江西红壤坡地柑橘园生态水文特征及水土保持效益

在江西省水土保持生态科技园对标准柑橘试验小区生态水文特征进行9年的定位观测,设置7个处理,研究柑橘园生态水文特征及水土保持效益.结果表明： 7个处理的平均减流率和减沙率分别为78.5%和77.2%,其中,林下百喜草(Paspalum natatu)带状覆盖、百喜草全园覆盖和水平梯田+梯壁植草减流率较高,分别为94.8%、94.3%和92.5%;柑橘清耕地减流率较低,为33.1%;林下套种黄豆和萝卜减流率居中,为66.0%和77.5%,且横坡耕作优于纵坡耕作.对2009-2010年发生的43场平均降雨量为20.07 mm的雨水柑橘林冠再分配格局进行观测,穿透降〖JP2〗雨量平均为9.15 mm,树干茎流量平均为4.72 mm,林冠截留量平均为620 mm,分别占林外降雨量的44.7%、25.7%和29.6%.随着林外降雨量的增大,林冠层的穿透雨量、茎流量呈递增趋势.当降雨量<10 mm时,树冠截留率与林外降雨之间呈显著的线性负相关;当降雨量>10 mm时,二者之间的相关性不明显.柑橘枯落物的持水率与浸水时间呈对数回归关系,最大持水率达326%.合理的林下植被配置对柑橘果园的水土保持具有重要作用.     

桉树人工林冠层、凋落物及土壤水文生态效应

水文功能是森林生态功能的重要方面,为了解桉树人工林的水文生态效应,采用定位研究并结合室内测定的实验方法,研究了广东肇庆桉树人工林冠层降雨再分配、凋落物持水能力、土壤水分物理及蓄水能力。结果表明,研究期间(2006-05-2007-05)的大气降雨量为2016.7mm,通过林冠层后降雨被重新分配,穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的85.70%、3.62%和10.68%。产生树干茎流的临界降雨量为3.93mm,穿透雨量、树干茎流量与林外降雨量均呈极显著正相关(P0.01);林冠截留率与降雨量呈显著的负相关(P0.05),降雨量超过20mm后,林冠截留率基本保持稳定。本研究桉树人工林的凋落物最大持水量为4.27mm,凋落物中树叶的最大持水量最大,为2.54mm。0-100cm土层的最大蓄水量为470.06mm,其中非毛管蓄水量为98.22mm,土壤总孔隙度和非毛管孔隙度随土壤深度增加呈递减趋势;0-10cm土壤层的初渗速率和稳渗速率分别为25.03mm.min-1和8.83mm.min-1,且随土壤深度增加而逐渐减小。     

岷江上游亚高山川滇高山栎林的降雨再分配

基于2007年6-9月岷江上游地区的气象数据,采用定位研究方法对该区川滇高山栎林的降雨再分配进行了研究.结果表明：研究期间,林外总降雨量486.7 mm,林内穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的82.6%、0.9%和16.5%;穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈极显著的线性关系(P<0.01,n=49),穿透雨率和树干茎流率与降雨量的关系可用非线性曲线表示;当林外降雨量>3.2 mm时开始出现树干茎流,且树干茎流量(L)与树干基面积(cm²)呈明显的指数关系(R²=0.623).林冠截留率随降雨量(mm)的增加呈双曲线递减;林冠截留率与降雨量、降雨持续时间、降雨强度、降雨时空气相对湿度均呈极显著负相关(P<0.01,n=49),而与风速呈极显著正相关(P<0.01,n=49).     

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.     

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.     

辽宁东部山区落叶松人工林林冠降雨截留观测及模拟

利用2005-2008年辽东山区落叶松人工林林冠降雨截留观测数据,并选取Gash解析模型模拟林冠截留过程.结果表明：落叶松人工林林内穿透雨量与林外降雨量呈显著正相关关系(R²=0.98),年均穿透雨量占总降雨量的77.64%;林冠截留量与降雨量和降雨强度之间呈正相关关系;除2007年由于降雨间隔时间短导致模拟截留量大于实测截留量外,模型模拟的林冠截留量均小于实测林冠截留量;模型模拟的绝对误差与林外降水量呈负指数相关,为1.26%～68.96%,平均值为29.09%;模拟值与实测值之间的相关系数为0.91,模型模拟结果与实测结果相吻合.     

