森林植被對坡面水文過程與水量轉化的調節(jié)機理PPT學習教案

1、會計學1 森林植被對坡面水文過程與水量轉化的森林植被對坡面水文過程與水量轉化的 調節(jié)機理調節(jié)機理 2. 2. 重點解決的科學問題重點解決的科學問題 森林植被影響下的坡面生態(tài)水文過程及其耦合機理 土壤大孔隙優(yōu)先流對坡面產流匯流機制的影響 3. 3. 成果目標成果目標 核心刊物論文30篇以上（其中SCI論文8篇以上） 專著1部 合同研究任務：合同研究任務： 1.1.研究內容研究內容 主要環(huán)境因素驅動下的系統(tǒng)結構特征變化規(guī)律 主要植被類型的水分特征差別 坡面生態(tài)水文過程及其模型 森林植被與蒸散耗水 小流域生態(tài)水文模型 第1頁/共24頁 計劃研究內容計劃預期目標計劃預期目標完成情況 1.制訂詳細研究計

2、劃1.1.完成儀器采購和研究設施建設，完成儀器采購和研究設施建設， 全面啟動項目內容全面啟動項目內容 完成 2.收集分析前期成果和數(shù) 據(jù) 2.2.完成研究點和周邊本底資料收集完成研究點和周邊本底資料收集完成 3.選設樣地，調查流域內 水文要素特征及分布 3.3.分析已有及新收集數(shù)據(jù)，得出一分析已有及新收集數(shù)據(jù)，得出一 些初步結論些初步結論 完成 4.購置儀器設備，布置研 究設施，全面啟動實驗 4.4.完成土壤物理調查和分析完成土壤物理調查和分析基本完成 5.系統(tǒng)分析文獻資料，開 始構建水文過程模型框 架 5.5.初步獲得植被結構特征參數(shù)值初步獲得植被結構特征參數(shù)值基本完成 6.6.提出生態(tài)水文

3、模型的結構框架提出生態(tài)水文模型的結構框架完成 7.7.撰寫或發(fā)表學術論文撰寫或發(fā)表學術論文3 3篇以上，篇以上， 爭取有爭取有1 1篇篇SCISCI論文論文 超額完成 1.20031.2003年度計劃完成情況年度計劃完成情況 第2頁/共24頁 正高副高中初博士后博士生碩士生 453152 20032003年投入科研力量年投入科研力量 參加國內學術報告1次，中國林學會青年學術研討會 培養(yǎng)博士1名、碩士1名 薛建輝獲得2003年中國林業(yè)青年科技獎 2003年撥2年研究經費180萬元，2003年支出90萬元 20032003年計劃完成情況年計劃完成情況 第3頁/共24頁 2.20032.2003年研

4、究工作主要進展年研究工作主要進展 1) )工作階段工作階段 7 7月份前月份前, ,工作計劃，文獻查閱，數(shù)據(jù)分析，儀器購置；工作計劃，文獻查閱，數(shù)據(jù)分析，儀器購置； 7 7月份后，及時開展野外工作；月份后，及時開展野外工作； 1010月份后，集中時間分析處理數(shù)據(jù)月份后，集中時間分析處理數(shù)據(jù)。 2)2)科學考察科學考察 涇河、岷江流域考察；涇河、岷江流域考察； 疊疊溝小流域植被、地形、土壤等水文要素特征分布，植被空間分布勾畫，群落結構特征調查；疊疊溝小流域植被、地形、土壤等水文要素特征分布，植被空間分布勾畫，群落結構特征調查； 香水河小流域勘查；香水河小流域勘查； 臥龍設天然冷杉林固定樣地，初步

