西藏东南部云杉的蒸腾耗水规律研究

为了解不同胸径云杉的蒸腾耗水规律,在西藏东南波密县云杉森林设置3个100 m×100 m样地,采用SFM1流体流量传感器,通过热比率法对西藏东南部不同胸径云杉树干液流速率进行监测。同时,利用美国ClimaVUE 50气象站对云杉群落生境的气象因子进行监测。在日尺度和季节尺度上,分析不同胸径云杉的液流速率与气象因子的动态变化规律,以及每小时液流速率与气象因子的相关性。结果显示:(1)不同胸径云杉树干液流速率均表现出典型的昼高夜低的单峰型日变化特征,且不同月份的平均树干液流速率不同,云杉瞬间最大液流速率分别为207.34 cm·h^(-1)(胸径10~20 cm, 7月3日,184 d)、207.84 cm·h^(-1)(胸径20~30 cm, 5月29日,149 d)、286.18 cm·h^(-1)(胸径30~40 cm, 7月8日,189 d)。(2)影响云杉森林林分蒸腾的主要气象因子为VPD(饱和水汽压差)、太阳辐射、风速和降雨。(3)在生长季,不同胸径云杉蒸腾耗水量变化均呈“先增加后减少”的趋势。同时胸径10~20 cm的云杉月耗水量最小出现在2月份(约为0.17 m^(3)),最大出现在7月份(约为0.47 m^(3));胸径20~30 cm的云杉月耗水量最小出现在12月份(约为0.62 m^(3)),最大出现在5月份(约为1.61m^(3));胸径30~40 cm的云杉月耗水量最小出现在1月份(约为1.35 m^(3)),最大出现在7月份(约为3.87 m^(3))。

滇中地区主要森林凋落物有效截留量及其影响因素

[目的]研究滇中地区主要森林类型凋落物有效截留量差异及其影响因素,为该地未来植被恢复和森林管理提供科学支撑。[方法]利用样方调查法、烘干法和浸泡法分析了昆明市双河—磨南德水源林自然保护区内的地带性次生常绿阔叶林(SF)、针阔混交林(TF)、旱冬瓜林(ACF)、华山松林(PA)、成熟云南松林(OPY)、幼龄云南松林(YPY)、银荆林(AD)7种主要森林类型凋落物未分解层(OL)和半分解层(OF)的有效截留量及其影响因素。[结果](1) 7种森林类型凋落物厚度为2.06~7.57 cm,其中OL层1.10~4.30 cm, OF层0.83~3.93 cm,凋落物层厚度排序为TF>ACF>PA>OPY>SF>AD>YPY,凋落物蓄积量为4.75~17.45 t/hm^(2),其中OL层占比为32.02%~62.48%,OF层占比为37.52%~67.98%,凋落物层蓄积量排序为TF>PA>SF>OPY>ACF>AD>YPY。(2)凋落物最大持水率为115.3%~170.7%,初始吸水速率为3.65~5.62 g/(g·h),凋落物持水率和浸水时间的关系可用对数函数y=aln(x)+b表示,吸水速率与浸水时间可用幂函数y=kt~n表示。(3)凋落物最大持水量为7.05~32.19 t/hm^(2),排序为PA>TF>SF>OPY>ACF>AD>YPY,有效截留量为5.45~25.34 t/hm^(2),以TF最高(25.34t/hm^(2)),PA(24.99 t/hm^(2))和SF(24.62 t/hm^(2))次之,YPY最低(5.45t/hm^(2)),影响有效截留量的场地特征主要为蓄积量、自然含水率、分解强度以及厚度,影响有效截留量的水动力过程主要是最大失水量、前6.0 h平均吸水速率和前2.0 h平均吸水速率。[结论]滇中地区未来植树造林应以针阔混交林为主,注重对地带性次生常绿阔叶林的保育,采取辅助自然更新的措施促进人工纯林向混交林演化,同时减少踩踏、收集凋落物等人类活动的干扰,从而增加森林生态系统凋落物的水源涵养能力。

