六盘山香水河小流域森林植被的坡面生态水文影响

论文摘要

为了探讨北方干旱缺水地区森林植被的坡面水文影响，在2004～2005年的两个生长季（5～10月），选择六盘山南侧具半干旱半湿润气候特征的香水河小流域，开展了森林植被特征影响坡面水文特性、坡面水文过程、小流域径流的研究，以求有助于深入认识森林植被的水文作用机理并为六盘山及类似地区的水源涵养林建设提供理论基础和技术支持。 六盘山是黄土高原的代表性山地，为泾河等多条河流的源头，在维持区域生态平衡和提供水源等方面具有重要作用。香水河是典型的山地森林小流域，面积为43.74km2，海拔高度变化在2070～2931m，山高坡陡，土壤多石砾，植被类型丰富，森林覆盖率65.5％，年降水量591.6mm。 具体研究内容包括森林土壤的大孔隙特征、林内穿透降雨的空间异质性、林木冠层截留降雨、枯落物生态水文作用、土壤的生态水文特征、小流域降雨径流特征和不同植被的产流影响等，所得主要研究成果如下： 1．森林土壤的大孔隙特征 大孔隙是森林土壤的典型特征和森林水文影响的基础。8个典型植被样地的土壤大孔隙密度为57～1117个／dm2，平均为408个／dm2；土壤大孔隙的加权平均半径为0.75～1.08mm，均值为0.89mm。大孔隙的断面积比例平均为10.82％。0～100cm土层的土壤大孔隙密度（个／dm2）依次为辽东栎—少脉椴林（645）＞红桦林（546）＞华山松林（490）＞亚高山草甸（473）＞白桦林（348）＞油松人工林（333）＞灌丛（东坡）（298）＞华北落叶松（13号样地）（136）。 土壤大孔隙对水分稳定出流速率有重要影响。稳定出流速率（Y，ml／s）随大孔隙密度，特别是半径＞1.4mm的大孔隙的密度（X，个／dm2）线性增加，其关系式为Y=0.0164X+0.1864，R2=0.6957。稳定出流速率与大孔隙的断面积比例（X，％）具有更好的线性相关：Y=5.5521X-0.093，R2=0.8361。 高石砾含量是山地土壤的重要特征，它与森林生物作用共同影响土壤的大孔隙孔径及密度，本文定量区分了石砾含量和森林生物因素的贡献。石砾含量（X，％）增加导致大孔隙平均半径增大，并使半径＞1.4mm的大孔隙密度（Y，个／dm2）升高（关系式：Y=70.453X+6.362，R2=0.2981）。石砾对非毛管孔隙密度的贡献在0～10cm土层平均为45％，并随着土壤加深而增强，在80～100cm土层时上升到96％；相反，生物因素对非毛管孔隙的影响从土壤表层向下逐渐变弱。 2．林冠下穿透降雨的空间分布格局 森林冠层改变着林下穿透降雨的空间分布格局。单株华北落叶松树冠的叶面积指数