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.     

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。     

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。     

马尾松林分结构对冠层水文效应的影响

了解不同林分结构森林的水文效应及其主要影响因素,可为林分抚育经营管理提供科学依据。本研究在三峡库区九领头林场设置14块20 m×30 m马尾松林样地,观测其林冠截留量、树干茎流量和穿透雨量,调查马尾松林分结构因子,利用Pearson相关分析、主成分分析、冗余分析等方法分析林分结构(叶面积指数、混交度、大小比数、竞争指数等)对水文效应(冠层截留率、穿透雨率、树干茎流率)的影响。研究期间(6—10月)林外降雨总量1008.4 mm,林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量分别占总降雨的16.3%、82.3%和1.4%。Pearson相关分析结果表明:叶面积指数、胸高断面积、冠幅面积与冠层截留率呈显著正相关(P0.05),与穿透雨率呈显著负相关(P0.05),树干茎流率与树高、冠层厚度呈显著负相关(P0.05),与叶面积指数、林分密度呈显著正相关(P0.05);冗余分析结果表明:水文效应的再分配特征能被结构变量组合解释59.6%,蒙特卡罗置换检验结果表明:冠层截留率和穿透雨率主要受蓄积量这类结构组合变量的影响,蓄积量越大,冠层截留率越高,穿透雨率越低,树干茎流率主要受林分竞争状况及水平结构(R~2=0.46,P0.05)和蓄积量(R~2=0.51,P0.05)的影响。林分结构与冠层水文效应密切相关,林分生长状况越好,蓄积量越大,马尾松林涵养水源效果越好。     

秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应

为了研究秦岭典型地带性植物油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应,选择陕西宁陕县秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站55龄天然次生油松林,从2006-2008年(5-10月份)对林外降水、穿透降雨和树干茎流进行定位观测。利用其中100次实测数据进行分析研究,结果表明:总降雨量为1576.4 mm,穿透降雨量为982.9 mm,树干茎流量为69.5 mm,冠层截留量为524. 0mm,分别占总降雨量的62.4%、4.4%和33.2%。降雨分配与降雨量级密切相关,降雨量级增大,穿透降雨率和茎流率呈增大趋势,截留率呈降低趋势,变化幅度分别为46.6%-68.9%、0.8%-9.2%、53.4%-22.0%。穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量与林外降雨量之间的关系分别为:TF=0.6548P-0.4937,R²＝0.9596;SF=-0.2796+0.0452P+0.0005P²,R²＝0.8179;I=0.5958P^0.8175,R²＝0.8064。降雨事件发生后,穿透降雨和树干茎流出现的时间与降雨发生的时间并不同步,均表现出一定的延滞性,随着降雨量级增大,滞后时间表现出逐渐缩短的趋势((78.5±8.8)-(16.0±0.0) min,(111.0±33.0)-(41.2±0.0) min)。降雨终止时,特别是当降雨量>10.0 mm,穿透降雨终止时间也存在一定的延滞性((3.2±2.6)-(12.0±0.0) min)。但树干茎流终止时间先于降雨终止时间,降雨量级越小,树干茎流终止时间愈早((-58.3±21.5)-(-9.8±0.0) min)。     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米(Zea mays)不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数玉米冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了玉米不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了三者与玉米叶面积指数和降雨强度的关系,阐明了玉米冠下穿透雨的空间分布特征。结果表明:玉米冠下穿透雨量占冠上总降雨量比例为30.97%—94.02%,平均为63.92%;茎秆流量占降雨量比例的变化范围为5.68%—75.70%,平均为35.28%;冠层截留量在其全生育期内变化范围为0.02—0.43 mm,平均为0.16 mm,所占总降雨量比例最大仅为1%。随玉米生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。穿透雨与茎秆流呈现此消彼长的关系,其中穿透雨率平均由93.55%降至36.23%;茎秆流率平均由5.98%增加至70.42%。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是二者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著(P0.05)。随着玉米生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,使降雨经过冠层后趋于向行中汇集,但在玉米生长后期,集中于行中的穿透雨量也因叶片衰败而随之降低。揭示了玉米对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用、农田生态水文过程机理和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

