贡嘎山东坡亚高山森林植被截留与蒸发及其空间异质性特征
文献类型：学位论文
| 作者 | 柳林安 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王根绪 |
| 关键词 | 林冠截留 枯落物截留 树木蒸腾 地表蒸发 异质性 贡嘎山 |
| 其他题名 | Interception and Evaportranspiration Characteristics of Typical Alpine Forest Vegetation and Its spatial heterogeneity heterogeneity Effects |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 蒸散发是区域水循环的重要过程。蒸散发包括截留蒸发、植被蒸腾和土壤蒸发等三个组分。截留蒸发又包括林冠截留蒸发和枯落物截留蒸发。受植被类型空间异质性影响，区域蒸散发差异较大。空间异质性是存在于所有尺度生态学研究中的普遍现象，是生态学中极为关注的重要问题。本文以贡嘎山亚高山海螺沟流域的子流域黄崩溜沟森林流域为主要研究区，以贡嘎山东坡海拔3000米暗针叶林和海拔2000米阔叶林为主要研究对象，在野外实地观测了几种典型林型的林冠截留、树干截留、枯落物截留、土壤蒸发、树木蒸腾等过程，分析了几种林型的水分分配特征，基本确定了研究区降水量、林冠截留、枯落物层拦蓄、林地蒸散发等的数量关系。论文还结合气象因素，通过树干液流法、光合作用仪法和小区水量平衡法测定了树木的蒸散发量，研究了影响蒸散发的主要因素，推算了灌丛和草甸的蒸散发能力，并根据面积权重法，估算了流域尺度的蒸散发特征。 基于以上研究内容，论文得出如下研究成果： （1）贡嘎山亚高山区降水量较多，多为长历时的降水事件，降雨强度不大，夜雨率较高，同时该区的风速较小；受降雨及森林结构影响，四种森林类型的林冠截留能力大小依次为成熟针叶林 > 幼龄林针叶林 > 中龄林针叶林 > 阔叶林；林冠截留量与降雨量之间表现为正指数幂函数关系；林冠截留率跟大气降水间成负指数幂函数关系；研究区由于空气湿度较大，树干表面附生了大量的苔藓，阻滞了树干茎流的发生，因此本区的树干茎流量较少；幼龄林、中龄林和成熟林的树干截留能力分别为1.33mm，1.33mm，和0.81mm； Gash（1995）模型可以很好地模拟贡嘎山亚高山针阔混交林湿季的林冠截留特征；研究区林冠截留主要受降雨特征和叶面积指数等因素的影响；降雨特征对林冠截留的影响主要体现在雨量的作用上，降雨量较小时，林冠截留率较高，且林冠截留率随降雨量增加而减小的速率较大，随着降雨量增加，林冠截留率降低，林冠截留量逐渐趋于稳定；叶面积指数大时，林冠截留率高，反之，林冠截留率低；由于低风速特点，风速对林冠截留过程没有显著影响； （2）林下降水经过地表枯落物层，形成降水的第二次截留过程。与林冠截留蒸发相比，这个过程截留蒸发水量会显著减少，原因是这个过程水分蒸发受到的阻力作用较强；枯落物的截留蓄水能力与其分解程度关系明显，全分解层的截留蓄水能力最强，半分解层次之，未分解层蓄水能力最差；同时不同林型的枯落物截留能力也不同，截留能力从大到小分别为针阔混交林（幼龄林针叶林）> 成熟针叶林 > 中龄林针叶林；不分层试验结果表明，针阔混交林、中龄林针叶林和成熟针叶林11cm试验厚度的枯落物截留能力分别为5.7mm、5.1mm和5.1mm；整个研究区枯落物平均截留能力为2.3mm，高于幼龄林和中龄林的林冠饱和截留量；枯落物截留试验结果受到试验尺度的影响，试验尺度越小，试验结果越受尺度影响，试验尺度越大，试验结果越稳定；室内小尺度（≤4m2）试验结果表明，当试验尺度大于2m2时，试验结果较稳定，室外大尺度（≥10m2）试验结果表明，当试验尺度大于25m2时，试验结果较稳定； （3）研究区阔叶林、幼龄林、中龄林和成熟针