基于随机森林的不同径级树木死亡影响因子研究

树木死亡是多种因素共同作用的结果,然而不同径级的林木,导致其死亡的原因是否相同尚不明确。以坝上地区小叶杨为对象,于2016-2017年调查了100块20m×20m样地。以林木胸径、林木相对断面积、林龄、林分密度、不同土层土壤含水量和土壤容重等11个因子为输入变量,运用随机森林算法分别不同径级建立树木死亡模型,分析各因子对不同径级树木死亡的影响大小,并得到关键影响因子的阈值。结果表明：依据不同径级树木死亡与影响因子的相关性不同,可将林木径级划分为 < 10cm、10-25cm、 > 25cm;胸径 < 10cm时,林木相对断面积对树木死亡的影响最大,当0.23 < 林木相对断面积 < 0.43时,树木死亡率最低;胸径为10-25cm时,密度对树木死亡的影响最大,当密度 > 600株/hm²时,树木死亡率随着密度的增加明显上升;胸径 > 25cm时,20-60cm土壤水分和林分断面积对树木死亡的影响最大且相近,当20-60cm土壤质量含水量 > 5%时,树木死亡率明显下降;基于随机森林算法建立的树木死亡模型可以解释树木死亡70%-90%的变异,具有一定的预测优势和应用价值,可为坝上地区树木死亡预测和防护林的经营管护提供参考。     

CO2浓度和土壤含水量对植物个体尺度短期水分利用效率的影响

分析植物个体短期水分利用效率(WUE_p)对CO₂浓度(C_a)和土壤含水量(SWC)的响应,可提高对气候变化下个体生存策略的认识。本研究以侧柏幼树为对象,在模拟气候箱中进行培养试验,设400(C₄₀₀)、600(C₆₀₀)和800 μmol·mol^-1CO₂(C₈₀₀)浓度处理和35%～45%田间持水量(FC)、50%～60%FC、60%～70%FC、70%～80%FC、95%～100%FC土壤含水量处理,共15个处理。WUE_p对C_a和SWC的响应用包裹式茎流计、称重法结合静态同化箱测定。结果表明: 个体日间(0.12～1.87 mol·h^-1)和夜间蒸腾速率(0.01～0.16 mol·h^-1)均在C₄₀₀×70%～80%FC时达到最大值,个体日间净光合速率(2.12～22.10 mmol·h^-1)在C₈₀₀×70%～80%FC时达到最大值,而个体夜间呼吸速率(0.84～4.41 mmol·h^-1)随SWC的增加而增加,随C_a的增加而减小,在C₄₀₀×95%～100%FC时达到最大值。WUE_p(5.37～24.35 mmol·mol^-1)在C₈₀₀×50%～60%FC时达到最大值,表明高C_a和干旱条件下,植物个体可通过生理可塑性调整,利用较少的水分固定更多的碳;此外,当个体间形态特征差异较小时,叶片瞬时水分利用效率可以较好地指示WUE_P的变化。     

北京山区侧柏林冠层对降雨动力学特征的影响

林冠层枝叶对雨滴的能量要进行再次分配,从而在降雨雨滴大小分布、降落速度及动能等性质上都发生了变化,是森林水文生态功能的重要环节。然而目前国内外在森林影响降雨动力学特征方面的研究较少且研究方法不够完善。研究地点设在北京妙峰山林场,利用激光雨滴谱仪对侧柏人工林林内和林外进行了长期同步观测,对典型场降雨中林内与林外雨滴的数量、大小、速度、动能等动力学特征值进行了对比分析。结果表明：林内的雨滴总数高于林外37.8%,林内小径级和大径级的雨滴数目都有所增加,而中间径级雨滴减少。林外降雨体积贡献率随雨滴直径增加呈单峰曲线变化,而林内降雨呈多峰山状变化;在试验侧柏林下雨滴的终点速度有所减小,特别是对直径0.75-4.5mm范围的雨滴更为明显。林内降雨相比于林外其雨滴直径与雨滴终点速度的相关性降低,雨滴谱分布更加分散;林外降雨动能贡献值随雨滴直径增加呈单峰曲线变化趋势,而林内降雨呈多峰山状变化。在雨滴终点速度为4-9m/s的区间内林外雨滴贡献的动能明显高于林内降雨。侧柏林地雨滴降落到地面的动能比林外空旷地减少了27.0%,林内雨滴动能减小的最主要原因是林冠层削减了林内降雨量。     

