樟子松人工林林冠截留特征及模拟研究

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林冠截留改变了森林的水文过程,截留了部分降水,减缓了降雨直接降落时对土壤的冲击作用,从而减少了土壤中的养分流失。樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)作为我国松属植物中抗逆性较强的树种之一,其常绿、耐寒和耐枯瘠等特性,成为我国北方植树造林的主要树种,有着重要的作用和地位。然而,随着全球气候变化,不仅在干旱、半干旱地区,湿润、半湿地区的增温和减雨效应加剧,区域土壤趋于干化,且由于林冠截留的作用,加强了蒸发速率,减少了该地区的水对土壤的供应,更易造成干旱和林木衰退、死亡。因此,在北方温带湿润地区开展樟子松人工林冠层对降雨的截留过程研究,有助于了解樟子松树种对雨水的利用情况及对该地区森林水文循环机理的认识具有重要科学研究意义。主要研究结果如下:1.在辽宁省抚顺市马古林场,于2019年6月2日(DOY153)至9月30日(DOY273)试验期内共采集64场独立降雨事件数据;总降雨量为491mm,降雨等级以小、中雨(0-5mm、5-10mm)为主,且降雨期内强降雨过程较少,中弱降雨强度(1-4mm.h-1、4-6mm.h-1)占比较大。2.林冠截留量、树干径流量和穿透雨量累积值分别为84.3mm、29.6mm和377.1mm,占林外降雨总量的比例分别为17.2%、6.0%和77%。3.降雨在森林进行重新分配过程中受降雨量特性和林冠自身性质影响,研究表明,穿透雨量和降雨量两者的相关拟合结果最好、林冠截留量次之,树干径流量最差;树干径流量发生阈值为林外降雨量5mm时开始显著升高;林冠截留量、树干径流量和穿透雨量随着降雨等级的递增呈现上升趋势,而树干径流率和穿透雨率却呈现下降趋势;林冠截留量、林冠截留率、树干径流量和穿透雨量随着降雨强度等级递增呈现先升后降趋势,而树干径流率和穿透雨率的变化趋势不明显;冠型特征如叶面积指数对穿透雨量影响显著;而叶面积指数和相应的月平均林冠截留率、树干径流率和穿透雨率并无明显的关系。4.降雨期内气象因子变量,如气压、风速、大气温度、相对湿度、太阳辐射通量均值为862.7KPa、0.80m.s-1、17.0℃、71.2%和77.97W.m-2。计算得到的模型样地样树(径级为14-16cm)的郁闭度c为0.6、树干径流系数为0.0402,树干持水能力为0.124mm。另对其他主要参数计算为,降雨时段饱和林冠蒸腾速率利用回归法和彭曼公式两种方法计算、林冠持水能力计算方法也在Leyton约束方法基础上,根据点到直线的距离,对其进行改进得到Leyton-最上方5点约束方法来计算。并将各类参数扩展至冠层层面,代入至修正Gash模型中,分析输出的冠层降雨再分配结果,得到彭曼公式计算的降雨时段饱和林冠蒸腾速率数据和Leyton-最上方5点约束方法计算得到的林冠持水能力参数数据输入的情况下,模拟林冠截留量、树干径流量和穿透雨量值和实测值的拟合系数均较高(R~2分别为0.82、0.74和0.91),拟合效果最好。5.修正Gash模型模拟的林冠截留量均低于实际值,各参数变化对于修正Gash模型的林冠截留输出结果的敏感性排序可知,林冠持水能力>饱和林冠的平均蒸发速度>饱和林冠的平均蒸发速度和平均降雨强度比值>树干持水能力>降雨强度>郁闭度>树干径流系数。
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