發(fā)布時(shí)間：2020-02-24 10:04

【摘要】：在我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)，植被覆蓋率低和生態(tài)環(huán)境惡劣嚴(yán)重限制著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。盡快恢復(fù)植被覆蓋是改善生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵舉措。然而在以往植被恢復(fù)過(guò)程中存在著植被種類(lèi)選擇不當(dāng)、在不適宜立地造林和造林密度過(guò)大等問(wèn)題。事實(shí)上，一個(gè)地區(qū)的水資源總量及其空間分配的異質(zhì)性在很大程度上決定著所能承載的植被類(lèi)型、格局、數(shù)量和結(jié)構(gòu)。為給合理恢復(fù)植被提供依據(jù)，除認(rèn)識(shí)植被蒸散耗水特性外，還需掌握特定地點(diǎn)的地形、土壤厚度及含水量等因子的空間變化及其對(duì)水文循環(huán)、水資源形成及植被生長(zhǎng)影響的尺度效應(yīng)。為此，本文在六盤(pán)山北側(cè)半干旱區(qū)疊疊溝小流域內(nèi)選取了一系列典型坡面和典型植被樣地，研究植被蒸散及組分的時(shí)空變化，同時(shí)分析立地因子、植被結(jié)構(gòu)等水文要素的坡面變化及空間尺度效應(yīng)，主要結(jié)論如下： 1）華北落葉松液流速率存在優(yōu)勢(shì)度差異 不同優(yōu)勢(shì)度華北落葉松的液流速率有明顯差異。優(yōu)勢(shì)度大的樹(shù)木獲取光照和水分的能力更強(qiáng)，其液流活動(dòng)在一天內(nèi)啟動(dòng)早、結(jié)束晚、到達(dá)峰值快，峰值更大；其瞬時(shí)液流速率對(duì)太陽(yáng)輻射和飽和水汽壓差變化的響應(yīng)更敏感，但對(duì)土壤含水量的響應(yīng)敏感性較弱。這導(dǎo)致其日均液流速率明顯高于優(yōu)勢(shì)度小的樹(shù)木。但不同優(yōu)勢(shì)度樹(shù)木間的液流速率相對(duì)差異較穩(wěn)定。相關(guān)分析表明，液流速率與優(yōu)勢(shì)度（相對(duì)樹(shù)高）、樹(shù)高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與冠長(zhǎng)和胸徑顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與冠幅和邊材面積正相關(guān)但不顯著（P＞0.05）。利用建立的液流速率（Js）與優(yōu)勢(shì)度（h）之間的線性關(guān)系（Js=0.0051h+0.0494，R2=0.95）計(jì)算了樣地內(nèi)所有單株的液流速率及其平均值。該值比不考慮優(yōu)勢(shì)度影響的常用算法的結(jié)果低16%。因此，建議今后在利用樣樹(shù)液流速率測(cè)定結(jié)果經(jīng)尺度擴(kuò)展估計(jì)林分液流速率時(shí)，增加考慮優(yōu)勢(shì)度等樹(shù)形因子的影響。 2）華北落葉松林蒸騰響應(yīng)潛在蒸散和土壤可用水分的關(guān)系 華北落葉松林的日蒸騰量隨根區(qū)土壤可用水分的變化遵循邏輯斯蒂增長(zhǎng)曲線，即：隨土壤水分增多，日蒸騰量先快速近線性增大；當(dāng)土壤水分達(dá)到某個(gè)閾值后，日蒸騰量趨于平穩(wěn)，基本不再變化。不同潛在蒸散條件下，日蒸騰量對(duì)土壤水分變化的響應(yīng)模式非常相似，但決定響應(yīng)曲線的土壤水分閾值及日蒸騰量最大值存在差異，兩者均隨潛在蒸散升高而增大（P＜0.01）�；谌照趄v量對(duì)土壤水分和潛在蒸散的響應(yīng)關(guān)系，建立了同時(shí)考慮土壤供水能力和大氣蒸發(fā)潛力的復(fù)合模型（T=(-0.05PET2+0.65PET)×(1-EXP(-5.39REW))），能很好地（R2=0.92）解釋華北落葉松林的日蒸騰量變化。 3）典型植被蒸散及水量平衡特征 冠層截留率（量）存在明顯的植被類(lèi)型差異。