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。     

祁连山青海云杉林截留对降水的分配效应

为了评估青海云杉林的水源涵养服务功能,选择祁连山西水林区排露沟流域青海云杉林,定位监测了在2006年中共83次降水事件的截留分配效应,观测期降水总量为394.2 mm,林冠截留、茎流和穿透水量分别是139.1、1.96和253.1 mm,林冠截留率、茎流率、穿透率分别为35.28%、0.50%和64.22%,当林外降水量>0.8 mm时才观测到林内穿透雨,而大于13.60 mm时,才观测到树干茎流。林冠对降水的截留分配与降水量、降水形态以及林分特征密切相关。冠层截留量、茎流量和穿透量与降水量均呈正相关,冠层截留率与降水量呈负相关,而茎流率和穿透率呈正相关;林冠对降雪的截留强于降雨,而降雨的穿透量强于降雪,同一降水事件下树干茎流量随着胸径的增大而增加。青海云杉林冠的几何形态结构(枝叶的分布与排列)不利于形成树干茎流。     

祁连山北坡青海云杉林冠对降雨截留空间模拟——以排露沟流域为例

林冠截留在干旱、半干旱区水量平衡中起着非常重要的作用,但目前的研究主要以样方尺度上的降水截留特征研究为主,基于遥感与GIS方法进行流域或区域景观尺度上的林冠降水截留模拟研究还比较少。以青海云杉(Picea crassifolia)林为研究对象,在典型的青海云杉-苔藓林内按照不同林冠结构布设林冠截留样方,通过2008年42次降雨事件的观测,将林冠截留模型与降雨及林冠结构特征联系起来。把表征冠层结构的叶面积指数引入到模型中对模型进行改进,经检验改进的截留模型对林冠截留模拟结果较好。为此,将模型中的降雨和叶面积指数进行空间化,通过改进模型实现小流域尺度上的林冠截留模拟。利用GIS工具对祁连山排露沟流域林冠截留量的空间分布分析,该流域2008年青海云杉林冠截留量在97.9～236.6 mm之间,平均为161.8 mm,林冠降雨截留量随海拔增加而增加;林冠截留率在27.92%～58.00%之间,平均为41.70%,截留率随海拔增加先增加而后减小;排露沟流域青海云杉林冠年截留量约为1.6×105m3,占整个流域总降雨量的13.25%左右。     

祁连山青海云杉林空间结构分析

 通过调查祁连山青海云杉天然林1块100 m×100 m的大样地,利用其直径分布和混交度、角尺度、大小比数、开敞度4种结构参数对其空间结构进行了分析,结果表明：（1）青海云杉直径分布表明该林分是典型的异龄林直径结构;（2）青海云杉林地青海云杉为顶级群落且呈单种聚集,空间隔离程度为零度混交;（3）青海云杉直径大小比数和树高大小比数平均数均为0.49,生长上处于中庸状态,大小分化程度一般;（4）青海云杉林角尺度分布呈正态分布,其平均值为0.526,从林分水平分布格局上看,青海云杉分布是以团状分布的;（5）青海云杉开敞度大小为1.667,生长空间很充足。相关研究结果对于今后青海云杉林的合理经营能起到一定的借鉴意义。     

江西泰和县森林生态系统水源涵养功能评估

森林生态系统综合水源涵养能力是林冠层、枯落物层和土壤层蓄水能力的总和。本文根据江西泰和县 2003 年森林资源二类调查,结合文献收集,从3 个作用层评估了泰和县森林生态系统的水源涵养量及其空间分布格局,比较了不同森林类型、林龄、海拔、坡度下的林冠降雨截留能力,枯落物最大持水量和土壤蓄水能力。结果表明,林冠层平均截留率为16.31%,枯落物层持水率为2.14%,土壤层蓄水率为81.55%,3 个层次总截留和蓄水量为1.41 亿m³。各种森林类型水源涵养量由大到小依次为：杉木林>马尾松林>湿地松林>阔叶林>毛竹林>灌木林> 混交林>经济林。幼林龄、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林水源涵养贡献率分别为17.58%、65.39%、14.18%、 2.48%和0.37%,涵养水源能力随林龄的增加而增加。空间上,泰和县森林生态系统的综合水源涵养力表现出从东西两侧向中部递减的分布。不同立地条件下林分的合理经营与管理对于整个森林生态系统水源涵养功能的发挥具有重要的作用。     

山地杉木人工林不同强度择伐后生长动态仿真

基于山地杉木人工林择伐长期固定样地实测数据,构建了单木胸径生长模型,以及树高、枝下高、冠幅与胸径的关系模型,结合Onyx TREE和3Ds MAX技术,实现了不同强度择伐下,不同时期的林分生长动态仿真,可直观、生动地观察杉木的生长状态,对山地杉木人工林的科学经营决策具有实用价值.     

