不同森林类型枯落物水文生态功能对比研究——以甘肃祁连山和云南元阳梯田水源林为例

选择甘肃祁连山和云南省元阳梯田水源林枯落物为研究对象,对野外调查数据进行对比分析,结果表明:(1)祁连山枯落物平均厚度3.17cm,平均蓄积量为27.67t·hm-2;元阳梯田枯落物平均厚度2.33cm,平均蓄积量为6.86t·hm-2;前者比后者的枯落物平均厚度大1.4倍,平均蓄积量大4倍。(2)祁连山枯落物平均最大持水量为79.01t·hm-2,平均最大持水率为294.05%;元阳梯田水源林枯落物平均最大持水量为4.76t·hm-2,平均持水率为173.46%;前者比后者的枯落物平均最大持水量大16.61倍,平均持水率大1.7倍。

祁连山大野口流域青海云杉林水文特征与生态因子关系研究

为了探讨青海云杉林水文特征与生态因子变化关系,选择大野口流域为试验流域,充分利用历史监测资料以及现有生态监测设施仪器的优势,通过降水、林冠及树干截留、苔藓枯落物截留、土壤水分及温度、积雪消融、冻土冻融、土壤蒸发、河川径流、林分立地条件、林分气象因子、林分结构、苔藓枯落物结构、土壤特性等指标监测,采取特征参数统计、多元函数回归和相关系数等分析方法,研究了水文特与生态因子之间的相互关系。研究结论为:(1)建立了水位与河川径流量之间的回归关系,探讨了祁连山大野口流域河川径流量变化规律;(2)建立了气温、降水、土壤温度、冻土冻融、积雪消融等因子与河川径流之间的相互关系,得出了气温、降水与河川径流的变化趋势;(3)得出了苔藓、枯落物、土壤水热特征以及土壤特性与土壤蒸发之间的生态因子关系。研究结论为山地森林和水资源生态保护与建设提供科学依据和参考。

祁连山大野口流域森林水源涵养功能监测

根据祁连山寒区旱区的冻土冻融和融雪消融等生态现象的地域特色,充分利用祁连山大野口流域的历史监测以及现有生态监测设施仪器的优势,选择大野口流域为试验流域,沿着降水在森林生态系统中的传输途径,阐明了降水、林冠及树干截留、苔藓枯落物截留、土壤水分及温度、积雪消融、冻土冻融、土壤蒸发、河川径流、林分立地条件、林分气象因子、林分结构、苔藓枯落物结构、土壤特性等13个指标的试验监测方法;探讨了特征参数统计、多元函数回归和相关系数等分析方法的应用。本研究有助于深刻认识流域生态系统对于人类社会发展和维持生态安全的水文服务潜力,为发展和完善森林生态水文学提供研究成果和试验数据,为解决森林生态系统保护建设与开发利用水资源中潜在的林水矛盾提供参考和科学依据。

祁连山大野口森林公园游客行为特征研究

该研究以祁连山大野口森林公园为研究对象,通过实地考察及问卷调查的方法,对游客地域结构、游客结构、一般行为特征以及游客感知特征进行了研究。结果表明:大野口森林公园客源主要来自甘肃省,其中以张掖本地游客为主,客源地理集中指数为87.61;游客以受过高等教育的男性中青年为主,收入水平总体不高;绝大多数游客选择自驾车为交通工具,旅游动机主要以野餐野营为主。总体而言,游客满意度较高,有88.4%的游客愿意重游此地,游客最不满意的地方主要表现在景区环境卫生方面。基于研究结果,对大野口森林公园的开发建设和可持续发展提供了相关建议。

祁连山中段青海云杉林土壤肥力质量评价研究

以祁连山排露沟流域青海云杉林为研究对象,研究了海拔梯度上土壤肥力因子的分布特征及变化规律,并运用主成分分析法对青海云杉林土壤肥力状况进行了评价。结果表明:(1)研究区土壤呈碱性,pH值均大于8.0;高海拔地区(3300 m)含水量达到过饱和状态,各土层含水量均大于100%;随海拔升高,全氮含量呈增大趋势,全钾含量呈减小趋势,而全磷含量呈先减小后增大趋势;不同海拔梯度速效磷含量差异不显著(P>0.05),海拔3300 m处速效钾含量显著高于其他海拔段(P<0.05)。(2)不同海拔梯度下土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量都有明显的"表聚效应",其中3300 m处0~10 cm土层有机质含量高达325.93 g·kg-1,是本海拔段其他土层的1.6~1.8倍,是同土层其他海拔段的1.3~2.0倍。(3)土壤肥力因子间关系密切,土壤含水量与有机质、全氮呈极显著正相关关系,与土壤容重、pH和全钾呈极显著负相关关系,土壤养分含量之间存在不同程度的显著正相关关系。(4)不同海拔梯度土壤肥力质量为:3300 m>3200 m>3100 m>3000 m>2900 m。

