祁连山青海云杉林区苔藓层对流域水文的影响

研究祁连山苔藓层对流域水文的影响可以人为干扰和控制水文,还可以正确评价下垫面产水量和土壤水分状况。该层是森林生态系统独特的结构层次,不仅在森林土壤发育、生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用,而且水文生态效应显著。利用野外调查取样和室内分析结合的办法对祁连山苔藓的持水能力、截留能力、保水能力以及一个生长季节的含水动态进行分析,获取第一手数据100 880个。研究表明:(1)苔藓季节含水量变化较大,5月含水量最高,7月最低,海拔3 300 m最高,2 700 m最低。(2)平均降水量和平均截留量呈多项式关系,2006年6月降水量3.2 mm,截留量3.1 mm,5月和9月降水较高,分别为8.6 mm和7.4 mm,截留量为5.8 mm和4.6 mm。(3)有苔藓林地和无苔藓林地土壤水分差异明显,体现苔藓保水性,有苔藓林地土壤水分蒸发较小,林内土壤水分变化不大且稳定;无苔藓林地土壤水分蒸发大,变化明显且不稳定,随着气温的升高慢慢趋向递减。(4)苔藓层越厚,最大持水量越大,厚度达到3.0 cm的最大持水率为519.44%。     

万木林自然保护区常绿阔叶林木质残体贮量及其组成

森林木质残体(WD)包括粗木质残体(CWD)和细木质残体(FWD),是森林生态系统中的重要组成部分,具有多种生态功能.通过对福建建瓯万木林自然保护区内中亚热带常绿阔叶林木质残体贮量及其组成的研究表明,木质残体总贮量为28.06 t.hm-2,其中FWD贮量为4.88 t.hm-2,占总贮量的17.39%;CWD贮量为23.18 t.hm-2,占总贮量的82.61%.在CWD中,倒木占了绝大部分(77.26%),其次为枯立木(21.75%),大枝和根桩贮量很小.木质残体贮量中以直径20～60 cm的倒木和枯立木占主体部分,直径大于60 cm的大径级倒木和枯立木数量最少,占总贮量的8.99%.从分解程度来看,CWD中倒木以Ⅲ～Ⅳ级居多,二者合计占了倒木贮量的60%,枯立木以Ⅱ级为主.万木林自然保护区内木质残体的贮量及组成反映了中亚热带地区森林群落演替后期阶段木质残体的结构特征.     

中亚热带米槠天然林粗木质残体储量特征

粗木质残体(coarse woody debris,CWD)是森林生态系统的重要组成部分,在森林生态系统的结构性和功能性方面有着重要的作用。以福建三明米槠(Castanopsis carlesii)天然林为研究对象,采用样方法调查了样地内粗木质残体的分解等级和径级分布,研究米槠天然林粗木质残体的储量特征。结果表明:(1)米槠天然林粗木质残体储量为16. 13 t·hm-2。其中,倒木是主要贡献者,占粗木质残体储量的55. 13%;其次为枯立木,占粗木质残体储量的44. 87%。(2)样地内倒木和枯立木的储量均随着径级的增加而逐渐增大,在20～40 cm径级占据优势地位,分别达到倒木和枯立木储量的48. 86%和66. 25%。(3)样地内倒木Ⅴ分解等级超过60%,处于分解的后期,是倒木的主要部分,可能是由于本区较好的水热条件,促进了微生物对粗木质残体的分解作用。总体而言,米槠天然林粗木质残体储量低于亚热带常绿阔叶林的平均水平,这与天然林年龄、自然干扰和气候等紧密相关。因此,未来应加强对亚热带不同区域不同森林类型的粗木质残体储量进行研究。     

从森林水文作用看长江上游防护林工程

本文通过对四川盆地森林水文效应的研究,对长江上游防护林体系的生态环境作用进行了初步预测,并提出水源林、水土保持林的分区原则,以及防护林作用的累积效应,对长江上游防护林的规划和评价具有参考意义。     

基于SWAT模型的森林分布不连续流域水源涵养量多时间尺度分析

为解决森林分布不连续流域森林水源涵养功能及其多时间尺度特征的定量评价问题,根据分布式水文模型（SWAT）的特点,提出了反映森林斑块空间分布的水文响应单元划分方法,以及基于水量平衡法的森林不连续分布流域森林水源涵养量计算公式。以东南沿海的晋江流域为例,构建了2006年土地利用条件下的日时间步长SWAT模型,统计分析了2002—2010年降水条件下森林水源涵养量的时空变化规律。结果表明：① 构建的晋江流域SWAT模型精度较高,面积阈值为零生成的水文响应单元比较准确地反映流域森林斑块分布,提出的森林水源涵养量计算公式适用于森林空间分布不连续流域森林水源涵养量的多时间尺度分析,为流域森林水源涵养功能评价提供了一个新的方法。② 晋江流域森林水源年涵养量271.41~565.25 mm;月涵养量-29.15~154.59 mm;日尺度的极端降水期皆为正值,极端枯水期都为负值。表明年际之间不存在森林水源涵养的蓄丰补枯调节作用,但在年内的部分月份得到体现,而日尺度的森林蓄丰补枯功能充分发挥。从而揭示了不同时间尺度森林水源涵养量及其蓄丰补枯功能的差异。     