叶林的日蒸腾曲线皆为单峰曲线形式，与其他地区的研究结果类似；夜间依然存在树干液流活动，其中阔叶林夜间液流占昼夜总量的1/4，说明夜间液流量不能忽略，夜间液流对补充树木水分具有重要作用；森林生态系统蒸腾强度受林型影响较大，即使在温湿度条件相同条件下，不同的森林类型具有不同的蒸腾特点：成熟林乔木的水分活动较弱，但是由于成熟林林窗较大，灌木生长状况良好，因此整个成熟林生态系统内的蒸腾量是最大的，中龄林由于处于生长最旺盛的时期，因此以乔木为主的中龄林其蒸腾速率仅次于成熟林，幼龄林的蒸腾速率稍弱，而阔叶林的蒸腾速率是4种林型中最弱的；树木蒸腾的影响因素较多，本论文研究结果表明，树木蒸腾受到温度、降水、饱和水汽压差和土壤水分含量等因素影响，其中温度虽然不是控制夜间液流密度的主要因素，但是温度影响液流日间变化和季节性变化；较大的降水强度可以有效地抑制蒸腾的发生；饱和水汽压差的变化与日间蒸腾变化是同步的，且滞后于总辐射的变化，说明蒸腾相对于辐射有一个滞后的过程；土壤水分含量与蒸腾变化是负相关关系，土壤水分条件良好反而不利于蒸腾过程的进行； （4）森林植被截留包括林冠截留、树干截留和地表截留三部分。本研究中截留能力最大的是成熟林生态系统，其次是幼龄林生态系统，最小的是中龄林生态系统；截留的三个组分中，林冠截留所占比重最大，林冠和树干截留可达截留比重的91.2%；森林生态系统总蒸散发包括林冠截留蒸发、树木蒸腾和地表蒸发三个组分，这三个组分中，比重最大的是林冠截留蒸发，可以占总蒸散发比重的60%以上；森林生态系统总散发量最高的是成熟针叶林生态系统，其次是幼龄针叶林生态系统，中龄林针叶林的总蒸散发量最小；流域尺度蒸散发包括森林、灌丛、草甸和冰川裸岩四个部分，马道沟流域由于其森林生态系统所占比例较高，其流域总蒸散发量最高，观景台沟次之，黄崩溜沟流域总蒸散发量最低；整个森林流域生长季总蒸散发量为368.6mm，森林、灌丛、草甸和裸岩所占蒸散发比重分别为49%、14%、35%和2%。 |
| 英文摘要 | 蒸散发是区域水循环的重要过程。蒸散发包括截留蒸发、植被蒸腾和土壤蒸发等三个组分。截留蒸发又包括林冠截留蒸发和枯落物截留蒸发。受植被类型空间异质性影响，区域蒸散发差异较大。空间异质性是存在于所有尺度生态学研究中的普遍现象，是生态学中极为关注的重要问题。本文以贡嘎山亚高山海螺沟流域的子流域黄崩溜沟森林流域为主要研究区，以贡嘎山东坡海拔3000米暗针叶林和海拔2000米阔叶林为主要研究对象，在野外实地观测了几种典型林型的林冠截留、树干截留、枯落物截留、土壤蒸发、树木蒸腾等过程，分析了几种林型的水分分配特征，基本确定了研究区降水量、林冠截留、枯落物层拦蓄、林地蒸散发等的数量关系。论文还结合气象因素，通过树干液流法、光合作用仪法和小区水量平衡法测定了树木的蒸散发量，研究了影响蒸散发的主要因素，推算了灌丛和草甸的蒸散发能力，并根据面积权重法，估算了流域尺度的蒸散发特征。 基于以上研究内容，论文得出如下研究成果： （1）贡嘎山亚高山区降水量较多，多为长历时的降水事件，降雨强度不大，夜雨率较高，同时该区的风速较小；受降雨及森林结构影响，四种森林类型的林冠截留能力大小依次为成熟针叶林 > 幼龄林针叶林 > 中龄林针叶林 > 阔叶林；林冠截留量与降雨量之间表现为正指数幂函数关系；林冠截留率跟大气降水间成负指数幂函数关系；研究区由于空气湿度较大，树干表面附生了大量的苔藓，阻滞了树干茎流的发生，因此本区的树干茎流量较少；幼龄林、中龄林和成熟林的树干截留能力分别为1.33mm，1.33mm，和0.81mm； Gash（1995）模型可以很好地模拟贡嘎山亚高山针阔混交林湿季的林冠截留特征；研究区林冠截留主要受降雨特征和叶面积指数等因素的影响；降雨特征对林冠截留的影响主要体现在雨量的作用上，降雨量较小时，林冠截留率较高，且林冠截留率随降雨量增加而减小的速率较大，随着降雨量增加，林冠截留率降低，林冠截留量逐渐趋于稳定；叶面积指数大时，林冠截留率高，反之，林冠截留率低；由于低风速特点，风速对林冠截留过程没有显著影响； （2）林下降水经过地表枯落物层，形成降水的第二次截留过程。