基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明：2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381.75、162.75 km²,而荒漠和农田分别减少了2 165.25、20.50 km²;2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228.64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7.60 mm·a^-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1.45、-0.67 mm·a^-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

基于雷达监测河川径流的测量及算法

祁连山大野口流域由于水流急、河面宽,修筑量水堰有一定的难度,准确监测河川径流成了流域水量平衡和涵养水源功能机理研究的障碍。通过大野口流域雷达测流处水面比降、河川横断面面积、水力半径、流速仪实测流量、糙率和谢才系数等一系列测量和计算,可得出雷达监测水位与相应的河川径流量的函数关系式,并绘制出水位流量图。结果表明:雷达测流处水面平均比降为0.028;河川最大洪水断面宽13.4 m,高1.32 m;河川横断面糙率的平均值为0.059;雷达监测水位与相应的河川径流量的函数关系式为Q=0.0018H2-0.0206H(R2=0.9994),该关系式可有效解决修筑量水堰较难而利用雷达监测河川径流的难题。通过研究,可为中等流域尺度上进一步揭示水源涵养功能机理及其流域产流机制提供参考和科学依据,是实现未来水资源可持续开发利用的基础工作,其对认知特定区域水文过程的演变规律,保障内陆河流域水资源合理开发,维持河西地区农业可持续发展具有重要意义。     

南北盘江森林生态系统水源涵养功能评价

森林生态系统水源涵养功能是植被层、枯枝落叶层和土壤层对降雨进行再分配的复杂过程。运用综合蓄水能力法,基于森林资源二类调查数据,估算了贵州省南北盘江流域不同类型森林生态系统的林冠层截留降水量、枯落物持水量和土壤蓄水量,分析了流域尺度森林生态系统的水源涵养能力及其时空变化。结果表明：① 南北盘江流域森林涵养水源总量约6.13×10⁸m³,单位面积水源涵养量629.85 t/hm²,森林水源涵养能力空间分布呈现东高西低的趋势;② 不同类型森林来说,阔叶林和灌木林对区域水源涵养总量的贡献率最大,而混交林的单位面积水源涵养量最高;③ 不同林龄比较,幼龄林对区域水源涵养贡献率最高,达45.95%,但其单位面积水源涵养能力最差,过熟林的单位面积水源涵养能力最高;④ 就坡位而言,平地和中坡森林对区域水源涵养总量的贡献率最大,山谷森林单位面积水源涵养能力最高,山脊森林单位面积涵养水源能力最低;⑤ 近35 a来,随着生态工程的实施,森林生态系统水源涵养总能力以1 447.89×10⁴m³/a速度持续提升,单位面积水源涵养量以每年5.33 t/hm²的速度稳步提高。     

祁连山大野口流域青海云杉种群结构和空间分布格局

青海云杉（Picea crassifolia）是祁连山亚高寒山地森林植被的建群种之一。应用“相邻格子法”获得100 m×100 m样方内所有个体的调查资料,采用种群动态和胸径、树高和冠幅级频率分布及6种聚集强度指数分析了青海云杉的种群结构和空间分布格局。结果表明：（1）青海云杉种群动态分析表明,种群表现为增长型种群。（2）青海云杉种群胸径级频率分布呈“倒J”型,胸径级随个体数的变化符合对数方程y=-219.32ln(x)+482.67(R²=0.963 8,P＜0.01),胸径分异指数为0.48,种群个体胸径差异属明显分异;树高级频率分布呈“间歇”型,不同高度级与个体数之间可用二次方程y=0.795x²-31.23x+285.1(R²=0.603,P＜0.01)进行较好的描述,树高分异指数为0.55,高度差异属明显分异;胸径和树高两者之间符合对数方程y=5.912ln(x)-4.249 3(R²=0.603,P＜0.01);冠幅级与个体数之间可用三次方程y=5.317 6x³ -91.759x²+408.88x-173.87(R²=0.8355,P＜0.01)进行很好的拟合[WTBZ],冠幅分异指数为0.53,种群个体冠幅差异亦属明显分异。总体上看,青海云杉幼苗较为丰富,天然更新能力强,目前表现为成熟稳定型种群。（3）在空间分布格局上,青海云杉种群空间分布格局呈斑块状聚集分布,其扩散系数、丛生指标、聚块性指数、平均拥挤度指数、负二项式分布参数、Cassie指标分别为1.162、2.285、0.162、85.802、1.002和0.026。在不同发育阶段的分布格局有所差异,Ⅰ级幼苗和Ⅱ级幼苗为聚集分布,小树、中树和大树为均匀分布,随着龄级的增大,种群的聚集程度减小,即由聚集分布变为均匀分布,该种群表现出明显的扩散趋势。研究结果可为青海云杉的管理和经营提供理论依据。     

