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杉木人工林对降水输入过程调控机制研究

杉木人工林对降水输入过程调控机制研究

作者：赵亮生中南林业科技大学

学位级别：硕士

在我国经济社会快速发展条件下,水资源不足日益成为区域发展的瓶颈,森林植被对水资源形成过程的调控机制的研究成为解决水资源短缺的关键科学问题,了解森林植被对降水输入过程的调控机制有着重要的意义,同时杉木人工林作为我国南方的主... 详细信息

在我国经济社会快速发展条件下,水资源不足日益成为区域发展的瓶颈,森林植被对水资源形成过程的调控机制的研究成为解决水资源短缺的关键科学问题,了解森林植被对降水输入过程的调控机制有着重要的意义,同时杉木人工林作为我国南方的主要造林树种,占全国人工林面积的1/5,研究杉木人工林对降水输入过程的调控机制,对解决林水协调发展问题有重要意义。本研究利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站29年水文观测数据,分析了杉木人工林林外降水月变化、年变化和强度分布,研究了杉木人工林各生长阶段对降水的分配规律,分析了林冠截留、穿透水与降雨量的关系,研究了杉木人工林不同生长阶段枯落物水文特征,旨在揭示杉木人工林对降水输入过程的调控机制,为杉木人工林的科学管理与建设提供理论依据。研究结果表明,研究区1983～2011年总降雨量为37435.1mm,年均降雨量1290.9mm;29年4～8月份月平均降雨量较大;单次降雨量在0.5～5mm的小雨次数最多,出现1866次,占总次数的45.08%。杉木人工林不同生长阶段林冠对降水输入再分配的月分布规律相近但又存在差异;同时林冠截留能力随着林龄的增加而增强,所以各生长阶段林分年平均林冠截留率会有差异。林分不同生长阶段年均截留率大小关系分别为：成熟阶段（29.47%）＞干材阶段（27.86%）＞速生阶段（27%）。林分的速生阶段没有树干茎流产生,林分在进入干材阶段后,当降雨达到一定强度时才会产生树干茎流,但茎流量非常少,其年均总量仅占年降雨量的1%左右。杉木人工林林分各生长阶段林内穿透水与降雨量均呈线性关系,穿透水随着降雨量的增加而增加。随着林分的生长,生物量增加,林分的截留能力随之增强,林分总生物量以及其各组分生物量的增加也直接影响林分的截留能力。杉木人工林的不同生长阶段生物量各组分与截留率均呈正相关,并且截留率与干材、树枝、树叶、树根及总生物量呈显著正相关,树皮生物量与截留率呈正相关,但相关性不显著。杉木林生长各阶段截留率和截留量变化情况基本相似,都是在降雨初期或降雨量较小时,截留率较高,而当降雨量增大时,截留率迅速减小,当降雨达到一定强度时,截留率和截留量都会进入一个稳定阶段,但在不同生长阶段,进入这个稳定阶段的阈值不同。总之,杉木人工林林冠截留能力随着林分的生长发育不断增强,林冠截留能力基本呈现出成熟阶段＞干材阶段＞速生阶段的趋势。速生阶段林分林冠截留能力在降雨量到达17-34mm时进入相对稳定阶段,明显低于干材阶段和成熟阶段林分达到稳定阶段所需降雨量,干材阶段和成熟阶段林分达到稳定阶段降雨量分别为23-50mm和25～47mm。林分各生长阶段截留率与降雨量的回归关系式分别为：速生阶段：PIR=64.118P-0.5187,R2=0.986;干材阶段：PIR=71.034P-0.4502,R2=0.980;成熟阶段：PIR=72.067P-0.4444, R2=0.976。指数方程很好的反应了截留率与降雨量之间的关系,回归方程判定系数均达到了97%以上。杉木人工林不同生长阶段林分枯落物未分解层持水量随浸泡时间的延长而增加。不同生长阶段林分枯落未分解物层持水量关系表现为：成熟阶段＞干材阶段。林分不同生长阶段枯落物半-已分解层的持水量同样随浸泡时间延长而增加,与未分解层不同的是,干材阶段林分和成熟阶段林分林分枯落物半-已分解层持水量差异不明显。枯落物未分解层和半分解已分解层在0-1/2h时段吸水速度最快,说明林地枯落物对于历时短、强度高的降水有较好的拦蓄功能,能够有效地防止地表径流的产生。对比不同层次枯落物吸水速率可以发现,已分解半分解层枯落物的值要大于未分解层枯落物。

