喀斯特地区土壤温度和水分特征研究

发布时间：2020-05-05 18:06

【摘要】：土壤温度以及土壤水分是影响土壤肥力的主要因素,对土壤的理化性质、生物过程以及区域小气候等具有重要的影响。而地表的覆盖特征对土壤温度、土壤水分均有较大的影响,尤其是在典型的喀斯特地区,严重的植被破坏、水土流失加剧了自然灾害的爆发频度,生态问题与经济发展之间的矛盾突出,并成为主要矛盾。文章以空间代替时间的思想对三种不同生境类型的群落(云南松林、栓皮栎林、石灰岩裸地)进行土壤温度和水分特征的探究,旨在揭示喀斯特石林土壤水热结构的生态意义,为区域生态恢复和经济建设提供可靠依据。本文的研究结果如下:(1)实验期间,研究地平均气温为16.2℃,与该地区多年年均温(16℃)基本持平。年降雨量为695.8mm比多年平均降水量967.9mm减少了272.1mm。石灰岩裸地的平均土壤温度为19.4℃,栓皮栎林17.5℃,云南松林15.3℃,云南松林土壤含水量36.9%,石灰岩裸地35.4%,栓皮栎林24.6%。(2)大气温度分别可以解释石灰岩裸地、栓皮栎林、云南松林20cm土壤温度变化的85%、82.5%、60%,石灰岩裸地、栓皮栎林、云南松林120cm土壤温度变化幅度的67%、58%、35%,对20cm深土壤的解释度较高。大气温度对3个生境土壤温度的解释程度是石灰岩裸地栓皮栎林云南松林。(3)研究区土壤温度总体呈现出石灰岩裸地栓皮栎林云南松林的特征,但不同时间尺度、不同剖面以及不同生境的土壤温度差异显著。从全年来看,研究区土壤温度的日振幅出现两次波峰(12月和5月)两次波谷(3月和9月),变化曲线大致呈“M”型,说明季节过渡期是土壤温度的转换期。但是研究区土壤温度的月际变化特征反映出显著的季节差异。各深度土层温度春季、秋季、冬季变化幅度相对较大,春季,20cm土壤温度均呈现中等变异的特征,120cm为弱变异特征;夏季由于普遍高温的影响,表现为弱变异性的特征;秋季均为中等变异特征;冬季20cm土壤温度变异系数石灰岩裸地与栓皮栎林相等且都大于云南松林,也表现为中等变异的特征。冬季云南松林较小的变异特性为表土中的种子、幼苗的越冬提供了良好的环境;120cm土壤温度变异系数云南松林(0.10)栓皮栎林(0.08)石灰岩裸地(0.07),具有明显的季节差异。旱季各样地的土壤温度小于雨季土壤温度值,各土层的距平值雨季大于旱季。(4)四种特殊气象事件(小到中雨、大雨、暴雨、降雪)中,小到中雨雨强带来的降水具有很大的局限性,不足以改变实验区土壤温度;大雨天气对各样地土壤温度的影响程度最大,能够改变石灰岩裸地以及栓皮栎林的土壤热力流向特征,在一定程度上影响区域小生境;暴雨对土壤温度的影响较为迅速,土壤热力梯度值先减后增,虽均未出现负值,降幅较大,对土壤具有强烈的降温作用,但持续时间短;降雪过程(12月12日至20日)中,石灰岩裸地土壤温度从15.6℃降到12.6℃,降幅23.8%;栓皮栎林从14.3℃降到11.4℃,降幅25.4%;云南松林从12.7℃降为10.2℃,降幅24.5%。由于降雪过程相对较短、雪量少且地表气温偏高,雪降到地表之后很快融化,雪并未体现出作为一个绝热层的作用,来阻止土壤与大气的热交换过程,而是加速土壤温度的下降。(5)不同群落的土壤水分差异较大。云南松林土壤含水量相对较高;受疏松的土壤层和较高的岩石斑块比例的影响,石灰岩裸地土壤含水量次之,变化幅度较小;以栓皮栎为代表的栓皮栎林林冠截留率(21.35%)相对较高,导致林内各深度土层水分变化微弱,含水量较低。(6)石林喀斯特地区的土壤水分具有较强的时空异质性,在时间尺度上,3个样地除了石灰岩裸地80cm土壤含水量最大最小值出现的时间有差异外,其余样地各土层最小值均出现在春末,最大值均出现在夏末,体现了降水分配的时段性对土壤含水量的影响。但整体上呈现出云南松林(36.9%)石灰岩裸地(35.4%)栓皮栎林(24.6%)的特征。在空间尺度上,20-80cm之间,土壤含水量的特征为:石灰岩裸地云南松林栓皮栎林。当深度增加到80cm以上时,各样地土壤含水量的差异却表现为云南松林栓皮栎林石灰岩裸地,随着样地林分的提高,深层土壤含水量呈增加趋势。(7)由于各实验样地的地表生境差异较大,导致在旱季、雨季的转变过程中,各样地土壤获得的水分入渗量有较大差异,但是从土壤热力学对水分变化影响的角度来看,云南石林的旱季、雨季其土壤水势基本持平。(8)各特殊气象事件中,大雨天气中,除栓皮栎林所有深度土层与云南松林20cm土层之外,大雨天来带的降水对其他土层含水量变化的决定系数达到了0.87以上,特别是80cm深土层均为0.91以上,持续的大雨雨强产生的降水对土壤水分的补给作用最为显著,包括试验期内的降雪事件。暴雨主要贡献于地表径流,补给江河湖泊,在暴雨天气中,阔叶林有效的阻挡了降水对林内腐殖质的冲刷。此外,持续的小雨天气也能增加土壤湿度,补给土壤水分。(9)土壤温度与水分的关系较为复杂,表层(20cm)土壤温度与土壤水分之间具有明显的负相关关系,但是在气温相对较高的时段,土壤水分将表层土壤温度传递到深层土壤,增加土壤比热容,对深层土壤具有一定的增温作用。两者之间有着极显著的正相关关系。(10)在空旷的石灰岩裸地,当大气降水补给缺乏时,温度(大气温度与土壤温度)是土壤水分含量的主控因子;当大气降水充沛时,降水对土壤水分的补给作用强于温度(大气温度与土壤温度),并与温度同时影响土壤水分的变化。
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S152

【参考文献】