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。     

林冠截持降雨模型的初步研究

通过对林冠截持过程的研究,将单场降雨划分成很多个小的时段,顺序计算各小时段内降雨在林冠内的分配,建立了一个林冠降雨截持模型.模型考虑了冠层和树干干燥度对冠层雨期蒸发的影响,并在计算雨期蒸发时引入冠层叶面积指数、单位林地面积上树干表面积.运用模型对华北落叶松林的降雨截持进行模拟,结果表明,模拟穿透雨与实测穿透雨基本吻合,误差在±1 mm范围内,但在小降雨(＜6 mm)时模拟值偏低;树干茎流量模拟值偏低,茎流模拟相对误差随着降雨量增大而减小.同时模拟了穿透降雨的过程,结果与林内自动气象站实测穿透降雨的过程基本吻合,模拟效果较好.     

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。     

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(cm³•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)。     

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.     

西北干旱区泡泡刺灌丛的降雨再分配特征及影响因素分析

定量分析植被冠层对降雨再分配过程的影响,是认识陆地生态系统水文循环的重要环节。然而,由于干旱区天然植被分布稀疏、形态结构特殊,其降雨再分配过程的测算较为困难,相关研究较少,特别是关于荒漠低矮灌丛的降雨再分配研究鲜有报道。本文以河西走廊中段临泽绿洲—荒漠过渡带的天然建群种泡泡刺灌丛(Nitraria sphaerocarpa)为研究对象,基于3年逐个单次降雨事件的观测数据分析了生长季泡泡刺灌丛的降雨再分配特征及主要影响因素,量化了泡泡刺灌丛覆盖下实际进入土壤的有效降雨量及其空间分布特征。结果表明:(1)生长季泡泡刺灌丛的平均穿透率、树干茎流率和冠层截留损失率分别为87.89%、1.61%和10.50%;(2)降雨量是影响泡泡刺灌丛降雨再分配特征的关键气象因素,其与穿透雨量、树干茎流量、冠层截留损失量之间具有显著的统计关系(P<0.001);(3)与干旱区其他稀疏植被相比,泡泡刺灌丛的穿透率和集流率较高,冠层截留损失率较低,与其特殊的植被形态特征有关,相关分析的结果表明,泡泡刺灌丛的穿透雨量与植被面积指数和株高呈显著的负相关关系(P<0.001),树干茎流量与树干倾角呈显著的正...     

A preliminary assessment of rain throughfall beneath Portulacaria afra canopy in subtropical thicket and its implications for soil carbon stocks

Subtropical thicket dominated by the leaf- and stem-succulent tree Potulacaria afra (spekboom) accumulates extraordinarily high amounts of soil organic carbon for a semi-arid ecosystem. This has been attributed to high leaf litter production of canopy trees — especially spekboom — and the relatively cool beneath-canopy temperatures, which reduces mineralization of organic matter. High rainfall interception by the dense thicket canopy may also contribute to reduced mineralization of soil organic carbon stocks via a reduced Birch effect (wet-dry cycles) and overall reduced moisture of organic matter. Here we provide preliminary data on one easily measurable component of canopy interception, namely throughfall, which is the amount of rain falling on the canopy that is not intercepted by the canopy or diverted as stemflow. For 23 rainfall events > 1 mm in the period Jan-Jun 2006, we measured 275 ± 21 mm gross rainfall at three spekboom thicket sites. Mean throughfall was 56.4% across all events and ≤ 20% for small (≤ 5 mm) events. These values are the lowest recorded in the literature. Throughfall in tropical and temperate forests ranges from 70 to 90%, Mediterranean woodland trees 70-80%, and Savanna trees 75-84%. The low rates of throughfall recorded in this study support the hypothesis that the extreme accumulation of soil organic carbon in thicket soils is partly due to interception of rainfall and concomitant constraints on soil microbial activity. The extraordinary high interception of rainfall by the spekboom thicket canopy warrants further research at the ecosystem level.