廣州城市森林的暴雨生態(tài)水文效應(yīng).pdf

1、本研究以珠三角城市森林定位研究站為研究平臺(tái)，以森林生態(tài)水文學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)及生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)等為理論依據(jù)，采用森林水文定位觀測對(duì)比研究方法，對(duì)帽峰山杉木與闊葉混交林和常綠闊葉林的林外降水、林內(nèi)穿透水、坡面地表徑流和總徑流進(jìn)行一年的定位觀測，尤其是暴雨條件下森林生態(tài)系統(tǒng)的水文響應(yīng)、物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡機(jī)理，以其城市自然森林對(duì)暴雨災(zāi)害的抵御效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)，主要結(jié)果如下:
　　(1)廣州市區(qū)與帽峰山林區(qū)在30km水平尺度上單次暴雨雨量無顯著

2、差異。廣州市區(qū)全年累計(jì)暴雨雨量為568.8mm，占年降雨量的30.9％，雨季4-9月份降雨量達(dá)到1561.4mm，占年降雨量的84.9％。而帽峰山林區(qū)全年累計(jì)暴雨雨量為655.0mm，較市區(qū)高出15.2％，占年降水量比率高出市區(qū)3.9％，雨季4-9月份降雨量達(dá)到1580.4mm，占年降雨量的84.0％。
　　(2)隨著降雨量的增加，兩種森林類型林冠層持水量達(dá)到飽和狀態(tài)后，林冠截留率趨于平穩(wěn)。杉闊混交林的暴雨林內(nèi)穿透水量關(guān)系模式為:

3、T1=0.586P1.097(R2=0.998);常綠闊葉林則為:T2=0.437P1.148(R2=0.985)。杉闊混交林群落冠層對(duì)暴雨的平均截留率8.2％、變幅在12.6％-5.3％之間、隨暴雨量呈遞減趨勢;而常綠闊葉林冠層對(duì)暴雨的平均林冠截留率為14.5％，變幅在23.2％-8.9％間、隨雨量呈遞減趨勢;兩者截留率差異顯著(p＜0.05）。
　　(3)全年9次暴雨，杉闊混交林集水區(qū)暴雨產(chǎn)流總量為124.9 mm，平均產(chǎn)流率

4、為19.1％;常綠闊葉林集水流域暴雨產(chǎn)流總量為138.6 mm，平均產(chǎn)流率21.2％，兩者的差異不顯著。據(jù)2014年全年統(tǒng)計(jì)，帽峰山林區(qū)年降雨量為1882.4 mm，杉闊混交林集水區(qū)全年產(chǎn)流量714.8 mm，全年產(chǎn)流率為38.0％;常綠闊葉林集水區(qū)全年產(chǎn)流量為802.0mm，全年產(chǎn)流率為42.6％，常綠闊葉林降雨產(chǎn)流率高于杉闊混交林。雨季（4-9月份），杉闊混交林產(chǎn)流量為701.3 mm，產(chǎn)流率為44.4％，占全年產(chǎn)流量的98.1％;

5、而常綠闊葉林集水區(qū)在雨季(4-9月份)產(chǎn)流量為704.8 mm，產(chǎn)流率為44.6％，占全年產(chǎn)流量的87.9％，兩者雨季中的產(chǎn)流率差異不顯著。7月份兩種森林類型的產(chǎn)流率在雨季中最高。7月降雨量只有94.3mm，杉闊混交林集水區(qū)的產(chǎn)流量為62.0mm，產(chǎn)流率為65.7％;常綠闊葉林集水區(qū)的產(chǎn)流量為76.9mm，產(chǎn)流率為81.5％，兩者的差異不顯著。
　　(4)暴雨條件下市區(qū)與林區(qū)在30km水平距離上的水化學(xué)含量差異不顯著;年9次暴雨監(jiān)

6、測，林區(qū)暴雨pH測定均值為5.7、市區(qū)則為5.8;在市區(qū)，暴雨水化學(xué)元素C、有機(jī)碳(TOC)、N、NH4+-N、P、S、K+、Ca2+、Mg2+的檢測平均含量分別是林區(qū)暴雨的1.19、1.22、1.37、1.44、0.66、1.53、0.69、2.22和1.14倍。反映出城市暴雨濕溶沉降中C、N、S及Ca2+、Mg2+含量大于后者及即城市大氣環(huán)境這些化學(xué)物負(fù)荷相對(duì)較高。
　　(5)暴雨條件下杉闊混交林的穿透水和常綠闊葉林穿透水的化

