为了研究南水北调中线水源区汛期森林的水源涵养功能,以丹江口库区龙口林场马尾松人工林为对象,于2018年6-9月采用野外观测与室内分析相结合的方法,对高、中、低3种密度马尾松人工林,从林冠层、枯枝落叶层和土壤层进行分析,探究其丰水期水源涵养功能的林分密度效应.结果 表明:(1)3种密度马尾松人工林林冠截留量为56.13～77.68 mm,且随林分密度增加林冠截留量增大,林内穿透雨量则趋势相反;(2)3种密度马尾松人工林枯落物总生物量为12.76～19.56 t·hm-2,随着林分密度增加枯落物总生物量增大,且半分解层枯落物生物量均大于未分解层枯落物生物量;高密度枯落物总厚度最大,中密度次之,低密度最小;枯落物最大持水量为21.32～28.24 mm,有效持水量为16.82～22.51mm,且均表现为中密度＞高密度＞低密度;枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间分别呈对数函数和幂函数关系式;(3)3种密度马尾松人工林O～ 30 cm土层土壤容重为1.45～ 1.54g·cm-3,总孔隙度均值为42.18％ ～45.71％,土壤有效持水量为2.94～4.81 mm,且土壤容重大小为低密度＞高密度＞中密度,土壤总孔隙度排序则与之相反,土壤有效持水量表现为中密度＞低密度＞高密度;(4)3种密度马尾松人工林综合水源涵养能力为204～237.55 mm,表现为中密度＞高密度＞低密度.综上,丹江口库区中密度马尾松人工林水源涵养服务能力最优,建议在今后库区森林抚育过程中,合理控制林分密度.

为探究北方典型人工林生态系统在干旱条件下的水量平衡及其影响因素,本研究分析了干旱年份(2014年)北京山区油松(Pinus tabuliformis)和侧柏(Platycladus orientalis)林分的水量平衡组分及其影响因素.结果 表明:2014年降水仅为多年(1958-2011年)平均的47％.蒸腾为两种林分最大水分输出项,油松为247.16 mm,侧柏为259.89mm.其余水分输出项依次为土壤蒸发(油松87.26 mm,侧柏60.02 mm)＞林冠截留(油松56.63 mm,侧柏50.23 mm)＞枯落物蒸发(油松9.99 mm,侧柏8.30 mm).两种林分土壤水补给整体为亏缺状况,仅在生长季中、后期出现水分补给.油松林生态系统年水分亏缺量为81.24 mm,侧柏林生态系统为67.45 mm.环境因子对水分输出各项影响显著.此外,蒸腾还与胸径有显著相关,林冠截留则受到郁闭度及风速的共同影响.根据本研究观测,侧柏和油松林分在干旱年份无法仅依靠自然降水维持水量平衡.因此,未来气候变化导致降水减少情境会对这些林分的自然存活带来较大挑战.

森林群落在净化空气、截留沉降污染物、改善地表水质等方面具有重要作用.本研究以北亚热带地区3种典型森林群落(毛竹林、杉木林、青冈阔叶林)为研究对象,通过分析沉降污染物(NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TP和SO42-)在大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水和地表径流中的浓度和通量变化特征,探讨不同森林群落对氮、磷、硫的截留净化作用和分配特征.结果 表明,该区域大气降水中NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TP和SO42-年均浓度分别为1.06、0.61、0.04、0.07、1.84 mg/L,其年均pH为5.88;各森林群落林冠层能够调升降雨的pH且全年稳定,对TP和NH4+-N均有吸附作用,截留率分别为79.09％-84.68％和30.88 ％-69.36％;而枯落物层则是林下氮、磷、硫的主要释放源,对NH4+-N、NO3-N、TP和SO42-均具有淋溶作用;此外,由地表径流(输出)与大气降水(输入)的对比分析可知,各林地对沉降污染物中氮、磷、硫的截留率均超过98％;3种森林群落对沉降污染物中氮、磷、硫的截留能力依次为:青冈阔叶林＞毛竹林＞杉木林,阔叶林对沉降污染物的净化能力要高于毛竹林及针叶的杉木林.

