【摘要】：在我國西北干旱半干旱地區(qū)，植被覆蓋率低和生態(tài)環(huán)境惡劣嚴重限制著區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展。盡快恢復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過程中存在著植被種類選擇不當、在不適宜立地造林和造林密度過大等問題。事實上，一個地區(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型、格局、數(shù)量和結(jié)構(gòu)。為給合理恢復植被提供依據(jù)，除認識植被蒸散耗水特性外，還需掌握特定地點的地形、土壤厚度及含水量等因子的空間變化及其對水文循環(huán)、水資源形成及植被生長影響的尺度效應。為此，本文在六盤山北側(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空變化，同時分析立地因子、植被結(jié)構(gòu)等水文要素的坡面變化及空間尺度效應，主要結(jié)論如下： 1）華北落葉松液流速率存在優(yōu)勢度差異 不同優(yōu)勢度華北落葉松的液流速率有明顯差異。優(yōu)勢度大的樹木獲取光照和水分的能力更強，其液流活動在一天內(nèi)啟動早、結(jié)束晚、到達峰值快，峰值更大；其瞬時液流速率對太陽輻射和飽和水汽壓差變化的響應更敏感，但對土壤含水量的響應敏感性較弱。這導致其日均液流速率明顯高于優(yōu)勢度小的樹木。但不同優(yōu)勢度樹木間的液流速率相對差異較穩(wěn)定。相關(guān)分析表明，液流速率與優(yōu)勢度（相對樹高）、樹高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與冠長和胸徑顯著正相關(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)勢度（h）之間的線性關(guān)系（Js=0.0051h+0.0494，R2=0.95）計算了樣地內(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液流速率測定結(jié)果經(jīng)尺度擴展估計林分液流速率時，增加考慮優(yōu)勢度等樹形因子的影響。 2）華北落葉松林蒸騰響應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曲線，即：隨土壤水分增多，日蒸騰量先快速近線性增大；當土壤水分達到某個閾值后，日蒸騰量趨于平穩(wěn)，基本不再變化。不同潛在蒸散條件下，日蒸騰量對土壤水分變化的響應模式非常相似，但決定響應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量對土壤水分和潛在蒸散的響應關(guān)系，建立了同時考慮土壤供水能力和大氣蒸發(fā)潛力的復合模型（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）存在明顯的植被類型差異。以2012年7~10月份（降水量為366mm）的總截留率來評價，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）。 林下蒸散的植被類型差異在生長季初較小，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。變化明顯的是陽坡草地、山桃林、虎榛子灌叢和半陽坡草地，不明顯的是華北落葉松林和沙棘灌叢。對林下蒸散影響最大的氣象因子是氣溫，其次是潛在蒸散、太陽輻射強度和空氣濕度。 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%。生長季內(nèi)，各組分占蒸散的比例隨時間變化的規(guī)律不同：冠層截留比例變化在0~32%（2011年）、6~24%（2012年），但整體趨勢平穩(wěn)；林木蒸騰比例（6~51%、7~33%）呈逐漸降低趨勢，林下蒸散比例（39~69%、53~83%）則呈逐漸升高趨勢。 2011、2012年生長季降水量分別為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。陽坡草地蒸散占降水的73%，，產(chǎn)流量分別為111.4、238.2mm；半陽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 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。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。冠層LAI的坡面平均值在陰坡上隨坡長每增加100m，對應升高0.22，高于半陰坡的0.16，可見其尺度效應在陰坡強于半陰坡；地上生物量的坡面平均值在陰坡上隨坡長每增加100m，對應增加4.92t·hm-2，低于半陰坡的6.28t·hm-2，可見其尺度效應在陰坡弱于半陰坡。 林分結(jié)構(gòu)在不同坡位處的觀測值對整個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、地上生物量的觀測值與整個坡面平均值的比值隨離開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值換算為整個坡面的平均值，從而減少野外調(diào)查中的樣地數(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 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，產(chǎn)流則減小。蒸散在陰坡上的坡面尺度效應（坡長每增加100m，蒸散的坡面平均值對應增加28.3mm）強于半陰坡（19.5mm/100m）；與之相反，產(chǎn)流在半陰坡上的坡面尺度效應（34.7mm/100m）強于陰坡（16.8mm/100m）。擬合了不同坡位處林分蒸散及其組分、產(chǎn)流與整個坡面平均值的比值隨離開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特征值換算為整個坡面的平均值。
【學位授予單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S715

【參考文獻】

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本文編號：2582400