重庆缙云山森林水文生态功能研究

论文摘要

本文以重庆缙云山为试验点,基于大量实测数据的分析研究,对长江三峡库区常见的几种森林类型:针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林和常绿阔叶灌丛及农地（对照）的水文生态功能进行了探讨,内容包括森林林冠层、枯落物层、土壤层的水文特征。运用统计学、回归分析、相关性分析、灰色关联分析等方法,对不同森林类型典型林分的各种水文生态功能进行了对比分析,建立了重庆缙云山森林水文生态功能评价的指标体系,运用熵权系数法模型对不同森林类型典型林分的水文生态功能进行综合评价。具体结论为:1)不同森林类型典型林分林冠截留率顺序为针阔混交林（18.90%）>常绿阔叶林（11.80%）>楠竹林（10.68%）;该地区林冠截留率与降雨量呈一定的相关性,从总体趋势看,随降雨量增加,林冠截留率逐渐减小;林内降雨量与降雨量之间呈明显的线性关系。各种森林类型相关系数都比较高,模型和试验采样数据拟合程度高。通过对比分析,认为针阔混交林的林冠层截持作用最好。2)不同森林类型典型林分枯落物持水速率和持水量的顺序均为:常绿阔叶灌丛>针阔混交林>常绿阔叶林>楠竹林。其中,常绿阔叶灌丛最大持水量为8.06mm,楠竹林最低为3.34mm。各林分枯落物的半分解层与分解层的持水速率均比未分解层的持水速率高。枯落物层最大持水量与林分类型、组成结构、贮量和分解状况有关,几种典型林分枯落物的最大持水率在206.05～289.13%,有效调蓄量为18.232～54.144（t·hm-2）,相当于1.8～5.4mm的降雨,其大小顺序为常绿阔叶灌丛（54.144 t·hm-2>常绿阔叶林（37.987t·hm-2）>针阔混交林（32.150t·hm-2）>楠竹林（18.232 t·hm-2）。3）不同森林类型典型林分林地土壤层水文生态功能研究表明:常绿阔叶灌丛的有效涵蓄量明显大于其他林地类型,其蓄水量是楠竹林的1.4倍,是农地的2.14倍。常绿阔叶灌丛表现出了强大的渗透性能,其初渗值达到了10.169mm/min。从入渗特性来看,常绿阔叶灌丛的水源涵养和理水调洪功能要远大于其它森林土壤,针阔混交林要优于常绿阔叶林,楠竹林最差。但在土壤表层,楠竹林和农地的初渗率很高,这对于短历时、较高强度降雨来讲,楠竹林的理水调洪作用略好于针阔叶混交林和常绿阔叶林。4)根据重庆缙云山地区2002～2004年间各林地月均地表径流量的对比分析得出,各林分地表径流的大小顺序为楠竹林>针阔混交林>常绿阔叶林>常绿阔叶灌丛。根据14场暴雨的实测资料可知,在相同暴雨条件下,常绿阔叶林和常绿阔叶灌丛地表径流深最低,其次为针阔混交林,楠竹林坡面地表径流深最大。结论说明,在相同暴雨条件下,楠竹林地表产流量最大,减缓洪水能力最差,常绿阔叶林和常绿阔叶灌丛具有明显的减少地表径流的作用。5)根据灰色关联度分析,得出不同森林类型典型林分和农地的径流系数与降雨量等影响因子的关系,与径流系数最密切是降雨量因子和10分钟最大雨强因子。具体看,针阔混交林、楠竹林和农地的地表径流系数与降雨量的关联系数最大,而常绿阔叶林和常绿阔叶灌丛的径流系数与10分钟最大雨强关联系数最大。另外,前三天降雨量因子对于土壤的前期含水量有较大的影响。通过SPSS13.0软件分析得出,四种林分以及农地的径流量与降雨量之间呈三次曲线关系,比较符合实际情况,拟和优度较高（都达到0.9）以上。地被物与土壤物理性质与径流系数的相关性分析中表明:所有因子与径流系数均呈正相关关系,其大小顺序为枯枝落叶厚度>灌草盖度>郁闭度>初渗率>最大持水率>土壤有效蓄水量>非毛管孔隙度。6)运用熵权系数法对影响森林水文生态功能的15个指标进行综合评价,得出针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林、常绿阔叶灌丛四种森林类型水文生态功能的综合值Zi=（0.1719 0.1857 0.1289 0.5136）。常绿阔叶灌丛的值最高,说明常绿阔叶灌丛森林水源涵养能力最强,水文生态功能最强,其次为针阔混交林、常绿阔叶林,楠竹林水源涵养能力相对较差。7)利用影子价格的方法估算了重庆缙云山森林水文生态功能的价值,为68.2万元。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外对森林水文生态作用的研究进展
