南岭受损常绿阔叶林结构变化导致的水文影响

针对2008年南方特大冰雪灾害事件，以南岭山区最典型的、栲类植物为建群种的亚热带常绿阔叶林为对象，以森林集水区为基本单元，采用群落生态学方法定期调查未受损森林及同类受损森林的各种结构因子，揭示受损森林在自然恢复过程中系统结构的时空动态规律；采用森林水文学方法和成对集水区比较技术连续监测各种水文过程（冠层水文、坡面及土壤水文、集水区径流及泥沙沉积等水文学过程），定量分析南岭受损森林恢复过程中结构变化与水文功能的协同关系，特别是生物量结构和生物多样性变化与集水区产水量的动态关系；揭示恢复变化中的森林对流域的水文影响与作用机理；找出影响水文变化的关键森林结构因子，建立受损森林的经验水文模型、验证并修正水文生态机理模型。成果为大流域水文预报研究、为全球气候变化引起的水文变化研究提供该区域基础数据，为评估冰雪灾害对森林生态系统影响提供科学依据。

背景：2008年我国南方发生了罕见的冰雪灾害，南岭森林在此次灾害中受损最严重。灾后及森林恢复过程中森林植被结构发生了什么变化？大面积森林受损对流域水文功能产生什么影响？森林结构变化与森林水文过程和功能之间存在何种必然的联系？这些是不可回避、亟待研究的科学问题。.研究内容：⑴揭示冰灾受损森林在自然恢复过程中系统结构的时空动态规律；⑵分析受损森林水文功能变化动态规律；⑶定量分析南岭受损森林恢复过程中结构变化与水文功能的协同关系；⑷建立受损森林的各种模型（尤其水文模型）等。.结果：⑴林冠受损使冠层透光度发生变化，林下植被变化非常剧烈，受损初期，幼苗的密度高达82948株.hm-2，其中强阳性树种比例最多；随着冠层的逐年恢复，2013年幼苗密度下降到51718株.hm-2，阳性树种的比例也在逐年下降；另外，不同受损群落类型林下幼树生物多样性和分布存在较大差异。⑵受损森林的林冠层在逐年恢复，截止至2014年，郁闭度的年平均恢复速率为7.8%。⑶冰灾受损森林的生物量结构发生明显改变，地被生物量和乔木层枝叶生物量比率明显增加。⑷林冠受损显著影响降水再分配格局、森林最大截留量和水化学。穿透雨率随林冠恢复而下降，截留率逐年增加；森林受损使冠层化学淋溶作用显著减弱，而雨水对树干的冲刷和阳离子淋洗能力增强。⑸冰灾使森林的水源涵养功能降低，雨季洪峰流量增加，旱季基流减少，而总径流量也增加。⑹通过获得的连续监测数据，建立了受损森林的森林生物量模型、降水-径流模型、冠层降水分配模型等模型。.关键数据及意义：⑴受损森林郁闭度的年平均恢复速率为7.8%，其中低海拔中幼林恢复最快(9.2%)，中海拔中龄林次之(4.5%)，高海拔近成熟林最慢(0.4%)；暗示了森林随年龄的增长，受损后的自然恢复能力降低，如何使受损老龄林快速恢复有待进一步研究；由于随海拔增高，气温明显降低，这也可能暗示了温度是限制受损老龄林恢复速率的关键因子，若此，广东以北高纬度区域的冰灾受损森林的恢复速率会更慢。⑵成对集水区水文监测表明，当森林受损面积100%时的年径流量要比受损面积40%的集水区高10%~18.5%（平均14.6%）；70%受损森林集水区比未受损森林集水区的基流系数减少量高达50%。这说明冰灾引起的大面积森林受损，与森林采伐、森林火灾等干扰一样，也能对区域水文状况产生较大影响。