沙漠人工植被降水截留特征研究

2004年4~10月,选择两种主要固沙(半)灌木为研究对象,观测了植物冠层在自然降水条件下的截留量和穿透冠层的降水量,并模拟了它们与降水参数间的关系.结果表明:试验期间共降水110.9 mm,50%的降水量<2 mm,80%的降水量<6 mm,以短暂而零星的小降水为主,降水次数呈偏态分布.由于植物冠层的截留而使柠条和油蒿冠层下的降水量极显著地小于降水量(P≤0.01).与油蒿相比,具有高大冠层结构的柠条冠层下的降水量在大多数情况下显著高于油蒿的(P≤0.05);两种植物冠层下方不同部位对降水穿透量的影响结果差异不显著(P>0.05)、显著(P≤0.05)和极显著(P≤0.01)约各占1/3;试验期间柠条和油蒿的冠层截留总量分别为10.7 mm和3.7 mm.两种植物冠层下穿透降水量与降水量和降水历时的多元回归方程达到极显著水平(P<0.0001),但逐步回归分析表明穿透降水量与降水历时的关系不明显(P>0.05),因而提出了穿透降水量与降水量间的线性公式(P<0.0001)能更好的表达这种关系;两种植物冠层截留量与降水量呈指数关系(P<0.05),理论上当降水量无穷大时截留量接近于常数项,即柠条冠层的最大截留量为3.5 mm,油蒿冠层的最大截留量为1.0mm.     

1960—2017年河西地区降水时空变化特征

利用1960—2017年日降水量资料,采用线性倾向趋势分析、滑动分析和泰森多边形法等,对河西地区多年降水时空变化特征及不同量级降水日数及降水强度的变化趋势进行了研究。结果表明：河西地区年均降水量为99.0 mm,呈现明显的逐年上升趋势,平均倾向率为8.72 mm?（10a）^-1,月降水量为单峰分布,5—10月夏秋汛期降水量占年降水量的89.2%,各季节降水量均呈现显著上升趋势;年均降水日数为36.7天,呈现明显的上升趋势,增幅为3.18 d?（10a）^-1,降水日数主要分布在夏季,约占总降水日数的54.6%;平均降水强度为2.70 mm?d^-1,呈现减弱趋势,变化速率为-0.04 mm?d^-1?（10a）^-1;零星小雨和小雨降水日数均呈现增加趋势,而二者平均降水强度均为下降趋势,小到中雨降水日数和降水强度呈现增加趋势,中雨及以上的降水变化趋势不明显。     

沙坡头不同微生境下油蒿和柠条叶片δ13C的季节变化及其对气候因子的响应

通过对沙坡头人工固沙区不同微生境和种植方式下固沙植物油蒿(Artemisia ordosica)和柠条(Caragana korshinskii)叶片稳定碳同位素比率(δ13C)的测定,研究了该区油蒿和柠条叶片δ13C差异及其季节变化,并探讨了不同气候因素对植物δ13C的影响.结果表明:柠条δ13C显著高于油蒿(P＝0.003),即柠条的水分利用效率高于油蒿.在生长季内两种植物δ13C变化因种类及种植方式不同而异,除混种柠条的δ13C在整个生长季呈降低趋势外,单种柠条、单种油蒿和混种油蒿的δ13C均呈降低-升高-降低的变化趋势,均在7月份达最高值,即水分利用效率在7月份达最高.油蒿和柠条的δ13C因生境不同表现出明显的差异:引种圃的油蒿和柠条的δ13C分别低于水分平衡场;水分平衡场内单种柠条的δ13C高于混种,油蒿则反之;植物叶片含水量与δ13C的变化呈相反变化趋势.两种植物的δ13C逐月变化量(Δ13Cm)与气象因子的响应程度因其种类而异,其中油蒿Δ13Cm与月降雨量、月均相对湿度和水汽压负相关,与温度正相关,但均未达显著水平;柠条叶片Δ13Cm与温度极显著正相关,表明柠条生长对温度敏感,而油蒿则对水分和温度均有一定程度的响应.     