干旱胁迫下环境与生理因子对晋西黄土区刺槐人工林树干液流的影响

【目的】探究干旱胁迫对晋西黄土区刺槐人工林蒸腾耗水的影响,揭示干旱胁迫下环境和生理对刺槐蒸腾耗水的调控机制,为晋西黄土区刺槐人工林的经营和水分管理提供理论依据。【方法】以晋西黄土区刺槐人工林为研究对象,通过降雨拦截试验(整个生长季减雨50%),连续监测刺槐的树干液流变化,并同步监测环境因子和水分生理变化,分析环境和水分生理对树干液流的影响。【结果】(1)干旱处理显著降低了刺槐的液流速率(Js),干旱处理下平均Js(0.92 g/(cm^(2)·h))显著低于对照处理下的平均Js(1.87 g/(cm^(2)·h)),但其变化规律相似。(2)干旱处理影响了刺槐的枝、叶相对含水量,且随着干旱处理时间的延长,枝、叶相对含水量降低。不同处理条件下,刺槐枝、叶水势和水容均呈“V”字型变化,干旱处理下的枝、叶片水势(-1.22 MPa、-0.72 MPa)低于对照处理(-1.15 MPa、-0.60 MPa)。干旱处理下枝、叶水容降低,分别为0.52 g/(cm^(3)·MPa)和1.05×10^(-2)g/(cm^(2)·MPa)。(3)刺槐树干液流的变化受气象因子、土壤水分条件和水分生理因子的共同影响,不同处理条件下蒸散的主控因子均为太阳总辐射,干旱处理下枝、叶水容对刺槐树干液流速率的影响减弱,表明相较于干旱处理,对照条件下刺槐更依赖于组织水容储水来满足蒸腾耗水。【结论】研究揭示了干旱胁迫显著降低了刺槐液流速率,但未改变其液流活动规律。刺槐人工林树干液流变化受多种因子的共同影响,主导因子依次为气象因子、土壤水分和水分生理因子。研究结果有助于深入理解干旱条件下人工林的蒸腾耗水过程的变化特征,对评估气候变化条件下黄土区人工林生态系统的稳定性和生态水文过程具有重要意义。

西双版纳热带雨林主要树种的树干径流碳通量

为探明热带雨林树干径流在森林碳收支中的地位和不同树种对树干径流碳通量的影响,本研究在中国西南部的西双版纳热带季节雨林选择6个优势树种(绒毛番龙眼、大叶白颜树、梭果玉蕊、细罗伞、蚁花、窄序崖豆),对树干径流量、总碳(total carbon,TC)通量及组分〔有机碳(total organic carbon,TOC)、无机碳(total inorganic carbon,TIC),溶解态有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、溶解态无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)、颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)和颗粒态无机碳(particulate inorganic carbon,PIC)〕开展为期1年的研究,结合该生态系统水文过程和森林生态系统碳通量的研究结果,探究树干径流在热带森林生态系统碳循环中的地位。结果显示:各碳组分的最高浓度均在雾凉季,除了POC的最低浓度在干热季外,其他碳组分平均最低浓度均在雨季。各碳组分除颗粒态无机碳和颗粒态有机碳外,其他组分的浓度均随径流量增加而减小。这6个优势树种由于树冠结构,有无附生植物以及树皮形态等方面的不同导致其树干径流量和碳动态的种间差异。有机碳是树干径流输出的主要形式,占总碳的82.43%;其中溶解态有机碳的输出比例最高,相当于全碳的71.30%,随后为溶解态无机碳(13.25%)、颗粒态有机碳(11.13%)和颗粒态无机碳(4.32%)。虽然树干径流量仅占总降雨量的0.62%,但树干径流的输出的年总碳(TC)通量为14.8 kg C·hm^(-2)·a^(-1),相当于生态系统的碳通量的1.18%。研究结果表明,该地区的树干径流在水量和碳输出方面对热带季节雨林的碳贡献相对较小。