树干自然温度梯度变化对热扩散法测算树干液流速率的影响

为了揭示树干自然温度梯度的变化规律及其对树干液流速率测算结果的影响,于2007年5月至10月利用改进的SF-L型热扩散式树液流测定装置,对北京低山区生长的油松和侧柏的树干自然温度梯度、加热温差和气象、土壤水分因子进行了连日同步监测。结果表明:(1)树干自然温度梯度对加热针温差的影响,侧柏大于油松。(2)树干自然温度梯度对液流速率计算结果的影响具有显著的统计意义(P0.01),平均误差大于30%,误差峰值出现在太阳高度角较小的时候。(3)影响树干自然温度梯度最重要的环境因子是光照强度,其次是空气温度。上述结果说明,树干自然温度梯度对热扩散法测定的液流速率的影响不可忽视,研究树木耗水机制时应予以充分考虑。光照强度和空气温度是影响树干自然温度梯度最重要的两个因子,但其影响机制仍需进一步研究。     

京津冀风沙源区沙化土地治理关键技术研究与示范

京津冀风沙源区是我国北方生态屏障的重要组成部分。面向我国北方风沙区沙化土地综合治理、典型脆弱生态修复与保护等重大科技需求,京津冀风沙源区沙化土地治理关键技术研究与示范项目将综合运用长期定位观测、控制实验、多源遥感数据融合、技术示范等方法,重点研究京津冀风沙源区土地沙化形成机制与生态修复机理,研发一批沙化土地治理与产业化关键技术,并在各治理区开展试验示范,集成京津冀风沙源区沙化土地治理与产业化技术体系,构建沙化土地综合整治空间决策支持系统,为京津风沙源治理工程建设、保障京津冀地区生态安全及满足2022年北京冬奥会生态需求提供科技支撑。     

贡嘎山暗针叶林生态系统基于KDW运动-弥散波模型的优先流研究

利用自制的土柱装置,开展室内土柱实验,并与野外实地示踪影像分析相结合,针对研究区域土壤包气带根系层中水分快速运动的优先流展开研究,其目的在于系统分析优先流对径流过程的影响,为长江上游暗针叶林生态系统土壤水分运动规律研究及有效流域管理提供理论支持。研究采用雷诺数计算及野外示踪映像分析方法,判定证明在所研究地区,有优先流现象发生,优先流是处于层流及紊流之间的过渡流。同时针对成熟林坡积物土壤的水分运移状况分析表明研究区域的壤中流过程主要表现为优先流,而土壤中的基质部分,则表现为不动区域。研究在以往优先流模型构建的基础上,综合考虑了研究区域的实地情况,应用融入弥散波的运动波模型(KDW优先流模型),利用交叉模拟方法和统计分析方法将此模型与实地实验检验分析,认定KDW优先流模型实用性强、可靠程度较高,可较好地模拟贡嘎山暗针叶林生态系统实地。     

黄土地区森林植被水土保持作用研究

 选取黄土地区不同森林植被1)类型的两组4个试验流域为研究对象,通过6年(1988～1993)近70场暴雨洪水的实地观测,对次暴雨(是指一场降雨从开始到终止这一时段)产沙量同森林植被的关系进行了定量分析,提出了含森林覆被率的5因子次暴雨产沙模型,进而对森林植被的水土保持效益进行了分析。木家岭小流域和庙沟小流域相比,无林流域的产沙量比森林流域高33.4倍,森林的拦沙效益达到96.80％;木家岭流域和庙沟流域相比,少林流域比多林流域产沙量高4.3倍,森林的相对拦沙效益可达75.53％。同时通过黄土地区森林植被减沙作用的分析,提出了森林植被的拦沙量计算公式,据此可以求得不同降雨条件下,对比流域森林植被的拦沙量。     