基于无人机遥感的南岭山地树冠与树干性状关联研究

以南岭山地不同海拔高度的冠层树种为研究对象,通过无人机遥感手段获取冠幅、冠周长和冠面积（CA）等树冠性状,探讨其与基径（BD）、胸径（DBH）、2米径（D2）和4米径（D4）等树干性状间的关联性,并构建了冠面积与树干性状间的回归方程。结果表明：南岭山地树冠性状与树干性状的典型变量显著相关（R=0.89,P<0.01）,并且这种相关性随海拔的升高（600 m到1 600 m）总体呈“M”型变化。其中,冠面积与树干性状间的相关性最高,可作为单一自变量反演树干性状,具体方程为：DBH=0.35CA+14.88（R²=0.67）,BD=0.41CA+17.89（R²=0.82）,D2=0.33CA+14.14（R²=0.84）,D4=0.35CA+11.3（R²=0.86）。文章构建的冠面积与树干性状间的回归方程,可作为南岭山地森林生物量遥感反演的基础,也可用于指导南岭森林生态系统的长期监测。     

基于无人机的胡杨(Populus euphratica)结构参数获取技术研究

快速准确获取森林结构参数具有重要的科学意义。通过使用大疆精灵4 Pro无人机通过倾斜摄影测量和正射摄影测量方式获取塔里木河下游胡杨林样地的冠层高度模型,提出一种自适应窗口最大值算法来分析处理,获取了研究区胡杨(Populus euphratica)的树高、冠幅和株数等结构参数。最后,使用地面实测数据对以上结构数据进行精度评价。结果表明:(1)自适应窗口最大值算法计算效果优于传统的固定窗口最大值算法。(2)倾斜摄影测量方式获取的树高、冠幅和株数精度均优于正射摄影测量方式。(3)倾斜摄影测量获取的结构数据与实测值比较,树高、冠幅和株数R2分别为0.9002,0.8403和0.9405,均方根误差分别是0.4457、0.6815和4.2500,证明使用消费级无人机可以有效获取单木尺度森林结构参数。     

半干旱沙地樟子松林降雨再分配特征

森林植被的降雨再分配过程是影响区域水资源利用效率以及生态系统生产力的重要因素。于2018年5-8月观测27 a生樟子松人工林降雨再分配特征,探究降雨再分配的比例变化对林地水分平衡的影响机制,分析、量化林内穿透雨、林冠截留、树干径流、枯落物层入渗部分产生的阈值。结果表明:樟子松林内穿透雨量占同期降雨量的86.45%,穿透雨量随着降雨量的增加呈线性增加趋势,降雨量>0.63 mm时产生穿透雨;林冠截留量和树干径流量分别占降雨量的10.44%和2.54%,树干径流量与降雨量之间呈正线性关系,降雨量>1.19 mm时,产生树干径流;枯落物层截留量占降雨量的12.37%,枯落物层截留量随着降雨量的增加而增加;枯落物在0~24 h内平均吸水速率为1.83 mm·h^-1,其最大持水量为3.23 mm,并且枯落物层截留量占其最大持水量的42.37%。从林冠到枯落物各层截留总量为25.35%,其中有74.65%的雨水最后从枯落物层入渗进入地表,用于补充土壤水分、下渗或补充地下水。半干旱沙地樟子松林可以有效地发挥截留降雨、贮存雨水的功能,继而改善沙地土壤含水量和地下水的有效补给量,提高森林生态系统生产力。     

