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《中南林业科技大学》 2018年
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武陵山区小流域不同植被类型水文生态功能研究

罗佳  
【摘要】:森林生态系统是陆地生态系统的主体,具有巨大的经济、社会、生态效益。森林和水的关系密不可分,森林通过林冠层截留、树干截留、枯落物层和土壤层持水以及地表径流的过程,对大气降水进行重新分配和调节,发挥着独特的水文生态功能。本研究选取湘西山地不同植被类型马尾松天然林、杜仲人工林、枫樟混交林为研究对象,同时以坡耕地作为对照,对各植被类型的林冠层、枯落物层、土壤层的森林水文生态功能进行了对比及综合分析研究,并测定大气降水及各植被类型穿透雨、树干茎流、地表径流、壤中流水质来研究不同植被类型净化水质的作用:为不同植被类型水文生态功能的综合评价,生态环境的合理维护、森林的合理经营及水资源的可持续利用提供理论基础。研究结果如下:(1)随着小流域内大量植被的生长,改变了当地的小气候环境,增加了降雨,降温增湿作用明显;增加了植被,减小了风速。降雨量、湿度和风速的相关系数分别呈正相关,风速与降雨量与湿度和风速与湿度呈显著的负相关。研究区降雨充沛,温湿度适宜,有利于植物生长。(2)植被有助于对降雨进行重新再次分配,穿透率、树干茎流率和林冠截留率也随降雨量的增大而增大,随着降雨量的减小而减小。不同植被类型杜仲林、枫樟混交林和马尾松林的林冠截留量分别为289.75 mm、358.78mm和351.46 mm,林冠截留率分别为14.69%、18.19%和18.79%。不同植被类型的林冠层穿透雨量、穿透雨量比、树干茎流量和林冠截留量随着降雨量的增大而增大;降雨量与林冠层降雨呈显著的正相关关系;混交林的穿透雨量和林冠截留量大于纯林,而纯林的树干茎流量大于混交林;不同植被类型林冠层对降雨的分配表现为穿透雨最多,其次是林冠截留,树干茎流最小。(3)不同植被类型均以叶为主要积累凋落物方式,其次是枝条,碎屑最小,而坡耕地有别于各森林植被类型,坡耕地碎屑排第三,最小的是落果积累的方式。不同植被类型枯落物总厚度以枫樟混交林最大,坡耕地的最小;枯落物总储量马尾松林最大,为18.75 t/hm2;其次是枫樟混交林,为13.59 t/hm2;坡耕地的最小,仅为5.81 t/hm2;未分解层和半分解层枯落物储量均表现为马尾松林枫樟混交林杜仲林坡耕地。不同植被类型枯落物持水量与浸泡时间呈明显对数关系(R0.93),枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系(R0.99)。不同植被类型枯落物层渗漏水排序为杜仲林(1151.87 mm)马尾松林(1095.64 mm)枫樟混交林(1065.92mm)坡耕地(908.11 mm)。(4)不同植被类型,土壤含水率最大的是坡耕地,其次是枫樟混交林,马尾松林的土壤含水率最小;不同植被土壤非毛管孔隙度排序为枫樟混交林(4.50%)杜仲林(3.55%)马尾松林(3.50%)坡耕地(2.80%);土壤总孔隙度排序与毛管孔隙度排序一致,均为枫樟混交林马尾松林坡耕地杜仲林;不同植被类型土壤有效持水量枫樟混交林最大,为364.50 t/hm2,其次是杜仲林,最小的是坡耕地,枫樟混交林是坡耕地的3.25倍;土壤毛管持水量和最大持水量的排序相同,均是枫樟混交林杜仲林马尾松林坡耕地;不同植被类型土壤初渗速率枫樟混交林最大,杜仲林排第二,坡耕地最小,不同植被类型土壤入渗速率与入渗时间存在较好的幂函数关系(R0.89);不同植被类型含水量均呈现显著差异,含水量最大的均是杜仲林,其次是枫樟混交林,含水量最低的是坡耕地;降雨前和降雨后,土壤的含水量与风速和温度均呈负相关的关系,土壤含水量与湿度呈正相关的关系。(5)随着降雨量的增加,地表径流量逐渐加大,其中杜仲林地极为显著;当降雨量逐渐增大到30 mm时,坡耕地的地表径流量最大;当降雨量≥50 mm时,4个类型的林地地表径流均有一个显著的增加,这说明土壤水分开始达到饱和;不同植被类型径流总量、径流深度和径流系数排序均为杜仲林马尾松林坡耕地枫樟混交林;在相同降雨量下,蒸发量越大则径流量越小,枫樟混交林的径流总量最小。不同植被类型地表径流量均随着降雨量的增大而增大,地表径流量与降雨量呈较显著的线性关系。(6)植被的存在极大的改善了水体质量,从而起到积极的净化水质作用;随着时间延长穿透雨、树干茎流、地表径流和枯落物渗漏水的水质均有所好转,虽有部分监测水质离子减小,但是大部分离子含量均在提高,说明了森林强大的净化水质作用。鉴于森林植被的强大净化水质的能力,应充分发挥森林的净化水质作用。(7)不同植被类型的生态水文功能最好的是枫樟混交林,最差的是坡耕地,森林中最差的是马尾松林,具体排序为枫樟混交林(15.42)杜仲林(7.15)马尾松林(2.55)坡耕地(-0.86)。阔叶树的水文功能较强,保持水土和涵养水源能力均强于针叶树,而坡耕地涵养水源和保持水土能力较差。(8)本研究结果表明植被具有保持水土、涵养水源和净化水质的生态功能,研究结果对科学评价不同植被类型的水源涵养功能、森林生态的保护建设提供理论支撑,也进一步说明森林具有涵养水源、保持水土、净化水质的功能,为森林生态效益评估提供数据支持。
【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】:2018
【分类号】:S718.5

【参考文献】
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