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天山中部林区不同林分条件下地表径流和土壤侵蚀特征研究

王晓康  
【摘要】:本文以天山森林生态系统定位研究站为依托,于2012年6-9月,以天山中部林区人工林、灌木林、天然林13种林分(对照裸地、草地)为研究对象,采用径流小区法对试验区内的土壤可侵蚀性、降雨动能以及各林分条件的产流时间、产流过程、地表径流、土壤侵蚀特征进行了监测分析,对各林分条件的水土保持作用进行了定量评价,最终利用Brook90模型对研究区小流域上游林分变化对地表径流的影响进行了模拟。研究结果如下: (1)研究期间降雨量较少但降雨动能差别较大,产流过程与降雨过程呈现对应关系,产流时间和雨强相关性显著。研究区地表径流以超渗产流为主,各样地产流特征呈现:裸地草地中林龄2中林龄1人工林1灌木林2灌木林1幼龄林人工林2人工林3人工混交林中龄林3近熟林成熟林中龄林4;裸地与林地的差值在6.23-11.23m3/hm2之间,各林分间差值在1.21-5.09m3/hm2之间,地表径流消减率的天然林为35%-100%,人工林为30%-90%,灌木林为40%-80%。 (2)各样地产沙特征呈现:裸地草地中龄林2中龄林1幼龄林灌木林2人工林1灌木林1人工林3成熟林人工林2人工混交林中林龄4近熟林中林龄3;裸地是林地的2-6倍,各林分条件在1-2.5倍之间。天然林减沙率在20.6%-100%,人工林在26.3%-91.5%,灌木林地在40%-70%之间。 (3)产流与雨量相关性显著而产沙与雨强相关性显著,产沙量与产流量呈指数函数关系。 (4)利用灰色关联法对产流、产沙的影响因素进行分析,对于产沙而言,各影响因素大小关系呈现:降雨量林分密度冠层活枝高度枯落物厚度郁闭度坡度;对于产流而言呈现:降雨量枯落物厚度郁闭度林分密度冠层活枝高度坡度。不同林分生态水文功能,天然林呈现:中龄林3近熟林中龄林4成熟林幼龄林中龄林2中龄林1特征;人工林为:混交林透光伐抚育林修枝抚育林未抚育林;灌木林为:盖度0.6盖度0.8。 (5)利用主成分(PAC)分析法对各林分水源涵养功能进行了评价,结果显示;林分生长因子在研究区水源涵养评价中起主导作用;龄林为中龄林、近熟林,林木密度在1100-1400株/公顷,郁闭度在0.6-0.7,乔木树高在16-18m,胸径20-23cm之间生长状况下的天然林水源涵养功能达到最佳;人工林混交复合层水源涵养效果要优于单层,人工林郁闭度为0.6-0.8,密度为2000-2200株/hm2,水源涵养功能较好。郁闭度和林分密度最能直接体现林分生长,因此对林分密度与产流量、产沙量;郁闭度与产沙量、产流量、降雨因子间的关系进行函数拟合。 (6)利用Brook90模型对研究区小流域上游地表径流进行模拟,模拟结果精度较高,利用该模型对林分条件变化而引起的地表径流变化进行模拟,结果显示;当草地、裸地变为林地、灌木林后产流量可下降10%-25%,人工林成长为中龄林3时可减少30%的径流量。


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