从同步数据分析乔木树干液流与气象因子的关系

[目的]树干液流是研究植物蒸腾耗水的重要生理指标,树种和气象因子均是其关键影响因素。本文旨在消除树种因素限制,探讨树干液流与气象因子之间的关系。[方法]以哈尼梯田水源区3种林分中10种乔木树种为研究对象,采用Granier热扩散探针技术测定其树干液流速率,将其同步数据与气象因子进行关联分析。[结果]从次生落叶阔叶林和原生常绿阔叶林的7779条乔木树干液流速率数据中发现7条异常数据,且这些异常数据在各个树种中都表现出同步一致性;进一步关联分析表明,太阳辐射的突然增加是产生乔木树干液流数据同步上升的主要原因,而降雨则是产生树干液流数据同步下降的主要原因,两者的变化可导致其他气象因子发生变化,从而影响树干液流速率;树干液流与气象因子存在一定的时滞效应,在发生同步异常数据的气候条件下,树干液流滞后太阳辐射0~30 min,提前于饱和水汽压差、气温和湿度0~60 min,滞后或提前时间远小于正常气候条件下各树种的时滞时间。[结论]乔木树干液流受到太阳辐射和降雨等气象因子的综合调节,其中太阳辐射的影响最为显著。研究结果可为从生理生态角度探究乔木的蒸腾作用与气象因子的关系提供科学依据。

不同降雨类型下植被剔除对灌木林降雨再分配特征的影响

[目的]为探究不同季节及降雨类型下,林分冠层结构发生改变对降雨分配特征的影响。[方法]以喀斯特区典型灌木林为研究对象,选取3个10 m×10 m的样地,分别进行30%(TC_(30))和10%(TC_(10))的植被剔除,并以不剔除(TC_(0))作为对照,分别于旱雨季对剔除处理后各样地的穿透雨、树干径流等进行监测。[结果]旱雨季不同降雨类型下,各样地穿透雨率为72.3%~96.6%,不同剔除比例下样地间穿透雨率总体上无明显差异。无论在旱季或雨季,树干径流率在各降雨类型下均表现为TC_(0)(5.6%~13.9%)>TC_(10)(4.8%~8.1%)>TC_(30)(2.1%~6.1%),其中旱季中雨、雨季大雨和雨季暴雨下差异显著(p<0.05)。相较TC_(0)和TC_(10),TC_(30)样地的降雨输入量(穿透雨+树干径流)在旱季或雨季均为最高(分别为98.9%和94.8%)。[结论]综上可知,剔除植被对穿透雨率影响不明显,但可显著降低树干径流率,且适当疏林可提高降雨输入量,增加土壤和植被可用水量,提高降雨-土壤水转化效率,研究结果可为喀斯特区提高降水资源利用效率提供参考。

南亚热带3个潜在绿化树种水分利用种间差异及环境响应

【目的】结合气象条件与树木生理特性,深入探究南亚热带针阔叶林群落中木荷、锥和马尾松3个绿化树种在水分利用方面的种间差异,并了解它们在复杂环境变化下的适应机制,以促进树木资源在园林绿化应用中的优化配置,推动生态环境的可持续发展。【方法】利用Granier热消散探针法对3个绿化树种木荷、锥和马尾松的树干液流变化进行监测,结合温度、湿度、光合有效辐射、水汽压亏缺、土壤含水量等环境因子进行分析。【结果】干、湿季中,木荷、马尾松和锥的液流密度均表现出“昼高夜低”单峰曲线。干季时,3个树种的日平均液流密度存在差异,其中锥的日均液流密度最高,为11.84±1.13 g·m^(-2)·s^(-1),木荷和马尾松的日均液流密度相对较低,分别为7.81±0.74和8.71±1.64 g·m^(-2)·s^(-1);湿季时,液流密度整体有所上升,但树种间的差异仍显著,木荷和锥保持较高的液流密度,木荷和锥日均液流密度分别为9.41±4.74和12.05±5.18 g·m^(-2)·s^(-1),马尾松的日均液流密度为6.59±3.24 g·m^(-2)·s^(-1)。光合有效辐射和水汽压亏缺是驱动树干液流的关键因素。随着光合有效辐射和水汽压亏缺的上升,3个树种的液流密度均呈上升趋势。当光合有效辐射和水汽压亏缺达到一定阈值后,液流密度的增长速度会明显减缓。土壤含水量对树种液流密度的影响相对较小。【结论】3个绿化树种中,马尾松的液流密度相对较低,木荷和锥的液流密度相对较高。在极端天气发生时,马尾松相较于阔叶树种更能适应干旱。在未来的城市绿化中应充分考虑不同树种的水分利用特性,合理搭配,以实现节水与绿化的目标。

