川西亞高山暗針葉林小流域生態(tài)水文過程耦合及模擬.pdf

1、傳統(tǒng)上，多采用造林或采伐面積比例來研究森林植被變化對其流域水文效應的影響，雖然植被的數(shù)量變化得以反映，但植被的質(zhì)量及空間分稚變化無法體現(xiàn)。葉面積指數(shù)(Leafarea index，LAI)既能反映植被的數(shù)量和質(zhì)量特征，也能描述植被的空間分布以及動態(tài)變化，可以充分體現(xiàn)植被特征的變化。川西亞高山暗針葉林是長江上游重要的森林植被類型，在涵養(yǎng)水源、保持水土、維護生態(tài)平衡等方面起著巨大的作用。 本文以川西亞高山暗針葉林的主要類型之一——岷

2、江冷杉(Abies faxoniana)林為研究對象，采用試驗觀測與模型模擬相結(jié)合的方法，在小流域尺度和林分尺度上，首先，以LAI為主研究了植被結(jié)構及空間分布特征；然后，分別研究了植被對降水的截留、土壤水分的時空分布及變異性以及植被蒸發(fā)散的時空變化特征；之后，模擬了小流域濕潤指數(shù)(Wetness index)的時空分布，分析了濕潤指數(shù)與植被、地形、土壤和氣候之間的關系；最后，基于上述研究，評價了川西亞高山暗針葉林的生態(tài)水文功能，探討了植

3、被變化對其生態(tài)水文功能的影響。目的是揭示川西亞高山暗針葉林與水的相互作用關系，闡明其對流域水資源的調(diào)控機理。研究結(jié)果表明： 試驗小流域的植被主要為岷江冷杉原始林(面積占88％)，其次為青海杜鵑(Rhododendronprzewalskii)灌叢(面積占12％)。岷江冷杉林可分為4個林分類型，依次為蘚類-箭竹-岷江冷杉林、草類-箭竹-岷江冷杉林、草類-杜鵑-岷江冷杉林和蘚類-杜鵑-岷江冷杉林。在生長季節(jié)，岷江冷杉林的LAI平均值

4、為5.44±0.83，不同林分之間差異極顯著，順序為：蘚類．箭竹．岷江冷杉林>草類-箭竹-岷江冷杉林>草類-杜鵑-岷江冷杉林>蘚類-杜鵑-岷江冷杉林；LAI的時間動態(tài)變化為單峰曲線，峰值在8月中旬，為5.82±1.32；隨著海拔升高，LAI先增加后減小，轉(zhuǎn)折點約在3000m處；不同坡向之間LAI的差異顯著，半陰坡LAI大于半陽坡；LAI的變異系數(shù)在林分尺度上為10.02～12.22％，在小流域尺度上為19.79～22.80％，在海拔梯度

5、上為7.64～23.09％，在半陰坡上為16.58％，在半陽坡上為13.44％。 試驗區(qū)降水量充沛，雨日多，以小雨和中雨為主。岷江冷杉林冠層截留系數(shù)在33～72％之間，平均值為48％。在生長季節(jié)，冠層最大截留量平均值為1.74mm，不同林分之間差異明顯，順序為：蘚類-箭竹-岷江冷杉林>草類-箭竹-岷江冷杉林>蘚類-杜鵑-岷江冷杉林>草類-杜鵑-岷江冷杉林；冠層截留量、冠層最大截留量、附加截留量分別約占同期降雨量的39％、25％和

6、14％。模型對日降水截留量模擬效果不理想，對整個生長季節(jié)平均截留量模擬效果較好，相對誤差的平均值分別為33～35％、9～14％。地被物層最大持水率、最大持水量平均值分別約為700％、10.5mm，不同林分之間差異明顯。 試驗小流域土壤容重小，孔隙發(fā)達，持水能力強，水分入滲率高，平均值分別為0.96g/cm<'3>、65％(總孔隙)和11％(非毛管孔隙)、276.7mm(0～40cm土層最大持水量)和51.4mm(0～40cm土層

7、非毛管持水量)、2.63 mm/min(穩(wěn)滲率)，在不同群落類型之間差異較小，但在不同土層深度之間差異較大。研究期間，土壤容積含水量在0.59～0.66之間，不同群落類型之間差異明顯，杜鵑冷杉林最高，箭竹冷杉林其次，杜鵑灌叢最低。土壤含水量在土壤表層最高，45cm土層深度最低；隨著海拔升高呈增加趨勢，但超過3700m則減小；在不同坡向之間，0～30cm土層半陰坡高于半陽坡，30cm以下則相反；在不同坡位之間，下坡最高，上坡最低，中坡居中

8、。土壤水分變異系數(shù)在0.22～0.41之間，隨著土壤含水量增加而增大，隨著土層深度增加或海拔升高而減小，半陰坡高于半陽坡，下坡大于中坡和上坡。 用Priestley-Taylor模型改進式與Rithchie (1972)方法計算出，2005年，試驗流域?qū)嶋H蒸發(fā)散為350.8mm，其中生長季節(jié)占55％；不同群落類型之間差異明顯，草類-箭竹-岷江冷杉林最大(422.0mm)，杜鵑灌叢最小(248.4mm)，其它介于中間，依次為蘚類-

9、杜鵑-岷江冷杉林(363.1mm)，草類-杜鵑-岷江冷杉林(355.6mm)和蘚類-箭竹-岷江冷杉林(323.4mm)。年蒸發(fā)散約占年降水量的35％，生長季節(jié)較低，非生長季節(jié)較高，分別占同期降水量的25％、71％。影響該區(qū)蒸發(fā)散的主導因子是太陽總輻射。生長季節(jié)降雨天數(shù)多，霧日多，日照時數(shù)短，太陽總輻射量少，是該區(qū)蒸發(fā)散低的主要原因。 濕潤指數(shù)在試驗流域溝底較高，坡面較低；中部較高，上部和下部降低；半陰坡較高，半陽坡較低。不同群落

10、類型之間，杜鵑冷杉林最大，箭竹冷杉林居中，杜鵑灌叢最小。降水量越大，太陽輻射越小，濕潤指數(shù)越大；土壤水分含量越高，擴散速率越小，濕潤指數(shù)越大；蔽陰系數(shù)越小，植被越稀疏，濕潤指數(shù)越大。 川西亞高山暗針葉林生態(tài)系統(tǒng)截留降水的綜合能力較強，為89.5mm。其中，土壤層約占86％，地被物層約占12％，林冠層僅占2％。不同林分類型之間，林冠層、地被物層的截留能力、土壤層的蓄水能力以及植被蒸發(fā)散均存在差異，綜合能力也不相同，順序為：蘚類-箭