黄土丘陵区不同覆盖下的干化土壤水分恢复试验研究

发布时间：2017-04-17 07:18

  本文关键词：黄土丘陵区不同覆盖下的干化土壤水分恢复试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：陕北黄土丘陵地区气候干旱,降水稀少,人工植被对土壤水分过度消耗,导致了该地区土壤水分生态环境的恶化,出现永久性土壤干层现象。土壤干层恢复研究是近些年来的热点问题,也是林学、生态学、土壤水文学、水土保持学、农学等多学科关心的热点,研究干化土壤的修复对黄土高原农林业生产和生态环境建设具有重要的理论和实际意义。本研究在陕北米脂县远志山布设10 m深大型土柱来模拟当地的干化土壤,土柱表层分别进行了石子、碎树枝、薄膜、生草4种覆盖以及无覆盖(清耕)处理,采用中子管对土壤水分进行连续定期观测。在两年观测数据的基础上分析不同覆盖处理下土壤水分时空变化特征,描述干化土壤的恢复情况,并尝试应用HYDRUS-1D模型分析预测几种覆盖处理下的土壤水分恢复动态趋势以及恢复年限。主要得到如下结果:(1)以清耕处理为例,分析发现土壤水分在不同时间尺度(月、季、年)下的垂直迁移规律具有一致性,即水分在土壤中的垂直迁移具有较强的滞后性。降水不会很快补给到深层土壤,而是在较长的时间内持续补给,后续降水会推动前次降水入渗的湿润锋不断地下移。(2)通过比较分析不同覆盖措施下的干化土壤水分恢复情况发现,2014年5月-2015年10月,清耕、生草、石子、树枝以及薄膜处理下的土壤水分最大恢复深度分别为280cm、200cm、460cm、360cm和680cm;各处理干化土壤水分的恢复能力为薄膜覆盖石子覆盖树枝覆盖清耕处理生草处理。其中,清耕、石子、树枝以及薄膜处理下降水利用率分别为17.9%、36.1%、28.0%、94.3%。(3)生草覆盖中,植被虽然因有冠层的郁闭可以减少土壤水分的蒸发,同时也会因为自身生长需要消耗大量水分造成土壤水分恢复困难。在2014年降水较充沛的条件下,生草覆盖土壤水分最大恢复至200cm深度,0-200cm土层平均含水量由8.07%上升至10.62%;在2015年干旱条件下,0-200cm土层平均含水量降低至7.89%,土壤干化现象加重。在生长期(2014.5-2014.12)生草覆盖下土壤储水量较清耕处理少84.9mm,在非生长期(2014.12-2015.5)活草干枯死亡,两处理间土壤储水量差值降至69.1mm,即干草覆盖抑制蒸发量为15.8mm,说明生草覆盖对抑制土壤表面蒸发起到了一定的作用,但相较于其生长期消耗的土壤水分来说是十分微弱的。(4)本文选用HYDRUS-1D模型模拟不同条件下土柱内土壤水分运动和分布特征。验证结果为清耕、石子、树枝以及薄膜覆盖下土壤剖面湿度模拟值与实测值之间的决定系数R2都在0.9以上,均方根误差RMSE均在0.01cm3/cm3以下,相对误差小于3%。表明HYDRUS-1D模型适用于清耕及覆盖条件土壤水分运移过程的分析,并能在较长时间内较精确地反应出土柱内土壤水分变化趋势。选用具有代表性的2006年(平水年),模拟平水年不同覆盖下土壤水分的恢复程度,得到经过一个平水年周期,清耕、石子、树枝、薄膜覆盖入渗深度分别为220cm、340cm、280cm和620cm;土壤储水量增量分别为:72.3mm、139.2mm、116.2mm和417.0mm。研究区12龄枣林土壤干层形成部位为0-600cm,在连续平水年的条件下,利用不同的地表覆盖措施使枣林0-600cm干化土壤水分完全恢复,分别需要7.9a、4.1a、5.0a和1.3a。
【关键词】：土壤干层 水分恢复 覆盖 Hydrus-1D模型
【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】：S152.7
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 国内外研究进展14-20
• 1.2.1 土壤干层研究进展14-16
• 1.2.1.1 土壤干层的定义及分布特征14-15
• 1.2.1.2 土壤干层水分恢复15-16
• 1.2.2 地表覆盖16-18
• 1.2.2.1 地膜覆盖对土壤水分动态变化的影响研究16
• 1.2.2.2 秸秆和树枝覆盖对土壤水分动态变化的影响研究16-17
• 1.2.2.3 石子砂砾覆盖对土壤水分动态变化的影响研究17
• 1.2.2.4 生草覆盖对土壤水分动态变化的影响研究17-18
• 1.2.3 Hydrus模型18-20
• 1.2.3.1 Hydrus模型与土壤水分动态研究18-19
• 1.2.3.2 土壤水分运动参数的确定方法19-20
• 1.3 现有研究存在的问题20-21
• 第二章 研究方法与内容21-26
• 2.1 研究区概况21
• 2.2 试验设计21-23
• 2.3 研究内容23
• 2.3.1 不同时间尺度上的土壤水分迁移规律23
• 2.3.2 不同覆盖处理干化土壤水分恢复能力23
• 2.3.3 基于Hydrus-1D模型模拟不同覆盖处理下土壤水分变化23
• 2.4 研究方法23-25
• 2.4.1 气象数据采集23
• 2.4.2 土壤水分测定23-24
• 2.4.3 土壤累积入渗量测定24
• 2.4.4 土壤物理指标获取24-25
• 2.5 技术路线25-26
• 第三章 不同时间尺度上的土壤水分迁移规律26-32
• 3.1 月尺度上的土壤水分迁移26-28
• 3.2 季节尺度上的土壤水分迁移28-29
• 3.3 年尺度上的土壤水分迁移29-30
• 3.4 小结30-32
• 第四章 不同覆盖下的干化土壤水分恢复能力32-41
• 4.1 土壤水分恢复程度分析方法32
• 4.2 土壤水分恢复最大深度32-35
• 4.3 不同覆盖措施下土壤水分恢复度35-36
• 4.4 不同覆盖处理的降水利用率36-38
• 4.5 生草覆盖水分恢复能力38-39
• 4.6 小结39-41
• 第五章 Hydrus-1D模型参数敏感性分析及验证41-52
• 5.1 模型概化41-42
• 5.1.1 土壤水分运动基本方程41
• 5.1.2 土壤水分运动参数41-42
• 5.1.3 蒸散发计算42
• 5.1.4 模型初始和边界条件42
• 5.2 参数敏感性分析42-47
• 5.2.1 分析方法42-43
• 5.2.2. 参数扰动对垂直湿润距离Rz的影响43-44
• 5.2.3 参数扰动对累积入渗量I和吸渗时间S的影响44-46
• 5.2.4 参数对土壤含水量 θ 的敏感性程度46-47
• 5.3 模型的验证47-51
• 5.3.1 模拟效果评价指标47
• 5.3.2 参数率定47-48
• 5.3.3 不同覆盖模型模拟效果48-51
• 5.4 小结51-52
• 第六章 基于Hydrus-1D模型的覆盖处理下干化土壤水分状况及恢复年限52-60
• 6.1 不同覆盖下土壤水分动态模拟52-54
• 6.2 研究区15年降水变化54
• 6.3 平水年土壤水分恢复模拟54-58
• 6.4 小结58-60
• 第七章 结论及需要进一步研究的问题60-63
• 7.1 主要结论60-61
• 7.2 主要创新点61
• 7.3 需要进一步研究的问题61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 作者简介70
• 攻读硕士学位期间已发表或待发表的文章70
• 参与科研项目70-71
• 西北农林科技大学学历教育硕士学位授予信息表71

