天山中部林区不同林分条件下地表径流和土壤侵蚀特征研究

摘要

本文以天山森林生态系统定位研究站为依托,于2012年6-9月,以天山中部林区人工林、灌木林、天然林13种林分(对照裸地、草地)为研究对象,采用径流小区法对试验区内的土壤可侵蚀性、降雨动能以及各林分条件的产流时间、产流过程、地表径流、土壤侵蚀特征进行了监测分析,对各林分条件的水土保持作用进行了定量评价,最终利用Brook90模型对研究区小流域上游林分变化对地表径流的影响进行了模拟。
　　本研究主要内容包括：⑴研究期间降雨量较少但降雨动能差别较大,产流过程与降雨过程呈现对应关系,产流时间和雨强相关性显著。研究区地表径流以超渗产流为主,各样地产流特征呈现:裸地>草地>中林龄2>中林龄1>人工林1>灌木林2>灌木林1>幼龄林>人工林2>人工林3>人工混交林>中龄林3>近熟林>成熟林>中龄林4;裸地与林地的差值在6.23-11.23 m3/hm2之间,各林分间差值在1.21-5.09 m3/hm2之间,地表径流消减率的天然林为35％-100%,人工林为30%-90%,灌木林为40%-80%。⑵各样地产沙特征呈现:裸地>草地>中龄林2>中龄林1>幼龄林>灌木林2>人工林1>灌木林1>人工林3>成熟林>人工林2>人工混交林>中林龄4>近熟林>中林龄3;裸地是林地的2-6倍,各林分条件在1-2.5倍之间。天然林减沙率在20.6%-100%,人工林在26.3%-91.5%,灌木林地在40%-70%之间。⑶产流与雨量相关性显著而产沙与雨强相关性显著,产沙量与产流量呈指数函数关系。⑷利用灰色关联法对产流、产沙的影响因素进行分析,对于产沙而言,各影响因素大小关系呈现:降雨量>林分密度>冠层活枝高度>枯落物厚度>郁闭度>坡度;对于产流而言呈现:降雨量>枯落物厚度>郁闭度>林分密度>冠层活枝高度>坡度。不同林分生态水文功能,天然林呈现:中龄林3>近熟林>中龄林4>成熟林>幼龄林>中龄林2>中龄林1特征;人工林为:混交林>透光伐抚育林>修枝抚育林>未抚育林;灌木林为:盖度0.6>盖度0.8。⑸利用主成分(PAC)分析法对各林分水源涵养功能进行了评价,结果显示;林分生长因子在研究区水源涵养评价中起主导作用;龄林为中龄林、近熟林,林木密度在1100-1400株/公顷,郁闭度在0.6-0.7,乔木树高在16-18 m,胸径20-23 cm之间生长状况下的天然林水源涵养功能达到最佳;人工林混交复合层水源涵养效果要优于单层,人工林郁闭度为0.6-0.8,密度为2000-2200株/hm2,水源涵养功能较好。郁闭度和林分密度最能直接体现林分生长,因此对林分密度与产流量、产沙量;郁闭度与产沙量、产流量、降雨因子间的关系进行函数拟合。⑹利用Brook90模型对研究区小流域上游地表径流进行模拟,模拟结果精度较高,利用该模型对林分条件变化而引起的地表径流变化进行模拟,结果显示;当草地、裸地变为林地、灌木林后产流量可下降10%-25%,人工林成长为中龄林3时可减少30%的径流量。

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第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

第2章 研究区概况

2.1 地势地貌

2.2 气候水文特点

2.3 植被状况

2.4 土壤特点

第3章 研究内容与方法

3.1 研究目标

3.2 样地调查及设置

3.3 研究内容和拟解决关键

3.4 监测方法

3.5 技术路线

第4章 结果与分析

4.1 降雨特征分析

4.2 土壤可侵蚀性特征分析

4.3 不同林分条件对地表产流的影响

4.4 不同林分条件产沙特征分析

4.5 不同林分对产流产沙影响的灰色关联分析

4.6 合理林分结构的选择

4.7 基于Brook90模型的天山中部林区径流模拟

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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