祁连山林草复合流域气象因子、土壤特性及其蒸发对比研究

土壤蒸发是森林生态系统水文循环的重要环节,也是流域水量平衡计算的难点,为此,在祁连山大野口流域对土壤特性、土壤蒸发和气象因子进行定位监测,对监测数据用相关系数法进行分析,结果表明:(1)林地比草地土壤年蒸发量低80.99%,林地土壤年蒸发量占降水量的54.16%,而草地占98.02%。在土壤蒸发旺盛期,林地和草地土壤蒸发量分别占全年的80.87%和85.47%;在土壤蒸发平稳期,林地和草地蒸发量分别占全年的19.13%和14.5 3%。(2)与各气象各因子相关性的平均值比较,林地比草低平均低出3.15%。(3)林地比草地土壤孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度分别高出7.31%、7.63%、4.29%。本文通过林地和草地的土壤蒸发季节变化、土壤蒸发与气象因子相关性、土壤蒸发与土壤特性相关性等对比分析发现,虽然林地比草地土壤特性更有利于土壤蒸发,但气象因子是影响土壤蒸发的主成因子,林地形成的小气象环境抑制了土壤蒸发,使林地保持更多的水分供生长需要.本研究可为全面掌握森林生态水文学的水文循环机理和进行流域水量平衡计算提供科学依据和参考。

祁连山排露沟流域气温、冻土冻融与河川径流特征

通过统计分析祁连山排露沟流域气温、日照时数、土壤温度、降水、冻土冻融及河川径流等监测数据(2002-2011年),研究气温、日照、土壤温度、冻土冻融的变化特征,分析降水、冻土冻融与河川径流的关系。结果表明:年均气温1.7℃,年均日照时数127.1 h,年均土壤地表温度3.3℃,5,10和15 cm深处年均土壤温度2.3℃,20和40 cm深处年均土壤温度2.4℃;土壤开始冻结日期为10月11日左右,冻土结束消融日期为7月18日左右,季节性冻土存在时间为年均278天,占全年时间的76.16%;12月10日之前,冻土增厚的速率约1.22 cm·d-1,此后,冻土增厚的速率逐渐减小,平均为0.78 cm·d-1,直到3月20日左右,冻土增厚的速率减到最小,但冻土的累积厚度增加到最大,年均最大厚度约159.6 cm;从3月20日左右开始,冻土开始消融,消融的速率逐渐递增,平均为1.47 cm·d-1;河川径流量S与降水量P的回归模型为S=2.936P+9.587(R2=0.742 6),河川经流与冻土冻融厚度F d的回归模型为S=-10.361F d+1 388.498(R2=0.701 7)。

祁连山5种典型灌木林枯落物蓄积量及其持水特性

灌木林是祁连山森林的重要组成部分。以往的枯落物持水特性研究多集中在青海云杉(Picea crassifolia)林,对灌丛研究报道较少。因此,本文选择了祁连山区5种灌木林(箭叶锦鸡儿、吉拉柳、金露梅、鲜黄小檗、甘青锦鸡儿),研究其枯落物层持水特性,以期为该区域水源涵养型植被建设、植被生态水文效应评价、水资源综合管理提供理论与技术指导。结果表明:(1)不同灌木林林下枯落物半分解层蓄积量、最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量与有效拦蓄深均大于未分解层。(2)吉拉柳枯落物层(未分解层和半分解层)的最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量与有效拦蓄深最大,分别为155.46 t·hm-2、144.99 t·hm-2、91.68 t·hm-2、9.17 mm,其次为鲜黄小檗、箭叶锦鸡儿、金露梅、甘青锦鸡儿。(3)不同灌木林林下枯落物持水量、吸水速率与浸水时间的动态变化规律基本相似。枯落物持水量随浸泡时间延长而增长,在水中浸泡16 h时,其持水量基本达到最大值;未分解层和半分解层吸水速率在1.0 h最快,随时间延长吸水速率逐渐减缓,6 h后明显减缓,未分解层和半分解层吸水速率基本趋向一致。在枯落物持水作用较强的前2.5 h内,吸水速率最快的为吉拉柳,其次为鲜黄小檗。(4)未分解层和半分解层持水量和吸水速率与浸泡时间分别呈显著对数关系和显著幂函数关系。

