7％,其中,33.8％和60.0％截留分别在降雨期间和降雨之后蒸发.修正的Gash解析模型对林冠盖度、林冠持水能力、蒸发和雨强有较强的敏感性,而对树干茎流率和树干持水能力的敏感性不高.     

太岳山不同郁闭度油松人工林降水分配特征

利用2011年5-9月生长季观测的30场降雨数据,分析了山西太岳山不同郁闭度下油松人工林林冠截留、穿透雨以及树干茎流与降雨量的关系,以及林冠截留过程的特点.结果表明:(1)实验观测期间,该地区降雨总量为634.79mm,单次平均降雨量为21.16mm,单次最大降雨量为58.15mm,单次最小降雨量为0.54mm.其中,8月份的降雨总量最大,为190.77mm,6月份的降雨总量最小,为41.81mm.(2)郁闭度为0.8的油松人工林林冠截留量与降雨量呈一元线性关系,郁闭度为0.7、0.6和0.5均呈幂函数关系;对于各郁闭度的油松人工林,其林冠截留率与降雨量均呈对数函数关系;穿透雨量、树干茎流量与降雨量均呈明显的一元线性关系,穿透雨量和树干茎流量都随着降雨量的增加而增加.(3)不同郁闭度油松人工林之间林冠截留、穿透雨和树干茎流不同,总的趋势为随着郁闭度的减小,林冠截留量减小,穿透雨量增大,树干茎流量增大.林冠截留量与郁闭度表现出正相关关系,而穿透雨量、树干茎流量都与郁闭度表现出负相关关系.(4)各郁闭度林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量的月动态变化与总降水量的月变化基本一致.     

中亚热带红壤区油桐(Vernicia fordii)林冠水文效应特征

于从2004年7月到2005年9月,对南方红壤区油桐人工林的穿透雨、树干流和林冠截留的水文特征进行了监测,并对其影响因素进行初步分析,结果表明：在整个测定期间,油桐林穿透雨占总降雨量75．6％±8．6％,树干流占3．6％±1．1％,而截留量占20．8％±9．1％。油桐林冠对降雨的再分配受到降雨量和降雨强度的影响,随着雨量的增加,穿透雨、树干流和截留量相应地提高,并且树干流和截留量在高的雨量下逐渐趋于稳定;随着降雨强度的增加,穿透雨率逐渐升高,而树干流率和截留率降低。在不同雨量级间,油桐穿透雨具有显著性的差异,但树干流的差异不显著。油桐林下水分输入存在明显的空间异质性,穿透雨在不同观测点间具有显著性差异,靠近树干的林冠内部穿透雨低于林冠边缘,而且随着降雨量或降雨强度的增加,穿透雨的空间异质性（穿透雨率的变异系数CV）降低;树干流对降雨也具有明显的汇集作用,在树干周围输入的雨量是林外降雨量20-70倍,并且随着降雨量的增加,这种汇集效应（漏斗比率）先提高后降低。同时油桐单株树干流（cm^3·mm^-1）与胸径、树高和冠层面积均呈显著正相关（P〈0．05）,但是与枝下高的相关性不显著（p〉0．05）。     

广西南宁桉树人工林降雨再分配特征

为了解桉树人工林生态系统的降水再分配特征,改进桉树人工林经营方案,以提高林地保水保肥能力,本文依托广西南宁桉树林生态系统定位观测研究站,通过观测2015年7月—2016年5月历时11个月的尾巨桉林外降雨、林内降雨、穿透雨和树干径流,分析尾巨桉林冠降雨再分配特征。结果表明,研究期间的降雨总量1536 mm,穿透雨总量1042mm,占降雨总量68%;树干径流总量9.2 mm,占降雨总量0.6%;林冠截留总量490 mm,占降雨总量32%。月降雨量与穿透雨呈对数函数关系,当月降雨量超过25 mm即产生穿透雨;穿透雨和穿透率随降雨强度的增加而增加,当次降雨强度达暴雨以上时,林外降雨几乎全部形成林内降雨。在小雨、中雨、大雨和暴雨4种降雨强度条件下,累计降雨量与累计穿透雨均呈二次多项式递增函数,其中小雨和中雨的穿透雨初始时间滞后初始降雨分别约20min和10 min,而大雨和暴雨的穿透雨初始时间与降雨同步。树干径流虽在本文降雨分配计算过程中忽略不计,但其作用不可忽视。月降雨量与截留量呈递增幂函数关系,与截留率呈递减指数函数关系。     

