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六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林蒸腾的坡位差异及影响因素

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六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林蒸腾的坡位差异及影响因素

作者：石建周甘肃农业大学

学位级别：硕士

六盘山位于半湿润与半干旱区的过渡带上,是我国西北地区主要的气候分水岭。华北落叶松人工林(Larix principis-rupprechtii)是六盘山区主要的森林类型,其林分蒸腾耗水对该区的水量平衡和供水功能具有重要影响。目前有关森林蒸腾的研究... 详细信息

六盘山位于半湿润与半干旱区的过渡带上,是我国西北地区主要的气候分水岭。华北落叶松人工林(Larix principis-rupprechtii)是六盘山区主要的森林类型,其林分蒸腾耗水对该区的水量平衡和供水功能具有重要影响。目前有关森林蒸腾的研究主要集中在样地和流域尺度,但在坡面测定的研究报道较少。因此,本文以六盘山叠叠沟小流域华北落叶松林典型坡面为研究对象,在2021年生长季(5-10月)调查坡面植被结构和土壤物理性质,运用热扩散技术测定华北落叶松的单株和林分蒸腾,并同步测定林外气象因子和不同坡位土壤水分的连续变化,分析单株和林分蒸腾的时空变化特征及主要影响因素的关系。所得结果如下:(1)水文要素的坡位变化在2021年生长季(5-10月),研究区总降雨量443.7 mm,但其季节分配不均,其中5-8月干旱少雨(147.7 mm,33.3%),9-10月降雨较集中(296.0 mm,66.7%),属于典型干旱年。华北落叶松林植被结构存在明显的沿坡变化。随离开坡顶水平距离增加,林分的平均树高、平均胸径、郁闭度、冠层叶面积指数及草本层生物量均呈先升高后降低,而枯落物层生物量呈先降低后升高的趋势,林分密度则持续增大。坡面土壤物理性质存在明显的沿坡变化。土壤容重随离开坡顶水平距离增加呈先升高后降低,而孔隙度、持水率以及饱和导水率均呈先降低后升高的趋势。(2)土壤含水量的降雨响应土壤含水量(m·m)的季节变化表现为先降低后升高,其中8月份最低(0.112);土壤含水量的坡位差异显著,整体表现为上坡位(0.191)>中坡位(0.158)>下坡位(0.146),同时土壤含水量的坡位差异因处于干旱年主要受植被蒸散影响,而受坡面汇流影响不大;随着土层的加深,土壤含水量逐渐增大,其中0～20 cm土层的含水量波动剧烈,20～60 cm土层的含水量相对稳定。在同一降雨量级时,因受土壤孔隙度、持水能力、林下草本截持以及优先流等的影响差异,中坡位的土壤含水量对降雨量增加的响应最敏感,其次是上坡位,下坡位最不敏感;本研究中,降雨事件以小于10 mm的小降雨为主,7 mm是形成有效降雨的阈值,超过此阈值后才有可能缓解土壤干旱和补给浅层土壤水分。(3)单株蒸腾特征及影响因素在晴天和阴天,单株蒸腾的日变化呈单峰型曲线,在雨天的变化幅度相对较小。相比阴天和雨天,晴天单株蒸腾的启动时间早,结束时间晚,峰值大。同时,随着太阳辐射强度减弱,单株蒸腾的坡位差异明显降低。单株蒸腾量(ml·min)随生长季进行呈降低-升高-降低的趋势,5月份最高(202.35),10月份最低(35.54)。单株蒸腾量的季节变化存在坡位差异,5、6、7、9月份中坡位最高,8月份下坡位最高,而10月份随坡位上升逐渐降低。影响单株蒸腾的主要因子各月不同,在5、9月份主要受气象因子限制,在6、10月份受气象因子和土壤水分的共同影响,在7月份主要受土壤水分限制,在8月份下坡位受气象因子限制,而中坡位和上坡位主要受土壤水分限制。(4)林分蒸腾特征及其多因素响应林分蒸腾量(mm)随生长季进行呈下降-上升-下降的趋势,5月份最大(37.39),10月份最小(6.58);受气象因子、土壤水分和林分结构的坡位差异影响,导致林分蒸腾也有明显的坡位变化,整个生长季总蒸腾量的坡位变化为中坡位(118.82)>下坡位(110.47)>上坡位(106.93)。林分日蒸腾量(T,mm)对潜在蒸散(PET,mm·d)、土壤可利用水分(REW)的响应符合趋于饱和的指数增长关系,对冠层叶面积指数(LAI)的响应遵循线性增长关系。基于这些关系,连乘建立林分日蒸腾模型:=(8.501×1-EXP 0.03)×(8.54×1-EXP 0.016)×(12.493-4.349),该模型能较好地模拟林分日蒸腾对环境的响应。

