六盘山南坡华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)树干直径生长及其对气象因子的响应

2005年6-9月份在宁夏六盘山南侧的西峡林场,应用带状树木径向变化记录仪（Dendrometer）研究了5株华北落叶松树干的直径生长过程,结果表明,在无雨或小雨（日降雨量〈10mm）天气下,树干直径变化呈现出明显的日周期性,可将其划分为3个阶段：收缩阶段、膨胀阶段和生长阶段;在连续降雨（日降雨量≥10mm）及随后的几个晴天中,树干直径变化并不表现出完整的日周期性。基于Deslauriers等人的方法,提出了树干直径日生长量估计的修正公式,并计算了华北落叶松树干直径日生长量和累积生长量,结果表明,各样木树干直径日生长量的季节变化趋势一致,即表现为前快后慢的季节变化格局,6～7月份为快速生长期,其日均生长量在27．0～44．21μm之间;8～9月份为缓慢生长期,其日均生长量在10μm以下;各测定样木的树干直径日生长量具有明显的个体差异,这主要与林木个体大小及其所处林分中的微环境条件差异有关;整个观测期内的树干直径累积生长过程可以较好地用幂函数描述。主分量分析和偏相关分析表明,影响树干径向生长的气象因子可划分为3类,其中日降雨量、日最低气温、日平均太阳辐射和日平均空气饱和差是影响树干径向生长的主要因子。     

重庆酸雨区受害马尾松林土壤水分与针叶凋落的关系

2009年3月-2011年11月,研究了重庆铁山坪酸雨区马尾松林土壤水分的时空变化及其对针叶凋落的影响,并确定了其相应的土壤水分阈值.结果表明:无论是丰水年、平水年还是少水年,马尾松林土壤水分年内变化均明显分为丰富期(5月前)、下降期(6-7月)、伏旱期(8-9月)和恢复期(10-11月);随土层深度增加,土壤含水量先减少后增加,各土层间土壤含水量的差异随年降水量的下降而减小;生长季中马尾松林的月针叶凋落量与0～60cm(尤其是20 ～50 cm)的蓄水量显著相关;土壤田间持水量(或毛管孔隙度)和82％的田间持水量(或80％的毛管孔隙度)是影响针叶凋落的重要土壤水分阈值.酸雨区马尾松林极易遭受缺水胁迫,特别是在伏旱期.其与酸害共同构成了酸雨区森林健康的多重胁迫.     

六盘山华北落叶松林下穿透雨空间变异特征

受林冠截持影响后形成的林下穿透雨的数量和空间分布会影响林地的入渗、产流、蒸发等水文过程和林木生长及枯落物分解等生态过程,因而精细的森林水文功能评价和森林生态系统经营都需要准确描述林下穿透雨的空间变异规律。在宁夏六盘山香水河小流域设立了面积为30 m×30 m的华北落叶松人工林样地,均匀布设了40个截面面积230.58 cm2的雨量收集器,测定了2015年生长季(5—10月)34次降雨事件的穿透雨量。结果表明,研究期间林外总降雨量567.0 mm,林下总穿透雨量483.5 mm,占同期雨量的85.3%。随着次降雨量增加,林内次穿透雨率呈现先快速增加后趋于稳定的变化。穿透雨量在林内存在较大空间变异,其变异程度随次降雨量增加先快速下降后趋于稳定。林下穿透雨空间分布受树木特征(穿透雨收集器上方的林冠叶面积指数和冠层厚度、穿透雨测点离最近树干的距离)的影响,且其影响随次降雨量大小而变,当次降雨量10 mm时,穿透雨量与叶面积指数显著负相关;当次降雨量在10—20 mm时,穿透雨量与距最近树干距离显著正相关,与冠层厚度显著负相关;当次降雨量20 mm时,穿透雨量与3个树木特征均不显著相关。考虑到研究区次降雨量集中在0—10 mm,在95%或90%的置信区间下,若将测定的次穿透雨数值误差控制在10%以内时,在30 m×30 m样地内至少需布设13或9个本研究所用大小的收集器;满足次穿透雨数值误差在5%以内时,至少需布设26或23个这样的收集器。     

