大兴安岭森林生态系统水文特性的研究

论文摘要

本文以大兴安岭北部、南部不同林型对水文特征的影响为主要研究目的。于2006年7-10月和2007年5-10月分别在岭南加格达奇试验区选择蒙古栎林、柞树-落叶松林、杜鹃-落叶松林、杜鹃-白桦林、草类-落叶松林、红松人工林、红皮云杉人工林、兴安落叶松人工林、樟子松人工林、白桦天然林、杨桦混交林、蒙古柞林,岭北塔河试验区选择白桦-落叶松林、柞树-落叶松林、草类-落叶松林、杜鹃-白桦林和杜鹃-落叶松林为研究对象。以定位研究方法为主,以大气、植物、土壤子系统为三个研究空间,通过对研究区降雨特点、降雨后林冠截留、地表枯落物持水、土壤入渗、水化学特征的研究,来揭示大兴安岭森林与水文作用的关系、大兴安岭森林水文生态机制,正确评价大兴安岭森林的作用,为大兴安岭林区实行天然林保护工程提供理论依据,也为当地森林经营提供技术支撑。得出的主要结论如下:（1）兴安落叶松人工林林冠截留量最大,为16.93mm。白桦天然林林内雨量最高,阔叶树种的林内降雨量普遍高于针叶树种。林内降雨平均占林外降雨的70%左右,并存在明显的直线相关,回归方程为:y=ax-b,相关系数R2值均在0.9以上。可以利用其关系建立模型模拟或预测林内降雨量。树干径流量所占降雨量的比例很小,最大径流量所占降雨量的比例为2.11%,最小径径量所占降雨量的比例仅为0.35%。树干径流与林外降雨之间以线性回归方程拟合较好,其密切程度不如林内降雨与林外降雨的关系。红松人工林树干径流量最大,兴安落叶松人工林树干径流量最小。（2）枯落物储量范围在12.25t/hm2-48.46t/hm2之间,草类-落叶松林最大。半分解层枯落物储量普遍大于未分解层。枯落物吸水量随时间的延长而增加,在浸水后前4h以内,枯落物吸水量较大,随后吸水量幅度明显减小,20h时达到吸水量的最大值。当然不同林型枯落物吸水进程是不同的,但基本趋势相似。不同林型枯落物持水量与浸水时间之间都存在对数函数关系:Y=aLn（x）+b。所得回归方程的相关系数R2都在0.8以上,拟合结果较好。（3）土壤含水量变化区域在6.17%～39.78%之间。兴安落叶松人工林土壤含水量最高。表层土壤含水量高于下层土壤含水量。白桦-落叶松林贮水能力最强,为892.00mm;樟子松人工林有效贮水能力最大,为249.07mm。土层越深,土壤容重越大,非毛管孔隙度越少,有效贮水量相对较弱。不同林型土壤容重随着土层加深逐渐增大,总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均随土层加深逐渐减小的趋势。岭南、岭北各林型土壤容重都是草类-落叶松林最大,其次是杜鹃-白桦林;非毛管孔隙度岭南以杜鹃-白桦林最大14.52%,草类-落叶松林最小7.09%,岭北以柞树-落叶松林最大14.15%,草类-落叶松林最小10.00%;不同林型土壤水分入渗过程基本一致。入渗速率随着时间推移而减小,最后达到稳定。不同林型土壤初渗率、平均入渗率、稳渗率分别在15.9～48.2mm/min、6.27～22.83mm/min、2.7～12.1mm/min之间,高低相差40%-50%左右。其中,红皮云杉初渗率、平均入渗率、稳渗率最大。土壤容重越大,稳渗率就越小。对2种模型的比较表明,使用考斯加可夫（Kostiakov）模型模拟土壤水分入渗效果较好。（4）在生长季中,大量元素K、Na、Ca、Mg、P、N的养分含量占总养分输入量的100%,K的含量占降雨总养分含量的46%。依据输入量大小,大量元素排序为K＞N>＞Ca＞Na＞Mg＞P,微量元素排序为Fe＞Mn＞Cu。降雨中的养分含量属中等偏高。但本地区降雨偏低,从年输入总量来看,该地区的林外降雨中所含的养分是低的。蒙古柞林林内雨中Mg元素养分含量是林外雨的8倍。兴安落叶松人工林树干径流雨中的K元素养分含量最高,为42.601mg/L,是林外雨的6倍。林内雨和树干径流雨中一些养分含量都存在负淋溶现象。树干径流雨中各元素养分含量普遍高于林内雨和林外雨的养分含量。蒙古柞林林内雨中Na元素含量月际变化较大,7月份的含量是8月份的24.8倍,月际变幅在0.427mg/L～10.61m/L之间;蒙古柞林树干径流雨中Na元素含量月际变化较大,6月份是5月份的6.8倍,月际变幅在0.63mg/L～4.3mg/L之间。K、Cu、Mn、N、P元素在白桦林林内雨中养分含量最高;Ca、Mg元素在杨桦混交林中养分含量最高;Na、Fe元素在蒙古柞林中养分含量最高,表明阔叶林淋溶程度较高。K、Fe、Mn、P元素在兴安落叶松人工林树干径流雨中养分含量最高,Na、Ca、Cu、N元素在蒙古柞林中养分含量最高,Mg元素在杨桦混交林中养分含量最高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究的理论基础
