| 题名 | 亚高山森林生态系统植被空间异质性对蒸散发过程的影响 |
| 作者 | 林云 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-28 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王根绪 |
| 关键词 | 植被空间异质性 森林生态系统蒸散发总量 截留蒸发 植被蒸腾 土壤蒸发 |
| 其他题名 | The Effect of Vegetation Spatial heterogeneity in Alpine Forest Ecosystem on Evaporation Process |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 空间异质性(spatial heterogeneity)是存在于所有尺度的生态学系统中的一个普遍现象，是近年来生态学和林学研究中极为关注的一个理论问题。森林生态系统蒸散发过程是森林生态系统水循环的重要环节，受植被空间异质性及尺度效应的影响，土壤蒸发、植物蒸腾及林冠截留蒸发差异较大，所以蒸散发过程的定量化研究一直是森林水文学界关注的重点和难点。本文以贡嘎山东坡海螺沟流域3种典型的森林生态系统类型，即：针叶林生态系统、针阔混交林生态系统及阔叶林生态系统为主要的研究对象，利用SF-L树干液流计、LI-6400便携式光合仪及涡度观测系统等多种监测手段观测分析研究区森林蒸散发过程，对比不同类型及结构森林生态系统的蒸散发特征及变化趋势，分析植被的空间异质性对蒸散发的影响。基于以上方法本文主要研究成果如下：（1）研究区降雨特征为强度小、雨量小、历时长。这样的降雨特征有利于形成高的林冠截留量。不同树种林冠截留量与降雨量均呈幂函数关系，截留量随着降雨量的增加而增加。除阔叶林外，截留率也与降雨量呈幂函数关系，截留率随着降雨量的增加不断减少，阔叶林截留率与降雨量没有明显的相关性。林冠截留量表现出明显的季节特征。影响林冠截留的主要因素是降雨量，叶面积指数等林冠结构特征与截留具有一定的相关性，但相关性不明显。在同场次降雨过程中，样地林冠截留的变异系数大小排序为成熟林>幼龄林>中龄林，反映出成熟林林冠截留空间变异性较大，中龄林较小。这与冠层分布的均匀程度有关。（2）植被对土壤水分含量空间变化的影响主要表现在，植被覆盖改变了林下土壤水分垂直分布规律和水平空间变异性。长期土壤水分含量的变化与降雨有直接的关系，土壤水分变化随降雨量的减小而减小。当时间尺度缩短到年内变化时，植被覆盖对土壤水分变化的影响则成为主要因素。（3）研究区针、阔叶不同树种乔木个体蒸腾量的日变化均呈现单峰曲线。峨眉冷杉夜间液流活动的主要作用是补充树干水分。随着植被的不断生长，森林生态系统内乔木层逐渐衰弱，林下灌木层随着乔木层的衰弱而逐渐增大，灌木蒸腾量也增大，从而弥补了乔木层蒸腾量的减少。乔木层蒸腾量的减少伴随着灌木层蒸腾量的增加，使群落总蒸腾保持平衡。群落蒸腾结果显示，4-10月蒸腾量波动明显出现两个峰值。相关分析发现不同季节影响蒸腾的主导因素不同是导致这一现象的主要原因，夏季影响蒸腾变化的主导因素为空气的相对湿度，春、秋两季影响蒸腾量的主导因素为气温。（4）随着气候的变化，1988-2009年生长季常绿阔叶林带与亚高山暗针叶林带蒸发皿蒸发量多年变化趋势均呈现显著降低的特征，但减少的幅度不同。暗针叶林带减少幅度为160mm/10a，常绿阔叶林带减少幅度是396mm/10a。相关分析结果表明，地温、最低地温、日照时数、降水、相对湿度和风速都与蒸发皿蒸发具有一定的相关性。地温、最低地温、降水、相对湿度多年变化呈增加趋势，而日照时数与风速则呈现减小趋势。完全相关系数法分析结果显示，最低地温、日照时数和风速等因子的降低趋势是导致研究区蒸发皿蒸发量下降的主要原因。相对于海拔较低且气候较干燥的阔叶林地区，除日照时数和风速的影响外，水分因子也是蒸发皿蒸发下降的主要原因。（5）对比2009年4月-10月涡度相关法和组分平衡法计算的森林生态系统蒸散发总量的结果发现，二者计算的蒸散发总量分别为736mm及598mm，变化趋势一致且观测结果较接近。因此将两种观测方法的平均作为研究区域的蒸散发总量，该区域蒸散发量占同期降雨量的50%。其中，土壤蒸发占总蒸发量的6%，植被蒸腾占总蒸散发量的19%，林冠截留蒸发占总蒸发量的75%。（6）林冠截留是森林生态系统降雨再分配过程的一个重要环节，林冠对林下土壤水分输入具有重要作用。对比分析发现，尽管土壤含水量与穿透雨量变化趋势大致相同，但波动幅度仍有较大差别。总的来说，峨眉冷杉不同演替阶段穿透雨量的大小顺序为成熟林>幼龄林>中龄林，而土壤含水量的大小排列为成熟林>中龄林>幼龄林，二者变化顺序并不完全吻合。分析植被蒸腾与土壤水分年内变化趋势我们发现植被蒸发量与同期土壤含水量之间有着很好的相关性。深度100cm以上区域，土壤水分含量随着植被蒸腾量的变化而变化，其中尤以40cm深度相关性最强。这是因为该层是峨眉冷杉根系分布的主要区域，植被根系吸收直接影响土壤水分含量变化。100cm深度土壤含水量变化趋势与蒸腾变化趋势无关，更多的是与降雨量相关。土壤水分含量的变化主要受水分输入项及输出项的影响，研究区土壤水的输入项为穿透雨，输出项为植被蒸腾。（7）水量平衡结果发现，大气降水是研究区土壤—植被—大气系统中主要的水分输入项，蒸散发及出流量是水分支出项，在森林水循环过程中，受到林冠降雨再分配作用的影响，林冠穿透雨则是实际意义上的林地土壤水分输入项，决定了林下土壤水分的多寡。3个区域植被类型均为峨眉冷杉，植被蒸腾量大致接近。在水循环各环节中，植被结构对水循环过程的影响主要表现在林冠截留蒸发量与出流量的改变。土壤—植被—大气系统水量平衡方程中各分量的变化取决于植被的结构特征。 |
| 英文摘要 | Spatial heterogeneity was a common phenomenon present in all scales of ecology system, and it was the main factor of the formation of spatial pattern. Forest ecosystem evaporation process was an important course in forest ecosystem water cycle. The effect of soil evaporation, interception evaporation and vegetation transpiration were different affected by vegetation spatial heterogeneity distribution and scale effect. Quantity of evapotranspiration process was a key point in forest hydrological. Three typical forest ecosystems i.e. coniferous forest, mixed forest and broad-leaved forest were investigated in Hailuogou catchment, Gongga Moutain. The characters of evapotranspiration affected by vegetation spatial heterogeneity were analyzed. Based on these results, the scale transfer can be achieved. The research results were as follow: |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-01-29 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4856]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 林云. 亚高山森林生态系统植被空间异质性对蒸散发过程的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
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