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天山中部天然云杉森林生态系统水文效应研究

作　者: 李海军
导　师: 张新平；张毓涛
学　校: 新疆农业大学
专　业: 生态学
关键词: 森林生态系统水文效应蓄水功能水质效应生态价值水文模型
分类号: S791.18
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

以天山森林生态系统定位研究站为依托,以天山中部250hm2流域范围内天然云杉森林生态系统为研究对象,分别对月水文过程(包括：降雨量、林冠截留、地表径流、地下径流、土壤蒸发、树木蒸腾、蓄水功能)和降雨转化过程中各环节(包括大气降雨、穿透雨、地表径流、地下渗水)的水质变化规律及其生态效应,进行系统、全面、客观的研究,结果表明：(1)降雨在森林生态系统各层次的分配规律为：树木蒸腾>土壤蓄水>林冠截留>土壤蒸发>地表径流>地下径流,分别占月总降雨量的43.93%、27.73%、16.86%、7.68%、2.75%和1.05%；该月净增蓄水量为49344.35m3。(2)林内降雨分配受降雨强度的影响最大,其次是降雨量,土壤含水量最小；土壤蒸发主要受气象因子的影响,林龄越大,受气象因子的影响力越小；树木的日蒸腾量与边材面积呈乘幂相关关系；气象因子对树木蒸腾的影响大小规律为：气温>空气湿度>太阳辐射；由不同层次水量与外界影响因子构建的多元回归模型,预测精度较高,模型代表性较强。(3)立足于SCS模型、高桥浩一郎陆面蒸散公式、两参数月水量平衡模型和SWAT模型的基础上,初步构建了天山云杉森林生态系统的月水量平衡模型。(4)大气降雨透过林冠层后,穿透雨的pH值和溶解氧含量降低,COD、BOD、氨氮、总磷、钾、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、钙离子、镁离子浓度均呈上升趋势；穿透雨转化为地表径流,溶解氧进一步降低,氨氮浓度降低,COD、BOD、总磷、钾、氯化物、碳酸盐、钙、镁、总硬度的含量升高；经过土壤层后,各项水质指标的变化表现为：溶解氧上升,COD、BOD、氨氮、总磷、钾浓度降低,而碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、总硬度等指标监测值有所增加。(5)天山云杉林生态系统对降雨的水质影响,随郁闭度和林龄增加而增强。在林龄相同的条件下,不同郁闭度森林对水质的影响大小为：0.2<0.4<0.6<0.8；在郁闭度为0.8的条件下,不同林龄的水质影响效应则为：幼龄林<中龄林<近熟林<成熟林。(6)利用主成分(PAC)方法对各集水区域水质指标进行定量化综合影响效应评价,以及对部分污染指标进行净化功能评价,结果表明：①在降雨过程中,地被层对水质的影响最大,林冠层最小,土壤层介于林冠层和地被层之间。②大气降雨进入森林生态系统后,水质不断发生恶化,而且郁闭度越高,林龄越大,水质越差。水质等级的排序为：总地下渗水>大气降雨>穿透雨>地表径流。(7)通过构建多元线性回归模型、灰色系统模型和神经网络模型对不同层次间的水质进行了模拟和验证,结果表明：三种模型均有较强的代表性,可用于天山森林生态系统不同层次的水质预测上来。对比而言,多元回归模型由于样本信息较少的原因,尚待做进一步检验；而GM(1,1)模型完全适合利用大气降雨的水质预测穿透雨和地表径流的水质；BP神经网络模型在预测总地下渗水方面,具有更方便、快捷的特点。(8)天然云杉森林生态系统月产生的生态价值总计为41.40万元。其中,月净水源涵养量的经济价值为3.30万元；月水质净化效益为37.78万元；森林生态系统对降雨过程中营养物质的滞留价值为3240.59元。

天山中部天然云杉森林生态系统水文效应研究

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