黄土丘陵沟壑区苹果树冠截留规律

以陕北黄土丘陵沟壑区的盛果期山地苹果为研究对象,2008-2010年连续3年监测其树冠外大气降水、树冠穿透降水和树干径流,分析不同降水因子对树冠截留能力的影响.结果表明:研究区苹果树干径流率为0.8％,树冠截留率为8.9％,且株间的截留量高于行间,距树干越近,截留量越高.苹果树冠在雨季截留量较大而截留率较低,旱季截留量较小但截留率较高.苹果树冠截留量随降水量、降水强度、降水历时、降水间隔的增大而增加,为幂函数或对数函数关系;截留率随降水量、降水强度、降水历时的延长而降低,随降水间隔的延长而增加,呈幂函数关系.不同降水因素中,降水量对苹果树冠截留能力的影响最大.     

洞庭湖水系防护林树冠截留研究

运用雨量槽和虹吸自记仪对洞庭湖水系１８个主要防护林林分类型树冠截留进行了定点观测研究,建立了树冠截留随林外降水量的变化模型和树冠截留动态模型．７～８月多数林分树冠截留能力比４～６月大,且随不同时段和不同类型林分而异．不同林分树冠截留随林外降水的变化差异明显．     

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.     

岷江上游植被冠层降水截留的空间模拟

 通过对岷江上游实地踏查和定位观测研究,结合MODIS遥感数据,利用“3S”技术对岷江上游植被冠层降水截留进行了空间模拟。研究结果表明：岷江上游植被叶面积指数（LAI）与增强性植被指数（EVI）以二项式关系拟合效果较好。由于归一化植被指数（NDVI）存在的饱和问题,研究采用EVI反演LAI,统计结果表明：岷江上游LAI值在0～2之间的占28.57%,在2～4.5之间的占63.06%,大于4.5的占8.37%,其中LAI最大值为7.394;从冠层最大降水截留模拟结果来看: 植被较好的地区,如卧龙、米亚罗的植被冠层最大降水截留量较大,而干旱河谷、上游高山草甸等地的植被冠层最大降水截留量相对较低;附加冠层降水截留与降雨量呈线性相关,模型验证时以此为基础,模型模拟的结果较为理想。     

苏南丘陵区毛竹林冠截留降雨分布格局

降雨穿过林冠层时,由于林冠的拦截作用,改变了降雨分布格局。林冠截留是一个复杂的水文过程,受降水特征及林分特性的影响较大。本文以北亚热带苏南丘陵地区人工毛竹林(Phyllostachys edulis)为研究对象,利用2007年度各场次降雨观测数据,分析了降雨量和降雨强度与林冠截留降雨的关系,研究了林冠截留过程的特点。结果表明：（1） 研究期间共观测到102次降水事件,降水总量为1110.8mm,单次最大降雨量为110.0㎜,最小为0.55㎜,事件平均降水量为10.89mm,且绝大部分降雨为低雨强、中雨量级的降雨事件。（2） 研究期间林冠截留总量为171.72mm,占同期降雨总量的15.46%。单次林冠截留量变幅为0.21—4.55mm,截留率变幅为1.3%—100%,且随林外降雨量的递增,林冠截留率呈现递减的变化趋势,二者的关系用幂函数（I0=117.34P-0.9106）拟合效果较好。（3）在林外次降雨量小于5㎜的条件下,事件降雨量占年降雨总量的5.0%,相应的降雨事件频率为9.8%,此时林冠截留量随降雨量的增大而增加,其变幅为0.55—1.9㎜,截留量与降雨量的关系用对数函数（I=0.4931Ln(P) 0.9493）进行拟合效果较好;在单场降雨量大于5㎜时,林冠截留量随各场次降雨量的增加,其变动幅度和频率均大大增强,变化范围在0.21—4.55㎜之间,二者相关性较差。（4）降雨在7—10mm雨量级范围内时,林外降雨量和林冠截留量分别为245.14mm和47.9㎜,占其全年总量的比例均为最大,分别为22.07%和27.9%;各雨量级林冠平均截留量与平均降雨量的关系表现为对数函数关系（R2=0.7287）,而截留率与平均降雨量的关系表现为极显著的幂函数关系（R2=0.9817）,且林冠对降雨的截留作用在雨量级较小时,表现十分显著。（5）全年单场降雨强度小于0.06mm/min时,降雨事件频数为73.53%,降雨量占其总量的57.93%,林冠截留量占其总量的89.34%,降雨事件平均截留率（23.84%）远高于雨强大于0.06mm/min时的降雨事件平均截留率（3.92%）。本研究结果为长江中下游丘陵山区水土保持林和水源涵养林体系建设提供了理论依据。     

