辽西半干旱区几种人工林生态系统涵养水源功能研究

从森林生态系统树冠截留降雨、枯落物持水及土壤蓄水3个层次对辽西半干旱区5种人工林生态系统的涵养水源功能进行了定量研究．结果表明,各人工林生态系统树冠对降雨的平均截留率为14．58％～37．19％,依次为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林;枯落物层厚度为1．6～4．1cm,枯落物贮量为1890．4～6425．2kg·hm^-2,枯落物层厚度和贮量均为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林,枯落物最大持水量取决于枯落物贮量及其最大持水率,枯落物最大持水量为5957．7～19332．9kg·hm^-2,依次为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林;各人工林生态系统0～40cm土壤层非毛管蓄水量为23．70～37．85mm,依次为沙棘林>杨树沙棘混交林>油松沙棘混交林>杨树纯林>油松纯林．在5种人工林生态系统中,沙棘林的涵养水源功能最好,混交林较油松和杨树纯林有更好的涵养水源功能．     

黄土高原北洛河流域林地枯落物特征及水分吸持效应

明确黄土高原不同林分类型枯落物的时空变化特征,理解其水土保持功能,为流域土壤侵蚀模拟和预测提供基础数据和理论支撑。野外实测了北洛河流域内山杨、刺槐和沙棘3种人工林分以及乔木初期（白桦）、中期（辽东栎-油松混交林）、亚顶级（油松）和顶级（辽东栎）4个次生演替阶段林分枯落物盖度、厚度和蓄积量。用浸泡法对枯落物持水能力和过程进行了研究。流域各林分类型枯落物厚度介于4.55-1.38 cm,蓄积量介于17.24-4.99 t/hm²,24 h持水深和有效拦蓄深分别介于2.73-0.96 mm和2.45-0.81 mm,表现为辽东栎-油松混交林 > 油松/辽东栎 > 山杨 > 刺槐 > 沙棘 > 白桦。枯落物持水量与浸泡时间存在对数函数关系（R²≥0.85,P<0.01）,2 h以内迅速增加,8 h基本饱和。半分解层厚度、蓄积量、持水量和吸水速率均大于未分解层。流域内次生演替林分水分吸持能力和拦蓄作用总体上优于人工林分。植被演替过程中,辽东栎-油松混交林枯落物盖度、蓄积量和持水能力表现最优,建议在黄土高原造林及林地抚育管理过程中重视混交林的建设和保护。     

重庆铁山坪马尾松天然次生林降雨截持与贮水特征

马尾松林是三峡库区防护林体系中最重要的森林类型,然而以往对结构更为复杂的马尾松天然次生林的生态水文效应研究还很不足,限制着全面了解和准确评价库区森林发挥的涵养水源服务功能。以重庆铁山坪的马尾松天然次生林为对象,采用定位监测结合室内测定的实验方法,系统研究了林冠层、林下草本层、枯落物层、土壤层的水文特征。结果表明：（1）2010-2011年马尾林穿透雨量、干流量、林冠截留量分别占总降雨量（1972.39 mm）的84.66%、0.26%和15.07%,且均与次降雨量呈显著正相关（P<0.01）,其中干流在次降雨量达到5 mm时产生;林冠截留量随次降雨量增大而逐渐达到饱和（6 mm左右）。（2）林下草本植物的地上生物量达1.32 t/hm²,其持水率随浸水时间呈对数函数增加（P<0.01）,最大持水量为0.61 mm。（3）枯落物贮存量达10.74 t/hm²,未分解、半分解、未分解与半分解混合枯落物的最大持水率为183.76%、206.31%和197.62%,未分解与半分解层枯落物的最大持水能力达1.44 mm。（4）0-80 cm土层的饱和贮水量达334.75 mm,其中滞留贮水量达49.08 mm,占饱和贮水量14.66%。马尾松天然次生林各作用层的降雨截持及贮水作用明显,其中尤以土壤层贮水能力最强。研究结果可为三峡库区森林涵养水源服务功能模拟与评价提供重要参考依据。     