森林生态系统对降水的分配与拦截效应

森林生态系统对降水的截留、分配与拦截一般通过降水在森林生态系统中的乔木层、灌草植物、枯落物和土壤等组分间的转移过程来实现，阐明森林生态系统各组分对降水的分配效应是正确评估森林水文效应的关键。本文系统综述了森林生态系统各组分对降水分配效应的国内外主要研究成果，并指明了目前该方面研究存在的问题和努力方向。对乔木层的大量观测研究表明，林冠截留率在9．0％～69．1％左右，树干茎流率在0％～5％间，并受森林类型、林分特征以及降水事件等因素的综合影响。林下灌草层、枯落物层以及土壤层对降水的截留分配研究不足，还难于得出可靠的结论，已经制约着我们对整个森林生态系统对降水的分配截留效应的评估。森林对降水分配过程的建模及其优化研究相对缺乏，这无法使研究结果由点向面进行尺度转换和应用。目前已有的大多数研究还处于实验观测与现象揭示阶段，缺乏对过程与机理的深入研究，也很少进行多因素的动态综合研究和系统分析，限制了我们对森林生态系统水文过程的内在运行机制和客观规律的正确认识和评估。强化对目前最薄弱的环节——灌草层、凋落物层、土壤以及整个系统对降水的分配截留贮存效应的综合定量监测与建模研究是阐明森林水文效应的关键。     

鼎湖山木荷(Schima Superba)粗死木质残体的分解研究

以鼎湖山国家自然保护区季风常绿阔叶林优势种之一木荷的粗死木质残体为研究对象,采用目前国际较认可的腐解等级划分方法,对木荷粗死木质残体3个腐解等级(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的密度及养分含量进行测定分析.结果表明:①木荷粗死木质残体的密度随腐解等级的增加从0.58 g/cm3下降到0.16 g/cm3,分解速率常数K值为0.144 7/a,在自然状态下,木荷粗死木质残体分解95%所需时间约为21 a;②粗死木质残体C/N比值随分解的进行先降后升而N/P则相反;③K、Ca、Na、Mg离子浓度随腐解等级的增加出现不同程度的增加,但增幅不明显.研究结果旨在为系统评估粗死木质残体的分解行为在生态系统养分循环中的作用提供基础数据.     

明月江的森林水文效应研究

利用明月江水文站网观测资料，采用５个森林水文评价指标，检验９个对比年与１个对比时段共计５０个评价项目表明：明月江随着森林生态环境的改善及森林覆盖率的提高，枯水流量、年径流与径流年内的均匀程度均有较大增加，而河川含沙量则有所减少，反应了森林涵养水源、保持水土、调节径流年内分配的森林水文效应。     

万木林自然保护区不同分解等级粗木质残体呼吸的温度敏感性

粗木质残体(Coarse woody debris,CWD)呼吸是森林生态系统碳收支的一个重要组分,而温度是影响CWD排放CO2的重要因素.本研究通过室内设定5℃、15℃、25℃、35℃、45℃5个温度梯度,采用密闭室红外气体分析法(Li-8100 IRGA)对万木林自然保护区5个分解等级CWD呼吸通量及其温度敏感性进行研究.结果表明,5个分解等级CWD呼吸速率均随温度升高呈指数增加;CWD呼吸速率随分解程度增加而增高.不同温度区间各分解等级CWD的Q10值范围为1.06~2.76;在15~25℃,CWD呼吸的温度敏感性最强(Q10=2.31).分解等级对Q10值的影响与温度区间有关,在5~45℃、25~35℃,Ⅲ分解等级CWD的Q10值显著高于Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ等级,在15~25℃、35~45℃,Q10值与分解等级成负相关.     