森林群落截留消纳沉降重金属的能力影响着森林集水区溪水输出重金属的情况,决定着小流域的水质安全.为评价北亚热带地区典型森林生态系统对大气降水中主要重金属离子的截留能力和分配特征,以浙江庙山坞林场3种典型森林群落(毛竹林、杉木林、青冈阔叶林)和森林集水区-小溪为研究对象,于2018年7月-2019年6月监测了12次降水事件,分析、比较和讨论了大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水、地表径流和集水区溪水中7种重金属(铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铜(Cu)、砷(As)、镍(Ni)和锰(Mn))的质量浓度和通量的动态变化.结果 表明,大气降水中7种重金属,Pb、Cd、As、Cu、Zn、Mn和Ni的年均浓度分别为0.974、0.124、0.512、3.42、36.7、8.48和1.94 μg/L,3种森林群落林冠层截留的干沉降重金属中Zn和Mn的比例最高,林冠层降水对重金属Mn和Zn的淋溶量极高,超过大气降水沉降量的2.78倍和54.2倍,同时截留了降水中的As和Ni;枯落物层对Mn、Cd和Zn表现出截留作用,对Cu和Ni有淋溶或释放的作用;3种森林群落的地表径流中Pb、Mn、Cd和Zn浓度明显降低,As和Ni的浓度略高于枯透水,但由于地表径流量非常小,土壤表层对降水中重金属均表现出极强的截留作用.3种森林群落对大气降水中的重金属均表现出极高的截留率,森林群落之间没有显著差异,其中青冈阔叶林的截留能力最强,杉木林较弱.而地表径流及土壤渗透水等汇集到森林集水区后,溪水中重金属Mn、Ni、Cd和Zn的浓度和通量均有大幅的增加,仅对重金属As和Cu呈现截留的作用,这可能与森林土壤重金属本底值偏高以及森林长期接收的重金属沉降在降水淋溶下从酸性土壤中大量溶出有关.

滨水植被缓冲带能有效去除地表径流中的面源污染物.本文采用模拟地表径流的方式,探讨了丹江口库区坡度分别为11°、15°、17°和21°的4种马尾松人工林滨水植被缓冲带不同宽度条件下对径流污染物的截留效果及其影响因素.采用双环入渗试验测定土壤渗透性能,环刀法测土壤密度及最大持水量,同时测定了不同坡度下林下枯落物的厚度和生物量.结果表明:坡度、宽度、枯落物厚度和枯落物生物量是影响截留率的主要因素.4种坡度下,截留率均随宽度的增加而增加,随着坡度的增加而减小.当滨水植被缓冲带的坡度为11°时,4种面源污染物的截留率要达到80％,其宽度应为34 m左右;坡度为15°时,宽度为40 m左右;当坡度为17.时,宽度为45 m左右;当坡度为21°时,宽度为48 m左右.这些研究结果对库区马尾松人工林滨水植被缓冲带的营造和管理具有一定的参考价值.

马尾松林是三峡库区防护林体系中最重要的森林类型,然而以往对结构更为复杂的马尾松天然次生林的生态水文效应研究还很不足,限制着全面了解和准确评价库区森林发挥的涵养水源服务功能.以重庆铁山坪的马尾松天然次生林为对象,采用定位监测结合室内测定的实验方法,系统研究了林冠层、林下草本层、枯落物层、土壤层的水文特征.结果 表明:(1)2010-2011年马尾林穿透雨量、干流量、林冠截留量分别占总降雨量(1972.39 mm)的84.66％、0.26％和15.07％,且均与次降雨量呈显著正相关(P＜0.01),其中干流在次降雨量达到5 mm时产生;林冠截留量随次降雨量增大而逐渐达到饱和(6 mm左右).(2)林下草本植物的地上生物量达1.32 t/hm2,其持水率随浸水时间呈对数函数增加(P＜0.01),最大持水量为0.61 mm.(3)枯落物贮存量达10.74 t/hm2,未分解、半分解、未分解与半分解混合枯落物的最大持水率为183.76％、206.31％和197.62％,未分解与半分解层枯落物的最大持水能力达1.44 mm.(4)0-80 cm土层的饱和贮水量达334.75 mm,其中滞留贮水量达49.08 mm,占饱和贮水量14.66％.马尾松天然次生林各作用层的降雨截持及贮水作用明显,其中尤以土壤层贮水能力最强.研究结果可为三峡库区森林涵养水源服务功能模拟与评价提供重要参考依据.