北京市4种城市功能区森林植被涵养水源功能评价及价值估算

本研究对北京市首都功能核心区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区进行林分涵养水源功能评价及价值估算,旨在探究提升城市功能区森林水源涵养功能较优林分配置模式。结果表明：（1）北京市森林植被面积2009年为4.00×10⁵ hm²,2014年为4.59×10⁵ hm²,北京市NDVI平均值2009年为0.331,2014年为0.708,北京市森林植被面积总体呈增加趋势。北京市2014年林地绿化调节水量较2009年降低了近1/3,2014年水源涵养功能价值量较2009年分别减少了22.08%和8.24%。（2）生态涵养发展区水源涵养功能年平均能力最强（2.88×10⁸ m³/a）,城市发展新区水源涵养功能年平均能力次之（1.72×10⁸ m³/a）,而首都功能核心区水源涵养功能年平均能力相对最弱,仅1.05×10⁶ m³/a。在针叶林、阔叶林和混交林三种林分类型中,2014年混交林水源涵养功能价值量较2009年增加5.13%,而阔叶林和针叶林分别减少34.93%和55.55%。（3）培育纯林,提高森林覆盖率,对于调节水土资源和保护生态环境具有非常重要的生态意义,而从森林水源涵养功能实物量和价值量考虑,认为混交林比纯林具有更强的水源涵养功能和较优的经济价值。在城市特定的条件下,建立生态与景观相协调的人工植物群落使城市土地资源的利用达到生态、社会、经济三大效益的最佳结合,是提高城市绿地质量的关键所在。     

干旱半干旱区不同林型人工林水源涵养能力比较研究

通过引入模糊物元模型优化水源涵养能力估算方法,从而为研究区林分结构调整、水源涵养能力提升提供科学依据。运用欧式贴近度,以青海省大通县塔尔沟小流域6种不同林型人工林云杉×白桦混交林（YB）、云杉×青杨混交林（YQ）、云杉×落叶松混交林（YL）、云杉纯林（Y）、落叶松纯林（L）、青杨纯林（Q）作为研究对象,定量评价其水源涵养能力。结果表明：欧式贴近度大小排序为YB （0.794） > YQ （0.723） > YL （0.655） > Y （0.494） > L （0.416） > Q （0.270）,欧式贴近度越大,该林分类型水源涵养能力更强。6种林型中,白桦×青杨混交林水源涵养能力最强,青杨林水源涵养能力最差。     

青海东部人工生态公益林近自然经营的林分结构调整

依据研究区5种典型人工林近自然状况,以人工生态公益林的近自然经营管理为目标,提出林分结构调整策略与方法。主要从林分结构、物种组成、年龄及枯死木几个方面考虑选取了垂直结构、水平结构、草本盖度及其多样性、天然更新、物种多样性、组成系数、直径分布、枯木比例、健康木比例10个指标,应用基于单位圆的π值法则,采取定性与定量相结合的方法,对5种林分的近自然状态做出评价并依据评价结果提出相应改造措施。青海云杉-白桦混交林（ω_PB=0.4786）属于远近自然林分,此类林分在密度合理的情况下无需过多人为抚育;青杨-白桦混交林（ω_BP=0.2664）属于近人工林,此类林分以伐除病虫害严重的青杨、调整密度和补植青海云杉为主;青海云杉-青杨混交林（ω_PP=0.2283）属于近人工林,此类林分以伐除病虫害严重的青杨、调整密度和补植白桦为主;青海云杉-落叶松混交林（ω_PL=0.1872）属于人工林,此类林分以调整密度和补植白桦为主;青海云杉纯林（ω_P=0.0190）属于人工林,此类林分以调整密度和营造杉桦混交林为主。通过近自然度评价与分析,为当地近自然经营提供了直观可靠的依据。在进行林分结构调整时,首先通过伐除干扰木来调整林分密度,其次要营造针阔混交林分,其中以青海云杉和白桦混交林为主要目标林分。     

