南亚热带低山丘陵区尾巨桉中龄林水文特征研究

发布时间：2018-04-15 04:33

本文选题：低山丘陵区 + 尾巨桉　；参考：《中国林业科学研究院》2017年博士论文

【摘要】：桉树是我国华南地区的主要商品林树种之一,其生长速度快,可在短期内提供大量木材,对缓解国内木材不足压力有不可替代的作用。然而,随着桉树人工林面积的不断扩大,桉树与水分关系争议日益突出,尤其2010年西南5省干旱以来,桉树过度耗水问题愈演愈烈,阻碍了桉树继续发展。为此,急切开展桉树与水分关系研究,了解桉树生长与水分利用的互作关系,这对今后桉树人工林发展的合理规划、科学经营、高效用水和保护区域水资源有重要指导意义。目前,大面积桉树人工林采取多代连栽模式定向培育“尾巨桉无性系”小径级纤维材,因而本文以二代尾巨桉中林萌芽林为研究对象,依托广西南宁桉树林生态系统定位观测研究站为基础平台,定位观测尾巨桉中龄林的小气候、降水输入和水分输出等数据,探索其水量分配,以加深理解桉树林的水量平衡特征,进而客观地认识桉树的耗水问题。本试验地为低山丘陵地貌闭合小流域,面积15.6 hm2。试验区内是二代尾巨桉中龄萌芽林,不再进行人工清除杂灌和挖穴追肥,林分受人为活动干扰强度弱。林分密度1250株·hm-2。2013年8月—2015年8月,胸径由11.0 cm生长至13.0 cm,树高由15.7m生长至18.7 m。叶面积指数1.56~2.09。2014年林下植被高度0.07~1.0 m,盖度大于80%。土壤以砖红壤为主,厚度小于0.8 m,含沙量约23%。本文2013年5月—2016年7月观测期间的主要研究结论如下:(1)尾巨桉林内与林外小气候观测结果表明,林分改变了风速、风向和结构,使风廓线变形,削弱了风的动能,降低风速约32%,进而减弱乱流交换,延长了林内地表蒸发和植被蒸腾水汽在近地面空气中的滞留时间,同时冠层的拦截作用减弱了林内与林外的空气交换,使得林内的空气相对湿度偏高3.6%。林外近3年的降水均属平水年。林冠对太阳辐射的吸收、反射和过滤作用,使进入林内的太阳辐射强度减弱63.8%,进而使林内的温度比林外低约1℃,这也降低了林内地表蒸发,使土层深度5 cm和10 cm的土壤含水率比林外分别高35%和85%,但土层深度20 cm的土壤含水率却比林外低18.5%,这可能与植被根系吸水有关。(2)历时11个月的降水输入再分配特征表明,约占68%的降水量穿过林冠形成穿透雨。树干茎流占降水量的比率非常小,仅约1%,在降水再分配计算中可忽略不计。在忽略树干茎流的前提下,林冠截留雨与穿透雨形成此消彼长的相互依存关系。穿透雨随每1次降水同步形成,穿透雨量和穿透雨率均随每次降水量的增加而增加。林冠截留主要受降水量的影响,截留雨量随降水量级的增加而增加,但截留率随降水量级的增加而减小。(3)受人为活动干扰强度弱的二代尾巨桉中龄林,观测期内其土壤储水量年际变化微弱。林地植被盖度大,年内降水产流次数少,经估算,只有月降水量超过92 mm才可能形成径流,且径流系数低。初始径流滞后于初始降水,在持续的降水条件下,径流增加与降水同步,且具有叠加效应。降水停止后,径流仍能维持峰值持续一段时间,表现出最大径流稳定期,而径流消退时间滞后于降水停止,表现出延长效应。整个径流消退时间与初始径流量和降水历时时间密切相关。(4)春夏秋冬四季典型晴天的林冠日蒸腾量分别为1.58 mm·d-1、1.61 mm·d-1、1.23mm·d-1和0.84 mm·d-1,其差异表现在早晨液流启动时刻、液流峰值到达时刻、傍晚液流停止时刻和白天液流持续时间。阴天与晴天的蒸腾均呈昼高夜低的变化规律,但阴天的液流启动速度更慢,蒸腾峰值更小,傍晚液流降低及其接近为0的时刻更早、白天液流持续时间更短。雨天即使在夜间仍有较大液流,且随降水量的增加而逐渐升高,随降水持续而维持稳定状态,随降水停止而逐渐降低。月均林冠蒸腾量为29 mm,除2013年10月和2014年1月之外,其余月份林冠蒸腾量都小于降水量。年林冠蒸腾总量为349mm,占降水量27%,约为1/4。通过主成分分析、线性逐步回归分析和通径分析发现,土壤含水率是决定二代尾巨桉中龄林蒸腾总体水平的关键因子,其对林冠蒸腾的贡献率达49%,在华南降水充沛地区,其不成为林冠蒸腾的限制因子。气象因子中的太阳总辐射、相对湿度和气温对林冠蒸腾的累计贡献率达38%,其中太阳总辐射对林冠蒸腾影响作用最大。(5)应用水量平衡方程估算的蒸散总量及其分量结果表明,年蒸散总量小于年降水量,约占降水量95%,其中林下蒸散量最大,占降水量46%,而二代尾巨桉中龄林本身的林冠蒸腾量占降水量比率不大,仅占27%,林冠截留蒸发量占降水量比率稍小于林冠蒸腾,余下约5%的降水用于产生径流。应用P-M模型模拟尾巨桉林蒸散,并与水量平衡方程比较以验证其模拟尾巨林蒸散的适用性。结果表明,P-M模型模拟的日均蒸散量为3.5 mm,月均蒸散量为96 mm,季节平均蒸散量为280 mm,除春季蒸散量大于降水量之外,夏季、秋季和冬季的蒸散量都小于同期降水量,年均蒸散量1156 mm,占降水量82%。2种方法估算的蒸散总量偏差率13%,经T检验呈差异不显著,表明P-M模型可用于粗略估算二代尾巨桉中龄林的蒸散总量。(6)尾巨桉以木材生产为主,测定胸径估算木材生物量比称重全树计算全树生物量更加方便和快捷。因而,通过木材生物量估算的水分-木材生产率比计算全树水分利用效率更加直观和具有现实意义。分析表明,二代尾巨桉中龄林的单株尺度水分-木材生产率为5.65 g·kg-1,即单株每蒸腾1 kg水可生产5.65 g木材;林分尺度水分-木材生产率为1.9g·kg-1,即林分每蒸散1 kg水可生产1.9 g木材,比澳大利亚西南部尾叶桉林分尺度水分-木材生产率2.4 g·kg-1低20%。(7)于2013年7月—2014年6月期间,在二代尾巨桉中龄林的叶面积指数为1.82、年降水量为1311 mm条件下,其水量平衡特征为:降水输入中的林冠截留约占22%,穿透雨约占77%,树干茎流约占1%;水分输出中的林冠截留蒸发约占22%,林冠蒸腾约占27%,林下蒸散约占46%,径流约占5%。
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【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S792.39

【参考文献】