• 1.3 森林水文生态作用的研究内容
• 1.3.1 林冠层的水文生态作用
• 1.3.2 枯落物层水文生态作用
• 1.3.3 林地土壤层水文生态作用
• 1.3.4 林地蒸发散对森林水文生态功能的影响
• 1.3.5 森林植被对流域地表径流的影响研究
• 1.3.5.1 森林对产流机制的影响研究
• 1.3.5.2 森林对产流量的影响研究
• 1.3.5.3 影响产流因素的研究
• 1.3.5.4 径流形成机制研究方法的研究
• 1.4 森林水文生态效益研究
• 2 研究区自然环境概况
• 2.1 地质地貌
• 2.2 气候特征
• 2.3 水文特征
• 2.4 土壤特征
• 2.5 植被特征
• 3 研究内容、方法与技术路线
• 3.1 研究内容
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 试验区仪器设备
• 3.2.1.1 气象仪器设备
• 3.2.1.2 径流自动记录仪
• 3.2.2 试验观察场
• 3.2.3 试验方法
• 3.2.3.1 典型森林群落特征调查
• 3.2.3.2 枯落物层
• 3.2.3.3 土壤剖面特征和根系
• 3.2.3.4 林冠截留测定
• 3.2.3.5 枯落物持水过程和最大持水量测定
• 3.2.3.6 土壤层水文机理测定
• 3.2.3.7 地表径流和壤中流数据采集
• 3.3 技术路线
• 4 森林植被冠层与枯落物层水文生态功能研究
• 4.1 重庆缙云山降雨特性因子分析
• 4.1.1 降雨的年际分布
• 4.1.2 降雨的年内分布
• 4.1.3 暴雨特性分析
• 4.2 森林植被冠层水文生态作用
• 4.2.1 林冠截留率的研究
• 4.2.2 林冠截留率与降雨量的关系研究
• 4.2.3 林内降雨量与降雨量的关系
• 4.2.4 林冠最大容水量
• 4.3 森林枯落物层水文生态功能
• 4.3.1 重庆缙云山枯落物储量情况
• 4.3.2 不同森林类型典型林分枯落物持水过程研究
• 4.3.3 不同森林类型典型林分枯落物持水量研究
• 4.3.4 枯落物持水能力研究
• 5 不同森林类型土壤层水文生态功能研究
• 5.1 土壤水分基本物理性状
• 5.2 不同森林类型典型林分土壤水分动态变化研究
• 5.2.1 重庆缙云山自然保护区不同年份土壤水分月动态变化
• 5.2.2 土壤水分年变化的拟合模型
• 5.2.3 影响土壤水分动态的因素分析
• 5.3 土壤水分特性曲线
• 5.4 林地土壤水分入渗
• 5.4.1 不同森林类型典型林分的入渗特征
• 5.4.2 不同森林类型典型林分土壤入渗过程
• 5.4.2.1 入渗模型的选择
• 5.4.2.2 不同森林类型典型林分入渗参数特征分析
• 5.4.2.3 不同森林类型典型林分土壤入渗速率的影响因素分析
• 5.5 不同森林类型土壤涵蓄水分能力
• 5.5.1 土壤有效含水量
• 5.5.2 林地土壤蓄水能力
• 6 不同森林类型产流特性及其影响因子研究
• 6.1 重庆缙云山坡面径流特性分析
• 6.1.1 年地表径流
• 6.1.2 多场典型降雨的径流分析
• 6.1.3 单场典型降雨径流过程分析
• 6.2 不同植被类型壤中流特性分析
• 6.3 坡面产流的影响因子分析
• 6.3.1 降雨因子对坡面产流的影响
• 6.3.2 地被物与土壤物理性质对坡面产流的影响分析
• 7 缙云山森林水文生态功能综合评价
• 7.1 水文生态功能综合评价指标体系的建立
• 7.1.1 指标体系建立的原则
• 7.1.2 评价指标的确定
• 7.1.2.1 单项评价指标
• 7.1.2.2 综合评价指标
• 7.2 不同森林类型水文生态功能综合评价
• 7.2.1 评价方法简介
• 7.2.2 不同森林类型水文生态评价具体步骤
• 7.2.3 评价结果
• 7.3 重庆缙云山地区森林水文生态功能效益评价
• 7.3.1 不同森林类型林冠层水文生态功能定量评价
• 7.3.2 不同森林类型枯落物层的水文生态功能
• 7.3.3 不同森林类型土壤层的水文生态功能
• 7.3.4 不同森林类型水文生态功能效益计量评价
• 8 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 成果目录清单
• 致谢