为揭示黄土区冠层降雨再分配的潜在分配特征,本研究以晋西黄土区8种典型林分(油松林、刺槐林、侧柏林、油松-刺槐混交林、侧柏-刺槐混交林、辽东栎林、山杨林和辽东栎-山杨混交林)为研究对象,探究降雨再分配过程并利用增强回归树(BRT)模型量化林分结构和气象环境因子的相对贡献,并根据BRT模型提取的最具影响力的因素进行多元回归,同时利用挖掘数据进行模拟验证预测模型.结果表明:研究区8种典型林分的穿透雨、树干茎流和冠层截留占降雨量的比例分别为24.5％-95.1％、0-13.6％和0.7％～55.7％;产生穿透雨的单次降雨阈值中,针叶林(3.06±1.21 mm)显著高于阔叶林(1.97±0.52 mm),但与针阔混交林无显著差异(3.01±0.98 mm);产生树干茎流的单次降雨阈值中,不同组成林分中无显著差异.BRT模型中,对于穿透雨和树干茎流,林分结构因子的影响占比较小,而对于冠层截留,林分结构因子则占主导地位;降雨量是决定穿透雨和树干茎流最重要的因素;树高是决定冠层截留最重要的因素,降雨量、冠幅面积、胸径和林分密度分列其后.对比一般线性函数和幂函数,本研究建立的BRT预测模型对穿透雨和树干茎流的预测效果有所提升,对冠层截留的预测仍需探究.综上,BRT模型可较好定量化评估林分结构和气象环境因子对降雨再分配各组分的影响,且所建预测模型模拟效果良好,可为制定林木配置优化策略提供科学依据.

为揭示高寒半干旱区不同降雨强度对植被差异下沙化土地土壤含水量变化过程的影响.以青海共和盆地东缘黄沙头乔木、灌木和裸地为研究对象,基于2020、2021和2022年5月-9月植物生长季土壤含水量、降雨量和细根分布监测数据,分析2020年、2021年、2022年各生境0-200 cm深度土壤水分对小雨、中雨、大雨的响应.连续动态监测结果表明,大雨、中雨条件下,随土层深度的增加土壤水分对降雨的响应时间延长.乔木林和灌木林土壤水分对中雨、大雨最大响应深度为70 cm、100 cm,裸地对中雨、大雨最大响应深度为50 cm、100 cm.随土层深度的增加,小雨对乔木、灌木、裸地土壤水分的补充作用逐渐降低;中雨对灌木林土壤水分的补充作用逐渐降低,乔木林与之相反;大雨时乔木林、灌木林变异系数呈现S型变化,因此大雨对其土壤水分的补充存在明显的分层利用现象.不同植被类型土壤水分空间变化差异以及对降雨的响应受植被冠层截留对降水再分配的影响,土壤含水量与环境因子间的主成分分析表明,郁闭度、叶面积指数、150-200 cm 土壤容重、细根生物量密度、根表面积密度、根长密度、比根长是反映研究区土壤水分的显著因子(P＜0.05).研究表明不同降雨强度植被土壤含水量存在明显差异,高寒半干旱区沙化土地乔、灌植被的建植可提升深层土壤储水能力;结果可为沙化土地恢复和水土流失防控提供科学依据.

为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法.为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法Ⅰ和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000-2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m3)和12.08 mm(5.6亿m3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ计算结果数值相差较大,研究区2000-2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关.WEP-L模型法Ⅱ评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006-2010年期间增加、2012年以后下降以及增加.2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系.通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据.

森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其发达的林冠层通过调节降水量、改变降水强度等深刻影响着流域全过程水文通量及水分输出.以中国广泛开展的典型森林降雨再分配过程的年尺度监测数据为基础,揭示中国不同类型森林生态系统的降雨再分配及林冠层降雨截留特征,阐明森林生态系统林冠层截留特征与降雨、植被要素的关系.结果表明:我国不同森林生态系统年穿透雨量处于 141.4-2450.0 mm之间,年穿透雨率为 36.3%—92.3%.5 种典型森林生态系统多年平均穿透雨量((445.3±252.9)—(1230.6±479.6)mm)占同期多年平均降雨量的(72.6±9.2)%—(77.4±8.9)%.不同森林生态系统年树干茎流量介于 0-508.2 mm之间,占同期年降雨量的 0-25.8%.5 种典型森林生态系统树干茎流量多年平均值((9.8±17.3)—(87.8±81.6)mm)占同期多年平均降雨量的(1.4±1.9)%—(5.4±4.6)%.不同森林生态系统林冠层年降雨截留范围在 25.7-812.9 mm之间,占年降雨量的 4.2%—55.6%.5 种典型森林生态系统多年平均林冠截留量((154.2±81.6)—(392.2±203.5)mm)占同期年平均降雨量的(18.7±7.4)%—(25.9±8.3)%.进一步分析表明,我国森林生态系统穿透雨量、树干茎流量和林冠层截留量随观测区年降雨量的增加而呈显著增大(P＜0.05),年穿透雨率、年树干茎流率随年降雨量的增加呈显著线性上升趋势(P＜0.05),而年林冠截留率与年降雨量呈显著的负相关关系(P＜0.01),降雨量、叶面积指数是深刻影响森林生态系统林冠层降雨截留率等特征的重要因素.整体上,不同类型森林生态系统林冠截留降雨能力存在明显差异,林冠层截留率突出表现为:落叶林大于常绿林、针叶林大于阔叶林.

