六盘山华山松(Pinus armandii)林降雨再分配及其空间变异特征

利用2004和2005年生长季(6～9月份)六盘山自然保护区的香水河小流域内华山松天然林的穿透降雨、树干径流和冠层截留量观测资料,通过对华山松林降雨再分配特征和穿透降雨空间变异及其影响因素的综合分析,所得结果表明华山松天然林的穿透降雨量、树干径流量和冠层截留量,分别占大气降雨量的84.34%、0.72%和14.94%.穿透降雨在林内具有较大的空间变异,其变异程度随降雨量的增加而减小,冠层对穿透降雨具有一定的聚集效应,降雨量越高时效应越明显; 华山松冠层结构特征是影响穿透降雨的重要因素, 叶面积指数、冠层覆盖度、冠层厚度及距树干的距离等都会影响穿透降雨的空间分布,其中以叶面积指数的影响最大.由分析结果可知,冠层结构特征是决定大气降雨再分配和空间变异的重要生态因素之一.     

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...     

不同放牧制度下呼伦湖流域草原植被冠层截留

冠层截留是降雨过程中的水量分配和流域水平衡的一个重要组成部分,通过水浸泡法和降雨模拟实验研究呼伦湖流域草原3种放牧制度下(休牧、轮牧、自由放牧(超载放牧))植被冠层截留量的变化规律,并利用遥感解译植被归一化指数(NDVI),确定3种放牧制度下草原面积,估算呼伦湖流域草原降雨截留量。研究表明:在休牧、轮牧、自由放牧3种制度下,水浸泡法测定的截留量分别是0.468、0.320、0.271 mm。降雨模拟实验法测得的结果分别是0.957、0.613、0.431 mm。休牧、轮牧、自由放牧草场叶面积指数、盖度、容重、生物量等指标差异显著(P0.05),且单株植被高度、鲜重对截留量影响显著呈线性正相关关系。呼伦湖流域草原一次降雨量为大于等于30 mm全流域降雨,其植被截留量为6.462×106m3。     

荒漠草原中间锦鸡儿冠层截留特征

以荒漠草原人工中间锦鸡儿（Caragana intermedia）为研究对象,利用2016-2017年监测获取的26次降雨事件,对比分析了两组灌丛（自然组和人工组）的冠层截留特征。结果表明：（1）试验期间共观测到有效降雨33次,总降雨量为251 mm,次平均降雨量和降雨强度分别为7.6 mm和1.14 mm/h,以雨量<2 mm,雨强<1 mm/h和降雨历时2-5 h的降雨出现次数最多;（2）自然组和人工组中间锦鸡儿平均截留量分别为1.11 mm和0.72 mm,平均截留率分别为24.81%和15.95%,两组灌丛截留存在极显著差异（P < 0.01）;（3）在雨量级>15 mm时,自然组（4.57%,CV=73.38%）和人工组（5.25%,CV=51.96%）平均截留率变异性相差最大;（4）自然组和人工组截留量与降雨量,降雨历时和降雨强度之间的关系可以用幂函数描述,截留率与三者的关系均用指数函数描述较好。在降雨特征相同的情况下,灌丛形态特征是影响中间锦鸡儿冠层截留的关键因素。     

妫水河流域山水林田湖草空间格局与生态过程分析

妫水河流域是北京地区重要生态屏障,同时作为2019年世园会和2022年冬奥会的举办地,对其生态环境质量提出了更高的要求。基于妫水河流域2008、2013和2017年土地利用数据与数字高程影像,构建山水林田湖草空间信息图谱,采用空间自相关分析方法探究其时空演变特征,并结合植被覆盖度,揭示研究区不同山水林田湖草空间格局下的生态变化过程,实现对妫水河流域山水林田湖草空间格局的定量化分析。结果表明：1）低山丘陵和山前台地中山田面积持续减少,空间集聚程度也随之下降,但其植被覆盖度呈现稳步上升趋势;2）山区内山林、山草的空间复合结构较少,山林格局表现出较强的空间集聚性,但面积和空间集聚程度均不断下降,其植被覆盖度也呈现持续退化趋势;而山草的空间集聚度随面积增加总体呈增加趋势,整体波动幅度较小,其植被覆盖度总体是降低的,建议形成"山林-山草"复合格局;3）山水的面积在不同的地貌类型中基本呈现萎缩状态,且植被覆盖度均维持在相对较低的状态,河流生态退化较严重。研究结果将为改善妫水河流域的生态格局和生态环境质量提供重要的参考信息。     

