【摘 要】
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植物冠层降雨再分配是土壤-植物-大气连续体(SPAC)水循环过程的重要环节之一,在森林生态系统水文循环过程中占有极其重要的地位,一直是水文学和生态学等相关领域研究的焦点。本研究利用祁连山东段天祝金强河流域的长期观测样地,以典型灌丛山生柳、硬叶柳、高山绣线菊、头花杜鹃、金露梅和千里香杜鹃为研究对象,采用水量平衡法研究了典型高寒灌丛的冠层截留、穿透雨和茎干流特征,分析了不同灌木冠层对降雨的再分配规律,
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“东祁连山区高寒灌丛土壤水文效应研究”(项目编号:41661060)(起止年限:2017-2020);
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植物冠层降雨再分配是土壤-植物-大气连续体(SPAC)水循环过程的重要环节之一,在森林生态系统水文循环过程中占有极其重要的地位,一直是水文学和生态学等相关领域研究的焦点。本研究利用祁连山东段天祝金强河流域的长期观测样地,以典型灌丛山生柳、硬叶柳、高山绣线菊、头花杜鹃、金露梅和千里香杜鹃为研究对象,采用水量平衡法研究了典型高寒灌丛的冠层截留、穿透雨和茎干流特征,分析了不同灌木冠层对降雨的再分配规律,探讨了降雨特征和灌丛特征对冠层降雨再分配的影响。主要结论如下:(1)6种高寒灌丛特征存在较大差异,山生柳和硬叶柳灌丛的株高、冠幅、基径和叶面积显著大于其他种灌丛;灌丛的地上生物量均小于地下生物量;灌丛的根冠比为1.80~12.25,其中高山绣线菊、头花杜鹃、金露梅和千里香杜鹃灌丛的根冠比显著大于山生柳和硬叶柳灌丛。(2)研究期内两个雨季(2017年7~9月和2018年7~9月)共降雨30次,降雨总量分别为224.0mm和269.5mm。单次最大降雨量为52.1mm,最小降雨量为1.8mm。主要以降雨量(J)≥5mm的降雨为主,占总降雨次数的97.11%;J≥20mm对总降雨量贡献最大,累积降雨量占降雨总量的61.52%。(3)灌丛冠层截留量随降雨量的增加呈线性增大,而截留率则随降雨量的增加呈指数性减小。山生柳、硬叶柳、高山绣线菊、头花杜鹃、金露梅和千里香杜鹃灌丛的最大截留量分别为8.57mm、6.29mm、24.76mm、12.28mm、17.91mm和8.27mm,理论最小截留率分别为15.85%、14.10%、20.60%、14.79%、14.51%和12.42%。降雨量、物种、基径和地上生物量是影响灌丛截留量和截留率的主要因素,可解释其变异的61.9%。(4)穿透雨量和穿透雨率均随降雨量的增大而增大,其与降雨量之间分别呈线性函数和指数函数关系。山生柳、硬叶柳、高山绣线菊、头花杜鹃、金露梅和千里香杜鹃灌丛产生穿透雨的临界降雨量分别为0.76mm、0.92mm、0.69mm、0.61mm、0.64mm和1.01mm;理论最大穿透雨率分别为74.10%、78.61%、74.88%、78.51%、79.68%和83.67%。冗余分析表明,降水量和物种是影响灌丛穿透雨量和穿透雨率的主要因素,可解释其变异的83.3%。(5)茎干流量和茎干流率均随降雨量的增加而增大,与降雨量之间分别呈线性函数和指数函数关系。山生柳、硬叶柳、高山绣线菊、头花杜鹃、金露梅和千里香杜鹃灌丛产生茎干流的临界降雨量分别为2.50mm、3.12mm、2.27mm、2.97mm、5.35mm和3.21mm,理论最大茎干流率分别为7.56%、7.29%、4.39%、6.56%、4.58%和4.78%。降水量和叶面积是影响灌丛茎干流和茎干流率的主要因素,可解释其变异的62.4%。(6)灌丛雨水汇集率随降雨量的增加呈指数型增大,高山绣线菊的雨水汇集率最高,山生柳最低。灌丛的雨水汇集率与降水量呈显著正相关关系,而与株高、冠幅、叶面积和基径则呈显著负相关关系。冗余分析表明,降水量、物种和叶面积对冠层降水再分配过程的影响最大,可解释其变异的75.8%。
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