林冠截留与大气降水关系的数学模型

本文依据实测数据及有关资料,对林冠截留进行了深入细致的分析,并以物理化学中溶液吸附理论引伸出的上升-饱和函数关系曲线为类比,提出了一组关于林内雨量率、截留率、截留量与大气降水关系的新的数学模型。模型中的3个参数μm、P_o、k水文学意义明确,拟合效果较好,对深入研究林冠截留具有一定现实意义。 林内雨量率公式: 林冠截留率公式: 林冠截留量公式:     

六盘山主要植被类型冠层截留特征

通过野外观测和模型模拟,研究了六盘山主要森林类型的冠层截留量、冠层截留容量和冠层截留模拟参数的变化.结果表明：六盘山主要森林类型的冠层截留率在8.59%～17.94%,穿透降雨率超过80%,树干茎流率在0.23%～3.10%;冠层截留容量在0.78～1.84 mm,其中叶截留容量在0.62～1.63 mm,枝干截留容量在0.13～0.29 mm,且针叶林的冠层截留容量高于阔叶林.考虑冠层叶面积指数的冠层截留改进模型较原有模型具有更好的模拟精度, 其中,研究区红桦林、华山松林、李灌丛和辽东栎-少脉椴混交林的模拟效果较好,辽东栎林、油松林和华西四蕊槭 石枣子灌丛模拟效果相对较差,这可能与冠层结构、叶面积指数以及降水特性等差异有关.     

半干旱黄土丘陵沟壑区降水特征值和下垫面因子影响下的水土流失规律

水土流失是多种因素交互作用的结果,尤其在半干旱黄土丘陵沟壑区更具有典型性。选择定西市安家沟小流域(35°35′N,104°39′E)为典型区域,在其阴坡中部布设了15个径流小区,包括5种土地利用类型(农田、牧草地、灌丛、乔木林、自然草地)和3个坡度(10°、15°2、0°),进行径流、侵蚀和降雨前期土壤水分的测定。利用偏相关和方差分析等统计方法,研究了降水特征值及不同下垫面因子对水土流失的影响规律。结果表明,在黄土丘陵沟壑区:①径流量主要受降水量、最大30min雨强、以及降水量与最大30min雨强之积的影响。影响侵蚀量的决定性降水因子为降水量和最大30min雨强的乘积PI30与最大30min雨强,而与降水量、平均雨强的相关性较差;②坡度在10°~20°范围内的变化对径流量没有显著影响,而对侵蚀量有显著影响,在该范围内随着坡度的升高侵蚀量增加(尤以15°~20°范围内增加较快);③土地利用类型是影响径流侵蚀的一个极其关键的因素。在坡度和土地利用类型双重作用下,以土地利用为主导因素,坡度作用次之。即在一定范围内,人为扰动强烈且坡度高的农田和人工草地最易遭受土壤侵蚀;④径流与侵蚀主要与表层0~20cm的土壤水分呈正相关关系,而与下部其他层次土壤水分无明显相关关系。     

黄土高原丘陵沟壑区抗侵蚀植物叶表皮的生态适应性

采用叶表皮临时装片法研究了黄土高原丘陵沟壑区不同土壤侵蚀环境沟间地、沟谷地和沟间人工刺槐林地6种抗侵蚀植物叶表皮组成细胞的形态特征.结果表明: 沟间地抗侵蚀植物叶的上表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛〖JP2〗密度和表皮细胞密度分别比沟谷地提高93.8%、66.8%、17.9%、36.4%、42.3%、199.4%和46.5%,下表皮分别提高90.4%、76.6%、9.8%、47.1%、43.9%、98.2%和50.1%;沟间人工刺槐林地叶上表皮各形态指标分别比沟谷地提高66.7%、20.5%、11.9%、37.9%、19.8%、113.1%和10.8%,叶下表皮分别提高106.7%、45.8%、11.9%、41.3%、21.2%、52.2%和28.1%.沟间地植物叶上、下叶表皮毛长度分别比沟谷地缩短58.8%和29.7%,表皮细胞面积分别比沟谷地减少40.3%和37.0%.沟间人工刺槐林地叶上、下表皮毛长度分别比沟谷地缩短25.0%和23.6%,表皮细胞面积分别比沟谷地减少22.2%和19.2%.抗侵蚀植物通过增加叶表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度、表皮细胞密度和减少表皮毛长度、表皮细胞面积来适应较强的土壤侵蚀环境.     