基于修正的Gash模型对南亚热带季风常绿阔叶林林冠截留的模拟

Gash解析模型及其修正的模型是估算和预测林冠截留的有效工具,探讨其在南亚热带森林植被冠层截留模拟中的适用性,是认识该区域结构相对复杂的自然林分冠层的降雨截留能力及其相关科学问题的重要基础。基于2009年鼎湖山国家级保护区内季风常绿阔叶林样地降雨及其他气象因子的观测数据,采用修正的Gash模型对南亚热带地带性顶极群落季风常绿阔叶林的冠层截留量及其组分进行了模拟量化。结果表明:2009年,季风常绿阔叶林林内穿透雨量、树干径流量和林冠截留量分别为1310.9、85.5和498.9 mm,分别占林外总降雨量的69.2%、4.5%和26.3%。基于修正的Gash模型对林冠降雨截留量的同期模拟值为473.0 mm,模拟截留量比实测值低25.9 mm,相对误差为5.2%。对干季降雨截留模拟的相对误差较小(1.8%),湿季稍大(6.8%)。从林冠截留量的构成来看,降雨停止后的林冠蒸发(231.4 mm)是林冠截留的主要组成部分,占总截留量的48.9%。整体上,国内基于Gash及其修正模型对森林冠层截留的模拟相对误差在0.2%~35.0%。林冠持水能力被视为模型准确估算林冠截留量的先决条件,国内运用不同方法估算的不同林分林冠持水能力大致处于0.23~2.86 mm。修正的Gash模型适用于南亚热带季风常绿阔叶林林冠截留的模拟应用。     

基于Horton 模型的涟江流域马尾松林冠截留模拟

喀斯特地区林冠截留对降水再分配和水源涵养起到重要的作用。以涟江流域马尾松为研究对象, 以植被截留观测数据为基础, 基于Horton 模型建立涟江流域马尾松林冠截留模型。结果表明: 观测期内, 涟江流域降雨总量为520.67 mm, 叶面积指数平均为0.39; 马尾松林冠截留总量的模拟值为67.79 mm, 与实测值误差16.55 mm, 两者间的决定系数(R²)为0.75, 模型模拟效果较好; 流域内马尾松林冠截留量占全年降水总量的17.04%, 且流域林冠截留空间分布呈现由东北部向南部递减的规律, 流域内黄壤与石灰土上的马尾松林冠截留量较大, 而不同地貌对林冠截留量的影响较小。总体而言, 构建的模型能达到较好的模拟效果, 涟江流域马尾松林具有较强的林冠截留作用。     

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。     

岷江上游两种生态系统降雨分配的比较

植被的降雨分配作用对理解生态系统的水文功能具有重要的意义。该文对四川岷江上游岷江冷杉(Abies faxoniana)针叶林和川滇高山栎(Quercus aquifolioides)灌丛两种生态系统的降雨分配及降雨截留的影响因素进行了研究,探讨了植被分配降雨及截留降雨的影响机制和影响因素。文中采用定位观测的方法研究降雨分配。针叶林中冠层降雨截留占33.33%,树干茎流占0.07%,穿透雨占66.60%;而灌丛的冠层截留降雨为24.95%,穿透雨为75.05%;针叶林地被物的蓄留水能力(1.746 mm)要大于灌丛地被物的持水能力(0.941 mm);针叶林土壤的容积含水率(39.66%)也要高于灌丛土壤的容积含水率(38.19%);两种生态系统中的穿透雨率与降雨量的关系均可用逻辑斯谛方程较好地模拟。文中还选取了降雨量、降雨强度、降雨持续时间、两次降雨的间隔时间和次降雨期间的气温等5种因子分析影响两种生态系统降雨截留的主要因素。根据截留降雨与上述5种因子的偏相关分析结果:针叶林冠层的降雨截留主要受降雨量、降雨持续时间和间隔时间的影响;灌丛的降雨截留主要受降雨量、气温与降雨持续时间的影响。文中从当地的降雨特征与两种生态系统微气候差异的角度分析了两种生态系统降雨分配及降雨截留影响因素差异的原因。     

辽西低山丘陵区不同年龄荆条冠层截留降雨模拟实验研究

为揭示辽西低山丘陵区不同年龄荆条冠层降雨截留的变化规律,采用人工模拟降雨动态监测荆条冠层降雨截留情况,并建立了经验模型。结果表明：荆条冠层未截留量与降雨量呈线性显著正相关,且随年龄增加,未截留量的增加速率减小;250 min时未截留率趋向稳定为1年生91.87% > 2年生89.75% > 3年生85.08% > 4年生79.00%,未截留率与降雨量显著正相关;荆条截留量随着降雨量的增加而增加,在250 min时4年生为（5.25±0.49）mm > 3年生（3.73±0.65）mm > 2年生（2.60±0.23）mm > 1年生（1.93±0.55）mm,且1、2年生荆条截留量趋向稳定;250 min后冠层截留率逐渐变小并趋向稳定值,4年生21.00% > 3年生14.92% > 2年生10.25% > 1年生8.13%;荆条附加截留量4年生为（0.27±0.03）mm > 3年生（0.17±0.04）mm > 2年生（0.14±0.01）mm > 1年生（0.09±0.02）mm。揭示了不同年龄荆条冠层截留降雨的基本规律,验证了附加截留量,为进一步研究荆条的生态水文效应提供了科学的理论依据,对水土保持树种优选和辽西地区水土流失治理具有一定的指导意义。     