森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响

径流情势和流域退水是反映水文过程至关重要的指标,除气候因素外,主要受到下垫面和流域水文地质特征的影响。利用准配对流域法,对比大兴安岭地区森林结构不同的2个小流域(老爷岭流域、圣诞村流域),排除气候和地形地貌的干扰,探究森林结构变化对流域径流情势及退水过程的影响。结果表明:老爷岭流域的全年洪峰历时比圣诞村流域延长5 h、平均洪峰滞时推迟2 h,洪峰径流量、变异系数均无显著差异。随着森林平均蓄积量、树种组成、郁闭度等森林结构指标的提高,老爷岭流域(森林结构综合指数较高)较圣诞村流域(森林结构综合指数低)的枯水径流时间低4 h,平均枯水径流深提高0.65 mm(是圣诞村流域3倍),平均枯水径流变异系数低33%,且流域间差异均达到了极显著水平(P<0.01)。通过退水分析,结果表明:老爷岭流域和圣诞村流域退水系数(k)的均值分别为16.9、8.5 d,退水常数(α)均值分别为0.909 4、0.862 6,老爷岭流域的平均退水时间比圣诞村流域延缓了8.4 d。该地区流域水文特征受森林植被变化的影响明显,森林结构复杂、森林质量高的老爷岭流域枯水径流量高并且稳定,退水过程更慢,水源涵养功能更好。

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。

吉林蛟河不同树种储水量分配特征与预测模型

【目的】分析吉林蛟河12个乔木树种整株及各组分含水率和储水量分配特征,构建并筛选各树种最优储水量预测模型,探讨不同树种储水量随森林发育阶段的变化,为该地区森林树种储水量估算提供模型参考。【方法】采用单因素方差分析,对比12个树种不同器官含水率和储水量占比的差异,并通过多重比较法进行显著性检验。应用肯德尔秩相关分析法,以胸径(D)、树高(H)、D2H为模型自变量,整株及各器官储水量为因变量,构建多种形式的储水量预测模型,并通过模型决定系数、参数显著性以及赤池信息准则筛选最优模型。结合林地信息,计算不同发育阶段树种的储水量。【结果】(1)12个树种器官平均含水率顺序为树叶>树根>树枝>树干。除千金榆外,其余树种在各器官储水量分配上普遍呈现树干>树根>树枝>树叶的趋势。随胸径增大,树枝储水量占比增大,而树干与树叶的储水量占比减小,树根储水量变化不显著。(2)12个树种的储水量预测模型均为对数函数形式,不同树种器官的最优模型自变量各异。(3)随着森林演替,单位面积乔木的储水量和生物量均增加。【结论】本研究揭示了储水量占比和含水率在器官间与物种间存在显著差异,其中储水量与树高、胸径之间存在种间特异性,且不同器官储水量占比随胸径增长呈现不同变化趋势。所筛选的储水量最优模型均为对数函数形式,其中单树种储水量预测模型具有较高的拟合精度,而全树种模型更适用于估算区域性储水量。本文阐明了吉林蛟河树木水分状况在不同时空尺度上的变化规律,有助于加深对生态系统动态过程的理解,并为该地区森林树种储水量的精确估算提供了可靠的模型参考。

喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应

[目的]研究喀斯特山地典型植被类型凋落物以及土壤水文效应,对该地区植被恢复具有重要意义。[方法]通过野外调查与室内分析的方法,选取喀斯特山地草地、草灌复合丛、灌丛、乔灌复合林和乔木林5种典型植被类型,探索不同植被类型下凋落物及土壤水文效应特征。[结果](1)5种典型植被类型凋落物蓄积量依次为乔灌复合林(3.57 t/hm^(2))、乔木林(3.00 t/hm^(2))、草灌复合丛(2.18 t/hm^(2))、灌丛(1.94 t/hm^(2))、草地(1.8 t/hm^(2)),植被类型以及凋落物分解程度均与蓄积量呈极显著相关(p<0.01);凋落物有效拦蓄量、最大拦蓄量均以乔木林最高、乔灌复合林及草地次之,均随分解程度增加而降低,二者分别与植被类型和分解程度呈极显著相关(p<0.01)。(2)土壤自然含水量、最大持水量、毛管持水量、最小持水量均以乔木林和乔灌复合林较大,草地较小,植被类型对土壤各持水指标影响均极显著(p<0.001)。(3)凋落物拦蓄量通过影响土壤容重,改善土壤质地和孔隙状况,提高土壤的水文效应。[结论]结合喀斯特地区植被恢复的困难性,采用乔灌植被开展植被恢复能够更好地改善凋落物及土壤水文条件,提高植被恢复效益。

中亚热带不同演替阶段森林土壤水分时空异质性

【目的】探究典型中亚热带区不同演替阶段森林群落土壤体积含水量的时间(年、干湿季)与空间(土层)异质性特征,分析森林群落演替进程中引起土壤不同土层体积含水量异质性的主要因素,为区域林水资源管理及森林生态系统服务功能评估提供基础数据。【方法】选取云南玉溪磨盘山的典型森林,包括演替初期的云南松林(PF)、演替中期的云南松阔叶混交林(PBMF)和顶级群落常绿阔叶林(EBF),应用时域反射法与经典统计学分析法,于2021年5月至2022年4月测量样地0~60 cm土层内每10 cm土层的土壤体积含水量,探析森林土壤水分的时空异质性及影响因素。【结果】1)在气候干湿分明、干旱频繁的中亚热带地区,森林土壤储水量在时间上呈中等变异且与降水变化趋势一致。随演替进行,年均土壤储水量为EBF最大,MPBF次之,PF最小。EBF与PBMF全年土壤储水量较PF分别平均增加31.24%和15.22%。2)3种演替阶段森林的土壤体积含水量均随土层加深而增大,0~10 cm土层土壤体积含水量平均比50~60 cm土层低45.22%,土壤体积含水量变异系数与土壤体积含水量呈显著负相关(P<0.05)。3)土壤体积含水量与林分密度、树高、胸径、土壤密度、土壤砂粒含量均极显著负相关(P<0.01),与叶面积指数、郁闭度、土壤孔隙度、黏粒含量、粉粒含量、有机质含量和有机碳含量均极显著正相关(P<0.01),叶面积指数、土壤孔隙度、粉粒含量、有机质含量和有机碳含量与土壤含水量的关联程度最高。【结论】云南玉溪磨盘山不同演替阶段森林的年、干湿季和0~60 cm土层的土壤体积含水量变异系数均值分别为19.86%、17.31%、14.06%和20.58%,均表现出中等强度异质性,随演替进行森林土壤储水能力不断增强。叶面积指数、土壤孔隙度、砂粒含量、有机质含量和有机碳含量是土壤不同土层体积含水量产生空间异质性的主导因素。

华北落叶松林不同坡位土壤含水量对降雨的响应

为明确森林坡面不同坡位土壤含水量对降雨的响应差异,选取六盘山半湿润区华北落叶松林典型坡面为研究对象,于2022年5—10月连续观测降雨等气象因子,以及不同坡位(坡上、坡中和坡下)0~60 cm根系层土壤含水量变化,分析生长季土壤含水量对不同降雨事件的响应及其坡位差异。结果表明:土壤含水量存在坡位差异,其平均值表现为坡上>坡中>坡下,且土壤含水量的波动在坡中最大;降雨对土壤含水量的补给有坡位差异,降雨补给阈值在坡中最小,为1.9 mm,在坡下最大,为2.3 mm;不同土层土壤含水量对降雨的响应有坡位差异,在小雨事件中,各坡位0~20 cm土层响应速度最快,但在中雨和大雨事件中,坡中和坡上40~60 cm土层土壤含水量对降雨的响应早于20~40 cm土层,表明在坡中和坡上土壤中可能存在优先流。研究结果对于理解坡面土壤水分运移及其再分配有重要意义。