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭万杰;郭异礁;;虎峰镇土壤水分的动态及其随机模拟[J];安徽农业科学;2009年06期

2 杨涛;宫辉力;李小娟;赵文吉;孟丹;;土壤水分遥感监测研究进展[J];生态学报;2010年22期

3 徐联;申俊初;翟英涛;;影响土壤水分观测精确度的原因及观测注意事项探讨[J];贵州气象;2011年04期

4 高建华;胡振华;;土壤水分基础理论及其应用研究进展[J];亚热带水土保持;2011年03期

5 王安琪;施建成;宫辉力;解超;;降尺度土壤水分信息与植被生长参量的时空关系[J];农业工程学报;2012年S1期

6 胡伟;熊凌云;熊雄;胡新华;;自动土壤水分数据质量控制中的阈值确定[J];气象水文海洋仪器;2012年03期

7 陆枫;胡志洪;胡毅恒;;土壤水分测定方法研究[J];企业导报;2012年23期

8 黄文杰;吕军;翟伶俐;魏晓奕;朱宝;;人工与自动土壤水分观测资料差异探讨[J];中国农学通报;2013年14期

9 冯兆林;陈玲爱;;华北地区土壤水分问题——Ⅰ.土壤水的扩散机制及水在剖面中运动的限制[J];土壤学报;1958年01期

10 花临亭;;辽西砂荒地带土壤水分演变趋势与土地利用问题[J];辽宁农业科学;1963年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王新;;农气报表土壤水分记录审核软件[A];山东气象学会2005年学术交流会优秀论文集[C];2005年

2 薛龙琴;冶林茂;陈海波;;河南省自动土壤水分观测网的建设和应用[A];第26届中国气象学会年会第三届气象综合探测技术研讨会分会场论文集[C];2009年

3 薛龙琴;冶林茂;陈海波;师丽魁;;河南省自动土壤水分资料与人工观测资料对比分析[A];第27届中国气象学会年会现代农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2010年