关键词：降雨量穿透水林冠截留树干茎流枯落物层持水量

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杉木人工林地土壤水分蒸发的时空变化特征

中南林业科技大学学报 2013年第7期33卷 125-130页

作者：陈媛媛闫文德阳柏苏项文化赵亮生南方林业生态应用技术国家工程实验室湖南长沙410004 湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站湖南会同418307

为了研究土壤水分蒸发规律,做好蓄水保墒,减少水分的非生产消耗,需要了解水分运动规律。本实验利用2012年湖南会同定位观测站第Ⅱ集水区实测数据,研究杉木人工林地土壤水分蒸发日变化、月变化、及不同坡位的变化规律。结果表明:土壤水... 详细信息

为了研究土壤水分蒸发规律,做好蓄水保墒,减少水分的非生产消耗,需要了解水分运动规律。本实验利用2012年湖南会同定位观测站第Ⅱ集水区实测数据,研究杉木人工林地土壤水分蒸发日变化、月变化、及不同坡位的变化规律。结果表明:土壤水分观测日最大分时蒸发量发生在9:00～11:00时段,月均蒸发量在6月中旬左右达到最大峰值;春季3～5月期间土壤含水量的平均变化程度较小,而夏季6～7月期间土壤含水量的平均变化程度较大;不同坡位因土壤层厚度、空气流动程度及林下植被凋落物的种类和混合比例不同,其土壤水分蒸发量呈现明显差异。结合这些特点,试图分析其形成的原因,为后期研究提供了参考方向。

关键词：杉木人工林土壤水分蒸发量土壤含水量时空特征

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樟树人工林林冠截留效应分析

中南林业科技大学学报 2013年第5期33卷 91-95,100页

作者：赵亮生闫文德项文化梁小翠伍倩南方林业生态应用技术国家工程实验室湖南长沙410004 湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站湖南会同418307

文章对比分析长沙城区内与城郊樟树人工林2011年林冠层对降水的截留效应,研究得出结论:城郊樟树林年降水量为2 028 mm,年截留量为515.8 mm,林内降水量占总降水量的74.57%,达1 512.2 mm;市区樟树林年降水量、截留量、林内降水量均低于城... 详细信息

文章对比分析长沙城区内与城郊樟树人工林2011年林冠层对降水的截留效应,研究得出结论:城郊樟树林年降水量为2 028 mm,年截留量为515.8 mm,林内降水量占总降水量的74.57%,达1 512.2 mm;市区樟树林年降水量、截留量、林内降水量均低于城郊,虽然年截留量低于城郊,但截留率则高于城郊。市区和城郊樟树林的穿透水变化规律虽存在差异,但整体趋势相似,两块检测样地在雨量极低时截留作用差异较为明显,但随着降雨量的增加,截留率差异变小。通过研究分析两块样地的监测数据可看出无论是在城区还是城郊樟树人工林林冠均有明显的截留效应。

关键词：樟树人工林林冠截留截留效应

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第二代杉木人工林径流规律的研究

中南林业科技大学学报 2013年第6期33卷 108-112页

利用2011年湖南会同定位观测站第Ⅲ集水区实测数据,研究了第2代杉木人工林的降水过程与径流规律。结果表明:2011年年总降水量为1 071.1 mm,净降水量为594.15 mm,降水次数116次,其中4～8月份的降水次数占总降水次数的39.7%,降水量占总降... 详细信息

利用2011年湖南会同定位观测站第Ⅲ集水区实测数据,研究了第2代杉木人工林的降水过程与径流规律。结果表明:2011年年总降水量为1 071.1 mm,净降水量为594.15 mm,降水次数116次,其中4～8月份的降水次数占总降水次数的39.7%,降水量占总降水量的66.3%。2011年集水区形成总径流量为243.52 mm,地表径流1.98 mm,地下径流241.54 mm,地表径流出现在4、5、6三个月份,4月份地表径流值最大为1.11mm。1月份的地表径流系数及地下径流系数均最大,地下径流、地表径流变化趋势和降水量变化趋势相似,而径流的形成相对降水事件有明显滞后性。

