科尔沁沙丘地—草甸地冻融期土壤水热盐耦合运移规律及数值模拟分析

发布时间：2017-11-22 21:15

  本文关键词：科尔沁沙丘地—草甸地冻融期土壤水热盐耦合运移规律及数值模拟分析

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【摘要】：本研究论文主要依托于国家自然科学基金(50769003、51169012)及国家自然科学基金重点项目(51139002),基于野外自动观测与人工观测数据,研究了不同沙丘地与草甸地试验点多年平均土壤温度与冻结深度的变化规律,通过对日动态土壤温度的分析得出冰点与融点方程,对比分析了科尔沁沙丘地与草甸地不同下垫面的冻融期土壤水分、热量和盐分的耦合迁移规律,并利用CoupModel模型对沙丘地与草甸地两个试验点进行冻融期土壤水热盐动态变化规律的模拟,为科尔沁沙丘-草甸相间地区生态与农业可持续发展提供科学依据。主要研究成果如下：(1)分析了沙丘地与草甸地多年土壤温度与最大冻结深度的变化规律,结果表明：100cm处沙丘地与草甸地多年土壤温度的标准差变化规律基本一致,草甸地要小于沙丘地,但融解后期由于草甸地冻融历时长,其标准差大于沙丘地,且沙丘地先开始冻结与先开始融解；沙丘地与草甸地各土层之间均存在温度滞后效应；同时考虑土壤温度与土壤水分的最大冻结深度的相关系数最好,沙丘地与草甸地中最大冻结深度与土壤温度和土壤水分均呈负相关关系。(2)针对沙丘地与草甸地土壤温度日动态变化,考虑了盐分、水分对冰点与融点的影响,沙丘地中冻结温度与融解温度较草甸地中要高,提前步入冻结与融解阶段；沙丘地中冻结温度与融解温度均考虑了含水率及含盐量的影响,草甸地中冻结温度仅考虑了含盐量的影响,融解温度则考虑了两者的影响,且回归方程效果显著并且拟合的较好。(3)将沙丘地与草甸地冻结期与融解期按气温分别分为四个阶段,通过对土壤自动监测的未冻水与人工取土的全水量进行分析,可以看出沙丘地中含盐量较草甸地低很多,沙丘地冻融过程较草甸地要短,温度是使水分相变的驱动性因素,冻结过程中,当水相变成冰后,土壤中未冻水含量减少,盐分在冰中析出,进入到未冻水中,未冻水冰点低于0℃,未冻水随着不冻水向冻结锋面迁移；随着气温上升与表土蒸发,未冻水含量增加,盐分在表层聚集,并在淋洗作用下盐分重新分配。(4)应用CoupModel模型对冻融期土壤水热盐动态过程进行模拟研究,通过对沙丘地与草甸地两个冻融期间的验证阶段分析,结果表明：土壤热量过程的模拟效果优于土壤水分,草甸地的土壤温度模拟效果较沙丘地要好；浅层土壤水分模拟结果较深层土壤要好；土壤温度、土壤水分的模拟值会影响土壤盐分的模拟效果,模型可以很好的模拟草甸地冻融前期与冻融后期土壤盐分运移过程,在冻融中期模拟值呈S型变化,实测值则呈Г型变化,其相对系数0.87以上,且草甸地的土壤盐分模拟效果要优于沙丘地,CoupModel模型可应用于冻融期土壤水热盐的动态模拟。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152

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