川西亞高山暗針葉林小流域生態(tài)水文過(guò)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(lái)研究森林植被變化對(duì)其流域水文效應(yīng)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(wú)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(dòng)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(zhǎng)江上游重要的森林植被類(lèi)型，在涵養(yǎng)水源、保持水土、維護(hù)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(lèi)型之一——岷

2、江冷杉(Abies faxoniana)林為研究對(duì)象，采用試驗(yàn)觀測(cè)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(gòu)及空間分布特征；然后，分別研究了植被對(duì)降水的截留、土壤水分的時(shí)空分布及變異性以及植被蒸發(fā)散的時(shí)空變化特征；之后，模擬了小流域濕潤(rùn)指數(shù)(Wetness index)的時(shí)空分布，分析了濕潤(rùn)指數(shù)與植被、地形、土壤和氣候之間的關(guān)系；最后，基于上述研究，評(píng)價(jià)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(duì)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(guān)系，闡明其對(duì)流域水資源的調(diào)控機(jī)理。研究結(jié)果表明： 試驗(yàn)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(gè)林分類(lèi)型，依次為蘚類(lèi)-箭竹-岷江冷杉林、草類(lèi)-箭竹-岷江冷杉林、草類(lèi)-杜鵑-岷江冷杉林和蘚類(lèi)-杜鵑-岷江冷杉林。在生長(zhǎng)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?yàn)椋禾\類(lèi)．箭竹．岷江冷杉林>草類(lèi)-箭竹-岷江冷杉林>草類(lèi)-杜鵑-岷江冷杉林>蘚類(lèi)-杜鵑-岷江冷杉林；LAI的時(shí)間動(dòng)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(diǎn)約在3000m處；不同坡向之間LAI的差異顯著，半陰坡LAI大于半陽(yáng)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(yáng)坡上為13.44％。 試驗(yàn)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(zhǎng)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?yàn)椋禾\類(lèi)-箭竹-岷江冷杉林>草類(lèi)-箭竹-岷江冷杉林>蘚類(lèi)-杜鵑-岷江冷杉林>草類(lèi)-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(duì)日降水截留量模擬效果不理想，對(duì)整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)平均截留量模擬效果較好，相對(duì)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(yàn)小流域土壤容重小，孔隙發(fā)達(dá)，持水能力強(qiáng)，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(lèi)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(lèi)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(shì)，但超過(guò)3700m則減??；在不同坡向之間，0～30cm土層半陰坡高于半陽(yáng)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(yáng)坡，下坡大于中坡和上坡。 用Priestley-Taylor模型改進(jìn)式與Rithchie (1972)方法計(jì)算出，2005年，試驗(yàn)流域?qū)嶋H蒸發(fā)散為350.8mm，其中生長(zhǎng)季節(jié)占55％；不同群落類(lèi)型之間差異明顯，草類(lèi)-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(lèi)-

9、杜鵑-岷江冷杉林(363.1mm)，草類(lèi)-杜鵑-岷江冷杉林(355.6mm)和蘚類(lèi)-箭竹-岷江冷杉林(323.4mm)。年蒸發(fā)散約占年降水量的35％，生長(zhǎng)季節(jié)較低，非生長(zhǎng)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(dǎo)因子是太陽(yáng)總輻射。生長(zhǎng)季節(jié)降雨天數(shù)多，霧日多，日照時(shí)數(shù)短，太陽(yáng)總輻射量少，是該區(qū)蒸發(fā)散低的主要原因。 濕潤(rùn)指數(shù)在試驗(yàn)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(yáng)坡較低。不同群落

10、類(lèi)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(yáng)輻射越小，濕潤(rùn)指數(shù)越大；土壤水分含量越高，擴(kuò)散速率越小，濕潤(rùn)指數(shù)越大；蔽陰系數(shù)越小，植被越稀疏，濕潤(rùn)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(qiáng)，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(lèi)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?yàn)椋禾\類(lèi)-箭