油蒿在兰州南北两山生态环境建设中的适应性评价研究

采用系统抽样的方法, 对兰州南北两山砾质红砂土和灰钙土喷播种植的油蒿进行了统计分析评价. 结果显示: 油蒿表现出对兰州南北两山瘠薄土壤非宜林地的广泛适应性. 砾质红砂土生长3 a生油蒿, 水平沟内, 油蒿地茎以5~10 mm为主, 高度以100~160 cm为主, 平均盖度达到90%以上, 密度达到17株·m^-2; 人工整地形成的60°以上斜坡, 油蒿地茎以0~5 mm为主, 高度以80~100 cm为主, 平均盖度达到80%, 密度达到30株·m^-2; 坡度大于60°天然陡坡面, 油蒿地茎以0~5 mm为主, 高度以20~40 cm为主, 平均盖度达到20%, 密度达到25株·m^-2; 45°塌陷缓坡虚方区域, 油蒿地茎以5~10 mm为主, 高度以60~80 cm为主, 平均盖度达到60%, 密度达到43株·m^-2. 灰钙土60°人工陡削坡面5 a生油蒿: 油蒿地茎从上坡到下坡, 上坡位地茎小于4 mm, 下坡位地茎接近25 mm, 坡面以地茎4~9 mm为主, 高度以40~80 cm为主. 油蒿盖度上坡位达到40%, 密度达到16株·m^-2; 下坡位, 油蒿盖度达到48%, 密度达到12株·m^-2. 油蒿在兰州南北两山绿化中, 随土壤水分, 植物盖度和密度的关系表现为: 大的覆盖度以个体大冠幅, 总体密度小为特征; 小的覆盖度以个体小冠幅, 总体密度大为特征.     

草原化荒漠带人工固沙植丛区土壤水分动态

研究土壤水分动态有助于在水文过程与生态格局之间建立定量的联系。以大型自动称重式蒸渗仪为试验设施,对草原化荒漠带固沙植丛区与无植被沙区土壤水分动态及蒸散发进行对比研究。结果表明,观测期内植丛区及无植被沙区土壤水分变化均与降水过程高度相关,油蒿与柠条植丛区总蒸散量大体相当,平均蒸散速率分别为1.31mm/d,1.22mm/d。受固沙植物种生育期差异与降水年内分配变化的综合影响,当经历连续30多天无雨期时,柠条植丛区土壤水分骤降,根系密集区土壤体积含水率降低至0.5%以下,平均蒸散速率由前期的2.2mm/d降至0.6mm/d。油蒿植丛区土壤体积含水率在1%左右变化,平均蒸散速率由1.8mm/d降为0.9mm/d,仍高于柠条植丛区达50%。无植被沙区土壤体积含水率保持在大于2%的水平,平均蒸发速率由1.1mm/d减小至0.4mm/d,平均为0.78mm/d,约为植丛区平均蒸散速率的60%。土壤深层渗漏量达113.4mm,占降水量的40.5%,渗漏速率平均为0.63mm/d。人工固沙植被有效地利用了这部分降水资源,使得植丛区土壤水分无深层渗漏。     

沙坡头油蒿和柠条叶片δ13C和N含量的季节变化特征

通过对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙区油蒿和柠条叶片稳定碳同位素分辨率(△)和N含量的测定,研究了不同种植方式下油蒿和柠条叶片△和N含量的季节变化及其关系.结果表明:在不同种植方式下,两种植物的△与N含量在不同月份之间均存在显著差异.油蒿叶片△极显著高于柠条的:在不同种植方式下,油蒿单种下△显著高于混种,柠条则反之.油蒿叶片N含量极显著低于柠条的:不同种植方式下柠条叶片N含量无显著差异,而单种油蒿叶片N含量则显著低于混种.在△与N含量的关系中,柠条叶片△与N在两种生境、单种和混种下均极显著正相关,说明柠条叶片N含量可以作为其△的替代指标;而油蒿叶片△与N在单种下为正相关,混种及两种生境分别呈不显著正相关及弱的负相关关系,表明植物叶片△与N含量的季节变化及其关系在不同微生境有所差异.     