5、測定冷杉和糙皮樺樹干液流以及林內外小氣候因子等指標。臥龍設天然冷杉林固定樣地，初步測定冷杉和糙皮樺樹干液流以及林內外小氣候因子等指標。 第4頁/共24頁 20032003年工作進展年工作進展 3)資料收集 研究點和周邊相關資料及前期數(shù)據(jù)成果； 查閱相關文獻200多篇，了解國內外現(xiàn)狀。 4)儀器設備購置 包裹式液流測定系統(tǒng) TRIM土壤水分測定系統(tǒng) CAF蒸騰測定系統(tǒng) LI-1401小氣候觀測系統(tǒng)2套 自制設備，穿透雨裝置25個、干流設備10套等。 5)數(shù)據(jù)收集分析 系統(tǒng)分析相關資料，初編了數(shù)據(jù)整編規(guī)范和表格 開始構建生態(tài)水文過程模型，提出流域分布式水文模型結構框架 。 第5頁/共24頁 200

6、32003年工作進展年工作進展 6)設施建設與項目啟動 疊疊溝 6個固定樣地（落2沙棘虎榛子草2）； 降水觀測點及氣象站； 10個落葉松干流19個穿透雨裝置； 6個山坡徑流場，水分長期觀測（烘干TRIM）； 3月份后流域徑流連續(xù)觀測； 土壤剖面、枯落物水分物理特性； 5個液流4個樹干縱向4個周長測定裝置； 包裹式莖流計測4個沙棘枝條，同步光合、氣候、土溫； 香水河 三級嵌套小流域量水堰，便于尺度轉換控制； 臥龍鄧生陰坡 天然冷杉林固定樣地； 初測冷杉和糙皮樺液流以及林內小氣候等； 觀測林內外氣候和土壤因子。 第6頁/共24頁 第7頁/共24頁 第8頁/共24頁 第9頁/共24頁 第10頁/共2

7、4頁 2.20032.2003年研究工作主要進展年研究工作主要進展 7)取得了大量新觀測數(shù)據(jù)（284220個） 實驗 流域 測定內容 獲取 數(shù)據(jù)量 備注 疊疊溝 華北落葉松人工林樣地 2800 369 株樣樹空間位置、胸徑、樹高、冠幅 疊疊溝 灌木、草坡群落結構和組成 5000 疊疊溝 土壤物理特征數(shù)據(jù) 2520 疊疊溝 土壤水分長期觀測點土壤水分 1000 疊疊溝 穿透降雨、干流 300 疊疊溝 樹干液流、莖粗及縱向變化 50000 疊疊溝 沙棘枝條蒸騰耗水 9800 包裹式莖流計測定 疊疊溝 光合速率、 氣孔導度、 蒸騰速率， 植物葉片水勢 23040 華北落葉松、山桃、虎榛子、沙棘 固原

8、上黃 枝條蒸騰、 葉片水勢，氣象因子 800 檸條灌木林 疊疊溝 林外微氣候，樣地 0-30cm 土溫 92360 溫、濕、光、風、土溫、降水等 疊疊溝 優(yōu)勢種植物葉面積/重量、群落 地上生物產量 200 四姑娘山 天然冷杉林組成結構，胸徑、冠 幅等及林下植被物種多樣性 100 四姑娘山 天然冷杉林的小氣候特征 31500 溫度、濕度、光照、風速、土溫、降水量、 土壤水勢等。 四姑娘山 冷杉和糙皮樺蒸騰速率、 氣孔導 度和樹干液流 64800 20032003年工作進展年工作進展 第11頁/共24頁 8)較系統(tǒng)地分析了蒸騰耗水特性等數(shù)據(jù)，得出一些初步結論。正式發(fā)表論文5篇： 熊偉、王彥輝、程積

9、民等，2003，三種草本植物蒸散量的 對比試驗研究，水土保持學報，17(1):170-172 熊偉、王彥輝、徐德應，2003，寧南山區(qū)華北落葉松人工 林蒸騰耗水規(guī)律及其對環(huán)境因子的響應，林業(yè)科學， 39(2):1-7 王彥輝、金旻、于澎濤，2003，我國與森林植被和水資源 有關的環(huán)境問題及研究需求。林業(yè)科學研究，16(6):739 747 侯嫦英、方升佐、薛建輝等，2003，干旱脅迫對青檀等樹 種苗木生長及生理特性的影響。南京林業(yè)大學學報，27（ 6）：103-106 薛建輝、王智等，2002，林木根系與土壤環(huán)境相互作用研 究綜述。南京林業(yè)大學學報，26(3)：79-84 20032003年工