关键词：第2代杉木人工林降水过程径流规律湖南会同

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闽北不同类型毛竹林径流特征的研究

中南林业科技大学学报 2013年第12期33卷 42-45页

作者：张华范少辉刘蔚漪刘广路闫文德赵亮生国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102 西南林业大学云南昆明650224 中南林业科技大学湖南长沙410004 南方林业生态应用技术国家工程实验室湖南长沙410004 白龙江林业管理局林业科学研究所甘肃武都746010

以闽北杉木林和常绿阔叶林为对照,对闽北山区主要毛竹林类型—竹杉混交林、毛竹纯林和竹阔混交林的产流特征进行了研究。结果表明:降雨量对地表径流的产生有重要影响。当降雨强度增加到10～20 mm时,各林分地表径流量都有所增加,毛竹纯... 详细信息

以闽北杉木林和常绿阔叶林为对照,对闽北山区主要毛竹林类型—竹杉混交林、毛竹纯林和竹阔混交林的产流特征进行了研究。结果表明:降雨量对地表径流的产生有重要影响。当降雨强度增加到10～20 mm时,各林分地表径流量都有所增加,毛竹纯林的地表径流量(3 mm)和地表径流系数(1.9)为各林分最大;对不同月份及不同林分间地表径流进行方差分析,结果显示毛竹纯林与其它林分之间差异极显著,而其他各林分之间差异不显著;并拟合出了地表径流量和降雨量之间关系的曲线方程。总之,毛竹纯林的空间结构简单,径流量较大;竹阔混交林结构复杂,径流量较小,是一个较好的经营模式。

关键词：不同类型毛竹林降雨量产流特征闽北

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湖南会同杉木人工林林冠截留特征

生态学报 2016年第13期36卷 4131-4140页

作者：伍倩闫文德赵亮生邓湘雯宁晨项文化中南林业科技大学长沙410004 南方林业生态应用技术国家工程实验室长沙410004 城市森林生态湖南省重点实验室长沙410004 甘肃省白龙江林业管理局林业科学研究所兰州730070 湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站会同418307

林冠对降水的截留是森林生态系统水分平衡的一个重要组成部分,在水分循环和水资源管理方面起着非常重要的作用。杉木是我国特有的速生商品材树种,研究杉木人工林各生长阶段的林冠截留,能更好的了解杉木各生长阶段的水循环过程以及涵养... 详细信息

林冠对降水的截留是森林生态系统水分平衡的一个重要组成部分,在水分循环和水资源管理方面起着非常重要的作用。杉木是我国特有的速生商品材树种,研究杉木人工林各生长阶段的林冠截留,能更好的了解杉木各生长阶段的水循环过程以及涵养水源的能力。以湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站第Ⅲ集水区杉木人工林为研究对象,采用小集水区径流场综合试验法对1983年至2007年杉木人工林幼龄阶段、中龄阶段及近熟阶段3个不同生长阶段的林冠截留进行分析。结果表明:(1)杉木人工林不同生长阶段年均截留率分别为:幼龄阶段26%、中龄阶段27.86%和近熟阶段29.47%,3个阶段的截留率季节变化规律相似,但在降雨量较小的月份,近熟阶段的截留率明显高于幼龄阶段。(2)在雨量级小于1.0 mm时,3个阶段林冠截留率都较高且无明显差别,均在86%以上;在1.0—2.0mm雨量级时,3个阶段截留率与雨量级小于1.0 mm时均大幅降低,但3个阶段截留率物显著差异,幼龄阶段48.1%、中龄阶段48.7%和近熟阶段47.1%;在进入2.0—4.0 mm雨量级时,3个阶段截留率差异较大,幼龄阶段30.5%、中龄阶段38.4%和近熟阶段44.1%,近熟阶段的林冠能截留住更多的降雨;当降雨量大于100 mm时,3个阶段林冠截留率又无明显差异截留率均低于10%。(3)Fan模型对各阶段杉木人工林林冠截留的模拟较为理想。

关键词：杉木人工林降雨量林冠截留模型

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不同年龄阶段杉木人工林枯落物层水文特征

西北林学院学报 2013年第4期28卷 1-5,121页

分析了不同年龄阶段杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林林下枯落物储量及其持水特性,以期为杉木人工林的经营策略及发挥其水土保持功能提供科学依据。结果表明:杉木人工林幼龄阶段、中龄阶段、近熟阶段枯落物储量分别为5.37、15.50、2... 详细信息