黑龙江省汛期逐时降水的时空变化特征分析

利用黑龙江省1961-2014年逐时降水资料,采用线性倾向估计方法分析了汛期（5-9月）降水量、降水频率、降水强度以及不同持续时间降水的时空变化特征.结果表明：汛期逐时累积降水量平均为430.0 mm,高值区集中在松嫩平原东部和南部以及小兴安岭南部;降水频率平均为297.2 h,仅在省西部的齐齐哈尔、大庆和绥化等地以及哈尔滨西部地区偏少,其余地区台站均在300 h以上;降水强度平均在1.2~1.7 mm·h^-1之间,增加趋势显著（P<0.01）,空间分布与降水频率分布相反;全省多数台站的汛期降水量、降水频率趋势变化不明显,但却有39%的台站降水强度增加明显.汛期降水量的日变化呈单峰型,超过半数的降水集中在11：00-22：00;降水频率的日变化表现出双峰型,00：00-04：00和13：00-19：00为高值区间;降水强度的日变化也呈单峰型,高值区间集中在13：00-18：00.全省的降水事件中短历时降水优势明显,降水量占总降水量的46.7%,降水历时占全部降水历时的49%;持续5~6 h的降水雨强最强,其次是持续3~4 h降水雨强,最弱的是持续1~2 h的降水雨强.     

干旱区稀疏树木冠层降雨截留蒸发的研究进展与展望

冠层截留蒸发作为冠层降水再分配和地表蒸散发的重要组分,对以稀疏植被为典型覆盖特征的干旱区生态系统的局地水文循环和水量平衡产生不可忽略的影响,并对该区域生态植被保护、植被与降水关系、生态水文过程等研究具有重要科学意义.较为系统地总结了干旱区稀疏树木冠层截留蒸发的主要观测试验方法和关键模型,具体分析了稀疏树木冠层结构(空间分布、叶片倾角和叶面积指数等)、降雨特征(降雨量、降雨强度和降雨历时)以及大气环境条件(风速、气温和饱和差等)等对冠层截留蒸发的影响机理,并对改进和完善目前稀疏树木冠层截留蒸发的观测试验和估算模型方面提出了建议.     

1965-2015年新疆夏季不同等级降水的空间分布特征

根据新疆51个台站1965-2015年夏季逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨及大雨3个等级,分析了新疆近51 a夏季不同等级降水量、降水日数及降水强度的空间分布特征,并讨论了各等级降水日、降水量及降水强度与总降水量的空间相似程度以及各等级降水对夏季总降水的贡献。结果表明：新疆降水主要集中在夏季,并以小雨为主。以天山山脉为界,南北两疆降水空间分布存在明显差异,北疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的36%~45%（36%~39%）,南疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的51%~63%（48%~60%）;新疆夏季不同等级降水量、降水日及降水强度的空间分布不均匀。新疆夏季总降水量与各等级降水量的空间相似系数最为密切,与各等级降水强度的空间相似系数相对较小;新疆夏季小雨贡献率最大,中雨其次,大雨最小,夏季降水量和降水日的变化主要受小雨的影响。     

干旱区植被盖度增加对降水入渗补给地下水的影响——试验研究与数值模拟

随着西北旱区生态恢复工程的实施,该区生态环境持续改善,植被盖度不断增加。但植被冠层截留与蒸腾耗水加剧了包气带水分的亏空程度,减小了降雨对地下水的补给。采用原位试验方法,分析了植被覆盖区和裸土区不同深度土壤水势的变化规律。结果表明,受蒸发和蒸腾的共同作用,植被覆盖区平均土壤水势(-74k Pa)远低于裸土区(-16k Pa),且变化剧烈,土壤水以向上运动为主。而裸土区土壤水势高,变化小,40cm以下土壤水向下运移,因此可以持续补给地下水。采用Hydrus-1D软件进行了长序列土壤水数值模拟,定量分析了植被盖度增加与地下水补给的关系。数值模拟结果表明,在裸土条件下,降雨对地下水的补给量介于82~333mm/a之间,平均值为197mm/a,平均降水入渗补给系数为0.53。而在植被覆盖的情况下,地下水的补给量几乎为0。最后,从植被蒸腾耗水和冠层降水截留2个方面讨论了旱区植被盖度增加对降雨入渗补给地下水的影响,提出了旱区水与生态和谐发展的建议。     