青海高寒区不同林分类型凋落物养分状况及化学计量特征

凋落物是森林生态系统物质循环和能量流动的纽带,在土壤改良、幼苗更新以及水源涵养等方面具有十分重要的作用,凋落物的碳、氮、磷化学计量特征更是其中的关键。本研究比较了青海高寒地区立地条件和林龄基本相同的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)、青海云杉(Picea crassifolia)、青海云杉-华北落叶松混交林、青海云杉-白桦(Betula platyphylla)混交林、白桦林等5种林分凋落物的养分状况及化学计量特征。结果表明:随着凋落物分解层次加深,5种林分中凋落物的有机碳含量、速效磷含量、碳氮比和碳磷比均呈减小趋势。青海云杉纯林凋落物的铵态氮、硝态氮、速效磷3种速效养分含量均高于其他4种林分类型。阔叶林与针阔混交林地表凋落物的氮含量均显著高于针叶林及针叶混交林,阔叶林地表凋落物氮含量是针叶林的1.23倍,而磷含量则相反,针叶林凋落物磷含量是阔叶林的1.26倍。通过青海高寒区5种林分地表凋落物的化学计量特征比较,可以得出,该地区阔叶林与针阔混交林的凋落物在分解过程中主要受磷元素限制,而针叶林与针叶混交林则受氮、磷两种元素共同限制。     

四川盆地四种柏木林分类型的水文效应

四川盆地丘陵区是长江上游水土流失最严重地区之一,该区大面积柏木纯林林分结构不合理、天然更新不良、林分稳定性差、产品产量和水土保持功能低,急需进行结构调整。通过群落样地调查和坡面径流场观测,对比分析了四川盆地4种柏木林分类型的水文效应。结果表明:(1) 4种林分类型林冠截留量与降水量呈幂函数关系; 林冠截留率随雨量级的增大而减小,对次降雨的最大截留量为栎柏混交林 (9.5 mm) > 桤柏混交林 (9.2 mm) > 松柏混交林 (8.8 mm) > 柏木纯林 (8.5 mm)。(2) 4种林分类型之间未分解层和半分解层枯落物持水量随浸泡时间的变化存在极显著差异;枯落物总存储量变化范围为4.06-7.62 t/hm²,枯落物总持水量排序为栎柏混交林 (17.07 t/hm²) > 桤柏混交林 (13.26 t/hm²)> 松柏混交林 (8.89 t/hm²) > 柏木纯林 (7.57 t/hm²)。(3) 4种林分0-40 cm土层非毛管孔隙度变化范围为 4.21%-6.94％,土壤最大持水量排序为栎柏混交林(1820.83±124.80) t/hm² > 松柏混交林(1686.85±76.15) t/hm² > 桤柏混交林(1644.45±119.84) t/hm² > 柏木纯林(1574.14±119.89) t/hm²;4种林分类型雨季产沙量变化范围在534.2-1467.9 kg/hm²之间。综合分析表明,栎柏混交林是4种柏木林分类型中水土保持效果最优的;因此,该区柏木纯林的结构调整应以促进栎柏混交林的演替为目标。     

基于植被和环境因子的亚高山森林土壤水源涵养功能空间尺度上推模型构建——以岷江上游杂谷脑流域为例

土壤层水源涵养功能是森林水源涵养功能的主体。目前关于森林土壤水源涵养功能的研究主要集中在林地或坡面尺度上。由于流域尺度,尤其是环境空间异质性强的西南亚高山区流域,如何将林地尺度实测结果上推至流域或更大空间尺度仍是生态水文领域面临的巨大挑战之一。以川西岷江上游杂谷脑流域为研究对象,融合多种森林类型样地实测与流域尺度多源遥感数据,构建了基于植被和环境因子的林地-流域森林土壤水源涵养功能尺度转换模型,实现了流域尺度土壤水源涵养功能快速评价及其空间分布预测。样地尺度研究结果表明各类型森林的土壤水文特性各异,总体表现为天然林优于人工林,混交林优于单纯林。林地土壤持水能力受到区域气候、植被、土壤及地形等因子的共同影响,其中风速、NDVI及林龄与土壤最大持水量、毛管持水量及非毛管持水量均呈极显著正相关（P<0.01）。基于关键植被和环境因子构建的林地-流域土壤水源涵养功能尺度上推模型精度较高,土壤最大持水量、土壤毛管持水量和土壤非毛管持水量模型拟合优度R²分别为0.700、0.720和0.908;土壤最大持水量、土壤毛管持水量和土壤非毛管持水量的模型预测值与野外实测值的相关系数介于0.69-0.79之间,平均误差均低于20%,表明模型预测结果可靠。利用构建的土壤水源涵养功能尺度上推模型,估算得出流域尺度森林土壤持水量的空间分布,其结果表明杂谷脑流域森林土壤持水量空间分异明显,海拔较高区域森林土壤持水量最高,其次为距道路和河流有一定距离的缓坡地带,下游干旱河谷地区土壤持水量最低。本研究为亚高山森林生态功能的恢复和提升提供了科学依据和评价工具。     