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。     

大兴安岭北部兴安落叶松(Larix gmelinii)林下穿透雨空间分布特征

森林冠层对降雨的水量和水质再分配是生态水文学研究的热点问题之一。为了研究兴安落叶松林下穿透雨的空间分布规律,探究森林冠层结构对穿透雨影响的生态机制,利用在兴安落叶松林下布设38个雨量筒,测定19场不同降雨事件的穿透雨数据(2013年7—8月),通过统计学方法分析冠层结构各因子与穿透雨的空间变异性规律,结果表明:观测期间,兴安落叶松林穿透雨量为148.3 mm,占同期大气降雨量的80.62%,穿透雨率随着降雨量的增加呈增加趋势;兴安落叶松林下穿透雨具有较大空间异质性,其变异程度随降雨量的增加而减小,以对数方程拟合较好(P0.01);冠层结构特征是影响穿透雨空间变异的重要因素,冠层复杂程度与穿透雨量呈负相关关系(P0.01);距树干距离、冠层厚度、叶面积指数等因素均可影响穿透雨的空间分布,以距树干距离影响最大,其与穿透雨率呈正相关关系(P0.01),而冠层厚度、叶面积指数则均与穿透雨率呈负相关关系(P0.01),但拟合效果不佳;从影响穿透雨的生态学机制来考虑,在冠层结构特征因子中,冠层厚度是决定穿透雨空间分布的最主要因素。     

川西亚高山不同暗针叶林群落类型的冠层降水截留特征

在林分和小流域尺度上,应用模型研究了四川卧龙亚高山暗针叶林冠层的降水截留特征.结果表明:生长季节(5—10月),箭竹-岷江冷杉原始林冠层截留系数在33%～72%之间,平均48%;冠层截留量与降水量之间呈显著的线性关系,截留系数与降水量之间呈负指数函数关系;试验小流域内,植被冠层最大截留量的平均值为1.74mm,不同林分间的差异显著,其顺序为藓类-箭竹-岷江冷杉林>草类-箭竹-岷江冷杉林>藓类-杜鹃-岷江冷杉林>草类-杜鹃-岷江冷杉林>杜鹃灌丛;冠层最大截留量与叶面积指数(LAI)之间呈极显著的线性关系;冠层截留量、冠层最大截留量、附加截留量分别占同期降水量的39%、25%和14%.所选模型对整个生长季平均截留量的模拟效果较好,相对误差为9%～14%.     

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。     

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。     

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.     

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。     

Canopy Interception for a Tallgrass Prairie under Juniper Encroachment

Rainfall partitioning and redistribution by canopies are important ecohydrological processes underlying ecosystem dynamics. We quantified and contrasted spatial and temporal variations of rainfall redistribution for a juniper (Juniperus virginiana, redcedar) woodland and a tallgrass prairie in the south-central Great Plains, USA. Our results showed that redcedar trees had high canopy storage capacity (S) ranging from 2.14 mm for open stands to 3.44 mm for closed stands. The canopy funneling ratios (F) of redcedar trees varied substantially among stand type and tree size. The open stands and smaller trees usually had higher F values and were more efficient in partitioning rainfall into stemflow. Larger trees were more effective in partitioning rainfall into throughfall and no significant changes in the total interception ratios among canopy types and tree size were found. The S values were highly variable for tallgrass prairie, ranging from 0.27 mm at early growing season to 3.86 mm at senescence. As a result, the rainfall interception by tallgrass prairie was characterized by high temporal instability. On an annual basis, our results showed no significant difference in total rainfall loss to canopy interception between redcedar trees and tallgrass prairie. Increasing structural complexity associated with redcedar encroachment into tallgrass prairie changes the rainfall redistribution and partitioning pattern at both the temporal and spatial scales, but does not change the overall canopy interception ratios compared with unburned and ungrazed tallgrass prairie. Our findings support the idea of convergence in interception ratio for different canopy structures under the same precipitation regime. The temporal change in rainfall interception loss from redcedar encroachment is important to understand how juniper encroachment will interact with changing rainfall regime and potentially alter regional streamflow under climate change.