降水和植被对红壤坡地干湿季土壤水分动态分布的影响

发布时间：2020-06-26 18:01

【摘要】：红壤坡地在我国南方广泛分布,是重要的农林生产资源。红壤坡地土壤水分因水热季节分布不均,存在明显的干湿季差异,是形成季节性干旱的重要原因。但是,人们未充分掌握红壤坡地土壤水分的干湿季动态分布规律,植被和降水对红壤坡地土壤水分的干湿季特性具有重要驱动作用,有待深入研究。本文在鄂南典型红壤缓坡地上,选择茶树、红叶石楠、无患子、油菜4个地块作为研究对象,对降雨、植被、土壤水分开展为期3年的定位高频监测,研究降雨特征及其对坡地土壤储水的影响,植被的地上部和地下部特征及其对土壤水分变化和剖面分布的影响,以及降雨和植被综合影响下的土壤水分动态变化,主要结果如下:(1)坡地土壤储水量变化与降雨量呈显著正相关,大雨(日降雨25 mm)以上级别的降雨均能有效增加坡地土壤储水量。同种降雨量等级下,降雨强度成为影响土壤水分变化的主要因素,对提升土壤含水量作用最大的降雨强度介于8~16mm/h之间。综合考虑降雨量和降雨强度的特征,将研究坡地的降雨类型划分为雨型Ⅰ(大雨量大雨强降雨)、雨型Ⅱ(中雨量中雨强降雨)、雨型Ⅲ(小-中雨量大-超大雨强降雨)和雨型Ⅳ(小雨量小雨强降雨)。从降雨场次来讲,雨型IV是研究坡地的主要降雨类型(占总降雨场次的74.5%),但是这种雨型对增加坡地土壤储水的作用最小;4种雨型增加坡地土壤储水量的作用表现为雨型Ⅰ雨型Ⅱ雨型Ⅲ雨型Ⅳ,不同降雨类型之间的坡地土壤储水量变化差异显著。(2)不同植被地块之间的水力性质存在一定差异,总体表现为茶树地块在降雨时的渗透能力(表层)和在干旱时的持水能力都更强,其次是无患子和油菜地块,红叶石楠地块最差。茶树、红叶石楠、无患子、油菜的枯落物生物量分别为23.3 g/m~2、127.8 g/m~2、22.6 g/m~2、7.5 g/m~2,最大持水率分别达到枯落物自身干重的1.94倍、2.50倍、2.21倍、2.41倍,叶面积指数分别为1.13、3.00、0~1.50(落叶期11月~次年3月为0)、0~1.20(休闲期6月~10月为0)。土壤水力性质、植被冠层及枯落物的持水能力不同,是植被地块之间土壤储水量、土壤水分动态及土壤水分剖面分布产生差异的重要原因之一。(3)植被地块之间的土壤水分剖面差异与不同植被的根系分布和根系吸水能力(根系耗水)密切相关。在根系剖面分布中,茶树根系集中在40 cm以上,油菜和无患子根系主要分布在60 cm以上,红叶石楠根系可以到达90 cm深度。红叶石楠属于深根系植被,总根长密度(RLD)峰值出现在40 cm深度,该植被地块不同深度的RLD明显高于其它植被地块的RLD。4种植被不同深度的根系耗水量与细根根长量呈正相关,根系耗水量在湿季整体表现为红叶石楠无患子油菜茶树,在干季干旱过程中表现为红叶石楠无患子茶树油菜(休闲期,有少量杂草生长)。(4)雨型(降雨量、雨强及降雨历时)、植被特征(冠层、枯枝落叶、根系)及土壤前期含水量综合影响红壤坡地土壤水分的响应深度和水文过程特征(侧向流和优先流的发生)。雨型Ⅰ、雨型Ⅱ和雨型Ⅲ都能引起不同深度土壤水分的明显响应,但雨型Ⅳ多数情况下只引起土壤表层(如20 cm深度)水分发生变化。在同种雨型下,连续降雨比次降雨更能增加坡地的土壤储水量。总体上,4种雨型都有土壤侧向流发生,其中尤其以连续降雨或土壤前期含水量较高时更容易出现土壤侧向流;植被当中除了坡位最高的茶树地块没有发生侧向流之外,其它地块都有出现。优先流现象主要出现在大雨强中,包括雨型Ⅰ和雨型Ⅲ;此外,根系通道也是优先流发生的重要条件,例如红叶石楠地块根系分布最深,可以达到90 cm深度,是所有地块中唯一在90 cm深度出现优先流的地块。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152.7
【图文】：

图 2-1 研究坡地地理位置及卫星示意图.2-1 Geographic location and atellite map of the study slope2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1月份气温 降雨量 潜在蒸发量30 年（1980~2010 年）月平均降雨量、月平均潜在蒸发量rage rainfall amount, potential evaporation and air temper

茶树地块 红叶石楠地块 无患子地块 油菜地块图 2-3 研究样地的现场土壤水分观测图Fig.2-3 Study plots and soil moisture observation开展试验坡地的植被生长状况调查（2017 年 10 月 3 日和 2018 年 4 月 25 日调查），获取了株高、胸径、行株距、植被种植面积等基础指标（表 2-1）。植被株高、胸径等利用卷尺、胸径尺等仪器进行测量，叶面积指数采用植被冠层分析仪

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本文编号：2730689