六盘山辽东栎、少脉椴天然次生林夏季蒸散研究

2004年8～9月份,利用热扩散技术,结合微型蒸渗仪和水文学方法,研究了辽东栎、少脉椴次生林蒸散组成及其与林分结构的关系.结果表明,辽东栎和少脉椴树干的液流密度在"相对静止期"内比较稳定和微弱,其值在0.05μl·cm^-2·min^-1以下;在"活跃期"内树干液流密度上升较快,并呈单峰、双峰或多峰曲线,其值在0.25μl·cm^-2·min^-1以下;两树种单株蒸腾量有明显的种间差异,前者晴天和阴雨天单株蒸腾量分别为5.31和2.48 L·d^-1,为后者的2.3倍和3.75倍.林下灰_栒子和黄刺玫蒸腾速率日均值接近,分别为0.331和0.321 g·g^-1·h^-1.次生林日均蒸散量1.4 mm·d^-1,其中蒸腾量0.72 mm·d^-1、土壤蒸发量0.19 mm·d^-1、林冠截留量0.4 mm·d^-1,各占总量的49.6%、13.3%和37.1%.乔、灌木树种组成对次生林蒸腾量影响的表现不同,前者表现为个体蒸腾量的种间差异,而后者取决于单位林地面积上各树种的叶量.乔木层、灌木层和草本层(含土壤层)日均蒸散量分别为0.96、0.30和0.19 mm·d^-1,各占总量的65.8%、20.9%和13.3%,说明乔木层对林分日蒸散量大小起主要作用,灌木层次之,草本和土壤蒸发量的贡献最小.     

华北落叶松人工林蒸散及产流对叶面积指数变化的响应

定量评价林地蒸散和产流等水文过程对冠层叶面积指数(LAI)的响应,对于深入认识森林植被的生态水文过程及其发生机制,实现半干旱区林水综合管理和区域可持续发展是非常必要的。应用集总式生态水文模型BROOK90,模拟分析了不同降水年型(丰水年、平水年、枯水年)下,位于半干旱区的宁夏六盘山叠叠沟小流域内华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林的水文过程对冠层LAI变化的响应关系。结果发现:林分总蒸散量、冠层截留量、蒸腾量与LAI都呈显著的正相关关系(R~20.99,P0.01),而土壤蒸发量、产流量则与LAI均呈显著的负相关关系(R~20.99,P0.01);在不同的降水年型下,各水文过程变量与LAI的关系都可以很好地用指数函数来表达,且都存在着一个LAI阈值。当LAI低于阈值时,各水文过程变量随LAI的变化幅度较大;但高于阈值时,各变量的变化十分缓慢并趋于稳定。在不同降水年型下,各变量LAI阈值之间存在着一定的差异。一般地,丰水年各变量的LAI阈值要大于枯水年,尤其是冠层截留和土壤蒸发。在丰水年,各水文过程变量随LAI增加而变化的速率要比在平水年、枯水年更快,说明在水分充足年份中各变量的波动更多取决于LAI变化,而在水分亏缺的年份中则可能更多地受到水分条件的限制。模拟结果表明,通过减少冠层LAI(如间伐)导致的林分的降低蒸散耗水和增加产流的作用是有限的,这是由于林分蒸散降低的幅度要比LAI降低的幅度小。例如,在平水年,当LAI从4.2变为2.0(减少幅度52.4%)时,林分年蒸散仅从357.2 mm减少至333.9 mm(减少幅度6.5%)。     

六盘山南坡华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)树干直径生长及其对气象因子的响应

2005年6～9月份在宁夏六盘山南侧的西峡林场,应用带状树木径向变化记录仪（Dendrometer）研究了5株华北落叶松树干的直径生长过程,结果表明,在无雨或小雨（日降雨量＜10mm）天气下,树干直径变化呈现出明显的日周期性,可将其划分为3个阶段：收缩阶段、膨胀阶段和生长阶段;在连续降雨（日降雨量≥10mm）及随后的几个晴天中,树干直径变化并不表现出完整的日周期性。基于Deslauriers等人的方法,提出了树干直径日生长量估计的修正公式,并计算了华北落叶松树干直径日生长量和累积生长量,结果表明,各样木树干直径日生长量的季节变化趋势一致,即表现为前快后慢的季节变化格局,6～7月份为快速生长期,其日均生长量在27.0～44.2μm之间;8～9月份为缓慢生长期,其日均生长量在10μm以下;各测定样木的树干直径日生长量具有明显的个体差异,这主要与林木个体大小及其所处林分中的微环境条件差异有关;整个观测期内的树干直径累积生长过程可以较好地用幂函数描述。主分量分析和偏相关分析表明,影响树干径向生长的气象因子可划分为3类,其中日降雨量、日最低气温、日平均太阳辐射和日平均空气饱和差是影响树干径向生长的主要因子。     