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 森林生态系统坡面水文过程研究
• 1.2.2 土壤大孔隙的特征、研究方法与生态学意义
• 1.2.3 森林流域水文模型研究进展
• 1.2.4 森林水文学新的发展方向──生态水文学兴起与发展
• 第二章 研究目标、内容与方法
• 2.1 研究目标
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 森林植被与土壤特征
• 2.2.2 森林植被影响下的坡面生态水文过程
• 2.2.3 流域降雨径流特征
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 流域地形植被数据获取与分析
• 2.3.2 植被调查和监测
• 2.3.3 气象观测
• 2.3.4 土壤水文-物理性质测定
• 2.3.5 森林生态水文过程观测
• 2.3.6 土壤大孔隙测定
• 2.3.7 河道径流观测
• 2.4 研究技术路线
• 第三章 研究流域概况
• 3.1 六盘山林区概况
• 3.1.1 六盘山地区的基本情况
• 3.1.2 地质地貌
• 3.1.3 气候
• 3.1.4 土壤
• 3.1.5 植被
• 3.1.6 水系与水文特征
• 3.2 香水河小流域概况
• 3.2.1 香水河小流域位置
• 3.2.2 地形地貌
• 3.2.3 气象特征
• 3.2.4 土壤及其水土流失状况
• 3.2.5 植被
• 第四章 典型研究样地特征
• 4.1 典型样地植被特征
• 4.1.1 典型样地植被基本特征
• 4.1.2 典型样地乔木冠层特征
• 4.1.3 典型样地叶面积指数特征
• 4.2 典型研究样地土壤基本特征
• 第五章 森林土壤大孔隙特征研究
• 5.1 不同植被类型典型研究样地土壤水分穿透曲线的比较研究
• 5.2 不同植被类型样地的土壤大孔隙范围与密度
• 5.3 土壤大孔隙与出流速率的关系
• 5.4 石砾对土壤非毛管孔隙度的影响
• 5.5 土壤大孔隙成因分析
• 5.6 小结
• 第六章 穿透降雨空间异质性研究
• 6.1 华北落叶松单株冠下降水空间格局
• 6.1.1 材料与方法
• 6.1.2 结果与分析
• 6.2 冠层影响下华山松穿透降雨的空间分布特征
• 6.2.1 研究方法
• 6.2.2 结果与分析
• 6.3 小结
• 第七章 森林冠层对降雨再分配研究
• 7.1 研究期间降雨特征
• 7.2 主要植被类型冠层截留特征
• 7.2.1 林冠截留量与林外降雨的关系
• 7.2.2 截留量的季节动态
• 7.2.3 冠层截留容量的确定
• 7.2.4 林冠截留的模拟
• 7.3 主要乔木干流特征
• 7.3.1 干流量与林外降雨量的关系
• 7.3.2 形成干流的临界降雨量
• 7.3.3 干流的月动态
• 7.3.4 干流量影响因素分析
• 7.3.5 单树的干流量与胸径的关系
• 7.4 主要植被类型的穿透降雨特征
• 7.5 小结
• 第八章 森林枯落物层生态水文研究
• 8.1 枯落物的现存量
• 8.2 枯落物的持水能力
• 8.3 枯落物层的吸水过程分析
• 8.4 辽东栎-少脉椴林地枯落物蒸发研究
• 8.5 枯落物自然含水率的动态变化
• 8.5 小结
• 第九章 森林土壤的生态水文研究
• 9.1 土壤水分物理特征
• 9.2 土壤贮水能力
• 9.3 不同植被类型典型样地土壤的渗透性
• 9.3.1 土壤渗透率模型介绍
• 9.3.2 不同植被下土壤的渗透特征分析
• 9.3.3 土壤渗透过程的模拟分析
• 9.3.4 土壤渗透性影响因素的分析
• 9.4 不同植被类型的土壤水分特征曲线
• 9.5 石砾对土壤蒸发的影响
• 9.6 小结
• 第十章 小流域降雨径流特征及植被的径流影响
• 10.1 香水河小流域的基本特征
• 10.1.1 地形和植被特征
• 10.1.2 河道糙率系数空间分异特征
• 10.2 流域的降雨输入
• 10.2.1 降雨的时间变化
• 10.2.2 降雨的空间变异
• 10.2.3 各子流域输入降雨量的时间变化
• 10.3 流域径流特征
• 10.3.1 河道径流的季节动态
• 10.3.2 降雨-径流特征分析
• 10.3.2 流域径流组成分析
• 10.3.3 流域产流特征分析
• 10.4 地形和植被对流域径流的影响
• 10.4.1 数据处理方法
• 10.4.2 不同坡向-植被-海拔类型的月径流系数
• 10.4.3 不同植被类型的产流量研究
• 10.5 小结
• 第十一章 结论与讨论
• 11.1 主要研究结论
• 11.2 本研究的主要创新点
• 11.3 对本研究的不足和未来工作的讨论
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表论文情况