目的 比较预扩张球囊技术与单纯导丝保护技术在冠状动脉真性分叉病变患者经皮冠状动脉介入治疗(PCI)中的应用效果.方法 选取2007—2016年在玉林市玉州区人民医院心血管内科行PCI的冠状动脉真性分叉病变患者166例,按照手术方式不同分为球囊组87例和导丝组79例.两组患者均在主支血管置入支架,并采用简单处理策略保护分支血管病变,球囊组患者PCI术中采用预扩张球囊技术,而导丝组患者PCI术中采用单纯导丝保护技术.比较两组患者术后并发症发生情况和手术情况;随访1年,记录两组患者主要不良心血管事件(MACE)发生情况、病变血管狭窄情况及再次住院率.结果 两组患者分支血管球囊及导丝未发生截留或断裂,术后未出现严重血管并发症、死亡和急性心肌梗死.两组患者临床症状、心肌损伤发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05);球囊组患者分支血管闭塞或夹层发生率低于导丝组(P<0.05).两组患者PCI成功率、分支血管置入支架者所占比例、手术时间、X线暴露时间及造影剂用量比较,差异无统计学意义(P>0.05);球囊组患者行对吻后扩张者所占比例和术中分支血管无复流发生率低于导丝组(P<0.05).球囊组患者随访期间MACE发生率、分支血管开口狭窄率低于导丝组(P<0.05),而两组患者主支血管最大狭窄率、主支血管再狭窄率及再次住院率比较,差异无统计学意义(P>0.05).结论 与单纯导丝保护技术相比,预扩张球囊技术对冠状动脉真性分叉病变患者PCI后分支血管病变的保护作用更好,能更有效地降低术后分支血管闭塞或夹层发生率、MACE发生率及分支血管开口狭窄率.

地衣在大气元素沉降的生物监测研究中应用广泛,但地衣物种之间的元素组成差异会对元素的环境输入评估产生干扰.为摸清元素含量在2种叶状地衣(石生的中国石黄衣Xanthoria mandschurica,XM;树生的黄烛衣Candelaria fibrosa,CAF)之间的差异及其可能的生态学原因,用电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测试了采自山西太行山区长治盆地及其周边共3个地点的地衣样品中的51种元素.结果显示,40种元素的含量在地衣间差异较大,其中36种元素(Al、Ba、Be、Bi、Ca、Ce、Cs、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Ho、La、Li、Lu、Mn、Na、Nb、Nd、Ni、Pb、Pr、Sc、Si、Sm、Sr、Tb、Th、Ti、Tm、U、V、Y和Yb)在XM中含量较高,可能归因于其受大气干沉降更大且更易受本地岩石地球化学的影响,而CAF受冠层截留作用的影响更大;其中4种元素(K、P、S和Zn)在CAF中含量较高,可能与冠层淋溶作用有关.另外11种元素(As、B、Cd、Co、Cu、Hg、Mg、Rb、Sb、Se、Tl)在2种地衣之间的含量差异较小.大气元素沉降的地衣监测法需考虑地衣物种、基物的地球化学特征和植被的影响.

大气降水是森林生态系统养分输入的主要途径之一,对养分的生物地球化学循环有着重要的意义.对13年生杨树人工林林外雨、树干流、林内雨和地表径流等水文过程中的养分特征进行了调查分析,旨在了解该生态系统的养分输入与输出规律,为杨树人工林可持续经营提供依据.结果表明,从2013年11月至2014年10月,杨树人工林生态系统林外雨量为1154.1 mm,树干流量仅占大气降水量的2.3％,15.4％的大气降水被杨树人工林的冠层截留;林内雨、树干流与大气降水量(林外雨)的动态变化规律相似.各类降水年加权平均pH值表现为林内雨＞林外雨＞树干流;各类降水的离子浓度动态变化规律基本一致,即在降水量较小的11月至次年1月份,各阴阳离子的浓度普遍较高,在降水量较大的2-9月份,阴阳离子浓度普遍较低.SO2--S和Ca2+分别是各类降水中的主要阴离子和阳离子;整体上,树干流的离子浓度＞林内雨＞大气降水;林内雨是养分输入的主要形式,通过林内雨输入林地较多的养分离子是Ca2+和K+,分别为70.83 kg hm-2 a-1和63.31 kg hm-2 a-1;地表径流和土壤渗漏是养分输出的主要形式,输出林地较多的离子是Cl和Ca2+,分别为196.47 kg hm-2 a-1和123.09 kg hm-2 a-1,其次为SO42--S、Mg2+、Na+、K+;NH4+-N和NO3--N的输出量不足输出离子总量的1％.所以,从水文过程看,杨树人工林生态系统无机氮(NH4+-N和NO3--N)和K+表现为净积累,净积累量分别为10.9 kg hm-2 a-1和56.4 kg hm-2 a-1,其他离子表现为净损失,其中Cl-的净损失量达179.8 kg hm-2 a-1左右,其他离子损失量＜ 50 kg hm-2 a-1.

