两种类型地被物覆盖下地被物层与土壤层水文动态过程研究

发布时间：2020-07-13 02:18

【摘要】：森林枯落物层是森林垂直结构中的重要组成部分,对森林水文循环过程产生巨大影响。园林有机地被物是利用树木实木部分,将其破碎,覆盖在城市裸地中起到改良土壤,美化环境的作用。这种材料在城市林业的建设中被广泛运用,对屋顶绿化和海绵城市的建设具有非常重要的意义。森林枯落物层和园林有机地被物层都是与土壤直接接触的垂直结构层,均具有涵养水源、延缓地表径流、增加土壤入渗和防止水土流失等生态水文功能。为了探究这两种地被物层的水分截留特性及其对土壤层水文功能的影响,实验选取森林植被枯落物层的典型代表——栓皮栎枯落物和常用的园林有机地被物作为实验对象,设置了不同地被物层厚度、雨强和坡度因子,模拟其截留的动态过程以及对土壤径流、入渗等水分变化的影响,分析这两种地被物层的水文生态效益,研究被物层对土壤水文的影响。研究结果为有机物覆盖下坡面的产流机理研究提供实验和数据支撑。主要研究结果如下:1.浸泡实验中,栓皮栎枯落物未分解层最大持水率312.8%,有效拦蓄率265.9%;半分解层最大持水率267.1%,有效拦蓄率227.0%。园林有机地被物最大持水率为110.5%,有效拦蓄率93.9%。园林有机地被物持水率小于栓皮栎枯落物。两种地被物持水量与浸泡时间均满足对数函数的关系,吸水速率与浸泡时间呈幂函数的关系。2.两种地被物对降水的分配包括了侧向流、垂向流和地被物层持水。垂向流占比最大,栓皮栎枯落物的侧向流比例大于截留量。相同厚度的园林有机地被物的截留量大于栓皮栎枯落物,园林有机地被物的侧向流大于栓皮栎枯落物的侧向流。降雨实验中栓皮栎枯落物层的有效持水率在162%-232%之间,园林有机地被物有效持水率在42%-101%之间。3.降雨实验中,栓皮栎枯落物约有61.2%-75.8%的截留水量作为滴落雨或者侧向流从层中流出,园林有机地被物层中则约有36%-62.4%的截留水量作为滴落雨从园林有机地被物层中滴落或者侧向流出。园林有机地被物对雨后雨水的截持能力强于栓皮栎枯落物,栓皮栎枯落物的最大持水量和有效持水量的差值较大,持水能力的弹性范围大于园林有机地被物。4.栓皮栎枯落物层在降雨过程中不同因子对侧向流的影响能力大小为坡度雨强厚度。园林有机地被物层为坡度雨强厚度。栓皮栎枯落物的最大水分蓄持量Hmax在3.10mm至7.10mm之间。园林有机地被物的最大水分蓄持量Hmax在3.38mm至15.37mm之间。栓皮栎枯落物的有效水分蓄持量Hmin在1.07mm-1.72mm之间,影响其大小的因子主要是厚度和坡度,与雨强之间的关系不显著。园林有机地被物的有效水分蓄持量Hmin在1.12mm-8.62mm之间,不同因子对其影响强度大小为厚度雨强坡度。在相同的降雨条件下园林有机地被物有效水分蓄持量Hmin大于栓皮栎地被物。5.有地被物覆盖的情况下降水的分配包括了径流量、土壤持水量、土壤排水量和地被物层持水量四个部分。土壤排水量所占的水分比例最高,其次为土壤层持水量,径流量与覆盖层持水量随着地被物厚度的变化大小发生改变。对比裸土与铺设了地被物的土壤层,有覆盖土壤的土壤持水量和土壤排水量高于裸土,而产生的径流量显著地小于裸土地面。6栓皮栎枯落物与园林有机地被物覆盖下的土壤层径流量显著减少。产生的径流量遵循随着栓皮栎枯落物厚度增加而减少的规律,而园林有机地被物在2cm厚度下减流能力最强,在这之后随着厚度的增加产生的径流量小幅度增加。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S714
【图文】：