关键词：华北落叶松林半干旱区蒸腾坡位差异

六盘山半干旱区华北落叶松林坡面土壤含水量的降雨响应

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干旱区研究 2023年第4期40卷 594-604页

作者：石建周刘贤德田青于澎涛王彦辉甘肃农业大学林学院甘肃兰州730070 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091 甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃张掖734000

在宁夏六盘山外围半干旱区,土壤含水量是影响林木成活与生长的关键因子,需深入理解森林坡面不同坡位的土壤含水量对降雨量的响应差异。本文在宁夏六盘山叠叠沟小流域,选择一个华北落叶松人工林典型坡面,于2021年5—10月利用自动气象站... 详细信息

在宁夏六盘山外围半干旱区,土壤含水量是影响林木成活与生长的关键因子,需深入理解森林坡面不同坡位的土壤含水量对降雨量的响应差异。本文在宁夏六盘山叠叠沟小流域,选择一个华北落叶松人工林典型坡面,于2021年5—10月利用自动气象站和土壤水分仪连续监测降雨等气象条件和坡面土壤含水量变化,分析土壤含水量的坡位差异及对降雨量级的响应。观测期间总降水量为443.7 mm,虽然接近多年平均值,但夏季干旱严重。结果表明:(1)土壤含水量存在明显的生长季内变化,整体表现为先降低后升高的趋势,8月最低(0.112 m^(3)·m^(-3))。(2)土壤含水量存在明显的坡位差异,整体表现为:上坡[(0.191±0.044)m^(3)·m^(-3)]>中坡[(0.158±0.045)m^(3)·m^(-3)]>下坡[(0.146±0.034)m^(3)·m^(-3)],表明土壤含水量的坡位变化因处于干旱年,主要受植被蒸散耗水量大小的影响,而受坡面汇流影响不大。(3)在同一降雨量级时,因受土壤孔隙度和持水能力、林下草本截持、优先流等的影响差异,中坡的土壤含水量对降雨量增加的响应最敏感,其次是上坡,下坡最不敏感。(4)在本研究区,降雨以坡面的土壤含水量大小变化与分布特征,指导确定基于坡面土壤水分的植被承载力和进行林水综合管理。

关键词：半干旱区六盘山华北落叶松土壤含水量坡位差异降雨补给

宁夏六盘山香水河小流域华北落叶松人工林乔木层生物量的坡面变化和尺度效应

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林业科学研究 2015年第5期28卷 701-707页

作者：王云霓邓秀秀王彦辉曹恭祥于澎涛熊伟徐丽宏中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林生态环境重点实验室北京100091 中南林业科技大学长沙410004

生物量受坡面环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应。本文在六盘山半湿润区的香水河小流域选择了33 a生华北落叶松人工林的一个斜坡长480 m,水平长398 m的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,... 详细信息

