【摘要】：酸沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)的長期影響還未消除，然而以極端干旱事件頻發(fā)為代表的全球氣候變化對酸雨區(qū)的受害森林又帶來新的挑戰(zhàn)，研究變化環(huán)境下的生態(tài)水文過程和功能響應(yīng)已成為21世紀(jì)生態(tài)環(huán)境與水資源管理的熱點(diǎn)。為全面深入理解氣候變化背景下酸害森林的健康變化，豐富森林生態(tài)水文學(xué)的理論內(nèi)容和專業(yè)視角，并為受害森林的生態(tài)水文服務(wù)功能評價和管理提供理論指導(dǎo)和決策支持，本文在重慶鐵山坪酸雨區(qū)調(diào)查了受害馬尾松林（林齡40-60年）的結(jié)構(gòu)特征和定位監(jiān)測了其水文過程，并參考國內(nèi)健康森林（馬尾松林）的結(jié)構(gòu)特征和水文功能文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對比分析了酸害馬尾松林的結(jié)構(gòu)特征變化和其生態(tài)水文特征。主要結(jié)論如下： 1．受害馬尾松林的林分結(jié)構(gòu)特征變化明顯 在所研究的馬尾松林中，以馬尾松為主構(gòu)成了主林冠層，且在下木層中幾乎沒有馬尾松分布；研究林分的樹種組成較簡單（4-9種），其多樣性指數(shù)（Simposon）較低，變化在0.23-0.69。香樟、木荷、楠木等闊葉樹種主要分布在下木層，并開始進(jìn)入被壓木優(yōu)勢度等級，它們與馬尾松的種間競爭將日趨激烈。馬尾松林的冠層郁閉度較高（0.87），但因大量針葉凋落造成冠層稀疏，不能構(gòu)成對林下灌木、草本分布的影響。林下灌木層的蓋度為63.95%、草本層的蓋度為48.62%；草本分布受到灌木層蓋度的顯著影響。與健康馬尾松林相比，受害馬尾松林的根系生物量減小和分布變淺（主要在0-40cm），尤其是細(xì)根生物量減少和集中分布在表層（0-10cm），并隨土深而快速減小。 2．受害馬尾松林針葉變小變少和枯落物分解變慢 與健康馬尾松相比，受害馬尾松的枯死葉和青黃葉的單葉長（15.10和12.83cm）和單葉重（0.024和0.019g）都較�。豢菟泪樔~的比葉面積要大（35.12cm2/g），說明受害馬尾松的針葉變小變薄了。受害馬尾松林的葉面積指數(shù)年均值為1.25（0.92-1.83），遠(yuǎn)低于其它地點(diǎn)健康馬尾松林的3.76-3.94。它的年內(nèi)動態(tài)變化為從年初開始到4、5月份逐漸減小，然后到9、10月份之前緩慢增大，之后又逐漸減小，這是馬尾松針葉生長和凋落節(jié)律共同影響的結(jié)果。與其它地點(diǎn)馬尾松林相比，受害馬尾松林的未分解層枯落物的分解速率較慢，年失質(zhì)率為35.62%；分解半衰期和全衰期（分解至95%時）分別為1.3和2.5年。 3．受害馬尾松林的土壤水文物理性質(zhì)變差 受害馬尾松林的土壤水文物理性質(zhì)以表層（0-10cm）最好，10-20cm土層居中，20cm以下土層相對較差，其中，非毛管孔隙度和滲透性隨土深明顯地減小，但健康馬尾松林的土壤非毛管孔隙度隨土深的變化比較緩和。受害馬尾松林土壤的水源涵養(yǎng)功能和同一地點(diǎn)的針闊混交林相差不大，但明顯差于闊葉林和好于毛竹林。與其它地點(diǎn)土壤酸化較輕的馬尾松林相比，酸害馬尾松林的土壤水文物理性質(zhì)明顯變差，表現(xiàn)為各土層的密度較大、滲透性和貯水能力下降、土壤孔隙度（包括毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度）較小。 