10、作進展年工作進展 第12頁/共24頁 (1)(1)六盤山外圍地區(qū)主要樹草種耗水特性六盤山外圍地區(qū)主要樹草種耗水特性 主要樹種葉片蒸騰特性與類型劃分主要樹種葉片蒸騰特性與類型劃分 盆栽表明，各樹種對土壤含水量降低反應不一 蒸騰速率：青杄等8個樹種為減弱，白蠟和側柏為增強； 葉片水分利用效率：青杄、白榆、刺槐、臭椿和沙棘表現(xiàn)為減 弱，油松、側柏、山杏、白蠟和檸條為加強。 蒸騰速率與凌晨葉水勢正相關，隨其下降而指數(shù)型下降。 按潛在蒸騰速率大小及對葉水勢下降的敏感度，將10個樹種劃分為四類： 低蒸騰-低水分敏感型：青杄、側柏、檸條、白蠟； 低蒸騰-高水分敏感型：油松； 高蒸騰-高水分敏感型：白榆、刺槐

11、、沙棘； 中蒸騰-中水分敏感型：山杏、臭椿。 3.3.階段性成果或重要突破階段性成果或重要突破 第13頁/共24頁 不同水分條件下樹種苗木的蒸騰指標比較不同水分條件下樹種苗木的蒸騰指標比較 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 云杉油松側柏山杏白榆刺槐臭椿白蠟沙棘檸條 蒸騰速率 E（mmol.m-2.s-1） 級灌水級灌水級灌水 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 云杉油松側柏山杏白榆刺槐臭椿白蠟沙棘檸條 氣孔導度 Gs（mol.m-2.s-1） 級灌水級灌水級灌水 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 云杉油松側柏山杏白榆刺槐

12、臭椿白蠟沙棘檸條 水分利用效率 WUE（molCO2/mmolH2 O） 級灌水級灌水級灌水 表表1 1 3 3類類樹樹種種苗苗木木蒸蒸騰騰指指標標比比較較 蒸騰 速率 （mmol.m -2.s-1） 氣 孔導 度 （ mmol.m -2.s-1） 水 分 利 用 效 率 （ molC02/mmolH2O） 針 葉 樹 種 0.2240.731 0.0110.033 3.0914.189 闊 葉 樹 種 1.7944.001 0.080.198 1.6272.338 灌 木 樹 種 1.1393.427 0.0410.148 2.0083.542 第14頁/共24頁 階段成果階段成果 主要樹草

13、種葉片尺度蒸騰特性比較主要樹草種葉片尺度蒸騰特性比較 充分灌水盆栽試驗： 蒸騰速率和氣孔導度：青杄側柏油松檸條白蠟山杏臭椿 沙棘白榆刺槐。 針葉樹灌木闊葉樹 水分利用效率：臭椿山杏沙棘白蠟刺槐白榆青杄油松檸 條灌木闊葉樹 野外人工水分控制試驗： 華北落葉松，低蒸騰-高水分敏感型，蒸騰主要取決于氣孔調節(jié)，為 耐旱節(jié)水樹種，應在水分較好的地方造林，在節(jié)水前提下獲取木材 效益； 山桃，高蒸騰-低水分敏感型，屬低水勢忍耐脫水耐旱樹種，可在陽 坡低密度造林，護土理水； 紫花苜蓿，高蒸騰-高水分敏感型，耐旱性較強，耗水多，草地建設 要有限度地慎重選用。 第15頁/共24頁 8 8月月2 29 9- -3

14、30 0日日 0 0 0 0. .1 1 0 0. .2 2 0 0. .3 3 0 0. .4 4 0 0. .5 5 0 0. .6 6 0 0. .7 7 0 0. .8 8 1 10 0: :0 00 0 1 12 2: :0 00 0 1 14 4: :0 00 0 1 16 6: :0 00 0 1 18 8: :0 00 0 2 20 0: :0 00 0 2 22 2: :0 00 0 0 0: :0 00 0 2 2: :0 00 0 4 4: :0 00 0 6 6: :0 00 0 時時間間 蒸蒸騰騰量量（1 10 0- -3 3m m3 3. .h h- -1 1) )