基于文献计量的森林水源涵养功能研究热点与趋势分析

森林作为陆地生态系统水源涵养的主体,其水源涵养功能及其价值的研究一直是森林生态系统服务功能领域研究的热点问题。为探究森林生态系统水源涵养功能的发展脉络、研究热点和前沿趋势,文章基于中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)核心合集数据库,利用可视化工具CiteSpace和VOSviewer绘制森林生态系统水源涵养功能研究的知识结构图谱,分析该领域论文发表的数量动态、国家与机构合作关系、热点问题及前沿动态等。结果表明:全球范围内,森林生态系统水源涵养领域的发文量稳步上升,尤其是中国在该领域研究的国际影响力逐年提升;从发文量来看我国居第一位,但美国与其他国家间的合作更为密切;该领域的发文机构中,中国科学院在CNKI数据库和WOS数据库收录的文献量均是最多。森林生态系统水源涵养的中、英文文献研究热点分别为森林水源涵养功能、生态系统服务及其对气候变化与土地利用变化的响应等;从发展趋势来看,中文文献在森林生态系统水源涵养领域研究侧重于枯落物层和土壤层的水文效应,而英文文献侧重于干旱条件、空间变异及景观格局变化对水源涵养功能的影响。整体上,未来我国应进一步注重变化情景下(如气候变化、森林结构变化、土地利用变化等)不同时空尺度水源涵养功能变化及其评估等研究,以期更加有力服务于水资源的综合管理及风险防范决策。

华北土石山区油松生长季夜间液流分配特征

【目的】通过对油松生长季夜间液流特征和环境驱动因素的研究,揭示夜间液流组分拆分特征,探讨夜间液流的组分与气象因子之间的相关关系,以及茎干补水对气象因子的响应,为华北土石山区水资源和水源涵养林管理决策提供理论依据。【方法】以华北土石山区的油松作为研究对象,根据径阶大小选取18棵样树,在2014年生长季运用Granier热扩散探针技术(TDP)持续观测夜间液流,结合称重式蒸渗仪和自制微型蒸渗仪来计算蒸腾量,解析夜间液流的去向;并进行夜间液流与土壤含水量、大气温度、湿度及光合有效辐射等气象因子的相关分析,以确定主要驱动因素。【结果】在6—9月典型晴天,夜间液流速率都呈逐渐降低趋势,18:00—24:00的夜间液流速率高于00:00—05:00,夜间液流主要用于对白天失水过多的茎干进行补水,以至于在24:00时油松茎干储水量基本达到饱和,因此,00:00—05:00夜间液流速率趋于稳定;油松夜间液流用于茎干补水的比例(95.34%)显著高于用于夜间蒸腾量的比例(4.66%);油松夜间茎干补水量与饱和水汽压差呈极显著正相关(R^(2)=0.793,P<0.01),而对土壤含水量变化响应不敏感(R^(2)=0.105,P>0.05),表明夜间液流主要受饱和水汽压影响。【结论】华北土石山区的油松生长季夜间液流随着夜间时间的进行呈现逐渐降低的趋势;绝大部分的夜间液流用于夜间茎干补水,在气象因子中,饱和水汽压是驱动夜间茎干补水及夜间液流的重要因子(P<0.01)。