黄土丘陵沟壑区狼牙刺的蒸腾作用研究

对狼牙刺和柠条的蒸腾日变化、月变化作了动态测定,研究了狼牙刺的蒸腾特性及其同环境因子及土壤水分之间的关系。结果表明:(1)狼牙刺和柠条的蒸腾速率日变化基本是以单峰型曲线为主,少数为双峰型。在10:00~14:00时段是狼牙刺和柠条的高速蒸腾期;蒸腾极大值多出现在12:00。(2)从6~9月份,狼牙刺和柠条的蒸腾速率呈逐月下降趋势,不同林龄狼牙刺之间的蒸腾速率月均值差异不明显,但狼牙刺与柠条的蒸腾速率月均值的种间差异比较明显,即柠条的蒸腾作用略高于狼牙刺。(3)一天当中,狼牙刺的蒸腾速率与光合有效辐射、空气温度密切正相关,与大气湿度负相关;6~9月,狼牙刺蒸腾速率的日均值与土壤水分状况密切正相关。(4)在黄土丘陵沟壑区进行人工林草植被建设过程中,应该主要充分了解物种在6、7月份(林木生长旺盛期)的耗水特点及土壤供水能力,以保证植被的快速恢复。     

Simple equations to estimate light interception by isolated trees from canopy structure features: assessment with three-dimensional digitized apple trees

* Simple models of light interception are useful to identify the key structural parameters involved in light capture. We developed such models for isolated trees and tested them with virtual experiments. Light interception was decomposed into the projection of the crown envelope and the crown porosity. The latter was related to tree structure parameters. * Virtual experiments were conducted with three-dimensional (3-D) digitized apple trees grown in Lebanon and Switzerland, with different cultivars and training. The digitized trees allowed actual values of canopy structure (total leaf area, crown volume, foliage inclination angle, variance of leaf area density) and light interception properties (projected leaf area, silhouette to total area ratio, porosity, dispersion parameters) to be computed, and relationships between structure and interception variables to be derived. * The projected envelope area was related to crown volume with a power function of exponent 2/3. Crown porosity was a negative exponential function of mean optical density, that is, the ratio between total leaf area and the projected envelope area. The leaf dispersion parameter was a negative linear function of the relative variance of leaf area density in the crown volume. * The resulting models were expressed as two single equations. After calibration, model outputs were very close to values computed from the 3-D digitized databases.     

黄土丘陵沟壑区自然恢复草被对浅沟侵蚀的影响

浅沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区的一种重要侵蚀类型.以往研究多侧重于农地浅沟,有关自然恢复草被对浅沟侵蚀影响的研究甚少.本研究采用野外原位冲刷试验,以裸地浅沟为对照,探究放水流量为5、10、15、20和25 L·min^-1条件下草地浅沟的径流产沙特征及侵蚀机理.结果表明: 与裸地相比,草地浅沟平均流速、稳定径流率、雷诺数、弗劳德数分别减小25.4%～67.3%、8.4%～26.6%、54.9%～80.5%、18.6%～65.1%,阻力系数增大0.09～7.18倍.草地浅沟最大产沙率、稳定产沙率和平均产沙率较裸地浅沟分别减小55.1%～90.9%、61.8%～95.4%和64.8%～92.4%;5～25 L·min^-1放水流量下,自然恢复草被的减沙效益可达65.9%～88.8%,且随放水流量增大,减沙效益呈减小趋势.与裸地相比,草地浅沟的平均径流功率和平均径流剪切力分别减小54.9%～80.5%和12.4%～51.1%,临界径流功率增大1.43倍,临界剪切力增大33.7%;草地和裸地浅沟平均产沙率与平均径流功率、平均径流剪切力均呈显著线性相关.自然恢复草被显著增加了浅沟抗蚀性能,降低了浅沟径流侵蚀能力.     

黄土高原丘陵沟壑区草地植物群落健康动态评价

植被恢复重建是遏制水土流失的有效措施之一,研究植被恢复重建过程、评价植物群落健康状况对加速植被建设具有重要的实践意义。本文根据黄土丘陵沟壑区的特点,建立了植物群落健康评价指标体系,对草地植被恢复重建过程中的不同阶段的植物群落的健康状况进行了评价。结果表明：植被群落活力变化过程呈抛物线型;群落组织力基本呈波动性变化;恢复力的变化则与活力变化过程相反,在群落活力达到最高水平时,群落的恢复力降至最低;土壤健康呈波动性上升的变化趋势。综合评价表明,植物群落健康水平随着演替过程的发展呈波动性且逐渐上升的变化过程。     

