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堵河流域水源涵养林有效LAI的时空变化及其持水效应的研究

堵河流域水源涵养林有效LAI的时空变化及其持水效应的研究

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作者：陈方鑫华中农业大学

学位级别：硕士

大型调水工程源头的水质水量保障已经引起社会广泛关注。此类工程周边水源涵养林面积和结构变化通过影响区域土地利用覆盖变化影响着该区域的水质水量问题。同时,水源涵养林通过冠层降雨截留,地被枯落物储水和林地土壤水分运移等具体方... 详细信息

大型调水工程源头的水质水量保障已经引起社会广泛关注。此类工程周边水源涵养林面积和结构变化通过影响区域土地利用覆盖变化影响着该区域的水质水量问题。同时,水源涵养林通过冠层降雨截留,地被枯落物储水和林地土壤水分运移等具体方式参与区域降雨再分配过程,也是区域水文生态模型重要的输入参量。本研究以南水北调中线工程丹江口水库区域的重要来水源头之一——堵河流域为研究对象,该研究区域位于湖北省竹山县堵河至汉江汇流处,总面积3433km2。在研究区域内选取典型水源涵养林类型,选用Hemiview冠层分析仪在流域内采集大量地面有效LAI数据。结合遥感数据建立在该区域内估算LAI的经验模型,并运用此模型监测了1990年至2010年该地区水源涵养林的动态变化。建立区域水源涵养林冠层截留模型,估算了该区域水源涵养林冠层截留能力及空间分布特征。同时在马尾松林、杉树林、花栎树林、混交林四种典型林分内采集地被枯落物样本及土壤样本：每种林分下,10m×10m的范围内,随机采集20cm×20cm的地被枯落物样本10个;100ml土壤环刀样本5个,并研究地被枯落物持水和土壤层的贮水能力。主要结论如下： (1)利用经典植被指数与地面LAI数据,建立了堵河流域水源涵养林的几种估算有效叶面积指数的经验模型。结果表明以NDVI为数据基础的幂函数模型的相关性最好(R2=0.63)。利用该经验模型对1990年、1999年和2010年的TM图像进行估算,得出了堵河流域三年的叶面积指数图像。对比分析表明：堵河流域水源涵养林2010年有效LAI平均值为2.82;1999年平均值为2.08;1990年平均值为1.61,增长率分别为28.8%和35.6%。 (2)以堵河流域LAI的估算模型为基础,根据经验公式计算出了堵河流域的冠层的最大截留量。结果表明四种典型林分的冠层最大截留量依次为：杉树林(0.84mm),混交林(0.83mmm),花栎树林(0.80mm),马尾松林(0.71mm)。对整个流域的冠层截留统计结果表明,该流域的平均截留量为1.01mm。结果显示冠层截留郧县和张湾区明显小于茅箭区、房县和竹山县。堵河流域的最大冠层截留量为2.62mm,平均截留量为1.01mm,标准差为0.31。 (3)对1990年,1999年及2010年的堵河流域TM影像的解译结果表明：1990年,1999年及2010年水源涵养林的面积分别为：2075km2,2461km2,2677km2;水源涵养林面积增加分别增加18.60%和8.76%。 (4)地被枯落物持水方面,通过对蓄积量,最大持水率,最大持水量等物理性质的分析,得出以下结论：地被枯落物蓄积量上,混交林最大,为73.75t/ha,其次分别为马尾松林(42.50t/ha)、花栎树林(35.00t/ha)、杉树林(28.75t/ha);最大持水量与地被枯落物蓄积量、最大持水率及分解程度成正相关关系,从大到小依次为,混交林、杉树林、马尾松林、花栎树林;其中杉树林的最大持水率最大,达到了155%,其次分别为马尾松林150%、混交林96.30%、花栎树林96%。 (5)在土壤层贮水能力上,重点分析了四种林分在非毛管孔隙度上的差别。非毛管孔隙度平均值杉树林最大,为4.78%,其次为花栎树(3.76%),马尾松(2.56%),混交林(1.74%),其中变异系数最大的为马尾松(74.00%)。土壤层持水上,杉树林的持水效应最好。

关键词：堵河流域水源涵养林有效叶面积指数经验模型冠层截留地被枯落物持水土壤贮水能力

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