黄土关键带深剖面土壤水分时空分布特征与Hydrus模型模拟

发布时间：2020-11-09 14:35

　　 黄土关键带是典型的环境敏感区和生态脆弱区,生态建设和植被恢复对黄土关键带的服务功能尤为重要。深入研究黄土关键带深层土壤水分空间分布规律、动态变化及可行的深层土壤水分预测方法,对黄土关键带土壤水分研究和植被生态建设意义重大。本文分别在位于半湿润气候区的长武王东沟小流域选择2个不同土地利用方式下18 m深剖面,在位于半干旱气候区的神木六道沟小流域选择4个不同土地利用方式下21 m深剖面,结合野外采样、原位观测、室内分析和Hydrus模型模拟方法进行研究。主要结论为:⑴0~2 m为黄土关键带土壤水分相对活跃区。0~2 m内,不同剖面中随深度增加土壤水分呈先增后减的趋势,同一剖面内该范围土壤水分变动最大;2 m以下,不同土壤剖面内不同层位的土壤水分分布差异较大且无明显规律性,同一剖面内,不同层位土壤水分的空间分布随时间变动较小,具有时间稳定性。两个小流域内,种植深根系植物土壤剖面的平均含水量、最小含水量均小于种植浅根系植物的土壤剖面。在不同气候区,相同深度范围内,土壤水分变异系数差异不大。⑵土壤水分时空动态在浅层(0~2 m)受植被、降水等气候因子、土壤颗粒组成的影响,在深层(2 m)受植被、土壤颗粒组成影响。具体为:降水等气候因子对浅层土壤水分动态及分布影响显著,而对深层影响较小。植被根系吸水作用在浅层增大土壤水分动态变化,该现象在半干旱气候区种植浅根系植物的剖面显著,在半湿润气候区与半干旱气候区种植深根系植物的剖面不显著。在深层,植被根系与土壤颗粒组成共同影响土壤水分动态。土壤颗粒组成对浅层土壤含水量的影响在半干旱气候区显著而在半湿润气候区不显著,土壤颗粒组成对浅层土壤水分动态变化的影响在半干旱气候区种植浅根系植被的剖面显著,而在半湿润气候区和半干旱气候区种植深根系植物的剖面不显著。土壤颗粒组成在深层对土壤水分的分布及动态变化影响都较为显著,当有深根系存在时,两种因素共同作用于土壤水分时空分布及动态变化。⑶土壤水分的时间稳定性特征可用于快速预测某一区域土壤水分的平均状况。王东沟小流域小麦地和苹果地代表性土层深度分别为9 m和13.6 m;六道沟小流域内长芒草地、苜蓿地、大豆地和柠条地的代表性土层深度分别为4.4 m、2.6 m、6.8 m和17.6 m。两个小流域内,浅层土壤水分时间稳定性均弱于深层。⑷校正期和验证期内,模型在王东沟和六道沟小流域模拟结果的相对误差、均方根误差、决定系数都在可接受范围内。Hydrus-1D模型可以用于长时间尺度下,深剖面土壤水分的空间分布及动态变化的模拟。⑸Hydrus-1D模型的模拟精度在时间上:初期优于后期,随模拟周期增长,精度呈下降趋势;在空间上:深层模拟精度高于浅层,土壤质地变化少的土层精度高于变化多的土层。植被根系分布与生长、降水等气候因子、土壤质地是影响模拟精度的主要外界因素,土壤分层的精细程度是影响模拟准确度的内部因素之一。当模拟期较长,模拟深度较大时,需定期使用实测根系数据及土壤水分数据校正模型。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S152.7
【部分图文】：

第二章 研究区概况第二章 研究区概况2.1 研究区概况本研究选择黄土关键带中位于半湿润气候区的长武王东沟小流域及位于半干旱气候区的神木六道沟小流域作为研究区，两个研究区的地理位置如图 2.1 所示。

降水主要集中在 7-9 月且占全年降水量的 70%。年均无霜期约 194 天，干旱指数1.71，同时塬区地下水位埋深 50~80 m，地下水无法通过毛细作用向上运动，供给作物生长[91]。研究区无灌溉条件，属于典型的旱作雨养农业区。研究区地带性土壤主要包括黑垆土、黄绵土和红土。长武王东沟流域两个不同土地利用方式下土壤剖面的颗粒组成统计信息如表 2.1 所示。表 2.1 长武小流域土壤颗粒组成颗粒类型 利用方式 样本数量 最大值（%） 最小值（%） 平均值（%）粉粒含量苹果地 55 67.62 55.88 61.77小麦地 55 66.55 55.19 61.96粘粒含量苹果地 55 36.75 25.76 30.92小麦地 55 37.96 25.54 31.29砂粒含量苹果地 55 12.50 1.17 7.31小麦地 55 12.51 1.96 6.75采用美国制土壤分级标准划分后的王东沟小流域小麦地和苹果地土壤颗粒组成及类型如图 2.2（1）、（2）所示。

142.2 研究方法本研究主要通过野外原位采样及试验、室内样品分析及测试、数据模拟及分析相结合的方法，探究黄土高原不同气候区及不同土地利用条件下，深剖面土壤水分的空间分布及动态变化规律，揭示影响深剖面土壤水分时空变异性的因素，并结合 Hydrus-1D 模型模拟的手段，探究通过模型模拟深剖面土壤水分的可行性。本研究具体实验实施方法如下：2.2.1 扰动土壤样品在两个研究区当地带表性植被作为采样地：长武王东沟流域选取坡度和坡向
【参考文献】

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本文编号：2876568