黄土高原沟壑区生态环境状况遥感动态监测——以陕西省富县为例

基于主成分分析耦合植被指数、湿度指数、地表温度和裸土指数4个遥感评价指标,对黄土高原丘陵沟壑区陕西省富县1995—2014年的生态环境质量进行评价.结果表明: 基于主成分分析确定权重的遥感生态指数能客观定量揭示区域生态环境的变化;富县生态环境现状整体上属于良好级别,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富;1995—2014年,富县生态环境总体上得到了较大改善,生态环境质量综合指数由3.17上升到3.53,牛武镇的生态环境质量整体状况最好,全县由西北方向到东南方向,生态环境质量改善的幅度逐渐递增,其中,交道镇和南道德乡变化最大;研究期间,生态环境质量等级下降地区的面积占全县总面积的16.7%,生态质量等级提高的面积占富县总面积的42.7%,生态环境等级提高的地区主要分布在县域中部的高塬和丘陵沟壑地、县东北部的土石低山区、西南的子午岭自然保护区.     

内蒙古鄂尔多斯黄土丘陵沟壑区茭蒿群落种间关系

对内蒙古鄂尔多斯黄土丘陵沟壑区不同群落中茭蒿种群格局及茭蒿生态位宽度和生态位重叠进行研究,结果表明:茭蒿种群在梁顶生境中随着撂荒恢复演替的进行,分布格局由随机分布转向小尺度聚集分布再转变为较大尺度聚集分布,与此同时种群空斑面积显著增加,种群领地减小;在沟谷生境中茭蒿种群则呈现典型的随机分布,种群空斑面积显著低于梁顶各群落,种群领地显著高于梁顶各群落.梁顶-沟谷生境梯度上,茭蒿的生态位宽度最大,表明其具有较强的资源利用能力,对环境的适应能力较强,可以广泛分布在梁顶和沟谷各种生境中;生态位重叠分析表明,茭蒿属于一个演替前期物种.     

黄土丘陵区荞麦引种试验研究

以解决黄土丘陵区荞麦品种老化问题为主题,通过1995-1997年3年对239个荞麦品种的试种,鉴定,筛选,选择出了5个适应黄土丘陵区生态条件且高产,稳产的荞麦品种,并提出了该区荞麦品种的生态类型。     

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.     

基于茎干直径微变化制定苹果灌溉制度

茎干直径的动态微变化是研究植物体水分和生长状况的重要指标。利用测树器监测西北旱区盛果期苹果树茎干直径微变化规律,根据监测记录获得茎干直径日最大值(MXTD)、茎干直径日最大收缩量(MDS)数据,并探讨茎干直径微变化规律及其对环境因素的响应,为茎干直径微变化用于指导精确灌溉提供科学依据。实验结果表明,晴天或多云天气下,苹果树茎干直径在每天的7:00或8:00时刻达到一天最大值,在16:00左右达到一天的最小值,茎干直径年增长量与果实产量成反比例关系。整个生育期MXTD呈先快速增加后平稳的变化特征。2010年MDS与茎干水势(φstem)呈显著负相关关系(r2=0.76***,n=14),这表明MDS可以反映苹果树的水势状况。生育后期的MDS对环境因素响应比生育前期敏感,全生育期MDS与气象因素的决定系数大小顺序为日最大水汽压差(VPDmax)日最高温度(Tmax)净辐射(Rn)。茎干直径微变化规律可以反映西北旱区盛果期果树的水分状况,可以为果园灌溉制度的确定提供科学依据。     

花期苹果树冠氮素营养状况的卫星遥感反演

以山东栖霞为研究区,基于TM和ALOS影像获取花期苹果树的冠层反演反射率,结合实测反射率,构建并筛选氮素敏感光谱指数,以敏感光谱指数为自变量,建立氮素反演模型,利用精度最高模型进行空间反演.结果表明： 光谱指数与氮素营养相关性为：冠层＞叶＞花,敏感指数构成以绿、红、近红外波段为主;反演模型精度为：支持向量机回归＞逐步回归＞单变量回归;基于不同影像的反演结果近似,叶N含量均以3～4等(27～33 g·kg^-1)为主,冠N指标均以2～4等(TM: 38～47 g·kg^-1; ALOS: 32～41 g·kg^-1)为主;基于不同影像的空间布局亦类似,研究区北部和南部的营养水平高于中部,叶N和冠N高等级区域位于西北部的苏家店镇和松山街道、东北部的臧家庄镇和亭口镇、南部的蛇窝泊镇等,与苹果生产重点镇布局一致.此研究为果树营养状况的宏观数据获取提供了可行方法,也可为其他类似遥感反演提供借鉴.