生物量受坡面环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应。本文在六盘山半湿润区的香水河小流域选择了33 a生华北落叶松人工林的一个斜坡长480 m,水平长398 m的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,在2014年生长季中期调查不同坡位的样地生物量,分析其坡面变化规律。结果表明:生物量存在明显的坡位差异。坡面生物量t·hm-2平均值为118.59,其变化范围为96.19 139.18,变幅为42.99,变异系数为0.12;随着离坡顶距离的增加,生物量总体上呈现先升高后降低的变化趋势,在坡面的中上部(水平坡长为87.71 m)达到最大。生物量存在坡面空间尺度效应,即随着相对坡长(X1)的增加,生物量的顺坡滑动平均值(Y1)先增大后减小,其回归关系式为:Y1=23.004 X13-60.834 X12+31.786 X1+123.43(R2=0.84),坡面尺度效应表现为每100 m水平坡长生物量变化的数值为6.12 t·hm-2;各样地生物量与整个坡面平均值的比值(Y2,小数)随相对坡长有很好的非线性关系,基本上呈先增加后下降、后趋于稳定的变化趋势,其关系式为Y2=1.7226X13-2.844 5X12+1.033 8X1+1.000 1(R2=0.57),可基于此将特定坡位样地的生物量换算成整个坡面的估算值。造成生物量坡面变化的主要原因是太阳辐射和光照时间随海拔的变化等多种因素造成的。

关键词：尺度效应坡位差异生物量

六盘山南坡华北落叶松人工林冠层LAI的坡面尺度效应

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生态学报 2016年第12期36卷 3564-3571页

叶面积指数(LAI)是评价森林的生长、结构及众多服务功能的重要参数,受坡面上环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应,对此需要深入理解和精细刻画。在六盘山半湿润区香水河小流域选择了33年生华北落叶松人工林的一个斜坡长480.6m、水平... 详细信息

叶面积指数(LAI)是评价森林的生长、结构及众多服务功能的重要参数,受坡面上环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应,对此需要深入理解和精细刻画。在六盘山半湿润区香水河小流域选择了33年生华北落叶松人工林的一个斜坡长480.6m、水平长398.2m的东南坡向的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,在2014年生长季中期测定了林冠层LAI,并分析其坡面变化规律。结果表明:林冠层LAI存在明显的坡面差异,其坡面平均值为3.11,变化在2.66—3.49,变幅为0.83,变异系数为0.09;LAI总体上随着从坡顶向下的坡长增加呈波动性增大趋势,在坡面中部(水平坡长188.45 m时)达到最大,之后稍微减小。森林冠层LAI存在着坡面空间尺度效应,即冠层LAI的顺坡滑动平均值(Y_1)随水平坡长(X,m)增加而逐渐增大,平均每100 m升高0.12,其回归关系式为:Y_1=-2×10^(-8)X^3+8×10^(-6)X^2+5×10^(-4)X+2.6523,(R^2=0.99);各样地LAI与整个坡面平均值的比值(Y_2,小数)随水平坡长(X_1,m)增加呈现为波动性的非线性变化,其回归关系式为:Y_2=-9×10^(-9)X_1~3+2×10^(-6)X_1~2+1×10^(-3)X1+0.829,(R^2=0.78),可基于此式将特定坡位样地的实测LAI推算整个坡面的估计值。造成研究坡面上LAI坡位变化的主要原因是不同坡位(海拔)样地的气温与土壤含水量的差异。

关键词：华北落叶松叶面积指数坡位差异尺度效应六盘山

宁夏南部半干旱黄土区3种土地利用类型的土壤水分时空变化特征

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水土保持学报 2022年第6期36卷 250-259页

作者：韩新生刘广全许浩于艺鹏郭永忠万海霞安钰王月玲董立国中国水利水电科学研究院北京100038 宁夏农林科学院林业与草地生态研究所宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室宁夏生态修复与多功能林业综合研究中心银川750002 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091

选择宁南黄土区贾新庄组的3种土地利用类型(川地农田、阴坡梯田、阳坡人工林),在2021年生长季使用土钻监测土壤含水量(SMC),同时利用自动气象站监测气象数据,分析土地利用、坡位、作物种类影响下的土壤水分时空变化特征。结果表明:3种... 详细信息