基于修正的Gash模型模拟小兴安岭原始红松林降雨截留过程

原始红松林是我国小兴安岭地区的顶级植物群落,理解它的降雨截留过程,对区域生态、水文环境具有重要意义.采用定位研究法,于2010-2011年21场降雨数据对原始红松林的降雨截留和分配效应进行系统研究,并结合当地的气象和林分资料,利用修正的Gash模型对小兴安岭原始红松林进行林冠截留模拟.该模型对穿透雨、树干茎流、截留量的模拟值分别为:370.91、16.14、130.07 mm.穿透雨模拟值比实测值低2.28 mm,相对误差1.75％,树干茎流模拟值高于实测值8.12 mm,相对误差50.3％,林冠截留量模拟值比实测值低2.35 mm,相对误差为1.81％.穿透雨和林冠截留量的模拟值和实测值有较好的一致性,树干茎流的模拟值和实测值相差较大.综合结果表明:修正的Gash模型对小兴安岭地区原始红松林降雨截留拟合具有很好的适用性.     

华北石质山区油松林对降水再分配过程的影响

森林通过降水再分配过程影响着流域的水量平衡和物质循环。根据2005-2008年汛期华北石质山区主要造林树种油松林的林外降雨、穿透降雨、树干径流定位观测数据,探讨了人工油松林对降雨再分配过程的影响。结果表明,测定期间32场次降雨过程中油松林穿透雨量、树干径流量和林冠截留量平均值分别为8.67,0.11,1.07mm;透过率,树干径流率和林冠截留率分别为82.18%(57.74%-87.55%),1.07%(0.22%-2.07%),16.75%(11.01%-42.07%)。油松林冠层穿透降雨量、树干径流量和林冠截留量均与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.995,R2=0.907,R2=0.855),根据回归方程,当林外降雨量大于0.3mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于3.51mm时,可发生树干径流;林冠截留率与林外降雨呈双曲线衰减趋势,回归方程为y=12.091+55.537/(x+0.426)(N=32,R2=0.685)。典型次降雨再分配过程表明,林冠不仅在量上对降雨进行再分配,还在时程上进行了再分配。     

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。     

西双版纳森林植被研究

西双版纳是世界生物学多样性保护的关键和热点地区,倍受国际学术界的关注。笔者依据30多年来对西双版纳植被的调查,结合植物群落生态学与植物区系地理学研究,并参考世界类似热带植被的研究成果,对西双版纳植被的分类、物种组成、群落生态表现和植物区系特征等作了系统探讨,还进一步分析比较了其与世界类似热带森林植被的关系。结果显示,西双版纳的森林植被共包括32个较为典型的群系,且分属于7个主要的植被型,即热带雨林、热带季节性湿润林、热带季雨林、热带山地(低山)常绿阔叶林、热带棕榈林、暖热性针叶林和竹林。本文对西双版纳植被进行的全面记录和系统归纳,可为科学研究、生物多样性保护和自然保护区的管理提供参考。     

西双版纳热带季节雨林的研究

本文以多个样方的资料分析,从群落综合特征上研究了西双版纳热带季节雨林的特点和类型、物种组成、生活型谱、叶级谱等。根据上层标志树种、群落生态外貌特征和生境把西双版纳的热带季节雨林区分为低丘雨林和沟谷雨林二个群系组,各包括若干群系。低丘雨林中面积最大和最有代表性的群系是大药树、龙果林,而沟谷雨林中最有代表性的群系是番龙眼、千果榄仁林。二者相比,低丘雨林的物种多样性要小一些,附生植物相对少一些,小、矮高位芽植物和小叶、落叶树种比例稍高,在生态上向季雨林和热带山地的常绿阔叶林过渡,有更强的地方代表性。沟谷雨林则更接近典型的湿热带雨林。     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林林冠的持水能力

基于2003～2004年的实验室和野外实测数据,采用尺度上推法对西双版纳地区热带季节雨林和橡胶林林冠持水能力进行了研究.结果表明,热带季节雨林林冠持水 能力为0.45～0.79 mm、橡胶林为0.48～0.71 mm,其中林冠木质部分（枝和树皮）的持水能力占较大优势;雾凉季（11月至翌年2月）和干热季（3～4月）的 林冠持水能力高于雨季（5～10月）;林冠各部分达到饱和所需的时间为叶（5 min）＜树皮（2～3 h）＜枝（2.5～4 h）.对两种林分林冠各部分在浸水/风干过程 的分析结果表明,叶易吸水和风干,在历时较短的降雨事件中是林冠截留的主体,在林地中,面积指数较大的枝和树皮吸水和风干较难,在强度大、历时长的降雨事件中可 以较好地发挥截留作用.与橡胶林相比,热带季节雨林林冠持水能力虽较小,但是其多层林冠结构林冠持水能力较强.     