青藏高原两种草甸类型人工降雨截留特征分析

选取青藏高原典型多年冻土区风火山小流域高寒草甸和沼泽化草甸典型样地进行人工降雨截留试验,综合运用统计分析、模型回归分析等方法,对两种草甸类型截留特征及其影响因子进行分析。结果表明:两种草甸类型对降雨的截留能力是不同的,高寒草甸最大截留量0.61mm,沼泽化草甸为0.18mm;高寒草甸的最大截留率为12.4%,沼泽化草甸为3.8%。通过分析各因子对截留的影响,得出高寒草甸截留量与降雨量呈对数函数关系,沼泽化草甸截留量与降雨量呈二次多项式关系;两种草甸截留量与降雨强度都呈幂函数关系,与植被盖度均呈线性相关关系。     

Regional modelling of rainfall-induced runoff using hydrological model by incorporating plant cover effects: case study in Kelantan,Malaysia

The objective of this paper is to develop a spatial temporal runoff modelling of local rainfall patterns effect on the plant cover hilly lands in Kelantan River Basin. Rainfall interception loss based on leaf area index, loss/infiltration on the ground surface, and runoff calculation were considered as the main plant cover effects on the runoff volume. In this regard, a hydrological and geotechnical grid-based regional model (integrated model) was performed using Microsoft Excel^® and GIS framework system for deterministic modelling of rainfall-induced runoff by incorporating plant cover effects. The infiltration process of the current model was integrated with the precipitation distribution method and rainfall interception approach while the runoff analysis of integrated model was employed based on loss/infiltration water on the ground surface with consideration of water interception loss by canopy and the remaining surface water. In the following, the spatial temporal analysis of rainfall-induced runoff was performed using 10 days of hourly rainfall events at the end of December 2014 in Kelantan River Basin. The corresponding changes in pressure head and consequent rate of infiltration were calculated during rainfall events. Subsequently, flood volume is computed using local rainfall patterns, along with water interception loss and the remaining surface water in the study area. The results showed the land cover changes caused significant differences in hydrological response to surface water. The increase in runoff volume of the Kelantan River Basin is as a function of deforestation and urbanization, especially converting the forest area to agricultural land (i.e. rubber and mixed agriculture).     

毛乌素沙地沙柳灌丛降雨截留与树干茎流特征

通过对毛乌素沙地沙柳灌丛降雨截留量及树干茎流的实验观测,分析了降雨量和降雨强度对沙柳灌丛的降雨截留量、穿透雨量和树干茎流量的影响,并确定了截留量、穿透雨量和树干茎流量在降雨分配中的百分数。实验期间降雨总量为136.5 mm,沙柳灌丛的截留量、穿透雨量和树干茎流量分别为34.0、98.5和4.0 mm,占降雨量的百分比分别为24.9%、72.2%和2.9%。沙柳灌丛的降雨截留量、穿透雨量和树干茎流量与降雨量和10 min最大雨强之间均呈显著正相关,而截留量、穿透雨量占降雨量的百分比与降雨量之间呈显著的双曲线函数关系。     

太行山地区不同植被林冠截留降水的研究

通过穿透降雨和树干径流自动采集系统,对油松、侧柏、刺槐三种植被截留实验数据进行了分析。结果表明,三种植被林内穿透降雨与林外天然降雨都具极显著的正相关线性关系,林冠截留量与林外降雨量呈幂函数关系,平均截留率大小关系为油松>侧柏>刺槐。相同林外降雨量下产生的树干径流量大小关系为刺槐>侧柏>油松。     