选择宁南黄土区贾新庄组的3种土地利用类型(川地农田、阴坡梯田、阳坡人工林),在2021年生长季使用土钻监测土壤含水量(SMC),同时利用自动气象站监测气象数据,分析土地利用、坡位、作物种类影响下的土壤水分时空变化特征。结果表明:3种土地利用类型的SMC大小为川地农田(16.32%)>阴坡梯田(12.66%)>阳坡人工林(10.82%);随着研究时段推进,SMC呈先降后升的变化,SMC与降水量存在较好的时间协同性,气温、太阳辐射、饱和水汽压差与阳坡人工林SMC显著相关;随土层深度增加,川地农田、阴坡梯田、阳坡人工林的SMC分别呈升高、降低、先降后升的变化,0—100 cm土层的土壤水分变异系数大于100—200 cm土层。SMC季节变化分为相对稳定期(4—5月)、消退期(6—8月)和恢复期(9—10月);SMC土层变化分为活跃层(0—40 cm)、相对活跃层(40—140 cm)、相对稳定层(140—200 cm)。土壤水分的补给时间滞后于降水,下层土壤水分补给滞后于上层土壤。阴坡梯田和阳坡人工林SMC随坡位降低均先降后升,最小值分别在坡上和中下坡位。土地利用、坡位差异、作物种类、气象因子均是影响SMC的因素;从SMC的变异程度看,各因子对SMC的作用大小依次为气象>土地利用>坡位>作物种类。研究结果有利于指导半干旱黄土区的植被重建与生态产业发展,确定不同立地环境下的合理植被配置。

关键词：土地利用坡位差异作物种类时空变化土壤水分

华北落叶松林不同坡位土壤含水量对降雨的响应

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森林与环境学报 2024年第4期44卷 357-366页

作者：王梦飞刘泽彬于松平徐丽宏郭建斌北京林业大学水土保持学院北京100083 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091

为明确森林坡面不同坡位土壤含水量对降雨的响应差异,选取六盘山半湿润区华北落叶松林典型坡面为研究对象,于2022年5—10月连续观测降雨等气象因子,以及不同坡位(坡上、坡中和坡下)0~60 cm根系层土壤含水量变化,分析生长季土壤含水量对... 详细信息

为明确森林坡面不同坡位土壤含水量对降雨的响应差异,选取六盘山半湿润区华北落叶松林典型坡面为研究对象,于2022年5—10月连续观测降雨等气象因子,以及不同坡位(坡上、坡中和坡下)0~60 cm根系层土壤含水量变化,分析生长季土壤含水量对不同降雨事件的响应及其坡位差异。结果表明:土壤含水量存在坡位差异,其平均值表现为坡上>坡中>坡下,且土壤含水量的波动在坡中最大;降雨对土壤含水量的补给有坡位差异,降雨补给阈值在坡中最小,为1.9 mm,在坡下最大,为2.3 mm;不同土层土壤含水量对降雨的响应有坡位差异,在小雨事件中,各坡位0~20 cm土层响应速度最快,但在中雨和大雨事件中,坡中和坡上40~60 cm土层土壤含水量对降雨的响应早于20~40 cm土层,表明在坡中和坡上土壤中可能存在优先流。研究结果对于理解坡面土壤水分运移及其再分配有重要意义。

关键词：华北落叶松林土壤含水量坡位差异降雨响应

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30年生江南油杉人工林生长规律

福建林业科技 2020年第3期47卷 23-28页

作者：张烨韦铄星蒋燚刘菲黄荣林广西壮族自治区林业科学研究院、国家林业局中南速生材繁育实验室广西南宁530002

以30年生江南油杉为研究对象,对其生长规律进行研究。结果表明:胸径、树高和材积等测树指标生长周期的规律性明显,坡位差异对江南油杉的胸径、树高及冠幅生长均具有显著影响,对江南油杉整株各器官生物量影响差异不大。30年生江南油杉平... 详细信息