明析马尾松(Pinus massoniana)和红锥(Castanopsis hystrix)纯林降水再分配及冠层淋溶效应的差异,可为南亚热带针叶人工林改造提供水文数据.依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站,通过野外测定和室内分析相结合的方法,利用林下布设的30个自记雨量简,测定了2016年1-12月的大气降水、穿透雨及树干径流,同时采集7-12月10次降水事件水样,监测其化学成分.结果表明:观测期间降雨总量为1070.2 mm,马尾松和红锥纯林穿透雨分别为823.0和693.2 mm,占降雨量的76.9％和64.8％;树干径流分别为3.2和9.9 mm,占降雨量的0.3％和0.9％;林冠截留量分别为244.0和367.1 mm,占降雨量的22.8％和34.3％,说明马尾松和红锥纯林对降水再分配的作用是不同的,红锥纯林具有更好的林冠截留能力.降水对红锥纯林冠层4种盐基离子(K+、Mg2+、Na+、Ca2+)的淋溶量为17.53 kg·hm-2,是马尾松纯林的0.7倍,但酸缓冲是马尾松纯林的1.6倍.与马尾松纯林相比,红锥纯林具有更好的避免冠层养分淋溶和应对酸沉降的能力.

生态过程模型的发展为研究者在长时间序列和区域尺度的研究提供了便利,但模型模拟的准确性受到模型自身结构、模型参数估计合理性的影响.敏感性分析能够定量或定性筛选出对模型模拟结果影响较大的敏感参数,是模型参数校准过程中的重要工具,也是建模和应用的先决条件.该文以阔叶红松林为研究对象,采用全局敏感性分析方法——傅里叶幅度灵敏度检验扩展法(EFAST)对Biome-BGC模型的生理生态参数进行了敏感性分析,分别分析了红松(Pinus koraiensis)和阔叶树的净初级生产力(NPP)、蒸散(ET)对参数变化的敏感性.结果表明:(1)模拟红松NPP的不确定性高于阔叶树,但二者的模拟ET的不确定性均较小.阔叶树的NPP和ET寸生理生态参数的敏感性总体上都小于红松.(2)无论是红松、阔叶或其他植被类型,模拟NPP均表现出对叶片碳氮比、细根碳氮比、比叶面积(SLA)和冠层截留系数的敏感性,这4个参数的高敏感性主要是由模型自身结构所决定的,与植被类型和研究地区的关系较小.对模拟ET而言,细根与叶片碳分配比、新茎与新叶碳分配比和SLA均是影响红松和阔叶树ET的敏感参数,但红松ET主要受参数与参数间的二阶或多阶交互作用的间接影响,而阔叶树ET则主要是受到敏感参数直接效应的影响.(3)除了上述影响红松和阔叶树碳水通量的共性参数外,诸如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶中叶氮含量、叶片与细根周转率、所有叶面积与投影叶面积之比等也是对模拟结果有影响的重要参数,但是其敏感程度随物种不同和研究区不同而不同,所以这类参数可以根据具体情况进行参数本地化,对于其他不敏感参数则可以采用模型缺省值.

平茬是荒漠草原老化人工柠条林营林抚育的重要措施,为系统认识柠条平茬后连续的生理与生态响应过程及其变化规律,该研究设置对比观测样地,以未平茬柠条(WPC)为对照,以平茬后连续生长1～5年(PC1～PC5)的柠条为处理,对各样地柠条净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、水分利用效率等光合生理特征及其土壤含水量分布的影响进行测定分析.结果表明:(1)平茬处理对柠条生理特性的影响因平茬年限的增加而异,其中PC1和PC2柠条的净光合速率和蒸腾速率较WPC略有提高,PC1柠条处于补偿生长的活跃期,水分利用效率明显高于其他平茬处理,PC2柠条的水分利用效率开始下降;PC3和PC4的柠条蒸腾速率、净光合速率和气孔导度显著上升,且PC4处理下达到最大值,相应水分利用效率也逐步回升;PC5的柠条几乎不存在补偿性生长,净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率开始回落,逐渐接近WPC;平茬措施对PC1与PC5柠条胞间CO2浓度大小的影响较大.(2)PC1的土壤水分含量在0～100 cm土层因受冠层截留大幅减小的影响而低于其他年限平茬处理;PC2的土壤水分略有改善,PC3、PC4的土壤含水量显著提高,PC5的土壤水分状况则逐渐接近于WPC.(3)随平茬年限的增加,柠条光合特性与土壤含水量间存在一定的动态互馈关系,其中PC1的土壤水分略有下降,柠条生长减缓;PC2土壤含水量逐步恢复;PC3土壤含水量增长幅度开始下降,柠条的各项生理指标上升;PC4柠条的光合生理指标、土壤含水量都达到了最高值;PC5柠条的各项指标开始下降.研究发现,PC4处理是柠条光合生理和土壤水分响应变化的拐点,可参考作为平茬柠条优化管理的一个时间节点.