西双版纳热带季节雨林下种植砂仁干扰对雨林净初级生产力影响

 砂仁（Amomum villosum）为耐荫多年生草本,喜生于雨林林窗中,果实药用。在西双版纳热带季节雨林下广泛种植。为了通过提高林下光照水平来促进砂仁生长、增加产量,种植地雨林下的灌木及草本被清除,约60%～70%的乔木遭到疏伐,林冠盖度由85%～95%降低到55%～60%,雨林受到严重干扰。对3块原始热带季节雨林和3块受种植砂仁干扰雨林样地的净初级生产力（NPP）进行了测定和比较,原始雨林NPP（平均值±SE）为23.47±2.12 t·hm-2·a-1,其中各层次的NPP分别为：乔木层22.04±2     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸

季节雨林和橡胶(Hevea brasiliensis)林是西双版纳热带森林生态系统中原始林和大面积种植人工林的两种代表类型。热带季节雨林层次结构复杂,多样性丰富,而橡胶林结构简单,乔木层只有橡胶树1种。应用碱吸收法,研究了这两种植被类型土壤呼吸速率、地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的季节变化规律,以及土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的关系。结果表明:1)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率、土壤温度、气温和土壤含水率都有明显的季节变化,而且两种林型的变化趋势基本一致;2)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度和气温之间具有显著的指数相关关系,显著水平达1%,与地下5 cm温度的相关性(r²分别为0.87和0.82)明显高于与气温的相关性(r²分别是0.80和0.72);3)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与土壤含水率具有显著的线性相关(r²分别是0.73和0.63),显著水平达1%;4)橡胶林的土壤呼吸速率明显高于季节雨林,这与两种林型的结构有关;5)季节雨林和橡胶林土壤呼吸的Q₁₀分别为2.16和2.18,比文献报道的热带土壤的Q₁₀(1.96)稍高。     

Soil phosphorus heterogeneity promotes tree species diversity and phylogenetic clustering in a tropical seasonal rainforest

The niche theory predicts that environmental heterogeneity and species diversity are positively correlated in tropical forests, whereas the neutral theory suggests that stochastic processes are more important in determining species diversity. This study sought to investigate the effects of soil nutrient (nitrogen and phosphorus) heterogeneity on tree species diversity in the Xishuangbanna tropical seasonal rainforest in southwestern China. Thirty‐nine plots of 400 m² (20 × 20 m) were randomly located in the Xishuangbanna tropical seasonal rainforest. Within each plot, soil nutrient (nitrogen and phosphorus) availability and heterogeneity, tree species diversity, and community phylogenetic structure were measured. Soil phosphorus heterogeneity and tree species diversity in each plot were positively correlated, while phosphorus availability and tree species diversity were not. The trees in plots with low soil phosphorus heterogeneity were phylogenetically overdispersed, while the phylogenetic structure of trees within the plots became clustered as heterogeneity increased. Neither nitrogen availability nor its heterogeneity was correlated to tree species diversity or the phylogenetic structure of trees within the plots. The interspecific competition in the forest plots with low soil phosphorus heterogeneity could lead to an overdispersed community. However, as heterogeneity increase, more closely related species may be able to coexist together and lead to a clustered community. Our results indicate that soil phosphorus heterogeneity significantly affects tree diversity in the Xishuangbanna tropical seasonal rainforest, suggesting that deterministic processes are dominant in this tropical forest assembly.     

论滇南西双版纳的森林植被分类

本文基于多年研究成果的总结,对西双版纳森林植被的分类、主要植被类型及其特征进行了系统归纳,并讨论了它们与世界类似热带森林植被的关系。以群落的生态外貌与结构、种类组成和生境特征相结合作为植被分类的原则和依据,可以将西双版纳的热带森林植被分类为热带雨林、热带季节性湿润林、热带季雨林和热带山地常绿阔叶林四个主要的植被型,包括有至少二十个群系。热带雨林包括热带季节雨林和热带山地(低山)雨林二个植被亚型。热带季节雨林具有与赤道低地热带雨林几乎一样的群落结构和生态外貌特征,是亚洲热带雨林的一个类型,但由于发生在季风热带北缘纬度和海拔的极限条件下,受到季节性干旱和热量不足的影响,在其林冠层中有一定比例的落叶树种存在,大高位芽植物和附生植物较逊色而藤本植物和在叶级谱上的小叶型植物更丰富,这些特征又有别于赤道低地的热带雨林。热带山地雨林是热带雨林的山地亚型,是该地区热带山地较湿润生境的一种森林类型,它在植物区系组成和生态外貌特征上类似于热带亚洲的低山雨林,隶属于广义热带雨林植被型下的低山雨林亚型。热带季节性湿润林分布在石灰岩山坡中、上部,在群落外貌上类似热带山地常绿阔叶林但在植物区系组成上与后者不同,它是石灰岩山地垂直带上的一种植被类型。热带季雨林是分布在该地区开阔河谷盆地及河岸受季风影响强烈的生境的一种热带落叶森林,是介于热带雨林与萨王纳之间的植被类型。热带山地常绿阔叶林(季风常绿阔叶林)是西双版纳的主要山地植被类型,它分布在热带季节雨林带之上偏干的山地生境。它在植物区系组成上不同于该地区的热带季节雨林,在生态外貌特征上亦不同于热带山地雨林,是发育在受地区性季风气候强烈影响的热带山地的一种森林植被类型。     