地理位置,样地

家坨镇北安河境内（３９°３４’Ｎ，邋１１６°２８’Ｅ），为北京林业大学教学试验林场。公园内设逡逑有首都圈森林生态系统定位研究站，具有良好的实验条件。公园占地面积８３２．０４ｈｍ２，逡逑海拔在１００邋ｍ邋￣１１５３ｍ之间，森林覆盖率９６．邋４％。地理位置如图２．１所示。逡逑２．１？气候特征逡逑研究区气候属于温带湿润季风气候区，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，逡逑年平均气温１２．５邋°Ｃ。最低温月为１月，平均气温－４．４°Ｃ，极端最低气温－２１．７邋°Ｃ；最逡逑高温月为７月，平均气温２５．８邋°Ｃ，极端最高气温４１．６邋°Ｃ。北京地区年平均降水量逡逑６２８．９＿，集中在夏季６－８月，占全年降水量的７０％，蒸发量为１８００＿－２０００＿。逡逑１２－２月份降水量仅占１％。因此研究区域内总体水资源比较匮乏。鹫峰地区山区地形逡逑复杂，热对流作用强烈，易造成强对流天气，局部地区常产生强雷阵雨并伴有大风冰逡逑雹。逡逑２．２．地质与土壤特征逡逑鹫峰国家森林公园岩石类型随海拔高度分布规律显著：低海拔处岩石类型为石灰逡逑岩、凝灰岩和烁岩等沉积岩，山体下部岩石组成以花岗岩为主，有少量片岩分布；高逡逑海拔处分布有火山角烁岩和灰绿色凝灰岩等岩石（王勇，２０１０）。根据中国土壤区划，逡逑该地区属于褐土或棕壤分布区

特征图,栓皮栎,枯落物,特征图

两种地ｋ物持逦｜两种地Ｓ物降雨逦｜两种地被物ｉ盖下的土逡逑水置对￥研究逦丨截留特运研究逦丨壤层水文动运过程研究逡逑探究地被物层的水文过程、揭示有机物覆盖下坡面产流机制逡逑图３．１．研究技术路线图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．３．１邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ逡逑３．３？研究方法逡逑３．３．

特征图,园林,地被物,持水率

的５－７倍，物理密度具有一定的差距。逡逑ｍｍ逡逑＿逡逑图３．２．栓皮栎枯落物收集样地特征图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．３．２邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋Ｍａｐ邋ｏｆ邋Ｌｉｔｔｅｒ邋Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ邋Ｓａｍｐｌｅｓ邋ｏｆ邋Ｏｕｅｒｃｕｓ邋ｖａｒｉａｂｉｌｉｓ逡逑３．３．２．栓皮栎枯落物与园林有机地被物浸泡实验逡逑将不同的林下枯落物风干称重后的未分解层和半分解层分别装入尼龙网中，放入逡逑盛有清水的容器内浸泡，同时将相同质量的园林有机地被物进行相同的浸泡实验。在逡逑浸泡时间为１５ｍｉｎ，３０ｍｉｎ，邋ｌｈ，２ｈ，４ｈ，８ｈ，邋１２ｈ，２４ｈ时将浸泡物取出，沥水至无逡逑水滴再滴落时及时称重，并减去尼龙网的湿重。在沥水过程中，停止浸泡时间的计算。逡逑在浸泡持续时间达到２４ｈ后，地被物持水量逐渐稳定达到最大值，一般认为此时逡逑地被物持水量达到饱和状态。根据地被物层的蓄积量和吸收的水量可计算出地被物的逡逑最大持水量和最大持水率。但此时测得的持水量和持水率是理想供水状态下的实验值，逡逑与实际降水拦蓄相距较远。有研究根据不同地被物的实验得出当降雨量达到２０？３０逡逑ｍｍ，地被物的持水率约为最大持水率的８５％。因此，常用０．８５作为计算地被物层有逡逑效拦蓄量的调整系数。逡逑地被物的最大持水量Ｗｍ、最大持水率Ｒ

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