基于Gash修正模型与神经网络优化模型的刺槐冠层截留模拟

[目的]对比分析Gash修正模型和神经网络模型在模拟和预测人工林冠层截留的适用性,揭示干旱区刺槐冠层截留及其响应过程,为深入了解森林生态水文过程及其调控机制提供科学依据。[方法]于2019年5—10月,以宁夏河东地区刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,定位观测了树干茎流和穿透雨并计算得到冠层截留,采用修正后的Gash模型与神经网络模型对刺槐林林冠截留量进行了模拟。[结果](1)研究区刺槐人工林的穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量分别为154.19,5.61,16.5 mm,产生穿透雨和树干茎流的阈值分别为1.37,2.17 mm。(2)Gash修正模型和优化后的神经网络模型均能较好地模拟刺槐冠层截留量,Gash修正模型的绝对误差、均方误差、均方根误差、平均绝对百分比误差分别为0.20%,0.06%,0.24%,52.43%,模拟结果拟合精度达到83%;与Gash修正模型相比,采用麻雀搜索算法优化后的BP神经网络算法模型(SSA-BP),均方误差降低了61.48%,平均绝对误差降低了40.39%,均方根误差降低了37.93%,平均绝对百分比误差降低了50.52%,决定系数提高了1.2%。[结论]在林木冠层截留模拟研究方面,加入麻雀搜索算法后的BP神经网络模型具有较好的可靠性,可以有效降低模拟误差,提高模型的预测精度。

粤北南岭典型林分旱雨季冠层降水化学变化

全球气候变化背景下,降水时空分布不均导致季节性干旱形势愈发严峻。为探讨旱雨季时期亚热带典型林分冠层对降水化学的分配和淋溶特征,以南岭针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,对大气降水、穿透水和树干茎流pH、TN、TP、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、Cu、Cd、Pb和Cr^(6+)质量浓度进行测定及分析。结果表明:1)旱季大气降水呈酸性,经常绿阔叶林冠层后pH值为6.82,降水酸性得到缓冲。2)大气降水化学输入主要以氮磷养分为主,重金属输入量仅占1.19%~1.44%;雨季大气降水化学输入总量高于旱季,雨季为4198.4 g/hm^(2),旱季为3251.5 g/hm^(2)。3)旱季常绿阔叶林冠层中和作用优于其他2种林分,旱季3种林分穿透水和树干茎流中化学物质浓度多高于雨季,旱季3种林分冠层对降水化学成分表现为淋溶作用,雨季仅有针阔混交林(含竹)冠层对降水化学淋溶作用明显。4)Cu在冠层降水中的淋溶程度极高,净淋溶沉积比介于1.22~16.4之间,可能是致使水体污染的重要指标。

基于特征提取的CNN-BiLSTM长白落叶松树干液流密度预测

【目的】树干液流密度是影响植物蒸腾的重要因素,其大小受太阳辐射、空气湿度、土壤水分等环境变量影响,准确测量或估计树干液流密度对于了解森林的水分利用效率、研究全球气候变化具有重要意义。【方法】本文提出一种基于特征提取的长白落叶松树干液流预测方法。首先,选取黑龙江省佳木斯市孟家岗林场的长白落叶松为试验对象,将林场气象监测站测得的9个环境变量和Granier法所测长白落叶松树干液流密度进构建数据集。其次,通过皮尔逊相关系数方法对环境变量与树干液流密度之间存在的线性关系进行分析。然后,应用转移熵方法对数据进行特征提取,提取出四个主要环境变量作为模型的输入。最后,搭建基于特征数据的CNN-BiLSTM混合模型,将数据集输入模型进行训练与测试。【结果】通过对比试验,将相关系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)作为预测精度的评价指标,CNN-BiLSTM方法在性能表现上优于BP、CNN、CNN-LSTM模型的预测方法。【结论】转移熵方法可以很好地分析环境变量与长白落叶松液流引入时滞后的因果关系,基于转移熵的特征提取构建的CNNBiLSTM模型能有效的提高长白落叶松树干液流的预测精度。