4 除多;次仁多吉;边巴次仁;王彩云;;西藏中部土壤水分遥感监测方法研究[A];第27届中国气象学会年会干旱半干旱区地气相互作用分会场论文集[C];2010年

5 姚付启;蔡焕杰;张振华;;烟台苹果园表层土壤水分与深层土壤水分转换关系研究[A];现代节水高效农业与生态灌区建设（下）[C];2010年

6 石庆兰;王一鸣;冯磊;;土壤水分测量中相位差检测算法的实验与研究[A];中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年会论文摘要[C];2010年

7 巫丽君;潘建梅;魏爱明;王秀琴;;自动土壤水分观测数据异常原因浅析[A];“推进气象科技创新，提高防灾减灾和应对气候变化能力”——江苏省气象学会第七届学术交流会论文集[C];2011年

8 杨海鹰;冶林茂;陈海波;;土壤水分研究进展[A];第28届中国气象学会年会——S11气象与现代农业[C];2011年

9 黄奕龙;傅伯杰;陈利顶;;黄土丘陵坡地土壤水分时空变化特征[A];地理教育与学科发展——中国地理学会2002年学术年会论文摘要集[C];2002年

10 陈怀亮;徐祥德;刘玉洁;厉王f;邹春辉;翁永辉;;基于遥感和区域气候模式的土壤水分预报方法研究[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集（上册）[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 班胜林;山西引进新型土壤水分观测仪[N];中国气象报;2010年

2 记者 王量迪 通讯员 陈瑜;我市建成两个自动土壤水分观测站[N];宁波日报;2010年

3 王一;土壤水分快速测量技术获突破[N];科技日报;2003年

4 记者 宛霞　通讯员 赵志强;中国气象局将加强土壤水分观测[N];中国气象报;2009年

5 记者 王建忠;我国将布设1500套自动土壤水分观测仪[N];中国气象报;2009年

6 记者 田宜龙;我省建成55个土壤水分自动观测站[N];河南日报;2009年

7 实习记者 王宝军　通讯员 赵志强;全国建成７６个自动土壤水分观测站[N];中国气象报;2009年

8 张芳　仲维健;江苏启动土壤水分自动观测网建设[N];中国气象报;2009年

9 记者 刘剑英;我省首个自动土壤水分观测站大名投用[N];河北日报;2009年

10 邢开成 胡佳军;河北邯郸首个自动土壤水分观测站投入使用[N];粮油市场报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王安琪;大尺度被动微波辐射计土壤水分降尺度方法研究[D];首都师范大学;2013年

2 魏新光;黄土丘陵半干旱区山地枣树蒸腾规律及其节水调控策略[D];西北农林科技大学;2015年

3 刘丙霞;黄土区典型灌草植被土壤水分时空分布及其植被承载力研究[D];中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）;2015年

4 杨长刚;半干旱雨养区覆盖种植冬麦田土壤水热效应[D];甘肃农业大学;2015年

5 王改改;丘陵山地土壤水分时空变化及其模拟[D];西南大学;2009年

6 刘伟;植被覆盖地表极化雷达土壤水分反演与应用研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2005年

7 杨开宝;黄土丘陵区不同农业技术措施的土壤水分效应研究[D];西北农林科技大学;2010年

8 赵燕东;土壤水分快速测量方法及其应用技术研究[D];中国农业大学;2002年

9 吴元芝;黄土区土壤水分对典型植物有效性的研究[D];中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）;2010年

10 韩桂红;干旱区盐渍地极化雷达土壤水分反演研究[D];新疆大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵忠凯;土壤水分监控保障系统研究[D];北京邮电大学;2012年

2 苏欢;河南省土壤水分的时空变化特征及其与气象要素的关系[D];南京信息工程大学;2015年

3 丁从慧;土壤水分对夏玉米生理生态特征的影响及动态模拟研究[D];南京信息工程大学;2015年

4 张洛丹;不同植被类型对陡坡地土壤水分循环的影响[D];西北农林科技大学;2015年

5 白盛元;黄土土柱降雨特征与土壤水分入渗过程研究[D];西北农林科技大学;2015年

6 李佳洲;土壤水分对三七生长及有效成分的影响[D];西北农林科技大学;2015年

7 张雪;牧草根系形态特征及土壤水分对修剪高度的响应研究[D];西北农林科技大学;2015年

8 王金锋;不同覆盖方式对渭北苹果园土壤水分、温度及产量品质的影响[D];西北农林科技大学;2015年

9 苏一鸣;黄土高原旱地苹果园起垄覆膜垄沟覆草技术研究[D];西北农林科技大学;2015年

10 上官玉铎;负水头条件下土壤水分入渗和氮素分布规律研究[D];中国农业科学院;2015年

  本文关键词：黄土丘陵区不同覆盖下的干化土壤水分恢复试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：312715