荒漠灌丛内降雨和土壤水分再分配

通过对降雨再分配,荒漠灌丛可改变降雨在灌丛内的水平空间分布,进而影响植被冠层下土壤水分的空间响应.本文以腾格里沙漠东南缘人工植被区柠条和油蒿灌丛为研究对象,分析了灌丛干扰下的降雨再分配过程及灌丛下土壤水分的空间响应.结果表明: 柠条和油蒿灌丛的穿透水、树干茎流分别占降雨量的74.4%、11.3%和61.8%、5.5%.次降雨过程中,柠条和油蒿穿透水空间变异性均较大,平均变异系数分别为0.25和0.30;由于可以将更多的降雨以树干茎流形式在根部富集,柠条主干基部土壤湿润锋深度明显比冠层其余位置深,而油蒿仅在大降雨事件时才较为明显.灌丛对降雨的再分配作用改变了降雨达到地表时的空间分配,致使冠层下土壤湿润锋深度呈现明显的不均一性.     

庐山日本柳杉林下穿透雨时空分布特征

林冠是降水到达地面前的第一个作用层,其对降水的再分配作用,导致穿透雨的数量和空间分布具有很大的变异性,这既阻碍了对其的精确评估,也常常被认为是水文模型中蒸发量化的不确定来源之一。在庐山自然保护区日本柳杉(Cryptomeria japonica)人工林内设置了面积30 m×30 m的样地,机械布置了37个截面面积为314.15 cm2穿透雨收集器,于2017年生长季(4—9月)共监测21次降雨事件下穿透雨量。分析林冠下穿透雨率及其时空分布特征和影响因素。日本柳杉林下穿透雨率变化范围为2%—222%,平均穿透雨率为80%,穿透雨率随着林外次降雨量的增加而逐渐增大,降雨量达到28 mm时穿透雨率趋于最大值,之后变化规律复杂未见稳定,二者之间最优拟合关系为二次多项式;与叶面积指数呈显著负相关,叶面积指数小于4.5时对穿透雨率的影响显著。不同叶面积指数下,穿透雨率达到最大时的林外降雨量不同。穿透雨率的空间变异系数的变化范围为15%—114%,随林外降雨量的增加而减小,并在林外次降雨量大于20 mm以后,逐渐趋于稳定,二者之间以对数函数关系式拟合。观测点位的时间变异系数随着叶面积指数的增加而增大。叶面积指数小于5,降雨量小于20 mm时,降雨量是影响穿透雨空间变异性的关键因素。     

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。     

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。     

祁连山典型灌丛降雨截留特征

基于2010年6月至10月的野外试验数据,研究了祁连山金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿灌丛降雨截留特征,分析了降雨量和雨强对灌丛降雨截留过程的影响。结果表明:试验期间共降雨298.6 mm,在降雨量<2.1 mm时,降雨被全部截留,实际发生穿透和茎流的降雨为283.1 mm;金露梅灌丛穿透雨量、茎流量和截留量分别为175.8 mm(62.0%)、9.5 mm(3.4%)和62.0 mm(34.6%),高山柳为179.8 mm(63.5%)、9.1 mm(3.2%)和63.5 mm(33.3%),沙棘分别为148.1mm(52.3%)、22.5mm(8.0%)和52.3 mm(39.7%),鬼箭锦鸡儿分别为170.4 mm(60.2%)、11.8 mm(4.2%)和60.2 mm(35.6%);灌丛穿透雨量、茎流量和截留量均与降雨量呈显著线性正相关(P<0.001);穿透率、茎流率和截留率与降雨量呈指数函数关系(P<0.05);平均雨强与截留率关系以指数函数拟合最好(P<0.05)。在降雨性质相同的情况下,植被形态特征是影响灌丛降雨截留的重要因素。     

黄土高原丘陵沟壑区柠条和沙棘灌丛的降雨截留特征

2011年5-10月,以黄土高原人工造林的主要灌木树种柠条和沙棘为对象,研究了降雨量及降雨强度对其截留量、穿透雨量和树干茎流量的影响.研究期间共观测到降雨47次,以小降雨事件为主,年降雨总量为208.9 mm,平均降雨强度为2.82 mm·h-1,其中降雨量为2～10 mm,降雨强度为0.1～2 mm·h-1的降雨事件出现次数最多.柠条和沙棘的截留量、穿透雨量、树干茎流量分别为58.5 mm、124.7 mm、25.7 mm和38.2 mm、153.1 mm、17.6 mm,分别占降雨量的28％、59.7％、12.3％和18.3％、73.3％、8.4％.柠条和沙棘的截留量、穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈显著正相关,并且两种灌木的截留率、穿透雨率和树干茎流率与降雨量、最大10 min雨强之间均呈指数相关或幂函数相关.     