与林冠截留蒸发相比，这个过程截留蒸发水量会显著减少，原因是这个过程水分蒸发受到的阻力作用较强；枯落物的截留蓄水能力与其分解程度关系明显，全分解层的截留蓄水能力最强，半分解层次之，未分解层蓄水能力最差；同时不同林型的枯落物截留能力也不同，截留能力从大到小分别为针阔混交林（幼龄林针叶林）> 成熟针叶林 > 中龄林针叶林；不分层试验结果表明，针阔混交林、中龄林针叶林和成熟针叶林11cm试验厚度的枯落物截留能力分别为5.7mm、5.1mm和5.1mm；整个研究区枯落物平均截留能力为2.3mm，高于幼龄林和中龄林的林冠饱和截留量；枯落物截留试验结果受到试验尺度的影响，试验尺度越小，试验结果越受尺度影响，试验尺度越大，试验结果越稳定；室内小尺度（≤4m2）试验结果表明，当试验尺度大于2m2时，试验结果较稳定，室外大尺度（≥10m2）试验结果表明，当试验尺度大于25m2时，试验结果较稳定； （3）研究区阔叶林、幼龄林、中龄林和成熟针叶林的日蒸腾曲线皆为单峰曲线形式，与其他地区的研究结果类似；夜间依然存在树干液流活动，其中阔叶林夜间液流占昼夜总量的1/4，说明夜间液流量不能忽略，夜间液流对补充树木水分具有重要作用；森林生态系统蒸腾强度受林型影响较大，即使在温湿度条件相同条件下，不同的森林类型具有不同的蒸腾特点：成熟林乔木的水分活动较弱，但是由于成熟林林窗较大，灌木生长状况良好，因此整个成熟林生态系统内的蒸腾量是最大的，中龄林由于处于生长最旺盛的时期，因此以乔木为主的中龄林其蒸腾速率仅次于成熟林，幼龄林的蒸腾速率稍弱，而阔叶林的蒸腾速率是4种林型中最弱的；树木蒸腾的影响因素较多，本论文研究结果表明，树木蒸腾受到温度、降水、饱和水汽压差和土壤水分含量等因素影响，其中温度虽然不是控制夜间液流密度的主要因素，但是温度影响液流日间变化和季节性变化；较大的降水强度可以有效地抑制蒸腾的发生；饱和水汽压差的变化与日间蒸腾变化是同步的，且滞后于总辐射的变化，说明蒸腾相对于辐射有一个滞后的过程；土壤水分含量与蒸腾变化是负相关关系，土壤水分条件良好反而不利于蒸腾过程的进行； （4）森林植被截留包括林冠截留、树干截留和地表截留三部分。本研究中截留能力最大的是成熟林生态系统，其次是幼龄林生态系统，最小的是中龄林生态系统；截留的三个组分中，林冠截留所占比重最大，林冠和树干截留可达截留比重的91.2%；森林生态系统总蒸散发包括林冠截留蒸发、树木蒸腾和地表蒸发三个组分，这三个组分中，比重最大的是林冠截留蒸发，可以占总蒸散发比重的60%以上；森林生态系统总散发量最高的是成熟针叶林生态系统，其次是幼龄针叶林生态系统，中龄林针叶林的总蒸散发量最小；流域尺度蒸散发包括森林、灌丛、草甸和冰川裸岩四个部分，马道沟流域由于其森林生态系统所占比例较高，其流域总蒸散发量最高，观景台沟次之，黄崩溜沟流域总蒸散发量最低；整个森林流域生长季总蒸散发量为368.6mm，森林、灌丛、草甸和裸岩所占蒸散发比重分别为49%、14%、35%和2%。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-01-16 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4824]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 柳林安. 贡嘎山东坡亚高山森林植被截留与蒸发及其空间异质性特征[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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