祁连山青海云杉林动态监测样地土壤pH和养分的空间异质性

为了探讨青海云杉林对土壤p H和养分的影响,选择祁连山青海云杉林动态监测样地(340 m×300 m)为试验样地采集土样,利用经典统计学和地统计学方法对其空间异质性进行了研究。结果表明:(1)p H、水解氮和全磷为弱变异性,有机碳、全氮、速效磷、全钾和速效钾为中等变异性,它们的大小依次为速效钾>有机碳>速效磷>全氮>全钾>水解氮>全磷>p H。(2)半方差最优模型拟合分析表明,p H、全氮、水解氮、全磷、速效磷和速效钾均符合球状模型,有机碳和全钾均符合指数模型;p H、有机碳、全氮、水解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾的变程依次为108.8 m、88.5 m、112.8 m、131.9 m、143.3 m、73.3 m、73.3 m和134.7 m。从空间结构特征看,p H具有中等强度的空间自相关,而养分表现出强烈的空间自相关。(3)p H和养分均呈斑块状分布,有机碳和氮素具有相似的空间分布格局,全磷和速效钾分布变化较为明显,速效磷和全钾分布变化较为平缓。上述研究结果可为祁连山青海云杉林土壤p H和养分的取样设计和空间分布图制作等提供参考,也可为青海云杉林的土壤环境恢复与重建提供科学依据。

祁连山大野口流域土壤水分空间变化特征研究

土壤水分空间变化是流域水量平衡、水资源管理及利用、林分空间结构调控及土壤水资源植被承载力等研究的热点和关键科学问题。本文按照流域海拔、坡向、坡度、土壤层次、植被类型等不同,布设45个土壤水分监测探头,设置15分钟获取一个数据,对已取得的50万个数据利用变异系数等方法进行分析。结果表明:(1)土壤水分随海拔升高呈波动性增多趋势,可拟合关系式为Sw=0.025 3a-52.546(R2=0.651 5);(2)半阴坡土壤水分比半阳坡高出1.2倍、比阳坡高出1.7倍,半阳坡土壤水分比阳坡高出1.4倍;(3)小于25°的范围内,坡度越大,土壤水分越小;大于25°的范围内,坡度越大,土壤水分越大;(4)亚高山灌丛林土壤水分比乔木林高出1.5倍、比草地高出1.7倍,乔林土壤水分比草地高出1.2倍;(5)除苔藓枯落物覆盖较盖的土壤水分垂直变化从上到下依次表现出高高低的变化趋势外,其它的均表现出低高低的空间变化特点;(6)乔木林缘和阳坡草地土壤水分变异最大,半阳坡草地次之,其它区域的土壤水分变异最小。研究结论可为探索流域水资源管理及利用提供科学依据和参考资料。

祁连山大野口流域土壤水热空间变化特征研究

土壤水热对水源涵养功能的发挥影响较大,为了研究流域空间上的水源涵养功能变化规律,在祁连山大野口流域布设90个土壤水热监测探头,对已取得的100多万个数据采取相关分析、变异系数等方法,研究土壤水热空间的变化特征.结果表明:随海拔增大,土壤水分呈波动性增大趋势,增大率约为2.35%·(100m)-1,土壤温度呈波动性降低趋势,降低率约为0.74℃·(100m)-1.半阴坡土壤水分比半阳坡高1.2倍、比阳坡高1.7倍,半阳坡土壤水分比阳坡高1.4倍.半阴坡土壤温度比半阳坡低1.6倍、比阳坡低2.2倍,半阳坡土壤温度比阳坡低1.3倍.土壤水分与其深度呈二次函数的抛物线变化关系,土壤温度与其深度呈线性函数关系,深度每增加10 cm,其温度降低约0.536℃.亚高山灌丛林比乔木林土壤水分高1.5倍、比草地高1.7倍,乔林比草地土壤水分高1.2倍.亚高山灌丛林比乔木林土壤温度低1.6倍、比草地低2.3倍,乔木林土壤温度比草地低1.4倍.高海拔半阴坡灌丛林土壤温度变化最剧烈,低海拔阳坡草地土壤变化较小.研究成果可为探索流域水资源管理及利用提供科学依据和参考资料.