黄土丘陵沟壑区黄土坡面侵蚀过程及其影响因素

降雨强度、坡长、坡度是影响坡面产流产沙的重要因素。为定量分析降雨强度、坡长、坡度对黄土丘陵沟壑区安塞黄土坡面侵蚀过程的影响,本研究基于室内人工模拟降雨试验,分析2个坡长(5、10 m)、3个坡度(5°、10°、15°)、2个降雨强度(60、90 mm·h^-1)下安塞黄土坡面产流产沙规律。结果表明: 初始产流时间随坡长增加呈减小趋势,但总体变化不大;初始产流时间随降雨强度增加而减小,与60 mm·h^-1相比,90 mm·h^-1下缩短5.7～18 min;10°坡度上的径流起始时间最快。随降雨历时延长,产流率先快速增加,最终逐渐稳定在某一产流率值上下波动;产沙率在产流初期短时间内突然升高,达到最大值后减小,再逐渐达到稳定。产流率和产沙率随坡长和降雨强度的增加而增加,但随坡度变化规律不明显。随着降雨强度、坡长和坡度的增加,总产沙量相应增加。在降雨强度90 mm·h^-1时,坡长和坡度分别为10 m和15°的坡面产生了细沟,导致总侵蚀量最大(11885.66 g)。降雨强度为60 mm·h^-1时,随着坡长增加单位面积侵蚀量减小,在5～10 m坡段存在临界侵蚀坡长。坡长、坡度和降雨强度对坡面径流过程均有促进作用,降雨强度、坡长和两者之间交互作用对产流率和总侵蚀量的贡献率较大,其中,对产流率贡献最大的影响因素是降雨强度,贡献率为49.8%;坡长对总侵蚀的贡献率最大,为37.8%。     

北京山区典型植被土壤水分对次降雨的响应

为了揭示北京山区不同植被类型土壤水分对不同强度降雨的响应过程,选取北京山区内侧柏、荆条灌丛、荒草地为研究对象,基于2022年6—10月降雨和土壤水分的连续观测数据,分析土壤水分对不同降雨事件的响应特征。结果表明：(1)观测期内研究区降雨事件主要由小雨构成,小雨事件的总降雨量占总降雨量的14.78%,小雨事件对土壤水分的响应深度可达到40—60 cm土层;中雨、大雨、暴雨事件的总降雨量占总降雨量的85.52%,中雨、大雨、暴雨事件对土壤水分的响应深度均可达到60—80 cm土层;大降雨事件对土壤水分的补给作用更明显,降雨量越大,降雨能补给的土层深度越深,土壤水分补给效果越好。(2)三种植被平均土壤水分补给速率大小依次为荒草地>侧柏>荆条灌丛,说明降雨对荒草地的补给效果最好;土层活跃程度对植被土壤水分有影响,土层越活跃,土壤水分波动越大,三种植被平均土壤水分变异系数大小依次为荒草地>荆条灌丛>侧柏,而三种植被平均土壤储水量大小则依次为侧柏>荒草地>荆条灌丛,说明侧柏的土壤水分最为稳定。(3)荒草地、荆条灌丛剖面上各层土壤水分逐渐减少,侧柏则增加,说明土壤...     

坝下地区防护林不同树种生长特征

采用标准样地调查法对防护林林分结构指标进行调查,研究河北坝下地区丰宁县小坝子乡不同防护林树种榆树、杨树及油松的动态变化规律.结果表明: 该区域榆树、杨树和油松纯林的平均年龄均为10年,杨树纯林的平均胸径和树高分别是榆树纯林的2.3和3.8倍,是油松纯林的2.3和3.0倍.杨树纯林的平均胸径、树高、叶面积指数(LAI)、活枝下高等指标显著大于榆树纯林和油松纯林.与杨树混交林相比,杨树纯林的林分密度高10.8%,纯林平均胸径则低5.2%,平均树高低11.3%;与榆树混交林相比,榆树纯林的林分密度高6.6%,纯林平均胸径、树高分别低7.8%和14.2%;与油松混交林相比,油松纯林的林分密度大4.9%,纯林平均胸径和树高分别低29.3%和31.8%.各林分类型的平均胸径、树高与密度呈显著负相关;平均LAI与密度和活枝下高呈显著正相关,与胸径、树高呈显著负相关;平均活枝下高与密度呈显著正相关.针阔混交林的胸径和树高生长显著优于针叶纯林.该区域防护林综合生长潜力呈上升趋势,而横向生长潜力总体上呈下降趋势.