15、 熱熱脈脈沖沖方方法法 “截截干干試試驗驗”測測定定 階段成果階段成果 單樹液流規(guī)律及耗水估計單樹液流規(guī)律及耗水估計 熱脈沖儀測定樹干液流； 方法檢驗：比“截干測定”值低8.2%，二者相近，說明可靠； 流量和流速晝夜變化，夜間非常微弱，白天雙峰或多峰； 13年生油松，陰天日耗水0.0051 m3/d，晴天0.0058 m3/d； 14年生華北落葉松，陰天0.0021 m3/d，晴天0.0074 m3/d； 華 北 落 葉 松 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 15:3

16、0 17:30 19:30 21:30 23:30 時 間 液流量 Sap flow (10-3.m3.h-1) 陰 天 晴 天 油 松 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 時 間 液流量 Sap flow (10 -3.m3.h-1) 晴 天 陰 天 華北落葉松生長季耗水單株到林分的尺度轉換華北落葉松生長季耗水單株到林分的尺度轉換 以胸徑為純量，日蒸騰平均0.64 mm/d； 以邊材面積為純量，日蒸騰平均0.691 mm

17、/d。 第16頁/共24頁 階段成果階段成果 主要群落類型的蒸散量及組成主要群落類型的蒸散量及組成 測定方法 林分類型 生長季 總蒸散 林木 蒸騰 林下植 被蒸散 林冠 截持 枯落物 截持 華北 落葉松 449mm 42.9% 30.5% 15.2% 11.4% 山桃 400mm 60.3% 28.5% 11.2% 多株平衡 法 沙棘 363mm 53.7% 33.4% 12.9% 群落類型 生長季總蒸散 植物蒸騰 土壤蒸發(fā) 蒸滲儀法 紫花苜蓿 412mm 52.1% 47.9 第17頁/共24頁 階段成果階段成果 (2)(2)岷江流域有關研究岷江流域有關研究 天然冷杉林組成結構天然冷杉林組成

18、結構 調查天然冷杉林樹種組成、林下植被、林木胸徑、冠幅等指標。為計算林分的葉面積和林分的總蒸騰量奠定基礎。 林木蒸騰及與氣候因子關系林木蒸騰及與氣候因子關系 測定冷杉和糙皮樺2003年810月的樹干液流，分析其晝夜和月變化規(guī)律 同步測定林內小氣候（溫、濕、光、風、降水等），分析晝夜和月變化規(guī)律 樹干液流與環(huán)境因子關系樹干液流與環(huán)境因子關系 冷杉與糙皮樺的樹干液流量與光合有效輻射、水蒸汽壓虧缺和土壤含水量等有顯著相關關系。 第18頁/共24頁 熊偉 熱愛科研，不怕艱苦，上進好學，2003年7月博士畢業(yè) 在葉片、單株和群落研究半干旱區(qū)森林植被耗水規(guī)律及與森林結構的關系； 在苦甲天下的寧夏固原野外工

19、作15個月，收集8萬多數(shù)據(jù) 較系統(tǒng)地分析了13個主要樹草種蒸騰耗水特性及與環(huán)境、密度的關系，國內同類研究前期較少，是植被生態(tài)需水的基礎性工作，部分結論已發(fā)論文2篇，還有23篇待發(fā)。 2003年非典結束后，負責修建香水河流域量水堰，克服了近10年最大洪水、雨雪天氣格外多的困難，順利完成任務，為課題未來奠定了良好基礎。 二、項目的人才培養(yǎng)及主要業(yè)績 重視人才培養(yǎng)，明確任務、權力和責任，放開鍛煉。 第19頁/共24頁 三、存在問題及擬采取解決方案 非典影響，野外研究嚴重滯后，7月份后才得以開始，缺乏整個生長季連續(xù)觀測，季節(jié)性分析難。 時間不足，2003年只建成了香水河嵌套流域水文觀測設施，沒能開展觀測，200