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 森林水文学研究进展综述
• 1.2.1 森林水文学
• 1.2.2 森林水文学的发展和研究成果
• 1.2.3 森林水文学过程的研究
• 1.2.4 森林与水质的研究
• 1.2.5 存在的主要问题与发展趋势
• 2 研究区域概况
• 2.1 地理位置
• 2.2 地质、地貌
• 2.3 土壤
• 2.4 气候
• 2.5 水文、水系
• 2.6 植物区系地理特征
• 2.7 主要森林群落结构特征
• 3 试验设计与研究方法
• 3.1 试验地选择与调查
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 试验设计
• 3.2.2 野外试验测定方法
• 3.2.3 室内实验分析方法
• 3.3 技术路线
• 4 大兴安岭林区降水特征及森林对降雨的再分配
• 4.1 大兴安岭林区降水特征
• 4.1.1 降水年内分布
• 4.1.2 降雨特征
• 4.2 森林对降雨的再分配
• 4.2.1 林内降雨特征
• 4.2.2 树干径流特征
• 4.2.3 林冠截留特征
• 4.3 小结
• 5 林地枯落物水文生态功能
• 5.1 枯落物储量
• 5.1.1 岭南不同林型枯落物储量
• 5.1.2 岭北不同林型枯落物储量
• 5.2 枯落物持水特性
• 5.2.1 枯落物持水能力
• 5.2.2 枯落物吸水过程分析
• 5.2.3 枯落物持水速率分析
• 5.2.4 枯落物有效拦蓄量
• 5.3 枯落物持水效应
• 5.4 小结
• 6 不同森林生态系统土壤水文生态功能
• 6.1 土壤水分的时空动态特征
• 6.1.1 土壤含水量的时间动态
• 6.1.2 土壤水分的空间分布特征
• 6.2 土壤水分物理特性
• 6.2.1 岭南不同林型土壤水分物理特性
• 6.2.2 岭北不同林型土壤水分物理特性
• 6.3 土壤储水能力
• 6.3.1 岭南不同林型土壤储水能力
• 6.3.2 岭北不同林型土壤储水能力
• 6.4 土壤水分入渗特性分析
• 6.5 土壤渗透过程的模拟分析
• 6.6 小结
• 7 大兴安岭森林生态系统水化学特征
• 7.1 大气降水输入养分特征
• 7.2 林内降雨和树干径流的淋溶效应
• 7.3 生长季中不同林型林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.1 红松人工林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.2 红皮云杉人工林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.3 兴安落叶松人工林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.4 樟子松人工林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.5 白桦天然林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.6 杨桦混交林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.3.7 蒙古柞林林内雨和树干径流雨养分含量变化
• 7.4 不同林型林内雨和树干径流雨养分含量的变化
• 7.5 河流水质特征及饮用水质状况
• 7.5.1 河流水质养分含量特征
• 7.5.2 森林流域溪流饮用水质状况
• 7.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历