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。     

大兴安岭北部兴安落叶松林穿透雨延滞效应

以黑龙江漠河生态站兴安落叶松天然林为研究对象,对林外雨、穿透雨和树干茎流进行定位观测,分析大兴安岭北部兴安落叶松林穿透雨延滞效应.结果表明： 穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占同期降雨总量的76.5%、2.6%和20.9%.降雨发生后,穿透雨与林外雨在产生和终止时间上均存在一定延滞性;随降雨量级增大,穿透雨滞后时间表现出逐渐缩短的趋势,变动范围为（67.8±7.8）～（17.2±3.9） min（穿透雨）和（112.0±38.8）～（48.3±10.6） min（树干茎流）;相同降雨量级下,穿透雨滞后时间随降雨强度增大而逐渐降低,且降雨强度>2 mm·h^-1时延滞时间显著缩短,同时随雨前干燥期的增加而增长,而当雨前干燥期≥48 h时,降雨量则是影响滞后时间的主要因素;降雨终止时,降雨量>5.0 mm,穿透雨终止时间也存在延滞性,且随降雨强度增加而增大,但与雨前干燥期关系不明显;树干茎流终止时间先于林外雨终止时间,且主要与降雨量级有关,降雨量级越小,终止时间越早.     

体重和盐度对中国蛤蜊耗氧率和排氨率的影响

采用室内实验生态方法研究了不同软体部干重((1.022 ±0.821)、(0.557±0.266)、(0.303±0.277) g)和盐度(13、18、23、28、33)对中国蛤蜊(Mactra chinensis Philippi)耗氧率和排氨率的影响。结果表明:盐度、个体大小对中国蛤蜊耗氧率的影响极显著(P＜0.01),二者的交互作用对中国蛤蜊耗氧率影响显著(P＜0.05);中国蛤蜊单位体重耗氧率(R₀)与软体部干重(W)负相关,符合幂函数方程R₀=aW^-b, 其中a值的取值范围是0.695-1.762,平均值为1.449,b值的取值范围是0.446-0.587,平均值为0.542。盐度、个体大小对中国蛤蜊排氨率影响也极显著(P＜0.01);随着中国蛤蜊个体的增大,其单位体重排氨率逐渐降低;排氨率与其软体部干重呈负相关,它们之间可以用幂函数R_N=a₀W^-b₀表示。单位体重耗氧率和排氨率与盐度(S)、软体部干重(W)的二元线性回归方程分别为: R_O=2.111-1.817W+0.49S (R²=0.546, F=34.294, P＜0.001);R_N=168.186-120.589W+1.734S (R²=0.561, F=36.418, P＜0.001)。     

太岳山不同郁闭度油松人工林降水分配特征

利用2011年5-9月生长季观测的30场降雨数据,分析了山西太岳山不同郁闭度下油松人工林林冠截留、穿透雨以及树干茎流与降雨量的关系,以及林冠截留过程的特点.结果表明:(1)实验观测期间,该地区降雨总量为634.79mm,单次平均降雨量为21.16mm,单次最大降雨量为58.15mm,单次最小降雨量为0.54mm.其中,8月份的降雨总量最大,为190.77mm,6月份的降雨总量最小,为41.81mm.(2)郁闭度为0.8的油松人工林林冠截留量与降雨量呈一元线性关系,郁闭度为0.7、0.6和0.5均呈幂函数关系;对于各郁闭度的油松人工林,其林冠截留率与降雨量均呈对数函数关系;穿透雨量、树干茎流量与降雨量均呈明显的一元线性关系,穿透雨量和树干茎流量都随着降雨量的增加而增加.(3)不同郁闭度油松人工林之间林冠截留、穿透雨和树干茎流不同,总的趋势为随着郁闭度的减小,林冠截留量减小,穿透雨量增大,树干茎流量增大.林冠截留量与郁闭度表现出正相关关系,而穿透雨量、树干茎流量都与郁闭度表现出负相关关系.(4)各郁闭度林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量的月动态变化与总降水量的月变化基本一致.     