模拟干旱下杨树树干液流特征及其对环境因子的响应

[目的]研究干旱对杨树人工林树干液流的影响,可以深入理解杨树人工林对全球降水格局改变的响应。[方法]于2018年9月—2020年11月以东台林场10年生杨树(Populus deltoides)人工林为对象,采用穿透雨移除法模拟干旱处理:CK(对照)、D_(1)(30%穿透雨移除)、D_(2)(50%穿透雨移除),利用热扩散探针技术连续测定杨树人工林的液流变化,结合同步监测的环境因子,揭示杨树人工林对环境因子的响应规律。[结果](1)3个处理下杨树人工林树干液流年变化曲线呈现单峰型,与饱和蒸汽压差、光合有效辐射的年际变化曲线相似。树干液流速率在夏季达到峰值,接着随着时间推移逐渐下降,到达林木休眠期时液流密度趋近于0;(2)模拟干旱下,随着截流程度增大,树干液流随之降低。D_(1)和D_(2)生长季液流密度平均值比对照组显著下降了24%~39%(p<0.05);(3)混合效应模型表明饱和蒸汽压差和土壤温度与液流变化极显著相关(p<0.01),大气温度,降雨量和土壤温度与液流变化显著相关(p<0.05)。[结论]移除30%的穿透雨提高了各环境因子对液流变化的解释程度,即干旱条件下会提高树干液流对环境变化的敏感性,其中土壤含水量对液流变化的解释率最高。未来仍需继续探讨树木自身性状对环境的响应。

密云水库上游潮白河流域丰平枯特征及其与入库水量的定量关系

[目的]揭示密云水库上游潮白河流域水量变化的年际时序规律及丰平枯季节性差异,为京津冀地区水资源高效利用及生态用水保障提供决策参考。[方法]在收集流域水量数据,进行潮白河流域逐月丰平枯水期分析的基础上,采用距平百分率解析潮白河流域水量变化特征,并推导流域丰平枯时段与径流水量的定量化关系。[结果]2010—2021年,潮白河流域的枯水期历时远大于丰水期和平水期时间,但丰水水量及其距平百分比每隔1~2 a均会呈现指数级增长趋势,表明潮白河流域近年来更多的表现出了极端的气候特征。潮白河流域的丰水时段均主要出现在7—12月,流域平水时段基本伴生于丰水时段,但是2010—2021年,潮河与白河流域仅出现了6~7个月的平水期;枯水时段占据了12 a来的大部分时期,阶段性密集分布在除丰水期和平水期以外的所有时段。在所有时段,白河流域的水量均高于潮河流域,这可能归因于春季融雪对径流的补给。[结论]2010—2021年,潮白河流域极端降水时间增多,但枯水时段的比例远高于平水期和丰水期。3者的比例关系是影响流域水量最重要的因素。

桉树人工林对水文过程的调控作用研究进展

桉树人工林是我国南方地区重要的速生用材林,但桉树种植是否会对区域水资源造成较大影响一直存在争议,这主要是由于桉树人工林种植对水文过程的影响机理仍不清楚,缺乏系统的梳理和总结。本文从森林对水文过程的调控作用入手,根据降水在桉树人工林生态系统中的再分配和转化过程,综述林冠层截留、枯落物层拦蓄、土壤层涵蓄和蒸发散等对水文过程的调控作用。结果表明,桉树人工林对水文过程的调控作用主要受到降雨强度、林分结构、土壤特性和植物蒸腾等因素的影响,进而制约桉树人工林水循环过程和水量平衡及区域水资源可持续利用。未来应加强林分结构变化和不同经营管理措施对桉树人工林水文调控作用的影响机制、气候变化条件下不同时空尺度桉树人工林对水文过程的调控机理研究。