祁连山大野口流域青海云杉林分结构分析

采用特征描述统计、多度分析、相关系数分析等方法，对祁连山大野口流域49块样地的青海云杉群落和林分结构进行研究。结果表明：（1）海拔对树高影响较大，对冠长影响较小，与其它因子不相关；坡向对冠幅影响最大，对冠长、树高影响较小；坡度对这些因子几乎没有影响。（2）从水平结构来看，胸径断面和冠幅投影面积与所在陆面面积比值为0．31％和25．58％，从垂直结构来看，树高、冠长分别为1．10m·m^-2和0．71m·m^-2，从群落位置来看，优势木和被压木占78．08％，占主导位置。（3）径级从1～5cm到26～30cm、高度级从2～4m到18～20m、冠长级从2～4m到12～14m、冠幅级从2～4m到4～6m，其多度分别为89．4％、94．4％、77．8％和82．7％。（4）从相关系数分析来看，径级与多度、冠长与多度均符合三次多项式关系；胸径与树高、冠长、冠幅、树龄均中度正相关，符合线性多元回归函数。本文重点分析了与水源涵养功能密切相关的林分结构因子，为流域林分结构特征与水源涵养功能之间的机理研究提供基础数据和参考资料。

祁连山青海云杉林土壤理化性质和酶活性海拔分布特征

选取祁连山排露沟流域海拔2 900～3 300 m的青海云杉林为研究对象,通过野外采样和室内分析,研究了不同海拔梯度青海云杉林土壤理化性质和酶活性的分布特征,并探讨二者之间的关系。结果表明:(1)随着海拔的升高,土壤含水量、有机质、全氮、速效钾含量逐渐增大;而土壤容重、pH、全钾含量逐渐减小;土壤全磷含量先减小后增大,速效磷含量没有明显的变化规律。(2)随着海拔的升高,土壤蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性总体上呈增强趋势;脲酶活性总体上呈先减弱后增强趋势,蛋白酶活性变化幅度较小且差异不显著(P>0.05)。(3)土壤酶活性和土壤有机质、氮、磷、钾等密切相关,其中蔗糖酶、脲酶、蛋白酶与土壤全氮、全钾、速效钾具有显著相关性(P<0.05)。(4)4种土壤酶活性间呈显著或极显著相关,酶促反应具专一性和共同性特点。

祁连山大野口流域青海云杉林苔藓枯落物及其土壤水热特征分析

为探讨森林生态系统中苔藓枯落物的生态属性与其下层土壤水热之间的关系,采用样地调查法及特征描述统计、相关系数等分析法,对祁连山大野口流域49块样地的青海云杉林苔藓枯落物及其土壤水热特征进行分析.结果表明：苔藓枯落物平均厚度（6.0±0.3）cm,平均含水率为（101.9±6.3）%；0~10、10~20、20~40、40~60、60~80 cm 土层深的土壤含水率平均值分别为（66.24±4.22）%、（57.62±3.23）%、（48.44±3.21）%、（42.81±6.48）%、25.89%,各土层温度平均值分别为（7.2±0.26）（5.2±0.27）（2.8±0.29）（2.0±0.61）（1.6±0.95）℃；苔藓枯落物厚度与海拔、坡向、坡度、胸径、树高、冠长、冠幅、郁闭度、土壤各层含水率和温度等因子均极弱相关,甚至认为不相关；苔藓枯落物含水率与海拔为中度正相关（P〈0.05）,与40~60 cm 深的土壤含水率存在显著正相关,与其温度成中度负相关.

祁连山西水林区灌木林降雨截留特征

基于2014年5—9月的野外试验数据,采用野外观测与统计分析相结合方法,研究了祁连山排露沟流域5种典型灌丛:吉拉柳(Salix gilashanica)、箭叶锦鸡儿(Caragana jubata)、金露梅(Potentilla fruticosa)、鲜黄小檗(Berberis diaphana)和甘青锦鸡儿(Caragana tangutica)灌丛降雨截留特征,分析了降雨量对灌丛穿透雨量和截留量的影响。结果表明:研究期间共观测到降雨40次,年降雨总量为292.4mm,其中2~10mm的降雨事件出现次数最多;5种灌丛穿透雨量、截留量分别为吉拉柳灌丛183.5,108.9 mm;甘青锦鸡儿灌丛174.3,73.5 mm;箭叶锦鸡儿灌丛168.8,123.6mm;金露梅灌丛166.1,106.4mm;鲜黄小檗灌丛165.7,82.1mm;5种灌丛穿透雨量和截留量与降雨量均呈显著线性正相关(p<0.001);而穿透率和截留率与降雨量均以对数函数拟合较好(p<0.001)。