以2012年7~10月份（降水量為366mm）的總截留率來(lái)評(píng)價(jià)，最大的是白樺林，為15%（56mm）；其次是沙棘灌叢、華北落葉松林、山桃林和雜灌叢，變化在11~12%（40~44mm）；最低的是虎榛子灌叢，為9%（31mm）。 林下蒸散的植被類(lèi)型差異在生長(zhǎng)季初較小，月蒸散量變化在38.64~49.84mm，在7、8月份的峰值期間差異較大，月蒸散量變化在60.59~104.93mm。變化明顯的是陽(yáng)坡草地、山桃林、虎榛子灌叢和半陽(yáng)坡草地，不明顯的是華北落葉松林和沙棘灌叢。對(duì)林下蒸散影響最大的氣象因子是氣溫，其次是潛在蒸散、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣濕度。 華北落葉松林在2011、2012年的冠層截留分別占總蒸散的18%、12%，林木蒸騰占25%、22%，林下蒸散占57%、65%。生長(zhǎng)季內(nèi)，各組分占蒸散的比例隨時(shí)間變化的規(guī)律不同：冠層截留比例變化在0~32%（2011年）、6~24%（2012年），但整體趨勢(shì)平穩(wěn)；林木蒸騰比例（6~51%、7~33%）呈逐漸降低趨勢(shì)，林下蒸散比例（39~69%、53~83%）則呈逐漸升高趨勢(shì)。 2011、2012年生長(zhǎng)季降水量分別為424、526mm，華北落葉松林蒸散占降水的比例分別為106%、103%，產(chǎn)流量16.4、165.3mm，消耗外界輸入的水分分別為126.4、12.2mm。陽(yáng)坡草地蒸散占降水的73%，，產(chǎn)流量分別為111.4、238.2mm；半陽(yáng)坡草地蒸散占降水的70%、68%，產(chǎn)流量分別為139.0、259.9mm。 4）華北落葉松林分結(jié)構(gòu)的坡面差異及尺度效應(yīng) 華北落葉松冠層葉面積指數(shù)（LAI）和地上生物量存在坡向、坡位差異。冠層LAI、地上生物量均表現(xiàn)為陰坡高于半陰坡，并且整體上隨坡位下降均呈增加趨勢(shì)。土壤厚度、坡面匯流和土壤水分差異能較好地解釋林分結(jié)構(gòu)的坡位差異。 冠層LAI和地上生物量的坡面變化表現(xiàn)出明顯的尺度效應(yīng)。冠層LAI的坡面平均值在陰坡上隨坡長(zhǎng)每增加100m，對(duì)應(yīng)升高0.22，高于半陰坡的0.16，可見(jiàn)其尺度效應(yīng)在陰坡強(qiáng)于半陰坡；地上生物量的坡面平均值在陰坡上隨坡長(zhǎng)每增加100m，對(duì)應(yīng)增加4.92t·hm-2，低于半陰坡的6.28t·hm-2，可見(jiàn)其尺度效應(yīng)在陰坡弱于半陰坡。 林分結(jié)構(gòu)在不同坡位處的觀測(cè)值對(duì)整個(gè)坡面平均值的代表性有很大差異。本文擬合了不同坡位處冠層LAI、地上生物量的觀測(cè)值與整個(gè)坡面平均值的比值隨離開(kāi)坡頂水平距離變化的關(guān)系，可據(jù)此將特定坡位樣地的觀測(cè)值換算為整個(gè)坡面的平均值，從而減少野外調(diào)查中的樣地?cái)?shù)量，提高坡面參數(shù)的估算精度。 5）華北落葉松林蒸散與產(chǎn)流的坡面差異及尺度效應(yīng) 華北落葉松林蒸散和產(chǎn)流具有明顯的坡向、坡位差異。蒸散表現(xiàn)為陰坡高于半陰坡，產(chǎn)流則相反；隨坡位下降蒸散呈增加趨勢(shì)，產(chǎn)流則減小。蒸散在陰坡上的坡面尺度效應(yīng)（坡長(zhǎng)每增加100m，蒸散的坡面平均值對(duì)應(yīng)增加28.3mm）強(qiáng)于半陰坡（19.5mm/100m）；與之相反，產(chǎn)流在半陰坡上的坡面尺度效應(yīng)（34.7mm/100m）強(qiáng)于陰坡（16.8mm/100m）。擬合了不同坡位處林分蒸散及其組分、產(chǎn)流與整個(gè)坡面平均值的比值隨離開(kāi)坡頂水平距離變化的關(guān)系，可據(jù)此將特定坡位樣地的相應(yīng)特征值換算為整個(gè)坡面的平均值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：S715

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2582400