陇东黄土丘陵沟壑区典型小流域刺槐林分结构及其水文效应的时空变化

Based on the hydrological effect of forest vegetation, different typical sites would be selected in semi-arid Loess hilly-gully region small watershed to investigate the stand structure and soil moisture change of Robinia pseudoacacia forest, monitor leaf area index (LAI) of canopy and the understory, seasonal dynamics of total LAI, analyze the quantitative relationship between total LAI and stand basal area, canopy density, stand density, stand age. Monitoring the water consumption including vegetation interception, vegetation transpiration and evapotranspiration), surface runoff, soil water, to analyze the relationship between Robinia pseudoacacia forest structure indicators, site condition and tree transpiration, canopy canopy interception ,forestland evapotranspiration and runoff. Researching effects of stand structure and microtopography on soil water content, forestland water balance and its components (precipitation, interception, evapotranspiration, runoff and soil water), establishing water balance model in forestland under the typical site conditions. The research aims at proving the temporal and spatial variation of Robinia pseudoacacia stand structure and hydrological effects to provide theoretical basis for construction and management of Robinia pseudoacacia forest under different site conditions.

选取陇东黄土高原半干旱丘陵沟壑区中沟小流域为研究区域，以森林植被的水文效应研究为主线，选择不同典型立地，调查刺槐林的林分结构和土壤含水量变化；监测林冠层、林下植被层的LAI及总LAI的季节动态及其与林分断面积、郁闭度、林分密度、林分年龄的定量关系；监测林地耗水（包括植被截持、植被蒸腾、林地蒸散）、地表径流、土壤水分，分析刺槐林林分结构指标和立地条件与树木蒸腾耗水、林冠截持、林地蒸散及地表径流之间的关系，研究不同林分结构和不同微地形对土壤水分含量的影响，以及对林地水量平衡量及各分量（降水、截留、蒸散、径流、土壤水分）的影响，建立不同典型立地条件下的林地土壤水分平衡模型，探明刺槐林分结构及其水文效应的时空变化，为研究地区不同立地条件下的刺槐林的科学营造与管理提供理论依据。

陇东黄土高原在70年代中后期营造了大面积的刺槐人工林，已有的研究表明：这一地区人工刺槐林林龄超过25年其水源涵养功能下降，生产力和生态功能低下。本研究选取不同地貌形态、坡向及不同林分结构的人工刺槐林与草坡样地，采用实地观测的方法，开展土壤含水量、地表径流、土壤侵蚀、树干液流、树干茎流、穿透雨及林地蒸散发等观测，对人工刺槐林叶面积指数及其它林分结构指标进行调查与测定；2018年进行了较全面的观测，获取了13个样地的土壤含水量数据，不同坡度的地表径流与土壤侵蚀数据，相近坡度、不同坡向林下有植被覆盖与林下裸地三组对照样地的地表径流与土壤侵蚀数据，树干液流与茎流、穿透雨量、林地蒸散发等观测数据。.研究表明：（1）在近地表（0-60cm），不同密度的林地和不同地形部位的林草地的土壤含水量多随土层深度的增加而下降，通常在50-60cm深度范围下降至最低点（有些样地在40-50cm处就达到拐点），之后缓慢上升并逐渐趋于稳定；并表层土壤含水量变异系数大于深层，且在0-60cm范围内变幅最大。（2）不同林分密度刺槐林土壤水分含量随时间和土层深度的变化趋势基本一致：低密度林分>中密度林分>高密度林分；但中、低密度刺槐林土壤水分在近地表（0-60cm）差异很小，并在7-8月份二个密度等级林地的含水量非常接近。（3）不同地貌部位林地和草地土壤含水量随着土壤深度的变化不一；塬面：林地>草地，并塬面刺槐林土壤水分在各层变异系数最小，土壤水分较为稳定；梁坡：表层土壤含水量林地>草地，深层虽然草地>林地，但二者很接近，梁坡刺槐林土壤水分速变层可达90cm之厚；沟台：浅表层林地>草地，20cm以下土壤含水量草地>林地。（4）林地和草地土壤含水量随时间呈现有规律的变化，大致表现为：缓降-急升-速降-缓升，6-8月变幅最大，并梁坡林地土壤含水量在5月份便开始回升。