Catchment-wide estimate of single storm interrill soil erosion using an aggregate instability index: a model based on geographic information systems

The main objective of this paper is to estimate interrill erosion after rainfall in the basin of Mourganis river (442?km²; Kalabaka province, Trikala prefecture, Thessaly, Greece). For the estimation of the interrill erosion, the method of Valmis et al. (1988) was used, in combination with Nearing et al. (1989). Input data of the algorithm include the slope angle of the ground surface, the rainfall, the ground cover type, the height of canopy, and the instability of ground of the study area. The spatial data were processed by standard GIS software. Soil samples were collected in the field to calibrate the model. The results comprise soil erosion maps for two specific rainfall scenarios. The first rainfall scenario refers to the most extreme rainfall in this catchment that happened on the 7/21/1959 with 48?mm/h. The second scenario is closer to average as the intensity rainfall is 3.54?mm/h. The total mass of eroded material ranges from 0.048?t/ha (assuming mean rainfall intensity) up to 3.5?t/ha (for the extreme scenario). We note that the western part of the Mourgani basin exhibits higher erosion than the eastern part.     

降雨特征及小气候对秦岭油松林降雨再分配的影响

为了研究降雨特征及小气候对秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配的影响,连续3年观测降雨事件发生时油松林林外降雨、穿透降雨、树干茎流以及降雨特征和小气候因子,进行各因子间的相关性和多元回归分析。结果表明:降雨量级是影响林冠降雨再分配的最主要因素,穿透降雨量与降雨量、降雨量和降雨历时交互项、相对湿度呈正相关,与降雨历时和温度呈负相关。树干茎流量与降雨量、降雨量和温度交互项呈正相关,与温度呈负相关。林冠截留量与降雨量、降雨历时和温度呈正相关,与降雨量和降雨历时、温度的交互项呈负相关。雨前干燥期、风向、风速、蒸发速率、光合有效辐射和净辐射与穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量均无相关性。     

陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值

根据陇东黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域1954—2014年实测降雨产沙资料,应用降雨侵蚀力偏差系数法研究不同土地利用类型及空间尺度下侵蚀产沙的雨量阈值、雨强阈值及复合阈值标准,并通过对比分析确定了最优降雨阈值标准。结果表明:① 对于林地和草地坡面小区,其雨量阈值标准平均值（21.0 mm）较裸地（8.7 mm）和农地（9.7 mm）坡面小区分别提高了141%和116%,植被措施能够显著提高降雨阈值标准。② 杨家沟林地小流域的雨量阈值标准为16.5 mm,低于布设在该流域的林地坡面小区,同时对比董庄沟草地小流域及其坡面和全坡面小区的雨量阈值标准,其大小亦为:草地坡面尺度 > 草地全坡面尺度 > 草地小流域尺度,由此可见,降雨阈值标准会随着空间尺度增大而减小。③ 降雨阈值标准综合评价结果表明,各样点最优降雨阈值标准均为P≥a或I₃₀≥b这一复合因子标准,而在降雨单因子阈值标准中,对于农耕地和裸地坡面小区,宜采用最大30 min雨强（I₃₀）标准;对于经过水土流失治理的下垫面,宜采用雨量（P）标准。该研究可为区域土壤侵蚀预报提供参考。     

柑桔园林下穿透雨的分布特征

研究了柑桔林下穿透雨的分布特征,结果表明:在测定期间,穿透雨量占总降雨量的68.3%,5月的穿透雨量最大(245.1 mm),而穿透雨率最大值(73.3%)出现在8月。穿透雨量与降雨量具有显著相关性(p<0.01),而穿透雨率与降雨量和降雨强度的相关性均达到显著水平(p<0.05)。柑桔林下穿透雨显示出明显的空间变化,各观测点间穿透雨率具有显著性的差异,而且穿透雨的空间异质性(穿透雨率的变异系数CV)随着降雨量或降雨强度的增加而降低,聚类分析也显示出穿透雨在不同观测点间具有差异性。柑桔林下穿透雨呈现明显的聚集效应。     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。