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大兴安岭落叶松林生态系统水文过程与规律研究

周梅

  森林生态系统是陆地生态系统的主体,系统中水分的时空分配、传输转换以及水文循环机制的影响问题是研究核心。本文以国家林业局“九五”、“十五”重点项目“内蒙古大兴安岭根河落叶松林生态系统定位研究”(96—27、2001—01)等和国家林业局大兴安岭落叶松林生态系统定位研究站为依托,在大兴安岭北部、中部选择若干典型流域,以定位研究方法为主,配以典型区域统计分析和模型模拟方法相结合,以大气、植物、土壤子系统为三个研究空间,以降水、蒸发、径流在大兴安岭林区的运动路径为主线,根据落叶松林生态系统对水分传输和水量转化的作用过程,研究落叶松林生态系统林冠层对降水的调蓄规律;研究落叶松林的蒸发散及能量转换规律,构建落叶松林蒸散分配格局模型;阐释大兴安岭典型流域河川径流随机规律,人工生成水文系列;分析大兴安岭森林覆盖率、森林火灾、森林采伐对河川径流影响并进行模型模拟;分析落叶松原始林水化学特征;研究气候变化对大兴安岭林区冻土水文的影响及生态响应。其目的在于揭示大兴安岭落叶松林与水文作用的关系,揭示大兴安岭落叶松林水文生态功能,以及大兴安岭特有森林环境下冻土、森林相互制约的机理。通过研究,有助了解大兴安岭落叶松林生态系统水分的运转过程及机制,正确评价大兴安岭森林的作用,为大兴安岭林区实行天然林保护工程提供理论依据,也为当地落叶松林经营提供技术支撑。主要研究成果:(1)研究表明,落叶松原始林平均林冠截留率在16%~19%。林冠截留量随降雨量的增加呈乘幂递增,林内降雨平均占林外降雨的81%左右,并存在明显的直线相关,可以利用其关系建立模型模拟或预测落叶松原始林林内降雨量;树干茎流量只占降雨总量的3.26%。(2)落叶松原始林林木蒸腾和土壤蒸发消耗的热量占净辐射的82.3%,乱流交换热占同期净辐射的12.84%,土壤蓄热为净辐射的3.53%。在热量平衡日进程研究中,潜热通量约占森林作用层净辐射的64%,感热通量占25%,土壤热通量占9.9%。大兴安岭中部(岭南)地区林地土壤蒸发和林木蒸腾占森林蒸散的60.57%,截留蒸发占森林蒸散的34.43%,占降雨量的29%。(3)大兴安岭北部林区的根河上游乌力库玛水文站年径流序列是一无趋势、没有周期性的平稳随机序列,其相邻年年径流之间有不显著相依关系。建立的年、季节中文摘要一周期模型能较好生成人工径流系列。(4)随森林覆被率增加,河川径流有不明显的减少趋势。以重度急进和稳进地表火为主的流域,火灾后的年径流总量、融雪径流、生长季径流、洪水期径流明显减少,并持续4年未见恢复。典型流域的森林采伐可增加采伐后年径流量、生长季径流量、洪水期径流量,并与5月融雪径流呈负相关,而与年最大流量呈正相关。对森林采伐与河川径流关系进行模拟后发现,假定森林覆盖率比实际森林覆盖率减少5%左右,预测径流量比实测径流量增加 llmm门年人6)大量元素K、Na Ca、Mg、P的养分含量占总养分输入量的92见其年输入总量为全国15个主要森林类型中最低。林内降雨中Na、Ca、Cu、Fe减少,K、Mg、Zn、Mn、P增多。树干茎流雨的养分含量明显高于林外降雨和林内降雨。集水区径流中大量元素的养分含量较林外降雨养分含量为高。P是集水区径流中唯一没有流失的元素。大兴安岭森林流域其河水的硬度、矿化度都较低,水质达到国家地面水环境质量标准I类。(6)近25a来,大兴安岭北部和中部多年冻土区的年平均气温有周期性波动并具有较明显升高趋势。80年代以后北部降雪量有所增加,多年冻土最大冻结深度一般出现在4月~5月。近30年来,融雪径流有较明显的降低趋势、而6月~9月的平均月径流量却有明显的增加趋势。冻土对落叶松林的生长起促进和胁迫作用。创新点:门)在大兴安岭的落叶松原始林区进行树冠截留研究尚属首次。得出生长季的林冠截留率为16%~19%,建立了林外降雨与林内降雨、林外降雨与树干茎流及树冠截留与林外降雨关系式。首次引入通径系数概念分析气象条件对各种雨量的影响。(2)利用水量平衡原理,研制了大兴安岭落叶松原始林区和中部阔叶落叶林区森林蒸散及各要素分配格局模型,对森林蒸散、土壤蒸发、林木蒸腾和树冠截留蒸发进行模拟。(3)提出把气候变化条件下大兴安岭林区高纬度冻土退化问题作为大兴安岭生态站落叶松林水文研究重点,并尝试进行包括气温、地温、积雪、最大冻深、径流等方面的分析。……   
[关键词]:大兴安岭;落叶松林生态系统;水文过程;水文模拟
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京林业大学2003年