4．受害馬尾松林的年凋落量增大但針葉減少和枝條增多且更集中在伏旱期 與健康或酸害較輕的馬尾松林相比，受害馬尾松林的年凋落物量（5.96t/hm2）增大但組成有差別，表現(xiàn)為針葉減少但枝條增多，各組分比例順序?yàn)獒樔~＞樹枝＞有機(jī)碎屑＞樹皮（球果）＞闊葉。受害馬尾松林的凋落物量變化對干旱脅迫更敏感，除闊葉凋落物外，其它凋落物組分的數(shù)量變化均不同程度受到土壤水分含量影響，尤其是30-40和40-50cm土層的水分含量。受干旱影響，馬尾松林的年凋落格局發(fā)生重大變化，主要集中在夏季伏旱時期，但闊葉樹種還能維持正常凋落節(jié)律（主要發(fā)生在4-5月份和11-12月份），說明闊葉樹種在該酸雨區(qū)的適應(yīng)性好于馬尾松林。 5．土壤缺水脅迫導(dǎo)致的受害馬尾松林健康退化是因其根系吸水能力下降 受害馬尾松林的土壤含水量具有明顯的時空變化，與同一研究地點(diǎn)的其它森林類型（針闊混交林、闊葉林和毛竹林）相比，其土壤含水量因冠層蒸散耗水較少而較高，且與毛竹林比較接近。田間持水量（或毛管孔隙度）和田間持水量的82%（毛管孔隙度的80%）是影響受害馬尾松健康變化的兩個重要閾值，低于此閾值時就會發(fā)生大量落葉，這主要是受害馬尾松林的細(xì)根減小和分布變淺導(dǎo)致的吸水能力下降，造成相對土壤干旱，這在瀕死馬尾松衰亡過程的液流密度與土壤水分的關(guān)系中得到佐證。因此，受害馬尾松林極易遭受缺水脅迫，特別是伏旱時期，無論少水年、平水年還是豐水年都存在，說明缺水脅迫已成為除酸害外影響森林健康的又一重要因素。 6．受害馬尾松林因針葉和細(xì)根減少而導(dǎo)致蒸騰耗水降低 受害馬尾松的樹干液流密度的個體差異更多受葉面積指數(shù)影響，而不是樹木相對高度所決定的優(yōu)勢度。正如3號優(yōu)勢木在其葉面積指數(shù)較�。�0.68）時的月液流密度低于葉面積指數(shù)較大（1.46）的4號亞優(yōu)勢木，但其葉面積指數(shù)增大后的月液流密度又能超過4號木。受害馬尾松林一般表現(xiàn)為大量針葉脫落，林冠葉面積指數(shù)降低，這使得其樹木蒸騰耗水降低，因此，在同一地點(diǎn)的4種森林類型中，受害馬尾松林的土壤含水量最高。受害馬尾松林的月蒸騰耗水量變化在10.19-48.89mm之間，平均為27.24mm，其年內(nèi)動態(tài)為先增加后減小，在夏季（7-8月份）達(dá)到高峰，月蒸騰量基本維持在40mm左右。樹木蒸騰量與土壤水分條件也密切相關(guān)，受害馬尾松因根系吸水能力下降引起的可利用水分減少也是導(dǎo)致其蒸騰量降低的重要原因。 7．受害馬尾松林的水文過程與功能特征 受害馬尾松林林冠稀疏致使其冠層截留容量較低（1.54mm），穿透雨率較高（84.66%）、樹干莖流率（0.26%）和產(chǎn)生莖流的臨界降雨量（5mm）以及林冠截留率（15.07%）較低。受害馬尾松林的枯落物儲量為11.06t/hm2；分別測定的未分解層、半分解層、總枯落物層的飽和持水率為195.54、214.48和197.61%，對應(yīng)的最大持水深為0.71、0.82和1.46mm，均明顯低于其它地點(diǎn)的健康馬尾松林（15.7-32.20t/hm2，，203-277%，3.40-5.12mm），說明受害馬尾松林的枯落物水文功能下降。研究期間受害馬尾松林的蒸散率減少，為67.38%；但產(chǎn)流率增大，為33.51%。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：S791.248;X503.235

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2599572