秦岭天然次生油松林生态水文功能研究

【摘要】秦岭是中国重要的水源涵养林区，林间溪流众多，许多重要的河流发源于此。近些年来随着林区保护力度的加强，林区森林得出了一定程度的恢复，部分林分也进入到近成熟和成熟龄阶段，林分组成、结构、生态功能等发生了显著变化。为了解不同生长发育阶段秦岭山地森林生态系统生态水文功能和过程，本研究选取秦岭中山地带油松天然次生林作为主要研究对象，采用野外定位观测方法，结合室内和模型模拟研究手段，着重研究油松林生态系统山地小气候特征，林冠层、枯落物层和土壤层的生态水文功能，揭示近成熟林阶段油松林所具有的生态水文功能和特征。为区域水资源管理、水源涵养区生态效益评价、水源涵养林保护和抚育等提供理论依据和参考。本研究取得的主要结论如下：（1）研究区观测期间年平均空气温度和相对湿度林内均高于林外，风向主要以东北风和南风为主，林外风速高于林内，各气象因子变化幅度林内均明显小于林外，林内外各气象因子彼此之间均存在一定的相互影响。2006年～2008年下行辐射年总量分别为14849.89MJ/m2、14272.99MJ/m2和14454.91MJ/m2，上行辐射年总量分别为11902.17MJ/m2、11751.33MJ/m2和11732.89MJ/m2。（2）2007年和2008年PAR5（光合有效辐射,PAR），PAR3,PAR2和PAR1的年总量分别为7604.68和7939.77mol·m-2、1436.70和1389.98mol·m-2、1503.42和1392.12mol·m-2、1000.68和917.11mol·m-2。全年RPFD3（相对光量子通量密度,RPFD），RPFD2和RPFD1分别为18.89%和17.51%、19.77和17.53%、13.16%和11.55%。在日尺度上，随林冠厚度的加深，林下各层PAR强度逐渐减弱。春、夏生长季PAR平均值高于秋、冬非生长季。（3）降雨年度差异较大，干湿季表现明显，各月间分配不均，降雨主要集中在每年的5～10月。低雨量级和小雨强降雨事件频发，但占总降雨量的比重较低。2006年～2008年林冠平均截留率分别为32.9%、33.0%和33.6%，年度间变化不大。林冠截留是一个动态变化过程，林冠截留率在不同降雨量级和降雨强度下，存在较大的差异。随着降雨量级或降雨强度的增高，林冠截留率呈递减趋势。平均截留速率越高，林冠达到饱和截留量所需时间越短。林冠截留量越接近饱和状态，林冠对大气降雨的截留作用越弱。（4）100次完整降雨事件总降雨量为1576.4mm，其中穿透降雨量为982.9mm，树干茎流量为69.5mm，冠层截留量为524.0mm，分别占总降雨量的62.4%、4.4%和33.2%。降雨分配与降雨量级密切相关，降雨量级增大，穿透降雨率和树干茎流率呈增大趋势，林冠截留率呈降低趋势。降雨事件发生后，穿透降雨和树干茎流出现的时间与降雨发生的时间并不同步，均表现出一定的延滞性，随着降雨量级增大，滞后时间表现出逐渐缩短的趋势。（5）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。（6）降雨事件实测截留率为33.2%，Gash模型模拟截留率为35.9%，Fan模型为53.6%，模拟值均高于实测值。不同雨量级间Gash模型模拟截留率与实测截留率差为-0.3～7.1%，不同年度间截留率差为1.9～3.2%。降雨量＞50mm的降雨事件，Fan模型模拟和实测截留率差为-3.4%～1.3%；降雨量＜50mm的降雨事件，截留率差为21.2%～37.2%，不同年度间实测与模拟截留率差为15.4%～24.1%。Gash模型对秦岭油松林模拟精度较高，适用性较好，Fan模型虽然相对简单，但总体模拟精度不高，对降雨量较小的事件模拟效果相对较差。（7）枯落物层总厚度和总蓄积量油松林分别为9.3±2.8cm和27.94±9.81t/hm2，锐齿栎林分别为8.3±3.6cm和16.04±3.60t/hm2，枯落物层总厚度和总蓄积量油松林均高于锐齿栎林，两种林分蓄积量均表现为半分解层高于未分解层。枯落物持水作用主要表现在浸水的初期，持水速率与浸水时间呈负相关，随着浸水的继续，未分解层和半分解层持水速率均呈下降趋势，并逐渐趋于平缓，半分解层持水速率高于未分解层。最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量均表现为，半分解层高于未分解层，油松林高于锐齿栎林。60cm深土层油松林非毛管持水量、毛管持水量和最大持水量分别为919.66t/hm2、1667.33t/hm2和2586.98t/hm2；锐齿栎林分别为614.61t/hm2、1416.16t/hm2和2030.76t/hm2，土壤层（0-60cm）持水量油松林高于锐齿栎林。
【作者】陈书军；
【导师】陈存根；
【作者基本信息】西北农林科技大学，生态学，2014，博士
【关键词】秦岭；油松；林冠截留；枯落物；生态水文效应；

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