植物截留动态全过程模型研究

近年来极端天气导致洪涝灾害频繁发生,为提高自然生态系统的稳定性,我国制定大面积造林种草的国土绿化规划,利用植物拦截降雨、延迟汇流、削弱洪峰,抑制洪涝灾害。目前存在的植物截留动态过程模型大都基于数据拟合,关注植物截留内在机理的模型较少,且大都没有完整探究植物截留全过程。为阐述树冠特征及降雨特征对植物截留过程的影响,准确刻划植物截留动态全过程,基于水量平衡原理建立模型,模型分为:树冠截留阶段、树干截留阶段、树冠及树干饱和阶段、雨后干燥阶段,完整描述植物累计截留量的动态变化过程,并通过叠加全过程模型曲线的方式解决持续性降雨的植物截留问题。经验证,植物截留动态全过程模型的平均绝对误差处于0.0435~0.0714之间,均方根误差处于0.0753~0.0910之间,对植物截留过程的模拟效果整体较好,具体体现为:①模型与实验的累计截留量变化过程曲线在降雨阶段、饱和阶段及雨后水滴滴落阶段的变化趋势基本一致;②模型与实验的饱和截留量及达到饱和的时间相近,且模型整体呈现降雨强度越大,拟合效果越精确的特点。模型可以较好呈现不同降雨特征及植物特性下的累计截留量变化过程,可以用于植物截留量预测。

西双版纳地区热带季节雨林与橡胶林林冠水文效应比较研究

季节雨林和橡胶林是西双版纳热带森林系统中可以代表原始林和大面积种植的人工林两种林型 ,采用水量平衡法 ,利用对以上两种林分林冠水文各分量 1 996～ 2 0 0 1年的观测结果 ,初步分析其林冠水文效应 ,结果表明 :一年内 ,季节雨林林冠截留量 660 .6mm,树干径流量 80 .7mm,穿透降雨量 ,85 3.2 mm,分别占同期降雨总量的 41 .43%、5 .2 4 %、5 3.74% ;橡胶林林冠截留量 393.5 mm,树干径流量 1 0 4 .1 mm,穿透降雨量 1 0 96.8mm,分别占同期降雨总量的 2 4 .68%、6.68%、67.85 % ;两种林分森林水文各分量干、雨季差异显著 ;在研究中还发现 ,季节雨林中树干径流量随径级的增大而减小 ,干季出现密林 (季节雨林 )的穿透降雨量大于疏林 (橡胶林 )的反常现象 ;与我国其他地区相比 ,季节雨林和橡胶林有较大的林冠截留率及干流率。

贡嘎山暗针叶林生态系统林冠截留特征研究

林冠截留能力是反映森林与水关系的一个重要指标 .该研究充分考虑林冠结构特征与降雨特性 ,采用机械布样与林分叶面积指数相结合方法 ,观测了贡嘎山不同演替阶段的暗针叶林群落林内降雨 .结果表明 ,林内降雨量与林外降雨量线性相关 ,其回归系数可用来估计林冠蓄水蒸发系数 ,而截距可以用来估计林冠蓄水容量 ;林冠截留量与林外降雨量呈幂函数关系 .在原有预测季节或生长季林冠截留模型基础上 ,引入单场降雨平均强度 ,用叶面积指数修正林冠透水系数 ,建立新的林冠截留概念模型 。

长江上游森林植被水文功能研究

长江上游森林林冠截留量与林分郁闭度呈正相关， 当亚高山冷杉林的林分郁闭度为0．7时(5～7月)， 平均截留率为24％， 当郁闭度在0．3时(5～7月)， 平均截留率降为9．5％；从枯落物持水量来看， 箭竹冷杉林最大(6．0mm)， 藓类冷杉林最小(2．8mm)， 主要因为前者有较多的落叶伴生树种和灌木。岷江冷杉原始林的土壤最大持水量、枯落物最大持水量、苔藓层最大持水量比皆伐后形成的其他森林类型要大2．3～17．2倍， 从而具有更好的水源涵养功能。植被对径流的影响初步结论是， 森林大流域的年径流量常常大于少林或无林流域的径流量；不同采伐强度径流量比较是皆伐迹地＞择伐迹地＞原始森林。与全国其他森林类型的蒸发散研究比较显示， 长江上游森林的相对蒸散率较低， 为30％～40％， 这主要是由于海拔较高， 降水量大所致。

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486.7mm,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>3.2mm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).

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。

热带季节雨林和人工橡胶林林冠截留雾水的比较研究

利用 4a( 1 999～ 2 0 0 2 )的雾水截留观测资料 ,对西双版纳热带季节雨林和人工橡胶林林冠截留雾水进行了研究。热带季节雨林和人工橡胶林全年由林冠截留的雾水分别达 89.4± 1 3.5 mm和 1 8.6± 2 .5 mm(平均值±标准差 ) (雾季各占 62 .9%± 4.8%和 91 .9%± 6.3% ) ,分别占全年降水量的 4.9%± 1 .7%和1 .1 %± 0 .2 %。年雾水截留量与年降雨量呈负相关关系。月雾水截留量与月均最低气温呈显著的负相关 ,与月均相对湿度、月均 0∶ 0 0～ 1 0∶ 0 0风速呈显著的正相关。热带季节雨林全年 68%± 5 %、人工橡胶林40 %± 4%的有雾天气里可以收集到雾水 (分别为 0 .38± 0 .2 7mm/ d和 0 .2 4± 0 .1 2 mm/ d) ,且日雾水截留量与气温和风速呈显著的相关 ,即 :气温越低、风速越大 ,日雾水截留量越多。对本地区热带季节雨林生态系统的健康生长和维持而言 ,雾及雾水极大的弥补了降雨量的不足 。