单株华北落叶松树冠穿透降雨的空间异质性

森林与水的关系是生态学和水文学研究的核心问题之一,为了研究降雨通过华北落叶松树木冠层后的空间分异规律,并合理确定准确测定穿透降雨所需的雨量筒数量及位置,2005年生长季在一株样树冠层下按离开树干的位置机械布置了32个雨量筒,测定了11场不同降雨事件的穿透降雨量,并利用传统统计学与地统计学方法分析了叶面积指数和穿透降雨的空间变异性规律.结果表明,树冠的叶面积指数在不同方向上具有空间变异性,随离开树干的距离增大而减小;穿透降雨率与叶面积指数呈负相关性,且随降雨量增大相关性减弱;穿透降雨率半方差函数分析结果表明,基台值C＋C0随降雨量增大而减小,C0/（C＋C0）随降雨量的增大而增大,分维数D随降雨量的增大而增大,随降雨强度的增大而先增大后减小,这说明较小降雨量时,冠层结构是引起穿透降雨率空间变异的主要因素;降雨量较大时,冠层结构的影响减弱,其空间分布差异主要受随机因素影响;通过Kriging插值法绘制的树冠下穿透降雨空间分布图表明,树冠下存在着穿透降雨的最小区域和有汇集降雨作用的＂漏斗＂区域,最小区域一般在树干偏东南或南方向,而降雨汇集区域多不固定.在比较了不同雨量筒布设方案的穿透降雨变化后发现,在距离树干1/2冠幅半径的同心环上至少布设内径不小于9cm的5个雨量筒时,测定的穿透降雨量可基本接近整个树冠下的穿透降雨量平均值.     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。     

树木水分利用效率研究综述

在我国干旱半干旱地区,如何高效地利用极为有限的水资源来合理构建和恢复森林植被,并最大程度地发挥其多种功能,已经成为目前森林生态学研究中的一个热点,而对于树木水分利用效率(WUE)的研究则是其核心和关键内容之一。本文从介绍和剖析树木WUE的概念入手,分别在单叶、个体和群体等三个空间尺度上系统地阐述了WUE概念的内涵及其相应的计算方法,并且对各种方法的优缺点进行了评论。最后,在详细分析国内外树木WUE相关研究进展的基础上,针对我国干旱、半干旱地区水资源短缺和植被恢复与重建之间的矛盾,提出了今后树木WUE的研究发展趋势和应用前景。     

重庆酸雨区马尾松林凋落物特征及对干旱胁迫的响应

气候变化导致干旱等极端气象事件增多,这将和酸雨等环境胁迫一起影响森林健康.在重庆铁山坪于2010年监测了酸雨区受害马尾松林的凋落物数量和组分特征及其对土壤水分的响应.结果表明:马尾松林月凋落物量呈“双峰”模式,第1高峰出现在8-9月份伏旱期,第2高峰出现在冬季休眠的12月份;枯死针叶占年凋落物总量的48.42％,凋落物组分比例为针叶＞树枝＞阔叶＞有机碎屑＞树皮及球果;除阔叶凋落物外,其它组分凋落物在伏旱期均明显增加,与土壤湿度显著负相关,特别是30-40 cm和40-50 cm土层;此外,马尾松林凋落物量还与表征气象干旱的气象指标显著相关.和健康森林相比,酸雨区受害林木的细根数量变少和分布变浅导致马尾松林针叶的年形成量与凋落量减少,但枝凋落量及其占总凋落量的比例增大;凋落发生对于旱胁迫更加敏感,年凋落物量的时间分布更集中在伏旱期;酸雨和干旱的双重胁迫将进一步恶化研究地区的森林健康状况.