多源降水数据的小流域水文模拟效用评估

小流域是研究小微尺度水文水资源系统演变规律的理想对象，是用于计算河流产水产沙 的最小单元，是水文及水土流失研究与管理的最佳地域尺度。通过遥感技术，气候模式获得降水 数据，并驱动分布式水文模型，模拟和预测水文过程，是流域水文水资源研究的必然趋势。以 NO? AA-CPC-US 降水作为参照，在美国不同地区的 9 个小流域，评估卫星降水产品 PERSIANN，PERSI? ANN-CDR，TRMM-3B42V7，GPM-IMERG，雷达降水 StageIV 以及气候模式 ERA5 降水产品的精度， 并用这 7 种降水产品驱动 CREST 分布式水文模型，评估了 7 种降水产品的水文模拟效用。研究表 明：各降水产品与 NOAA-CPC-US 降水吻合程度从高到低，依次是 StageIV 雷达降水，PERSIANN- CDR 和 GPM-IMERG 次之，再次是 PERSIANN 和 ERA5，最后是 TRMM-3B42V7。各降水产品在美 国北部高纬度地区和西部山地等区域的小流域降水估算精度略低，在美国中部，南部，东部的小流 域有较好的降水精度。在水文模拟效用评估中，设定相同率定期，分别使用 7 种降水产品率定 CREST 模型参数，得到率定参数集后，在相同验证期对流域日径流过程进行模拟。结果表明：NO? AA-CPC-US 和 Stage IV 雷达降水在各小流域水文模拟中效果较好，在美国北部和西部地区，使用 PERSIANN，PERSIANN- CDR，GPM- IMERG，ERA5 降 水 进 行 水 文 模 拟 时 需 要 谨 慎 。 TRMM- 3B42V7 的小流域水文模拟效果不理想。     

泾河流域上游景观尺度植被类型对水文过程的影响

选择具有土石山区的泾河流域上游为研究对象,应用生态水文模型SWIM对上游景观尺度下各植被类型水文效应进行了模拟,并针对上游土石山区和黄土区分海拔段进行了植被分布的水文格局影响分析。结果表明：泾河流域上游的森林、农田、草地各植被类型的蒸散及组分、径流深和土壤深层渗漏各水文过程具有显著差异,不同区域（土石山区和黄土区）的同一植被类型的各水文过程明显不同;同时,植被景观格局存在区域和海拔差异,这使得不同区域和海拔段的各水文过程有所不同。如在土石山区,以森林为主的海拔段2 250-2 922 m降水量和蒸散量均最大（分别为641 mm和484 mm）,以农田、草地和森林均有分布的海拔段1 750-2 250 m降水量较大（590 mm）,但蒸散量最低（仅为434 mm）;而在较为干旱的黄土区（降水量为514 mm）以农田和草地为主两个海拔段（1 026-1 350 m和1 350-1 750 m）的蒸散量较高（分别为458 mm和440 mm）。另外,从各水文过程要素与降水的比值看,两个区域之间差异比较明显,但同一区域不同海拔段间差异不明显。     

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。     

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。     

贡嘎山东坡亚高山不同林地土壤水分特性与生态环境效应

森林土壤水分特性，包括水分的渗透与蒸发、保持与贮存等对森林生态环境都有重要意义。本文研究了长江上游贡嘎山亚高山不同森林类型土壤的水分特征及其生态环境作用，结果表明：成熟林、过熟林土壤在储水、渗透、容水、蒸发和持水特性等多数方面利于保持和改善生态环境，次生或林分单一森林类型次之，林木皆伐后最差。研究区以成熟林和过熟林为主，生态环境保护较好。尽管该区与长江上游其它地区一样同具自然地理条件差、生态环境脆弱的特征，但由于该区森林植被和环境得到了有效保护，土壤水分特性好，促进了森林生态系统的良性循环，生态环境问题得到进一步改善。     

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。     

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。     

森林生态系统健康评价指标及其在中国的应用

根据1995～1998年的遥感资料、1980～1997年全国气象资料以及1949～2001年的森林统计资料以及全国300多个森林样地调查资料，在生态系统健康理论基础上，以活力(V)、组织结构(D)和恢复力（R)为评价指标，对中国森林生态系统的健康状况进行了评价，并对中国森林生态系统健康的空间格局进行了分析。我国森林生态系统健康指数高的区域主要分布在热带雨林季雨林以及天然林分布的区域，而蒙新林区和暖温带林区的健康指数较低，且由南到北逐渐降低。温度和降水对森林生态系统健康的空间格局有较大的影响。通过生态系统健康指数与活力、组织结构和抵抗力的相关分析可知，抵抗力对生态系统健康影响最大，其次是组织结构，影响力最小的是活力。     

近30年东北亚南北样带气候变化时空特征分析

以东北亚南北样带为研究区,基于NCDC气象数据,采用统计分析、线性趋势分析和累积距平分析法,对近30 a来东北亚地区的气候变化进行了系统研究。结果显示：1980~2010年,样带温度变化整体以升温态势为主,1996年后进入偏暖阶段,显著升温区年升温速率在0.05℃/a以上。降水变化整体表现为南减北增的空间分异格局,南部在1999年后进入偏少阶段,北部在2004年后进入偏多阶段,降水显著减少区,年降水量减少速率在5 mm/a以上;降水显著增加区,年降水量增加速率在5 mm/a以上。