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。

长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力的初步研究

论文在收集长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土壤层等3个水文生态功能作用层资料的基础上,根据山地气候带和群落生活型将长江上游森林归并为14个植被类型,对其降水截留规律和蓄水能力进行了综合评价。在森林综合蓄水能力中,土壤层和枯落物层持水量占了绝大部分比例,土壤非毛管孔隙度对森林蓄水能力具有决定作用,可以利用凋落物现存量和土壤非毛管孔隙度来评价和估算枯落物和土壤蓄水的综合能力。在长江上游各类森林植被中,常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、铁杉、槭、桦林、云杉林、冷杉林和硬叶常绿阔叶林具有较强的持水能力,这些植被在长江上游高山峡谷区山地垂直带中广泛分布,对整个流域水源涵养和水土保持具有重要作用。因此,在长江上游实施天然林保护和退耕还林工程等生态建设具有重要意义。

林冠对降雨截留的半理论模型

在林冠对降雨截留过程的研究中 ,将理论模型的考虑方法和经验模型的模拟方法结合起来 ,提出一种新的半理论模型。这个半理论模型既具有理论模型把过程与机理紧密联系的优点 ,又具有经验模型计算相对简单的长处 ,新模型与实验数据很好地符合 。

应用热脉冲技术对胡杨和柽柳树干液流的研究

应用热脉冲技术对干旱区胡杨(Populuseuphrtaicr)和柽柳(Tamarisspp.)树干液流速度进行了研究.结果表明:在正常生长状态下,胡杨树干单位面积液流通量为0 34L·cm-2·d-1,柽柳为0 15L·cm-2·d-1.树液流速的日变化表现出多峰形特征,在午后有短暂液流急速减小的现象,而晚上植物为了补充体内水分亏缺,保持一定的树液流量.随着胸径的增大,茎流速率和茎流量也随之增大.在生长季节胸径21cm和15cm的胡杨日平均耗水量23 3L和19 25L;基径5cm和4cm的柽柳日平均耗水量0 62L和0 37L.在生长季节(5～10月)胡杨总蒸腾量为3419 4L,柽柳仅为63 9L.

森林与雾露水关系研究进展

论文从雾露水的形成机制、森林对雾露水的截留量、雾露水对森林分布的影响及雾露水的生态效应方面,阐述了国外在该领域的研究动态和取得的成果,以期推动我国在该领域的研究工作。国外的大量研究表明,雾露水对于植物的生长、分布具有重要的生态意义,是森林生态系统水分平衡、养分循环不可忽视的输入项,其生态效应是多方面的。因而,进一步深入研究雾露水与森林的关系是必要的。

荒漠地区主要固沙灌木的降水截留特征

在草原化荒漠带沙坡头地区,利用草方格沙障并栽植灌木柠条和半灌木油蒿对流动沙丘进行固定,经过40a的演变,逐渐形成由矮灌木与草本植物覆盖的固定沙丘景观.降水是该地区唯一的补给水源,对维持荒漠生态系统的稳定持续发展具有极其重要的作用.试验对两种主要固沙(半)灌木单株植物冠层在自然降水条件下的截留损失水量、冠层截留容量以及截留率与降水属性参数的关系进行了分析,并利用固沙植物群落内植被盖度等指标将所测得单株植物冠层截留转换为一定群落水平上冠层对降水的分割效应.结果表明,不同灌木类型的群落之间对降水截留的影响存在显著差别,对盖度达34%的油蒿群落而言,当单株植物投影面积平均为3900cm2时,其冠层截留容量约为0 7mm,群落截留损失水量平均占年降水量的26 8%;而盖度达30%的柠条群落,当单株植物投影面积平均为4070cm2时,其冠层截留容量约为0 3mm,群落截留损失水量平均占年降水量的17%.当降水强度<0 5mm·h-1时,两种植物冠层截留水分与总降水量的比率随着降水强度的增加均呈明显的下降趋势;当降水强度>1mm·h-1时,油蒿冠层截留与总降水量的比率基本稳定在0 3～0 4,柠条冠层截留与总降水量的比率基本稳定在0 2～0 3之间,比油蒿群落冠层截留率低10%左右.

树冠截留降雨模型研究进展及其述评

根据国内外林冠截留模型研究的历史和现状,将模型分为三种类型(经验模型、半经验半理论模型、理论模型)进行系统归纳整理,对各类模型的特点做了简要评述。