祁连山青海云杉林生态系统水源涵养功能研究

论文摘要

森林生态系统具有较复杂的物质循环和能量转化通道,在地圈—生物圈中的生物地球化学循环中占有重要地位。本文在祁连山水源林生态系统长期定位研究的基础上,从生态系统观点出发,通过对典型流域祁连山青海云杉林生态系统的水文、小气侯、土壤等观测,对其生态系统的水源涵养功能进行了分析研究。结果表明:1.祁连山青海云杉林内小气候特征:林内温度变化幅度较林外小3.91℃,年平均气温林内比林外低0.1℃;林内相对湿度较林外高8个百分点;使林内降水强度、降水量显著小于林外。2.祁连山青海云杉林试验区内,在海拔梯度上,小流域内一个植被类型与另一个植被类型的过渡带上,降水量剧烈变化。表明该区域不同植被类型在一定地理环境与尺度上对降水影响明显。3.祁连山青海云杉林生态系统对降水的分配:林冠层截留特征:在一定降雨级范围内,截留量总趋势随着降水量的增大而增大,截留率总趋势随着降水量的增大而减小;降雨强度越大截留率越小;相同降雨强度下,截留率随林分郁闭度增大而增大。祁连山青海云杉林生态系统对降水分配过程:林冠层、苔藓枯落层和土壤层截留特征大致相似,可以划分为3个过程:随着降水量的增加,第一阶段为截留阶段,截留量、截留率随着雨量输入的增大而增大;第二阶段为渗透阶段,截留量累积量较第一阶段在增大,但截留率逐渐减小;第三阶段为饱和阶段,截留量达到最大值,截留率趋近于0。冻土作为不透水层和贮水层:多年冻土抑制水分向深层土壤的下渗,增加了径流深度。同时在春末夏初可以提高径流,到秋天可以滞留秋夏冬降水,提高流域的蓄水量。?4.祁连山青海云杉林下苔藓枯落物组成及水文特性:祁连山林区青海云杉林内苔藓枯落物平均厚度8.2cm ;苔藓枯落物中未分解成分占总量的42.8%;半分解和已分解成分分别占23.8%和33.4%;其中枯落物组成成分,叶子占67%,枝占17%,果实占16%。?苔藓枯落物层最大持水率在276.65%~370.48 %之间变化,平均为322.53%,青海云杉林区苔藓枯落物层的最大持水量约为其自身干重的3倍左右;最大持水量变化范围在7.6~29.1mm,平均为18.4 mm。5.祁连山青海云杉林下土壤物理性质及其水文特征:青海云杉林下土壤物理性质与牧坡草地(对照)比较,青海云杉林土壤容重(0.764g/cm3)小于牧坡草地(1.231 g/cm3)。土壤非毛管孔隙度(16.77%)小于牧坡草地(10.2%);在土壤表层,牧坡草地土壤的容重(1.45 g/cm3)是青海云杉林土壤容重(0.42 g/cm3)的3倍多;随着土壤深度增加,青海云杉林土壤容重逐渐接近牧坡草地。青海云杉林下土壤持水性能与牧坡草地(对照)比较,土壤最大持水量分别为131.9%和27.15%,平均最小持水量79.95%和15.05%,毛管持水量105.1%和20.22%;在土壤表层,青海云杉林下土壤最大持水量、最小持水量以及毛管持水量显著高于牧坡草地;随着土壤深度增加,土壤最大持水量、最小持水量以及毛管持水量接近牧坡草地土壤。土壤渗透速度:表层土壤的初渗速度和稳渗速度均大于下层土壤,也高于牧坡草地土壤。青海云杉林下土壤含水量变化与牧坡草地(对照)比较,在土壤表层,土壤含水量变化剧烈,且牧坡草地土壤含水量变化高于青海云杉林。随着土壤深度增加,土壤含水量变化逐渐稳定;土壤含水量变化季节变化表现为:土壤水分消耗期(5月到6月),土壤水分积累期(7月到8月),土壤水分消退期(9月份以后),土壤水分稳定期(10月份以后)。6.降水经过祁连山青海云杉林林冠以后,透过雨中各项送检矿质元素的浓度均有变化,离子总量增加一倍。水质中大多数化学元素含量增加,增幅最大为K,在透过雨中浓度是大气降水中的3.4倍;各化学元素含量变化的顺序为: K>P>Ca> Mg>Zn >Mn >Fe>N >Cu

论文目录

• 摘要
• Summary
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 森林生态系统结构与功能研究综述
• 1.2 森林生态系统水源涵养功能研究综述
• 1.2.1 国内外森林水文学研究进展
• 1.2.2 国内外森林水文过程的研究
• 1.2.3 森林植被变化对水质的影响
• 2 研究地区概况
• 2.1 祁连山概况
• 2.1.1 地质地貌
• 2.1.2 气候
• 2.1.3 土壤
• 2.1.4 植被
• 2.2 实验区（排露沟小流域）自然条件概况
• 2.2.1 地形特征
• 2.2.2 气候
• 2.2.3 土壤和植被
• 2.3 社会经济概况
• 2.4 祁连山青海云杉林经营历史
• 3 研究内容与研究方法
• 3.1 试验研究内容
• 3.2 研究方法与技术路线（见图）
• 3.3 试验研究方法
• 3.3.1 祁连山青海云杉林内小气候观测
• 3.3.2 祁连山青海云杉林区降水观测
• 3.3.3 祁连山青海云杉林林冠截留降水测定
• 3.3.4 祁连山青海云杉林林下苔藓、枯落物水文特征测定
• 3.3.4.1 持水能力测定
• 3.3.4.2 截持降水能力
• 3.3.5 祁连山青海云杉林林下土壤物理性质及其水文特征测定
• 3.3.5.1 土壤物理性质测定
• 3.3.5.2 土壤入渗速度的测定
• 3.3.5.3 土壤水分动态变化的测定
• 3.3.5.4 土壤冻融测定
• 4 结果与分析
• 4.1 祁连山青海云杉林内小气候特征
• 4.2 青海云杉林区降水规律
• 4.2.1 流域降水量的季节变化
• 4.2.2 降水量的海拔变化规律
• 4.3 青海云杉林生态系统对降水的分配
• 4.3.1 林冠对降水的截留分配
• 4.3.1.1 林冠截留分配特征（雨量、强度、郁闭度）
• 4.3.1.2 穿透雨与树干茎流
• 4.3.2 苔藓枯落物层截留分配
• 4.3.3 土壤层对降水的截留
• 4.3.4 冻土与水源涵养机理
• 4.3.4.1 冻土变化规律
• 4.3.4.2 冻土水源涵养机理
• 4.4 青海云杉林下苔藓枯落物分布及水文特性
• 4.4.1 苔藓枯落物分布与组成
• 4.4.2 苔藓枯落物水文功能
• 4.5 青海云杉林下土壤
• 4.5.1 土壤物理性质特征
• 4.5.1.1 土壤容重差异
• 4.5.1.2 土壤孔隙度差异
• 4.5.2 土壤水文性质特征
• 4.5.2.1 土壤持水性能
• 4.5.2.2 土壤渗透性能
• 4.5.3 土壤水分动态变化规律
• 4.5.3.1 土壤水分的垂直变化
• 4.5.3.2 土壤水分的季节变化
• 4.6 祁连山青海云杉林与水质
• 5 结论
• 6 讨论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师简介