岷江上游亚高山川滇高山栎林的降雨再分配

基于2007年6-9月岷江上游地区的气象数据,采用定位研究方法对该区川滇高山栎林的降雨再分配进行了研究.结果表明：研究期间,林外总降雨量486.7 mm,林内穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的82.6%、0.9%和16.5%;穿透雨量和树干茎流量与降雨量均呈极显著的线性关系(P<0.01,n=49),穿透雨率和树干茎流率与降雨量的关系可用非线性曲线表示;当林外降雨量>3.2 mm时开始出现树干茎流,且树干茎流量(L)与树干基面积(cm²)呈明显的指数关系(R²=0.623).林冠截留率随降雨量(mm)的增加呈双曲线递减;林冠截留率与降雨量、降雨持续时间、降雨强度、降雨时空气相对湿度均呈极显著负相关(P<0.01,n=49),而与风速呈极显著正相关(P<0.01,n=49).     

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.     

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)。     

平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响

半干旱黄土丘陵区多年生柠条人工林地发生土壤旱化,研究柠条林平茬对土壤水分影响对于防治土壤旱化具有重要意义。采用中子仪测定土壤水分,对未平茬和平茬柠条林地土壤水分进行测定,分析了平茬对土壤水分的影响。结果表明:未平茬和平茬柠条林地降雨补给量(R₁,R₂)同降雨量(P)显著正相关(P<0.05)。定义降雨耗损量(林冠截留量和地表径流之和)占降雨量的百分比为降雨耗损率,未平茬林地降雨损耗率(L₁)和平茬柠条林地降雨损耗率(L₂)分别与其降雨前土壤表层(0-20 cm)含水量(S₁,S₂)呈明显指数关系(P<0.05):L₁=2.54exp(0.22S₁),L₂=2.40exp(0.27S₂),表层含水量相同时,平茬林地降雨损耗率明显高于未平茬林地。平茬后,林地降雨最大入渗深度减小,土壤水分利用深度减小;短时间内(2个月左右)林地20-160 cm含水量增加,之后平茬林地土壤含水量与未平茬林地土壤含水量接近;丰水年和丰水年后的第一年,平茬林地含水量低于未平茬林地,0-400 cm土壤储水量比未平茬林地最多低45.9 mm。平茬后200-400 cm土层土壤水分有少量增加,但是0-200 cm土层土壤含水量损失更严重。平茬3a后,平茬对柠条林地土壤水分的影响减弱。     

我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性

根据黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古地区相关历史资料数据,分析了我国东北表层土壤(0-50 cm)土壤相关理化性质与有机碳、无机碳的相关性,得到如下结论:土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾、K⁺离子交换量、Fe₂O₃、P₂O₅、总孔隙度均与土壤有机碳含量呈显著正相关(R²=0.10-0.94, n=38-345, P<0.0001),但与土壤无机碳含量则大多呈显著负相关(R²=0.11-0.30, n=37-122, P<0.01);与此相反,土壤pH值、容重与土壤有机碳呈负相关(R²=0.36-0.42,n=41-304, P<0.0001),而与无机碳呈显著正相关(R²=0.29-0.31,n=39-125, P <0.01)。表层土壤有机碳、无机碳与土壤理化性质呈相反变化趋势的结果说明,由于土壤利用方式变化所导致的土壤理化性质改变对土壤无机碳和有机碳可能具有相反影响。在研究土壤碳平衡过程中,应该充分考虑这种关系所导致的相互补偿作用,即有机碳的增加,可能意味着无机碳的减少,或者反之。目前研究中普遍忽略无机碳的变化,可能导致生态系统碳收支计算显著偏差,所获得的经验拟合方程有利于对我国东北地区土壤碳平衡研究产生的这种偏差进行粗略估计。     

陇中黄土高原油松人工林林冠截留特征及模拟

以陇中黄土高原安家沟小流域的油松人工林为对象,于2011年生长季(5---9月)观测其林外降雨、穿透雨、树干茎流及林冠结构特征,采用修正的Gash解析模型模拟林冠截留,研究油松人工林的生态水文过程及影响机理.结果表明:研究期间共观测到19次降雨事件,总降雨量为215.80 mm,其中林冠截留48.27 mm,占总降雨量的22.4％;穿透雨165.24 mm,占同期林外降雨量的76.7％;树干茎流量2.29 mm,占同期降雨量的1.1％.模拟的林冠截留量为41.24 mm,比实测值低7.13 mm,相对误差为14.7％,其中,33.8％和60.0％截留分别在降雨期间和降雨之后蒸发.修正的Gash解析模型对林冠盖度、林冠持水能力、蒸发和雨强有较强的敏感性,而对树干茎流率和树干持水能力的敏感性不高.     