On the Classification of Forest Vegetation in Xishuangbanna,Southern Yunnnan

Xishuangbanna of southern Yunnan is a region of extremely interest to biologists and also a hotspot for biodiversity conservation . It is located in a transitional zone from tropical Southeast Asia to temperate East Asia biogeographically. The present paper reviewed vegetation types of Xishuangbanna and suggested a revised classification system based on theupdated study results over the last two decades . By combining physiognomic and floristic characteristics with ecological performances and habitats , the primary forest vegetation in Xishuangbanna can be organized into four main vegetation types: tropical rain forest, tropical seasonal moist forest, tropical montane evergreen broad-leaved forest and tropical monsoon forest. The tropical rain forest can be classified into two subtypes , i. e. tropical seasonal rain forest in the lowlands and tropical montane rain forest on higher elevations. The tropical seasonal rain forest in this region shows similar forest profile and physiognomic characteristics to those of equatorial lowland rain forests and is a type of world tropical rain forest. Because of conspicuous similarity on floristic composition , the tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna is a type of tropical Asian rain forest . However , since the tropical seasonal rain forest occurs at the northern edge of tropical SE Asia, it differs from typical lowland rain forests in equatorial areas in maintaining some deciduous trees in the canopy layer , fewer megaphanerophytes and epiphytes but more abundant lianas and more plants with microphyll . It is a type of semi-evergreen rain forest at the northern edge of the tropical zone . The tropical montane rain forest occurs in wet montane habitats and is similar to the lower montane rain forests in equatorial Asia in floristic composition and physiognomy . It is a variety of lower montane rain forests at the northern tropical edges of tropical rain forests . The tropical seasonal moist forest occurs on middle and upper limestone mountains and is similar to the tropical montane evergreen broad-leaved forest of the region in physiognomy, but it differs from the latter in floristic composition. The monsoon forest in Xishuangbanna is a tropical deciduous forest under the influence of a strong monsoon climate and is considered to be a transitional vegetation type between tropical rain forest and savanna in physiognomy and distribution. The tropical montane evergreen broad- leaved forest is the main vegetation type in mountain areas . It is dominated by the tree species of Fagaceae , Euphorbiaceae , Theaceae and Lauraceae in majority. It differs from the tropical montane rain forests in lack of epiphytes and having more abundant lianas and plants with compound leaves . It is considered to be a distinct vegetation type in the northern margin of mainland southeastern Asia controlling by a strong monsoon climate, based on its floristic and physiognomic characteristics.     

热带雨林下砂仁叶片光合作用和叶绿素荧光参数在雾凉季和雨季的日变化

于雾凉季和雨季研究了自然条件下透光率不同的3块雨林样地下砂仁叶片光合参数和叶绿素荧光参数的日变化。结果表明：(1)砂仁叶片净光合速率(Pn)与叶表光量子通量密度(PFD)和气孔导度(Gs)呈正相关,与胞间CO2浓度呈负相关,PFD是影响Pn的主导因素。雾凉季砂仁叶片Pn和Gs及其日变幅均低于雨季,相同光强下雾凉季Pn及表观光能和CO2利用效率也低于雨季,这与雾凉季的光强和温度较低有关。(2)随日间光强的增加光系统Ⅱ最大光能转换效率(Fv／Fm)、光系统Ⅱ光能捕获效率(Fv‘／Fm’)和电子传递量子效率(ΦPSI)下降,非光化学猝灭系数(NPQ)和电子传递速率则上升,黄昏各参数都能恢复到黎明时的水平。表明随光强的增加,砂仁热耗散增多,日间光抑制加重,这种光抑制是光合功能下调的保护性反应而非光破坏。(3)Fv／Fm、Fv‘／Fm’和ΦPSI与PFD呈负相关,NPQ与PFD呈正相关。相同光强下雾凉季Fv／Fm、Fv’／Fm’和ΦPSI低于、NPQ则高于雨季,这与雾凉季Pn较低有关。(4)随栽培时间的延长砂仁衰老和产量降低均不明显,砂仁的产量随生长环境光强的增加而呈升高趋势。各季节不同光强下生长的砂仁在午间高光强时均未发生光合机构的破坏,且随光强的升高其Pn呈上升趋势,说明砂仁具有适应更高光强并获得高产的潜力。