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。     

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)。     

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（cm^3·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）。     

两种温带落叶阔叶林降雨再分配格局及其影响因子

林冠对降雨的再分配是森林生态系统的重要生态水文过程,影响着生态系统生物地球化学循环。于2012年5—10月连续测定帽儿山森林生态站的两种温带天然次生林型——蒙古栎林和杂木林的林外降雨、穿透雨及树干径流,旨在量化其降雨再分配过程及其影响因素。结果表明:蒙古栎林的平均穿透雨、树干径流、林冠截留分别占同期林外降雨的76%、7%和17%;杂木林分别占85%、5%和10%。根据模型估算,当降雨量分别超过1.0mm和0.7mm时蒙古栎和杂木林开始出现穿透雨;当降雨量超过3.0mm开始出现树干径流。当降雨量超过5.6mm,树干径流体积会随着树木胸径的增加而显著增加;而当降雨量低于5.6mm则出现相反趋势。穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占降雨量的比例却表现出不同的变化趋势。穿透雨量的空间变异随降雨量和降雨强度的增大显著减小。两种林型的降雨再分配格局因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异。     

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。     

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...     

中国森林生态系统林冠层降雨截留特征

森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其发达的林冠层通过调节降水量、改变降水强度等深刻影响着流域全过程水文通量及水分输出。以中国广泛开展的典型森林降雨再分配过程的年尺度监测数据为基础,揭示中国不同类型森林生态系统的降雨再分配及林冠层降雨截留特征,阐明森林生态系统林冠层截留特征与降雨、植被要素的关系。结果表明:我国不同森林生态系统年穿透雨量处于141.4-2450.0 mm之间,年穿透雨率为36.3%-92.3%。5种典型森林生态系统多年平均穿透雨量((445.3±252.9)-(1230.6±479.6) mm)占同期多年平均降雨量的(72.6±9.2)%-(77.4±8.9)%。不同森林生态系统年树干茎流量介于0-508.2 mm之间,占同期年降雨量的0-25.8%。5种典型森林生态系统树干茎流量多年平均值((9.8±17.3)-(87.8±81.6) mm)占同期多年平均降雨量的(1.4±1.9)%-(5.4±4.6)%。不同森林生态系统林冠层年降雨截留范围在25.7-812.9 mm之间,占年降雨量的4.2%-55.6%。5种典型森林生态系统多年平均林冠截留量((154.2±81.6)-(392.2±203.5) mm)占同期年平均降雨量的(18.7±7.4)%-(25.9±8.3)%。进一步分析表明,我国森林生态系统穿透雨量、树干茎流量和林冠层截留量随观测区年降雨量的增加而呈显著增大(P<0.05),年穿透雨率、年树干茎流率随年降雨量的增加呈显著线性上升趋势(P<0.05),而年林冠截留率与年降雨量呈显著的负相关关系(P<0.01),降雨量、叶面积指数是深刻影响森林生态系统林冠层降雨截留率等特征的重要因素。整体上,不同类型森林生态系统林冠截留降雨能力存在明显差异,林冠层截留率突出表现为:落叶林大于常绿林、针叶林大于阔叶林。     

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。     

江西省大岗山主要森林类型降雨再分配特征

以江西大岗山地区杉木林、常绿阔叶林和毛竹林为研究对象,分析其对降水再分配过程的影响.结果表明: 2012年4-6月,研究区降水量为531.6 mm,以小到中雨为主,单次最大降雨量为61.7 mm.研究期间,毛竹林总穿透雨量最大,常绿阔叶林最小.降水量相同条件下,毛竹林与杉木林的穿透雨量相差不大;降水量较大且相同时,常绿阔叶林的穿透雨量明显小于另外两种林型;穿透雨在林内有明显的空间变异性.杉木林、常绿阔叶林和毛竹林的树干径流率分别为1.4%、8.9%和8.8%.杉木林树干径流与另外两种林型差异极显著(P<0.01).3种林型树干径流量均与前期降水条件有关,毛竹林相关程度最小,杉木林最大.3种林型林冠截留量大小依次为杉木林(30.5%)>阔叶林(25.5%)>毛竹林(19.2%).在该地区常见降雨条件下(小雨),杉木林截留率明显高于另外两种林型.