祁连山东段哈溪林区不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全钾分布特征

选取祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤为研究对象,研究和分析了不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全钾的分布特征。结果表明:全磷含量随海拔高度降低而增加,同一海拔高度下,不同土层全磷含量变化不大,3 016m和2 786m海拔处随土层加深略有下降,2 536m海拔处增加;全钾含量亦随海拔高度降低而增加,同一海拔高度下,不同土层全钾含量变化不明显,与全磷不同的是,3 016m海拔处随土层加深先减小后增大,2 786m和2 536m海拔处一直增大。

祁连山东段哈溪林区不同海拔青海云杉林下灌木和草本植物分布特征

对祁连山东段哈溪林区黄草岭神树沟顶、哈溪林区黄草岭大阴屲山峡及友爱十队不同海拔高度地区灌木和草本植物的分布数量、高度和覆盖度进行了调查与研究,分析了青海云杉林下灌木和草本植物的分布和生长状况,结果表明:温度为影响祁连山东段哈溪林区青海云杉林下灌木和草本植物生长的主要因子,随着海拔的降低,青海云杉林下灌木和草本植物的分布均有显著性的差异。

祁连山东段哈溪林区不同海拔对青海云杉林下土壤氮分布特征的影响

青海云杉（Piceacrassifolia）是祁连山东段哈溪森林的主要建群种,在祁连山北坡呈带状或者斑块状分布于海拔2700-3300m 的阴坡和半阴坡.以祁连山东段哈溪林区不同海拔下的青海云杉林下土壤为研究对象,分析不同海拔梯度下青海云杉林下土壤氮的分布特征.结果表明,在海拔的影响下,研究区不同海拔青海云杉林下的土壤氮养分含量差异显著.其分布规律为,随着海拔的降低土壤氮含量有逐渐降低的变化趋势.随着海拔的降低,0-20cm 土壤氮含量逐渐降低,而20-40cm 土壤氮含量逐渐升高.通过研究不同海拔、不同土层土壤中全氮、铵态氮和硝态氮的分布特征和其影响因素对探讨青海云杉及其他植物生长状况和科学种植具有重要意义.

祁连山东段哈溪林区不同海拔对青海云杉林下土壤有机碳含量的影响

通过野外样地调查和试验,采用多重比较、相关分析等方法,研究了祁连山东段哈溪林区青海云杉土壤有机碳含量。结果表明:不同海拔高度上,土壤有机碳含量随土层厚度加深所呈现的变化趋势不一样,在海拔2 553.8m和2 786.4m,土壤有机碳含量随土层厚度的加深而逐渐升高,而在海拔3 016.8m,土壤有机碳含量随土层厚度的加深而逐渐降低,且变化幅度较大。总体来说,土壤总有机碳含量随海拔的升高而逐渐升高,变化趋势明显。

祁连山大野口流域森林空间结构及水源涵养功能

林分空间结构及其水源涵养功能关系一直是森林生态水文学研究的热点。我们在祁连山大野口流域选取林分空间结构、林冠截留和河川径流等监测样地,采用特征参数统计分析、多度分析和相关系数分析等方法,研究了林分空间结构因子及其水源涵养功能之间的关系。结果表明:(1)祁连山大野口流域49块样地的2 819株青海云杉(Picea crassifolia)的胸径、树高、冠长、冠幅、冠幅面积的分布曲线比正态分布平缓,树龄、胸径断面的分布曲线比正态分布剧烈;径级从1~5cm到26~30cm、高度级从2~4m到18~20m、冠长级从2~4m到12~14m、冠幅级从2~4m到4~6m,其多度分别为89.4%、94.4%、77.8%和82.7%。(2)林冠截留年总量和平均截留率分别为139.1mm和35.28%;(3)从相关系数分析来看,海拔对树高影响较大,对冠长影响较小,与其他因子不相关;坡向对冠幅影响最大,对冠长、树高影响较小;坡度对这些因子几乎没有影响。径级与多度、冠长与多度均符合三次多项式关系;胸径与树高、冠长、冠幅、树龄符合线性多元回归函数;雨量级与林冠截留率呈反比。本文可为流域林分空间结构特征与水源涵养功能之间的机理研究提供基础数据和参考资料。