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《中南林业科技大学》 2007年
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不同年龄阶段会同杉木林水文学过程定位研究

邓湘雯  
【摘要】:本研究以亚热带典型森林类型—杉木人工林为研究对象,利用国家重点野外科学观测研究站—会同杉木林生态站对8个集水区25 a来长期定位观测的历史资料,结合补充试验观测,在长时间尺度上,从降水输入、集水区林冠层水分传输、枯落物层水分动态、土壤层水分动态、径流规律与组成,及其水量平衡等方面,研究了不同年龄阶段杉木人工林生态系统的水文过程规律,探讨了林水关系的理论问题,取得了以下几个方面的成果: 1、研究区1982-2006年间的年均降水量为1287.2 mm,全年降水次数分布均匀,但降水量主要集中在每年的4-8月份,并且以小强度降水为主。集水区林冠上层的降水量略大于林外200 m处的降水量,且集水区不同部位的降水量并不完全相等;建立了山麓、山坡和林外的降水量相关关系模型,模拟的精度在95%以上。而干燥度指数最大值出现在1月份,其次是12月份;最低值出现在5、6月份。这种降水特征和干燥度指数分布特征有利于水分在土壤中的下渗,有利于杉木人工林对水分的利用,从而促进生长发育。 2、随着林分年龄的增大,林冠截留能力不断增强,第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ龄级的年平均林冠截留率分别为25.7%、28.6%、30.1%和32.9%。随着降水强度的增大,林冠截留率迅速减小,日降水量在0.5 mm·d-1以下时,截留率为98%以上;0.5-1.0mm·d-1对,林冠截留率均在90%以上;对于60 mm·d-1以上的阵性降雨,林冠截留率减少到10%左右。林冠截留量随着降水量的增加而增加,但林冠截留量的增加有个极限值,这个极限值在7~12mm左右。林冠截留的季节变化规律是降水量大的月份,林冠截留量也大,但截留率却小,冬半年,林冠截留率超过30.0%,而5-8月林冠截留率较小,不足28%。林冠截留量的大小也与林分的生长状况密切相关,生长量大的林分,其林冠截留能力强;同一集水区中林冠截留能力的大小顺序是:山沣山坡山麓,与其生长量的规律一致。采用逐步回归分析的方法筛选出影响 一次性林冠截留降水量的主导因子为降水量、林分年龄、降水强度、上次降水量影响因子、与前次降水的间隔时间等。采用3次多项式回归模型和指数函数能较好地模拟不同龄级的降水量和一次性林冠截留量的关系。一般地,杉木人工林不能有效地降低降雨动能,只有在雨量极小、林冠层截留大部分水量或是雨强极大、直径大的雨滴在枝叶表面撞击分散的情况下,林冠才能有效地降低降雨动能。 3、杉木人工林生态系统在第Ⅰ龄级时,受抚育等经营措施的影响,地表径流量最小,年均地表径流系数为0.0071。抚育停止后,地表径流增加。到第Ⅲ龄级时,地表径流系数达到最大值,为0.0220。第Ⅳ龄级开始,地表径流逐渐减少,地表径流系数为0.0093,为第Ⅲ龄级的50%左右。第Ⅰ龄级杉木林的地下径流最大,地下径流系数0.3012,为采伐前成熟林(0.1577)的2倍。随着林分年龄增大,受林冠截留、土壤结构改善和蒸腾作用等方面的影响,地下径流逐渐减少,到第V龄级时径流系数为0.1577;集水区径流输出以地下径流为主,地表径流量只占总径流量的2.3%-8.7%。不同龄级径流的月变化规律和降水量一致,降水量大的月份,径流量也大,4-8月的降水量占年总降水量的62.2%,径流量占年总径流量的71.7%,其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5个龄级,这5个月的平均径流系数分别为0.3566、0.3278、0.2907、0.2123.2123和0.1751,而且径流洪峰主要出现在5-8月份。逐步回归筛选后,影响月平均径流量的主要因子为月平均降水量和林龄。3次多项式的回归模型能较好的拟合各龄级月降雨量与月径流量的关系。 4、杉木人工林地土壤水分的变化可分成蓄墒、失墒和平稳三个阶段。林分年龄大,土壤含水率相对较高。土壤水分的垂直分层动态呈两头小(0-15 cm与60-90cm),中间大(15-60 cm间)的变化规律,这对根系吸收和利用水分是有利的。影响土壤含水率的主要因子为:林分年龄、实效降雨量因子、空气相对湿度、连旱因子、降水量、大气温度等,采用多元线性回归模型能准确地预测土壤的含水率。 5、蒸发散的年变化规律是随着林分年龄的增大而增大,到第V龄级时达到最大值,蒸散率为0.841。6-9月份的蒸散量更大,5个年龄阶段中这4个月的蒸散量均为全年总蒸散量的51.4%以上。同一集水区中林冠上层的蒸散能力最大,林冠下层的蒸散能力最小。不同集水区中,生长状况好的林分的蒸散能力强。 6、采用多模型选优的方法,以单木胸径、树高控制乔木层各组份现存水量,分别建立了杉木单木干材、树皮、枝、叶和根5个组份的现存水量预测模型,提高了预估现存水量的精度。分别编制了5个组分的二元现存水量表,能直接应用于水文学过程和杉木人工林生长过程的规律研究。 7、通过水量平衡法,得出了不同年龄阶段杉木人工林生态系统的水量平衡表。在杉木人工林生态系统水量平衡表中,第Ⅲ集水区1984-2006年的年均降水量收入为1295.4 mm,蒸发散和径流支出水量1294.7 mm,占收入水量的99.95%,还有0.05%的水分已以固态有机物的形式进入生物体内,储存在小集水区当中。
【学位授予单位】:中南林业科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S791.27

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