南岭林区公路对集水区径流和植被的影响

摘要

公路的建设和养护是人类行为中最广泛的活动之一，公路网络建设的影响涉及了全球陆地面积的15％-20％，林区道路和森林群落的和谐发展是中国经济与生态协调发展的重要内容。林区公路的生态水文影响历来少受关注，森林道路对集水区径流的影响及其机制仍不明确，林区道路干扰对植被的影响研究案例较少。本研究在南岭国家森林公园选取2个对比森林集水区，其一为自然状态（老蓬顶集水区W1），另一个受林区公路干扰（新公路集水区W2），利用各集水区2017年8月-2018年7月连续监测的降雨和流量数据，研究了南岭保护区林区公路修建对径流的影响，并运用斜割法对次降雨径流进行基流分割，着重分析了公路修建对集水区快速径流、基流以及径流过程特征的影响。通过调查受公路干扰集水区内垂直于公路铺设的连续样带，得到与公路路肩不同距离各样地植被层物种多样性指数和丰富度指数以及竞争指数，分析林区公路对附近不同植被层多样性和竞争格局的影响。此研究结果能为深入研究南岭林区公路修建对森林水文生态影响提供理论指导作用，同时为研究公路修建干扰后的植被恢复和流域水资源管理提供科学依据和数据支撑。　　主要得到了以下研究结果:　　(1)水文监测期间，W2和W1分别监测到309场和295场次降雨，年降雨量分别为1830.5mm、1996.1mm，年径流量分别为911.57mm、882.75mm，年径流系数分别为0.4895、0.4437。在W2集水区，不同雨量级的次降雨产生的快速径流(QF)值是集水区W1的1.64～3.69倍，W2的水文响应值（快速径流量与降雨量比值，HR）的年平均(12.60％)是W1(4.32％)的2.92倍;在相同（似）降水条件下W2的洪峰流量远大于W1，洪峰滞后雨峰的时间比对照集水区短，基流占总径流的比率(BF/R)在一年中每个月都表现为W2小于W1。林区公路修建引起了径流量、径流组分分配以及径流过程变化:林区公路显著增加集水区的快速径流量和洪峰流量并使洪峰滞后雨峰的时间缩短;显著减少了集水区的基流补给，使集水区径流中基流比例显著减少。　　(2)基于79场(W1)和87场(W2)雨量P≥5mm的次降雨及其径流的监测，将两集水区各次降雨过程中产生的快速径流(QF)与降雨量(P)、降雨历时(PD)、前7天降水量(AP7)、最大30分钟雨强(I30)、最大60分钟雨强(I60)、平均降雨强度(AHRD)和初始流量(Fi)各指标进行相关分析，两个集水区的快速径流都与降雨量、降雨历时呈极显著相关(p＜0.01):此外W1的快速径流与I60呈极显著相关(p＜0.01)，与I30显著相关(p＜0.05)，W2的快速径流与I30和I60没有统计学意义的相关关系，但与AP7呈显著相关(p＜0.05)。林区公路改变了快速径流产生的主导因子，使得新公路集水区快速径流产生与前期降雨量显著相关，而与每30分钟和每小时最大雨强无明显相关性。　　(3)林区公路修建对草本层生长产生负效应，林内草本层生长状况较公路附近好，但多样性指数较之低，对草本层最大影响范围为30-35m;对灌木层的生长具有明显的正效应，公路修建对附近乔木层破坏严重，对乔木层生长状况最大影响范围为20m。　　(4)公路修建对路旁乔木层剧烈破坏导致森林结构随与公路路肩距离增加产生复杂竞争格局变化，对次林层竞争格局影响显著(p＜0.05)，林下植被层影响不显著(p＞0.05)。整体竞争强度随与公路距离先增大后减少，但竞争强度变化规律尚不清楚。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状及评述

1．2．1森林干扰

1．2．2公路干扰

1．2．3公路干扰对水文的影响

1．2．4公路干扰对动物及植被的影响

1．2．5其他主要森林干扰类型研究

1．3研究内容、拟解决问题和技术路线

1．3．1主要研究内容

1．3．2拟解决问题

1．3．3技术路线图

1．3．4项目来源和经费

2．1．1地理位置

2．1．2地形地貌

2．1．3气候特征

2．1．4土壤特征

2．1．5植被特征

2．2研究方法

2．2．1对比集水区设置

2．2．2降雨和径流监测

2．2．3公路干扰样地铺设

第三章林区公路对南岭集水区径流的影响

3．1引言

3．2试验方法

3．2．1降雨分析

3．2．2径流计算和分析

3．2．3数据统计与分析

3．3结果与分析

3．3．1影响集水区快速径流的主导因素

3．3．2公路对次降雨快速径流量的影响

3．3．3公路对径流过程的影响

3．3．4公路修建对年径流的影响

3．4讨论

3．5小结

4．1引言

4．2试验方法

4．2．1样地调查

4．2．2植被分析方法

4．2．3物种竞争强度格局变化分析

4．2．4数据处理与分析

4．3结果与分析

4．3．1公路对草本植被群落的影响

4．3．2公路对灌木植被群落的影响

4．3．3公路对乔木群落的影响

4．3．4公路对群落竞争格局的影响

4．4讨论

4．5小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