立地环境和林分结构驱动的辽东栎林生长与模拟

【目的】定量研究宁夏六盘山区辽东栎(Quercus mongolica)林的树高和胸径生长对气候、地形、土壤、林分结构等多种因子变化的响应规律,在此基础上构建多因子耦合模型,准确模拟和预测气候等因子对森林生长的影响。【方法】依据宁夏六盘山区环境梯度,2021—2022年对79块辽东栎天然次生林样地进行每木调查,利用上外包线法确定林分平均树高和平均胸径对立地环境和林分结构等因子的响应关系和函数类型,通过连乘构建多因子耦合模型框架并基于实测数据拟合模型参数,用于模拟气候变化对辽东栎林生长的影响。【结果】同时影响六盘山区辽东栎林平均树高和平均胸径生长的主要因子是林龄、林分密度、年均降水量、年均气温、土壤厚度。平均树高和平均胸径随林龄增大呈缓慢−快速−缓慢的生长变化,随林分密度增大呈先稳定后加速下降的变化,随土壤厚度和年均降水量增大呈先快速增加后渐趋平稳的变化,随年均气温升高呈先快速上升后快速下降的单峰变化趋势。根据林分平均树高和平均胸径对各单因子的响应函数构建了二者的多因子耦合模型,预测精度较高(R2>0.70)。对年均气温升高1.5℃的情景模拟结果表明,整个六盘山区的辽东栎林平均树高和平均胸径生长速率都会降低,其降低幅度在气候冷湿的六盘山区南部分别为10%和7%,在气候暖湿的六盘山区中部分别为15%和12%,在气候暖干的六盘山区北部分别为18%和13%。【结论】宁夏六盘山区辽东栎次生林的平均树高和平均胸径生长同时受气候、林分结构、立地环境等多因子的影响,建立反映多个主要因子(年均降水量、年均气温、林龄、林分密度、土壤厚度)影响的耦合生长模型可以准确预测气候变化和密度调控对树高和胸径生长的影响。未来的气温升高将会降低平均树高和平均胸径的生长,但降低幅度存在区域差异,表现为气温越高的区域降低幅度越大,需要分区采取不同的森林管理应对措施。研究结果可为预测气候变化影响和确定森林管理措施提供理论与技术支持。

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙(径流量和输沙量)、雨沙(降雨侵蚀力和输沙量)和能沙(径流侵蚀功率和输沙量)关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明:1)长江流域3个典型流域及2个典型小流域,在绝大部分情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度修正的决定系数最大值分别可达到0.94、0.87和0.54。2)对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q_(1)分位点总是接近1且第二个流量Q_(2)分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3)随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点(P<0.05)。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势(P<0.05),其能沙关系均表现出非一致性变化。4)水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关(P<0.001)。通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型的年决定系数(R^(2))可提高27.28%~97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。

1951—2020年黄河上中游径流变化特征及归因分析

【目的】河川径流是地表重要的水资源,对其变化特征和原因进行解析,是流域水资源科学管理规划的前提。【方法】本文采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验、Budyko弹性系数法等方法分析了黄河上游和中游近70年(1951—2020年)径流变化的趋势和成因。【结果】(1)1951—2020年黄河上游年降水量呈不显著增加趋势(4.04 mm/(10 a),P> 0.05),中游呈不显著减少趋势(4.90 mm/(10 a),P> 0.05);上游、中游年潜在蒸散发均呈不显著增加趋势(1.77、2.23 mm/(10 a),P> 0.05);(2)黄河上游和中游1980—2020年土地利用/覆盖变化明显,主要表现在林草面积的增加,上游、中游年NDVI分别以0.025/(10 a)、0.042/(10 a)的速率显著增加(P <0.01);(3)1951—2020年,上游和中游年径流量分别以3.46、7.46 mm/(10 a)的速率显著减少(P <0.01),并分别在1986年、1990年发生突变;(4)上游和中游径流对降水变化最为敏感,其次是土地利用/覆盖变化、潜在蒸散发变化,且径流对各影响因子的敏感性逐年增强,即气候和土地利用/覆盖的变化将更容易引起径流的变化;(5)土地利用/覆盖变化是导致黄河上游和中游径流减少的主要原因,其次是降水和潜在蒸散,但各影响因子对径流变化的影响性质和程度在上游和中游不同区间存在一定的差异。其中,上游地区降水、潜在蒸散发、土地利用/覆盖变化对径流的影响性质和程度分别为-14.04%、1.30%、112.73%;中游地区分别为21.54%、3.63%、74.83%。【结论】1951—2020年黄河上游和中游径流变化是气候变化和土地利用/覆盖变化共同作用的结果,但主要影响因素为人类活动主导的土地利用/覆盖变化,且各因子对径流的影响在不同区间存在一定的差异。本研究结果可为黄河上游和中游不同区间的水资源管理和综合治理提供理论支持。