分析了不同年龄阶段杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林林下枯落物储量及其持水特性,以期为杉木人工林的经营策略及发挥其水土保持功能提供科学依据。结果表明:杉木人工林幼龄阶段、中龄阶段、近熟阶段枯落物储量分别为5.37、15.50、23.***.hm-2;同一林分不同层次枯落物最大持水量差异明显;枯落物吸水速度随浸泡时间的延长而降低,30min内吸水速度最快,枯落物吸水速度与其浸泡时间相关性极高;随着林龄的增加,单位面积枯落物最大持水能力呈增长趋势,幼龄阶段、中龄阶段、近熟阶段分别为76.93、91.76、108.***.hm-2,枯落物最大持水能力相当于水深为6.14、8.04、9.39mm。

关键词：杉木人工林枯落物持水性能

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HD-20龙门刨床漏油的处理

冶金设备管理与维修 1995年第5期13卷 10-10,7页

作者：赵亮生张兴仁太钢机械厂

为解决HD-20龙门刨床漏油问题，采用了4种处理方法：①在3节床身连接处加工了1条带状密封槽；②在高压油泵外径上加工了两道密封槽；③在工作台导轨胶木板接口处开了横槽；④在管接头处加放密封垫。结果年节约机油8.6t，每月减少停机4h... 详细信息

为解决HD-20龙门刨床漏油问题，采用了4种处理方法：①在3节床身连接处加工了1条带状密封槽；②在高压油泵外径上加工了两道密封槽；③在工作台导轨胶木板接口处开了横槽；④在管接头处加放密封垫。结果年节约机油8.6t，每月减少停机4h，改善了工作环境，延长了机床使用寿命。

关键词：龙门刨床漏油处理密封密封槽密封垫使用寿命

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亚热带4种典型人工林凋落物持水特性

中南林业科技大学学报 2015年第12期35卷 76-81,94页

作者：伍倩闫文德梁小翠王姣龙宁晨赵亮生中南林业科技大学湖南长沙410004 南方林业生态应用技术国家工程实验室湖南长沙410004 城市森林生态湖南省重点实验室湖南长沙410004 甘肃省白龙江林业管理局林科所甘肃武都746010

对亚热带地区枫香林、樟树林、马尾松林及樟树+马尾松林这4种典型人工林凋落物持水特性进行研究,结果表明:(1)4种森林类型的凋落物年凋落量大小顺序为:樟树+马尾松林(6.09 t/hm^2)>枫香林(5.98t/hm^2)>马尾松林(5.89 t/hm^2)>樟树(3.871... 详细信息

对亚热带地区枫香林、樟树林、马尾松林及樟树+马尾松林这4种典型人工林凋落物持水特性进行研究,结果表明:(1)4种森林类型的凋落物年凋落量大小顺序为:樟树+马尾松林(6.09 t/hm^2)>枫香林(5.98t/hm^2)>马尾松林(5.89 t/hm^2)>樟树(3.871 t/hm^2)。(2)4种森林类型的凋落物持水量随着浸水时间的增加而增加,最大持水量为:樟树+马尾松林(19.15 t/hm^2)>枫香林(16.20 t/hm^2)>樟树林(15.04 t/hm^2)>马尾松林(13.84 t/hm^2),最大持水率为樟树林(516.5%)>樟树+马尾松林(408.6%)>枫香林(314.4%)>马尾松林(280.3%),有效持水深为樟树+马尾松林(1.48 mm)>枫香林(1.29 mm)>樟树林(1.18 mm)>马尾松林(1.08 mm)。(3)浸泡时间在0.5~6 h之间时,特别是在2 h内,随浸泡时间的增加各林分凋落物的吸水速率急剧下降,吸水速率为樟树+马尾松林>枫香林>樟树林>马尾松林。(4)随着浸水浸泡时间的增加使得凋落物持水量和凋落物持水率呈对数关系增加,凋落物吸水速率与浸水浸泡时间呈幂函数关系,且3种关系中的R2均大于0.9。由此可见,针阔混交林形式的营林模式,能够更大的发挥森林在涵养水源、水土保持等方面的作用,在今后的森林可持续经营管理中可以考虑。

关键词：人工林凋落物持水量持水率吸水速率