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。     

基于修正的Gash模型模拟小兴安岭原始红松林降雨截留过程

原始红松林是我国小兴安岭地区的顶级植物群落,理解它的降雨截留过程,对区域生态、水文环境具有重要意义.采用定位研究法,于2010-2011年21场降雨数据对原始红松林的降雨截留和分配效应进行系统研究,并结合当地的气象和林分资料,利用修正的Gash模型对小兴安岭原始红松林进行林冠截留模拟.该模型对穿透雨、树干茎流、截留量的模拟值分别为:370.91、16.14、130.07 mm.穿透雨模拟值比实测值低2.28 mm,相对误差1.75％,树干茎流模拟值高于实测值8.12 mm,相对误差50.3％,林冠截留量模拟值比实测值低2.35 mm,相对误差为1.81％.穿透雨和林冠截留量的模拟值和实测值有较好的一致性,树干茎流的模拟值和实测值相差较大.综合结果表明:修正的Gash模型对小兴安岭地区原始红松林降雨截留拟合具有很好的适用性.     

川西亚高山白桦林穿透雨和茎流特征观测研究

观测了川西亚高山白桦次生林一个生长季节内的穿透雨和茎流的特征。结果表明 ,幂函数方程能较好地拟合林冠截留量、茎流量与总降雨量之间的关系 ,而线性方程能较好地拟合穿透雨量和总降雨量之间的关系 ;平均林冠截留量占总降雨量的 1 8 9% ,穿透雨量占总降雨量的 80 9% ,茎流量占总降雨量的 0 3%。     

西藏原始林芝云杉林雨季林冠降水分配特征

利用2006-2007年对西藏米林县南伊沟原始林芝云杉(Picea likiangensis var.linzhiensis)林林外降水、穿透水和树干茎流定位观测数据,对林芝云杉林的林冠降水再分配特征进行研究。结果表明:西藏南伊沟的年降水量为716.4mm,主要集中在4-9月份,占全年降雨量的86.95%。在林芝云杉的生长季节(4-10月份),林冠截留量为338.6mm,占同期林外降水量的51.60%;林内穿透水量为316.3mm,占同期林外降水量的48.21%;树干茎流量仅为1mm,仅占0.19%。林内穿透水(Tp)、树干茎流(Sf)、林冠截留量(Ip)及林冠截留率(PIp)与林外降水量(p)之间的关系分别为:Tp=0.8622p-3.5229,r=0.9964;Sf=0.0004p1.4586,r=0.9458;Ip=1.2222p0.6341,r=0.874;PIp=253.6p-0.7008,r=0.9732。林芝云杉林雨季林冠降水的分配规律与该森林结构复杂、林分年龄高、胸高断面积大密切相关,说明该森林在涵养水源和保持水土等方面发挥着重要的作用。     

华北石质山区油松林对降水再分配过程的影响

森林通过降水再分配过程影响着流域的水量平衡和物质循环。根据2005-2008年汛期华北石质山区主要造林树种油松林的林外降雨、穿透降雨、树干径流定位观测数据,探讨了人工油松林对降雨再分配过程的影响。结果表明,测定期间32场次降雨过程中油松林穿透雨量、树干径流量和林冠截留量平均值分别为8.67,0.11,1.07mm;透过率,树干径流率和林冠截留率分别为82.18%(57.74%-87.55%),1.07%(0.22%-2.07%),16.75%(11.01%-42.07%)。油松林冠层穿透降雨量、树干径流量和林冠截留量均与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.995,R2=0.907,R2=0.855),根据回归方程,当林外降雨量大于0.3mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于3.51mm时,可发生树干径流;林冠截留率与林外降雨呈双曲线衰减趋势,回归方程为y=12.091+55.537/(x+0.426)(N=32,R2=0.685)。典型次降雨再分配过程表明,林冠不仅在量上对降雨进行再分配,还在时程上进行了再分配。     

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.