黄河三角洲湿地柽柳林生长动态密度结构的响应特征

为了阐明滨海湿地不同密度柽柳(Tamarix chinensis)林的生长动态,探索滨海湿地柽柳林的密度合理性,在黄河三角洲莱州湾南岸的山东昌邑海洋生态特别保护区内,利用标准木树干解析法,对10a生的3种密度(2400株/hm2、3 600株/hm2和4400株/hm2)的柽柳林地上生物量、林木生长动态和基径分布特征进行研究.结果表明,3种密度林分的地上生物量、树高生长量和林木基径生长过程差别较大.随着林分密度增大,林木单株生物量和基径减小,但单位面积林分生物量增加;树高、基径的速生期都出现滞后现象.3种密度林分基径分布的偏度系数(SK)差别较大;密度为3 600株/hm2林分的SK值为0.085,接近正态分布,林分密度结构和基径分布较为合理;密度为2 400株/hm2和4 400株/hm2林分的SK值分别为-0.842和0.303,偏离正态分布,林分密度结构不合理.密度为2 400株/hm2林分的峰度系数(K)为0.017,林木生长相对整齐;密度为3 600株/hm2和4 400株/hm2林分的K值相差不大;密度因素对林木分化作用较小.若不考虑10a间的林木间伐利用,该区柽柳人工造林合理的初植密度建议为3 600株/hm2(株行距约2.0 m×2.0 m).     

应用地统计学方法定量评价森林截留的地理变化规律

收集大量森林生态系统类型林冠截留功能研究资料,应用地统计学方法模拟了我国主要森林生态系统类型林冠截留的地理变化规律。结果表明:我国主要森林生态系统类型林冠截留与环境因素经度和纬度之间存在一定的地理变化规律,地统计学方法模拟的回归优度达88.15%,明显优于前人提出的三因素多元地理空间模型的模拟效果(回归优度为56.42%),能更真实反映我国主要森林生态系统类型林冠截留的地理变化规律,从而为我国主要森林生态系统林冠截留时空分布的模拟与分析提供可靠方法。这些主要森林生态系统包括:寒温带、温带山地落叶针叶林;寒温带、温带山地常绿针叶林;亚热带、热带东部山地常绿针叶林;亚热带、热带西部山地常绿针叶林;亚热带西部高山常绿针叶林;温带山地落叶与常绿针叶林;温带、亚热带山地落叶阔叶林;亚热带山地常绿阔叶林;亚热带山地常绿落叶阔叶混交林;亚热带竹林;南亚热带山地季风常绿阔叶林;热带半落叶季风雨林;热带山地雨林。     

祁连山青海云杉林动态监测样地群落特征

依据中国森林生态系统动态监测样地设置方法,参照国际森林生态学大样地建设技术规范,于2010年和2011年在祁连山自然保护区青海云杉（Picea crassifolia kom.）林内建立了10.2 hm2动态监测样地,定位调查了样地内19 927株DBH≥1 cm活立木木本植物,完成了第一次群落特征调查和分析。调查结果表明：①青海云杉群落成层现象明显,可划分为乔木层、灌木层、草本层和苔藓层4个层次。乔木层是群落的最主要层,整体而言其垂直高度结构复杂性要大于灌木层和草本层,苔藓层较为发达。②青海云杉径级结构呈明显的倒“J”形,个体集中在径级1~5 cm至21~25 cm,其占到总个体数目的91.42%,青海云杉更新良好。③青海云杉DBH≥1 cm对应的树高结构呈“单峰”形,高度主要集中在小于6 m,占到总个体数目的60.00%,高度偏小,小树较多,中树占有一定的比例,大树较少。同时,树高和胸径二者之间显著符合二次函数关系（p＜0.05）,反映了青海云杉群落生物学特征。④从空间分布格局来看,青海云杉表现出明显的聚集性分布格局。对不同年龄段青海云杉小树、中树和大树点格局分析表明,随着龄级的增大,种群的聚集程度减小,即由聚集分布变为随机分布,表现出明显的扩散趋势。青海云杉个体分布没有明显的空间异质性,而且2 534株大树随机分布在该样地,表明该群落未受大范围的人为干扰。