重庆酸雨区马尾松纯林改造对土壤酸化特征及团聚体稳定性的影响

马尾松对酸沉降危害极其敏感,生产实践中往往通过林分改造来应对酸沉降危害。为掌握酸雨区马尾松纯林改造对土壤酸化环境的影响及科学指导经营管理,采用空间代替时间的方法,对重庆铁山坪林场的马尾松纯林及其阔叶化改造后的香樟林、木荷林、马尾松×香樟混交林和马尾松×木荷混交林土壤养分、酸化特征及团聚体稳定性进行研究。结果表明：（1）除木荷混交林的腐殖质层土壤有机碳和全氮含量显著增加外,其他森林类型总体均减少（P<0.05）;香樟林及其混交林的各层土壤全磷和全钾含量均增加,但木荷林及其混交林均减少（P<0.05）。（2）改造为香樟林及其混交林能显著提高土壤pH值、交换性盐基离子含量和盐基饱和度,降低交换性Al³⁺含量,但改造为木荷林及其混交林则总体对土壤酸化特征影响不明显（P>0.05）。（3）木荷林及其混交林淀积层的水稳性大团聚体含量增加,香樟林及其混交林则是微团聚体含量增加（P<0.05）。（4）改造对各森林类型腐殖质层和木荷林淋溶层及淀积层的土壤团聚体稳定性均无显著影响,但能增强马尾松混交林和香樟林淋溶层或淀积层的土壤团聚体稳定性（P<0.05）。综合来看,改造能改变土壤酸化环境,但各森林类型的影响不同,改造为香樟林或其混交林的改善效果总体好于木荷林或其混交林。因而对酸雨区马尾松纯林改造,还应根据改造树种特性及林分特征,科学确定相应的改造方法,尤其应注重改造林分的全过程抚育经营,以营造良好的林下环境。     

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。     

亚高山森林自然与人工恢复对土壤涵水能力的影响

西南亚高山原始针叶林被大规模采伐后,在皆伐迹地上营造了大量云杉林进行人工恢复。但关于这些人工林的土壤涵水能力如何,一直没有系统深入的研究与评价。选择川西米亚罗林区系列不同林龄云杉人工林(20 a、30 a、40 a、70 a)为对象,以相邻同龄自然更新恢复的针阔混交林为对照,比较人工林土壤涵水能力随着演替进程的动态及其与自然恢复次生林之间的差异,结合人工与自然恢复后的林地特征(如细根生物量、凋落物储量和土壤有机碳等)和土壤物理结构参数等差异,阐释自然与人工恢复后土壤涵水能力差异的影响因素。结果显示:随着人工林演替,土壤0—40 cm层最大持水量随林龄的增加而降低,但变化不显著,从20年的2200 t/hm~2下降到70年的2138 t/hm~2,年平均下降速率为1.24 t/hm~2;然而在自然次生林中,土壤最大持水量随着林龄的增加呈现出波动式变化,从20年的2142 t/hm~2增加到40年的2565 t/hm~2,到70年又下降为2302 t/hm~2。通过土壤持水特性与林地凋落物贮量、细根生物量和土壤物理结构参数的相关分析表明,由不同恢复途径导致的林地土壤有机碳含量、凋落物特性及细根差异,进而改变土壤物理结构是影响土壤持水性能差异的主要因素。这些结果说明,从土壤持水量角度考虑,在对采伐迹地进行造林恢复时,应尽量避免营造结构单一、高密度的人工纯林,应选择营造针阔混交林的模式进行恢复。     

油松侧柏混交林及其纯林枯枝落叶生态效益的研究

枯枝落叶作为森林生态系统中净第一性生产力的重要组成部分,是物质循环过程中的一个物质库,起着涵养水分,减少地表蒸发,改善土壤肥力,防止水土流失的重要作用。油松(Pinus tabulaeformis)和侧柏(Platicladus orientalis)是我国北方山区防护林的主要造林树种,目前多为人工纯林。这种针叶纯林一般生长缓慢,郁闭较迟,保持水土的能力也较差,并易受自然灾害的影响,从而不能有效地     

