黄土高原生态建设与土壤水分响应关系研究

发布时间：2023-02-21 11:04

　　全球气候变暖加速了大气水循环,从而引起区域降水过程发生变化。大气降水既是水循环过程的关键环节之一,也是土壤水的直接来源之一。而土壤水作为连接大气降水、植物水和地下水的纽带,其时空分布是生态系统中植物生长的关键因素之一。针对黄土高原生态建设与水资源综合利用中的关键问题,在野外定位观测和采样分析的基础上,应用多学科交叉的理论与方法,结合稳定同位素示踪、“3S”’技术和粒子拉格朗日轨迹模型(HYSPLIT),研究了黄土高原大气降水同位素时空变化规律和降水氢氧同位素效应及水汽来源,通过土壤水同位素的响应关系,揭示了生态建设对流域土壤水分时空变异的影响,阐明了土壤水分同位素剖面变化规律与土壤水分运动机制,为黄土高原水资源综合利用及生态建设与修复提供科学依据。本文取得的主要研究成果如下:(1)阐明了黄土高原大气降水氢氧同位素分布特征,建立了黄土高原大气降水线方程为:δ2H=6.92δ18O+0.71。黄土高原降水δ2H和δ18O值空间分布呈现西北高,东南低的特点,但不同季节降水δ2H和δ18O值空间分布差异明显,其中,春季和冬季呈现西北低、东南高的特点,夏季和秋季趋势与之相反。黄土高原降水氢氧同位...

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 稳定同位素技术理论研究进展
        1.2.2 大气降水稳定同位素与水汽来源研究进展
        1.2.3 土壤水分理论研究进展
        1.2.4 土壤水稳定同位素应用研究进展
    1.3 研究目标和内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
    1.4 研究技术路线
    1.5 论文主要创新点
2 研究区概况与研究方法
    2.1 研究区概况
    2.2 研究方法
        2.2.1 土壤水分监测
        2.2.2 气象数据收集
        2.2.3 样品采集
        2.2.4 氢氧同位素测定
    2.3 数据来源与处理
        2.3.1 流域DEM生成
        2.3.2 数据处理方法
3 黄土高原气候因子特征
    3.1 研究方法
        3.1.1 黄土高原气候因子空间分布
        3.1.2 Mann-Kendall非参数检验
        3.1.3 小波分析
    3.2 黄土高原气候因子特征空间分布
    3.3 黄土高原气候因子变化
        3.3.1 西部区域气候因子变化
        3.3.2 北部区域气候因子变化
        3.3.3 东部区域气候因子变化
        3.3.4 东南部区域气候因子变化
        3.3.5 南部区域气候因子变化
    3.4 本章小结
4 黄土高原降水水汽来源分析
    4.1 研究方法
    4.2 降水水汽来源日轨迹
        4.2.1 西部区域降水水汽来源日轨迹
        4.2.2 北部区域降水水汽来源日轨迹
        4.2.3 东部区域降水水汽来源日轨迹
        4.2.4 南部区域降水水汽来源日轨迹
        4.2.5 东南部区域降水水汽来源日轨迹
    4.3 降水水汽来源日轨迹聚类
        4.3.1 西部区域降水水汽来源日轨迹聚类
        4.3.2 北部区域降水水汽来源日轨迹聚类
        4.3.3 东部区域降水水汽来源日轨迹聚类
        4.3.4 南部区域降水水汽来源日轨迹聚类
        4.3.5 东南部区域降水水汽来源日轨迹聚类
    4.4 本章小结
5 黄土高原降水氢氧同位素变化及分布规律
    5.1 研究方法
        5.1.1 降水氢氧同位素与氘盈余时空分布
        5.1.2 降水氢氧同位素与降水量和气温的相关关系
    5.2 大气降水线
        5.2.1 降水氢氧同位素组成特征
        5.2.2 降水d-excess值特征
        5.2.3 降水d-excess值动态变化
    5.3 降水氢氧同位素与氘盈余时空分布特征
        5.3.1 降水氢氧同位素组成时空分布
        5.3.2 降水d-excess值时空分布
    5.4 降水氢氧同位素效应
        5.4.1 降水氢氧同位素与气温的关系
        5.4.2 降水氢氧同位素与降水量的关系
    5.5 本章小结
6 生态建设流域不同降雨情形下土壤水分运移过程
    6.1 王茂沟流域不同水体氢氧同位素特征
        6.1.1 王茂沟流域降水氢氧同位素组成特征
        6.1.2 王茂沟流域地表水氢氧同位素组成特征
        6.1.3 王茂沟流域土壤水氢氧同位素组成特征
    6.2 次降雨条件下生态建设流域土壤水分运移
        6.2.1 土壤水分动态变化
        6.2.2 土壤蓄水量动态变化
        6.2.3 浅层土壤水δ²H和δ¹⁸O值动态变化
        6.2.4 深层土壤水δ²H和δ¹⁸O值动态变化
        6.2.5 土壤水分垂向运移的同位素组成分析
    6.3 连续降雨条件下生态建设流域土壤水分运移
        6.3.1 降水及土壤水δ²H和δ¹⁸O值特征
        6.3.2 浅层土壤水δ²H和δ¹⁸O值的动态变化
        6.3.3 深层土壤水δ¹⁸O值的动态变化
        6.3.4 土壤水分垂向运移的同位素组成
    6.4 本章小结
7 生态建设对流域土壤水分时空变异的影响
    7.1 王茂沟流域降水、气温变化规律
    7.2 不同土地利用土壤水分动态变化
        7.2.1 坡耕地土壤水分动态变化
        7.2.2 坝地土壤水分动态变化
        7.2.3 梯田土壤水分动态变化
        7.2.4 林地土壤水分动态变化
        7.2.5 草地土壤水分动态变化
    7.3 不同土地利用土壤水分消耗、补偿关系
        7.3.1 土壤容重变化
        7.3.2 不同土地利用类型土壤剖面水分梯度
        7.3.3 土壤水分垂直分层及变异特征
        7.3.4 垂直变化层划分
        7.3.5 土壤水分消耗与补偿分析
    7.4 土壤水资源利用策略
    7.5 本章小结
8 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3747598