水分控制下的生态水文过程研究

发布时间：2020-05-03 17:45

【摘要】：水文循环与生态过程的相互联系、相互影响是生态水文学研究的核心问题,是合理开发利用水资源和生态系统自然资源的理论基础,也是科学进行生态系统保护和修复、实现可持续发展的依据。水分是生态水文过程的主要驱动力,后者的发展多受到水分的控制。本文对水分控制下的生态水文过程进行了研究,从机理上阐述了气候变化对生态水文过程的影响。首先,论文通过数据搜集,在中国东北样带中部的科尔沁沙地对生态水文最优性理论进行了验证和应用。结果表明在合理选择参数取值的情况下,该理论适用于所选研究地区,并且分析得到理论植被盖度和观测植被盖度的差异主要受到非生长季水量平衡余项影响。应用该理论在植被盖度和植被形态特征、气候因子之间建立了定量关系。其次,论文中用降雨特征参数表述降雨量变化,定量分析了降雨特征变化对植被盖度的影响。结果表明,随着降雨总量的增大,植被盖度增大;随着降雨频率的增大,植被盖度先增大后减小;非生长季长度越长,植被盖度对非生长季水分蓄变量相关参数越敏感。论文进而分析了不同植被类型潜在蒸腾需求对植被盖度的影响,发现潜在蒸腾能力不同的植被类型对不同的降雨特征变化的适应范围存在差异。将上述植被盖度与降雨之间的量化关系代入水量平衡方程,通过归因分析,可以区分降雨变化引起水量平衡变化的直接和间接贡献。再次,论文耦合随机土壤水模型建立了土壤-植被系统水-碳-氮循环模型,从土壤水对植被养分循环的控制角度阐述了水分条件对植被生长的控制作用。通过随机过程理论和统计分析,发现土壤-植被系统各碳、氮库物质之间存在显著相关关系。降雨通过改变土壤水从而影响各碳、氮库物质含量,随着降雨增加,植被碳、氮含量、土壤总含碳量增加,土壤有机含氮量和可溶性无机含氮量减少。论文最后综合水分条件对植被盖度和土壤-植被系统养分循环控制的理论和模型,在未来气候情景下模拟了中国东北样带的主要生态水文过程变化。结果表明:(1)不考虑蒸腾潜力变化,植被盖度在未来气候情景下增加;考虑蒸腾潜力变化,植被盖度在未来气候情景下变化不大;(2)根据未来气候情景改变降雨输入条件,土壤-植被系统除土壤总含碳量外,其他各库物质含量到2070年均达到新的平衡。
【图文】：

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图 1.1 论文研究思路及主要内容本章之后，论文其他各章的主要研究内容如下：第 2 章通过收集整理典型流域相关数据，对生态水文最优植被盖度理论验证，并在流域尺度上对该理论进行了应用，进一步通过该理论定量分析了度与植被特征参数、气候因子间的关系。第 3 章对生态水文最优植被盖度理论进行简化，，建立了植被盖度降雨响，以探究降雨特征对植被盖度的影响，分析水分需求不同的植被类型对降雨适应范围。应用植被盖度降雨响应模型，通过归因分析区分了降雨变化对区平衡变化的直接贡献和间接贡献。第 4 章为考虑土壤水控制的土壤-植被系统碳-氮耦合循环研究。在理论虑生态水文最优性理论中降雨特征参数的统计特点，将降雨概化为随机过程引入随机土壤水模型，在此基础上耦合土壤水动态，构建了土壤-植被系统合循环模型。应用该模型模拟了土壤-植被系统碳-氮循环的动态特征，并分统内各物质之间的相互关系。

点分布,气象站,地理位置,高程

态环境修复需求迫切。而在满足生态植被修复需求的同时，该地区面临着水资源短缺等严峻问题，需要慎重考虑植被与水的关系问题。本章选择位于科尔沁沙地西缘的干旱半干旱西拉木伦-老哈河流域作为研究对象（图2.1），其地理覆盖范围在41°06′～44°28′N，116°36′～118°53′E，流域面积 6.22 × 104km2，覆盖了科尔沁沙地的主要核心区域，是科尔沁沙地区域内的主要河流。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X143

【参考文献】