以30年生江南油杉为研究对象,对其生长规律进行研究。结果表明:胸径、树高和材积等测树指标生长周期的规律性明显,坡位差异对江南油杉的胸径、树高及冠幅生长均具有显著影响,对江南油杉整株各器官生物量影响差异不大。30年生江南油杉平均胸径为27.9 cm,平均树高18.8 m,实验形数达到0.44,胸高形率为0.74,其干型通直,出材率高,生长迅速,年均胸径增长可达1 cm以上,具有优良用材树种的特性,值得在其适生区推广种植。30年生江南油杉胸径随着树龄增长呈快速增长趋势,其连年生长量经历4~8 a、13~15 a、17~20 a 3个快速增长波动期;树高随着树龄增长呈增长趋势,分为缓慢调整生长期(1~12 a)、快速生长期(13~24 a)和稳定生长期(25~30 a),树高的总平均生长量在24 a时达到最大值(0.68 m·a^-1);材积生长随树龄增长从一个缓慢增长到一个快速增长的递增过程,前14 a材积累积量缓慢,为0.0052 m^3,仅占30 a总材积生长量的1.0%,15~30 a为逐年加快的快速增长期,该试验林30年生的江南油杉均未达到数量成熟龄和工艺成熟龄。

关键词：江南油杉生长规律坡位差异数量成熟龄工艺成熟龄

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30年生江南油杉生物量的结构分配特征

热带农业科学 2020年第8期40卷 32-40页

作者：张烨韦铄星蒋燚黄荣林刘菲广西壮族自治区林业科学研究院/国家林业局中南速生材繁育实验室广西南宁530002

以30年生江南油杉人工林为研究对象,对其生物量的结构分配特征进行研究。结果表明:江南油杉各器官的生物量构成比例稳定,坡位差异对各器官(组分)间生物量的大小排列顺序影响不大,但对同一器官(组分)的生物量大小具有不同程度影响,主要... 详细信息

以30年生江南油杉人工林为研究对象,对其生物量的结构分配特征进行研究。结果表明:江南油杉各器官的生物量构成比例稳定,坡位差异对各器官(组分)间生物量的大小排列顺序影响不大,但对同一器官(组分)的生物量大小具有不同程度影响,主要测树因子与各器官生物量大小存在不同程度的相关性。江南油杉整株各器官间生物量大小顺序均为树干>树枝>树根>树皮>树叶,且坡位间各器官生物量所占比例差异不大,分别为50%、22%~23%、15%~17%、8%、3%~4%。树干生物量占比约是树枝的2倍,侧根生物量占比约是主根生物量2倍。江南油杉地上部分各器官生物量大小顺序不受坡位因子影响,均表现为树干>大枝>小枝>皮>叶,所占比例分别在59%~60%、16%~17%、10%~11%、9%~10%、4%;树干、大枝、皮和总生物量坡位间的大小排列均为下坡>中坡>上坡;而小枝叶生物量排序为中坡>下坡>上坡,数值上非常接近。

关键词：江南油杉生物量结构分配坡位差异

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坡面土壤水分研究综述

宁夏农林科技 2023年第8期64卷 42-45页

作者：王会平韩新生徐秀琴胡永强宁夏彭阳县茹河林场宁夏固原756500 宁夏农林科学院林业与草地生态研究所/宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室/宁夏生态修复与多功能林业综合研究中心宁夏银川750002 宁夏固原市六盘山林业局宁夏固原756401

坡面是生态水文过程研究、植被结构优化调整、陆表过程深入理解的基本空间单位,其土壤水分变化格局和动态特征明显。笔者阐述了土壤水分坡面变化的规律,即由坡顶到坡底,土壤水分基本表现为逐渐升高、持续降低、先升高后降低、先减少后... 详细信息

坡面是生态水文过程研究、植被结构优化调整、陆表过程深入理解的基本空间单位,其土壤水分变化格局和动态特征明显。笔者阐述了土壤水分坡面变化的规律,即由坡顶到坡底,土壤水分基本表现为逐渐升高、持续降低、先升高后降低、先减少后增加、波浪状等变化规律。分析了导致土壤水分坡面变化或坡位差异的主要原因为土壤因子、地形特征、人为活动、土地利用、气候变化、植被要素等,且土壤水分坡面变化规律在不同水文年份、不同季节、不同土层存在差异。并论述了相关研究的不足,以期为此类研究提供一定参考。

关键词：土壤水分坡面变化坡位差异影响因子