7、學(xué)含量差異不顯著。杉闊混交林穿透水中C、有機(jī)碳(TOC)、N、NH4+-N、P、S、K+、Ca2+、Mg2+的平均含量是常綠闊葉林的0.70、0.70、1.07、1.07、0.95、0.80、0.57、1.50、0.88倍。杉闊混交林的穿透水化學(xué)元素的平均含量依次為C＞有機(jī)碳(TOC)＞K+＞S＞N＞ NH4+-N＞ Ca2+＞Mg2+＞P;常綠闊葉林的穿透水化學(xué)元素的平均含量依次為C＞有機(jī)碳(TOC)＞K+＞S＞N＞NH4+-N＞ C

8、a2+＞ Mg2+＞P。9次暴雨中各項(xiàng)化學(xué)成分在杉闊混交林和闊葉林中都表現(xiàn)為正淋溶，杉闊混交林冠層的淋溶系數(shù)次序?yàn)?K+＞ Mg2+＞ Ca2+＞S＞C＞NH4+-N＞P＞N;而常綠闊葉林林冠層的淋溶系數(shù)次序?yàn)?K+＞ Mg2+＞S＞C＞Ca2+＞P＞NH4+-N＞N。
　　(6)杉闊混交林坡面地表徑流和常綠闊葉林坡面地表徑流的化學(xué)含量無顯著差異。杉闊混交林坡面地表徑流中C、有機(jī)碳(TOC)、N、NH4+-N、P、S、K+、Ca2

9、+、Mg2+的含量是常綠闊葉林的0.86、0.85、0.81、0.72、1.11、0.80、0.91、1.24、1.18倍。杉闊混交林暴雨條件下坡面地表徑流化學(xué)元素的平均含量次序?yàn)镃＞有機(jī)碳(TOC)＞Ca2+＞K+＞N＞ NH4+-N＞S＞Mg2+＞P;常綠闊葉林暴雨條件下坡面地表徑流化學(xué)元素的平均含量次序?yàn)镃＞有機(jī)碳(TOC)＞ Ca2+＞ K+＞ N＞ NH4+-N＞ S＞ Mg2+＞P。
　　(7)兩種林型集水區(qū)總徑流C、

10、N、Ca的化學(xué)含量差異顯著(P＜0.05)。杉闊混交林集水區(qū)總徑流中C、有機(jī)碳(TOC)、N、NH4+-N、P、S、K+、Ca2+、Mg2+的平均含量是常綠闊葉林的0.64、0.63、1.37、1.50、1.28、0.73、0.93、1.14、1.05倍。杉闊混交林集水區(qū)總徑流化學(xué)的平均含量次序?yàn)镃a2+＞ N＞C＞ K+＞S＞ Mg2+＞有機(jī)碳(TOC)＞NH4+-N＞P;常綠闊葉林暴雨-總徑流化學(xué)的平均含量次序?yàn)镃a2+＞ N＞C＞

11、 K+＞S＞ Mg2+＞有機(jī)碳(TOC)＞NH4+-N＞P。兩種森林類型集水區(qū)的暴雨-總徑流中N、S、K+、Ca2+和Mg2+的遷移系數(shù)為正值，兩者中C、NH4+-N和P的遷移系數(shù)表現(xiàn)為負(fù)值。
　　(8)常綠闊葉林中土深30cm和土深70cm滲透水中的pH值、S和NH4+-N存在顯著差異(P＜0.05)。常綠闊葉林30cm深土壤滲透水中C、有機(jī)碳(TOC)、N、NH4+-N、P、S、K+、Ca2+、Mg2+的化學(xué)含量是70cm深土

12、壤水的0.99、0.86、1.38、3.99、1.39、0.45、0.91、1.01、0.81倍。常綠闊葉林30cm深土壤滲透水的平均含量次序?yàn)镃＞有機(jī)碳(TOC)＞ S＞Ca2+＞K+＞N＞NH4+-N＞Mg2+＞P;70cm深土壤滲透水的平均含量次序?yàn)镾＞C＞有機(jī)碳(TOC)＞K+＞Ca2+＞ N＞ Mg2+＞NH4+-N＞P。
　　(9)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)集水區(qū)徑流對(duì)9次暴雨攜帶化學(xué)物質(zhì)中C、N、P、S的通量平衡值為負(fù)值，表