鼎湖山3种演替群落凋落物及其水分特征及对比研究

对鼎湖山3种演替群落凋落物及其水分特征研究表明,凋落物现存量为针叶林＞混交林＞阔叶林,年凋落量阔叶林＞混交林＞针叶林,说明针叶林凋落物分解较阔叶林迟缓,针叶林凋落物中叶所占的比例最大,而阔叶林最小,枝和花果所占的比例以阔叶林最大,针叶林最小,与它们的林木分枝多少以及林冠幅度大小有关,凋落物的最大持水率为针叶林＞混交林＞阔叶林,但差异不明显,凋落物含水量以阔叶林最大,混交林次之,针叶林最小,与凋落物最大持水率恰恰相反,说明凋落物的含水量受林地环境条件的制约,凋落物饱和含水时相对自由水面蒸发率阔叶林为78．95％,混交林为82．45％,针叶林为91．22％,说明在相同的环境条件下,阔叶林凋落物水分损失较难,而针叶林凋落物水分损失较容易,这也是阔叶林具有较小的最大持水量而却有较大叶林凋落物态含水量的原因之一。     

水土保持林土壤抗蚀性能评价研究

运用土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、水稳性团粒平均重量直径、团聚度和分散系数等各项指标,对不同树种组成、不同林龄水土保持林的土壤抗蚀性能进行分析、评价.结果表明,水土保持林对于提高土壤抗蚀性能具有重要作用,这种作用主要针对表层土壤而言;与油松纯林相比,油松阔叶树混交林土壤有机质含量较高,水稳性团聚体含量增加了1.71%～38.53%;且随着林龄的增长,水土保持林土壤抗蚀性能不断增强.     

辽西水土保持林土壤改良效应的研究

通过分析比较油松纯林和油松-固N树种混交杯土壤的理化性质和油松生长量,结果表明,油松-固N树种混交杯土壤有机质含量、全N、全P、速效P和水解N含量都比油松纯林显著提高,土壤容重减小,硬度降低,初渗速度增大．油松胸径和树高生长量也有较明显提高,对土壤的改良作用比油松纯林效果更加显著．通过土壤酶活性和固N树种固N活性的测定,对不同水土保持林的土壤肥力状况作出了综合评价。     

北京地区油松人工林不同演替类型空间结构对林下植被及土壤的影响

以北京地区油松(Pinus tabuliformis)人工林不同演替类型林分为研究对象，研究油松纯林、油松-栓皮栎(Quercus variabilis)混交林和栓皮栎纯林三种不同演替类型林分的空间结构、林下植被和土壤水分的变化规律及其相互作用关系。结果表明：(1)林分水平及垂直空间结构、草本层物种多样性、更新幼树生长、土壤持水和透气性能等指标在三种不同演替类型林分间差异显著(P<0.05),林分空间结构参数中的角尺度、林层指数和开敞度显著影响了各类型林分的灌草多样性，混交度、林层指数和大小比数显著影响了更新幼树的生长，混交度和林层指数显著影响了土壤水分的变化(P<0.05)。(2)松栎混交林灌草生物量、天然更新幼树的生长以及土壤水分物理状况均好于纯林，并主要受林分混交度和林层指数的共同作用。(3)各演替类型林分内均存在栓皮栎更新幼树，混交林栓皮栎更新幼树数量最多、长势最好，对林地资源的竞争最为激烈。因此，可以通过调整林分空间结构实现种间关系及林地资源的调控，以充分发挥森林生态系统的各项功能与价值。     

秦岭西部山地针叶林凋落物持水特性

采用野外实地观测与室内浸提法,对秦岭西部地区4种主要针叶林（华北落叶松、日本落叶松、粗枝云杉和欧洲云杉）林地凋落物的储量、持水量、持水率和吸水速率进行了研究.结果表明：林龄相近的4种针叶林林下凋落物储量大小依次为粗枝云杉（29.81 t·hm^-2）>欧洲云杉（26.17 t·hm^-2）>日本落叶松（13.30 t·hm^-2）>华北落叶松（8.46 t·hm^-2）;不同林型不同分解程度凋落物的持水量和持水率与浸泡时间皆呈对数关系,其吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系,而各种持水特性与森林类型和凋落物的分解程度无关;研究区4种针叶林半分解层凋落物的持水能力均强于分解层,而落叶松林的持水能力较云杉林强.