黄土高原半干旱区人工柠条林地土壤水分的动态变化模型

发布时间：2017-10-17 09:16

  本文关键词：黄土高原半干旱区人工柠条林地土壤水分的动态变化模型

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【摘要】：黄土高原干旱半干旱地区土层深厚,地下水埋藏较深,年降水量稀少,水资源匮乏,使得大部分地区无法通过灌溉来补给土壤水分,因此降水成为土壤水的唯一补给来源,而且土壤含水量与植物的生长状况息息相关。近年来,黄土高原大部分地区的人工林草地存在植物生长与土壤水分关系严重失调现象,并且在多年生人工林草地出现了土壤旱化,甚至当土壤含水量降低到一定程度时,形成土壤干层。土壤干层阻隔降水垂直入渗补给地下水,也严重影响植物吸收利用土壤水,同时使得局部小气候更加的干燥化,对生态环境造成严重威胁。为此需要加强对水资源紧缺地区的土壤水分状况的研究,掌握土壤水分的动态变化规律,为及时采取有效措施调控植物生长和土壤水分的相互关系提供依据。黄土高原地区土壤水分分布受地形、土地利用等多重因素的影响,使该区域的土壤水分空间变异性较大,要获取土壤水分动态变化的数学模型较为困难,而且近年来关于此方面的研究较少,因此急需加强对黄土高原土壤水分变化特征和土壤水分动态变化数学模型的研究。本文对黄土高原丘陵半干旱地区多年生人工柠条林地土壤水分的垂直变化特征和不同土层的土壤水分随时间的动态变化特征进行研究,建立了相应的数学模型,并且采用人工柠条林地监测所得的土壤水分数据对所建立的数学模型进行验证。首先,本文对由室分析法所建立的土壤水分随深度变化的数学模型进行改进,得到改进后的模型。然后,在改进后的土壤水分垂直变化模型的基础上,建立了土壤水分随深度和时间变化的动态模型。进一步的,分别采用2002-2006年于宁夏固原试验区多年生人工柠条林地测得的土壤水分数据和2012-2014年于柠条初始播种量为2.0kg的试验小区测得的土壤水分数据对改进后的土壤水分垂直变化模型进行验证;选取2002年和2004年的土壤水分观测数据对土壤水分随深度和时间变化的动态模型进行验证。结果表明:1、使用改进后的模型对2002年在试验地测得的13组土壤水分数据进行拟合,所得的拟合参数均满足取值条件而且相应的拟合优度均满足统计学要求,并且通过分析原模型和改进后的模型对于相同数据的拟合结果发现,改进后的模型较原模型能够更好的反映不同条件下土壤水分的垂直变化特点。2、根据由改进模型所得拟合参数的数值特征可将2002年土壤水分的垂直变化特征大致分为4种类型,能够表达不同降雨条件下和植物不同生长阶段,植物生长与土壤水分之间的相互作用关系。另外,选取其它不同年份观测的植物各生长时期的土壤水分数据,对改进模型进行验证,所得拟合优度均符合统计学要求,由此可知模型具有广泛的适用性,同时模型分类的合理性也得到验证。3、采用2002、2004年测得的土壤数据对土壤水分随深度和时间变化的动态模型进行验证,所得的拟合优度均满足统计学要求,说明该模型能较好的表达偏干旱年土壤水分的动态变化特征,可为指导植物生长与土壤水分关系的调控提供依据。上述研究结果不仅为土壤水资源利用限度和土壤水植被承载力的估计奠定基础,而且为土壤退化的控制,植被的重建和土壤水资源的可持续利用提供理论依据,对生态环境的改善具有一定的应用价值。
【关键词】：黄土高原 柠条 土壤水分 垂直变化 动态变化
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S714.2
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 土壤水分的空间变异性研究13-14
• 1.2.2 土壤水分动态变化的模拟方法14-16
• 1.2.3 土壤水分的影响因素分析16-18
• 第二章 试验材料与研究方法18-23
• 2.1 试验材料18-19
• 2.1.1 研究区概况18
• 2.1.2 试验数据的测定18-19
• 2.2 研究内容19
• 2.3 研究方法19-21
• 2.3.1 室分析法19-20
• 2.3.2 非线性回归参数估计方法—Levenberg-Marquardt法20-21
• 2.4 数据处理及分析方法21-23
• 2.4.1 数据处理21-22
• 2.4.2 数据分析方法22-23
• 第三章 柠条林地土壤水分的垂直变化模型23-33
• 3.1 土壤水分的垂直变化特征23-24
• 3.2 利用室分析法建立土壤水分垂直变化模型24-25
• 3.2.1 模型的建立24-25
• 3.2.2 模型验证25
• 3.3 建立土壤水分垂直变化的改进模型25-31
• 3.3.1 土壤水分垂直变化模型的改进25-26
• 3.3.2 模型验证26-27
• 3.3.3 模型分析27-29
• 3.3.4 模型应用29-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第四章 柠条林地土壤水分的动态变化数学模型33-39
• 4.1 不同土层土壤水分随时间变化特征33-36
• 4.2 建立土壤水分动态变化模型36-37
• 4.3 本章小结37-39
• 结论与讨论39-41
• 参考文献41-44
• 致谢44-45
• 作者简介45

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