鼎湖山森林流域地表水与地下水水质的长期特征

【目的】探究森林流域地表水、地下水的水质特征及其动态变化,为区域环境变化应对及生态环境建设与管理提供参考依据。【方法】以鼎湖山国家级保护区东沟完整流域为对象,依照中国生态系统研究网络森林水环境监测规范,对鼎湖山森林流域流动地表水、浅层地下水水质开展长期定位观测。【结果】研究期间(2005—2018年),鼎湖山流域大气降水整体呈现为弱酸性(pH值为5.85±1.10);相较于同期大气降水,森林流域流动地表水显著酸化(pH值为4.76±0.58,P<0.01),而流域下游浅层地下水则有一定程度的酸度改善。整体上,大气降水的矿化度较低,且无论干、湿季,浅层地下水矿化度均极显著高于大气降水和流动地表水(P<0.01);对溶解氧和化学需氧量指标的长期测定结果均表明鼎湖山森林流域地表水、地下水受人为污染的程度低,水质优。通过对水体中主要离子含量的比较分析发现,流域下游浅层地下水水体阳离子Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)和阴离子SO_(4)^(2-)、Cl^(-)含量均极显著高于流动地表水(尤其是Ca^(2+)和K^(+)增幅剧烈),而NO_(3)^(-)在地下水中含量却显著低于流动地表水(P<0.05);除浅层地下水中SO_(4)^(2-)含量存在干、湿季间的显著性差异(P=0.03)外,其余离子的季节间差异均未达到显著水平。【结论】严格保护下的鼎湖山森林流域地表水、地下水水质均较优,可以作为该区域水环境治理的本底参考。

晋西黄土区典型人工林土壤水分的垂直分布特征

【目的】探究晋西黄土区人工林恢复过程中0~500 cm土层土壤含水量垂直特征,为改善人工林土壤水环境,实现林水平衡提供理论依据。【方法】以晋西黄土区蔡家川流域5种典型人工林(刺槐Robinia pseudoacacia、侧柏Platycladus orientalis、油松Pinus tabuliformis、刺槐-侧柏、刺槐-油松)为研究对象,通过土钻烘干法测定0~500 cm土层土壤含水量,分析人工林土壤含水量的垂直特征。【结果】研究区典型人工林平均土壤含水量由大到小依次为侧柏、刺槐-侧柏、油松、刺槐-油松、刺槐,5种人工林土壤含水量差异显著(P<0.05),降水量及土壤质地是影响人工林土壤含水量的主要因素;在垂直方向上,人工林土壤含水量变异程度均为中等变异,变异系数随土层深度的增加呈减小趋势,约在360 cm土层形成稳定变化,人工植被主要影响0~360 cm土层内的土壤水,5种人工林中刺槐林地土壤水分变异程度最大,侧柏林地土壤水分最为稳定;采用有序聚类法将人工林土壤水分垂直层次划分为交换层、利用层、调节层和稳定层,不同林分间层次划分深度存在一定差异。【结论】研究区人工林可导致土壤含水量一定程度的减少,刺槐、油松、刺槐-油松林会加剧对深层土壤水分的消耗,其中刺槐林对深层土壤水分的消耗最为明显,建议在林业生态工程建设时,适当减少刺槐林面积,提高侧柏栽植比例。对现存土壤含水量较低的刺槐林,通过间伐降低林分密度,或将其改造为混交林,以期改善土壤水环境,实现林水平衡。