毛乌素沙地东北缘土壤水分动态及深层渗漏特征

发布时间：2017-06-19 08:04

  本文关键词：毛乌素沙地东北缘土壤水分动态及深层渗漏特征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水分是沙区植被建设极为重要的生态限制因素,沙区水分主要以土壤水形式存在,土壤水是地表水、地下水、大气水之间相互转化的纽带,在水资源形成、转化及消耗过程中起着重要作用。降雨入渗补给是沙区土壤水主要补给来源,而深层土壤水分入渗是大气降水转化为地下水的关键环节,对地下水资源的形成具有重要作用。因此,系统分析不同类型沙地土壤水分动态及深层渗漏特征对丰富沙区生态-水文过程研究、指导沙区植被建设、评价固沙植被稳定性、评估沙区水资源等均具有十分重要的科学意义。本文以毛乌素沙地流动沙地、半固定沙地(油蒿)、固定沙地(油蒿、沙柳、樟子松)为研究对象,采用AV-3665R型雨量传感器、ECH2O-5土壤水分传感器、土壤深层水量渗漏测试记录仪同步监测不同类型沙地2013~2014年降雨、0~200cm层土壤体积含水量、200cm以下渗漏量,结合气象、降雨截留、表层土壤含水量测定,系统分析了不同类型沙地土壤水分动态、深层渗漏特征及对土壤水的补给,估算了不同类型沙地水量平衡关系。本研究得出的主要结果与结论如下:(1)固沙植被建立后改变了沙地土壤物理性质、降雨截留特征。不同类型沙地降雨截留量为固定沙地半固定沙地;估算结果为2013年(405.6mm降雨)油蒿半固定、油蒿固定、沙柳固定、樟子松固定沙地截留量分别为13.3mm、23.4mm、26.7mm、34.0mm;2014年(322.2mm降雨)为16.9mm、29.2mm、33.9mm、42.6mm。(2)表层为降雨、蒸发过程影响剧烈层。0~10cm土壤体积含水量均表现出降雨后第1天迅速降低,之后下降趋缓;其中油蒿固定、樟子松固定沙地降雨后水分下降趋势比流动、油蒿半固定、沙柳固定沙地缓慢、且水分含量较高。表层土壤含水量与降雨量、相对湿度呈极显著正相关(P0.01),但拟合方程在预测表层土壤水分时效果很差。不同类型沙地表层土壤蒸发过程基本一致,7月蒸发力最强,也为降雨后第1天蒸发量最大,且0~5cm层蒸发量高于5~10cm层;其中0~5cm层日最大蒸发量为流动沙地(2.95mm);5~10cm层日最大蒸发量为油蒿半固定沙地(1.45mm)。(3)降雨对不同类型沙地0~200cm层土壤水分均产生了显著影响(P0.01)。其中10cm、30cm、60cm土壤水分受降雨影响大,90cm以下土层仅受较大降雨或较集中小降雨事件影响,降雨波动次数总体上为流动沙地半固定沙地固定沙地;且流动沙地0~200cm层,半固定沙地0~90cm层,固定沙地0~60cm层为降雨影响较强变化层。同时,10cm、30cm月平均土壤体积含水量为樟子松固定沙地最大,60~200cm层则为流动沙地最大,表明固沙植被的建立改变了降雨后土壤中的水分再分配过程,且降雨强度、降雨量、降雨频度等均是影响土壤水分对降雨的响应因素。(4)相同降雨条件下,总体上表现出流动沙地入渗时间短所需降雨量低的特征,其中表层0~30cm土壤水分较低时,单场53.8mm(历时71h)降雨15天内入渗深度可达流动、沙柳固定、樟子松固定沙地200cm以下,所需时间分别为306h、310h、335h,但不能入渗到油蒿固定沙地150cm以下。表层0~30cm土壤水分较高时,单场88.6mm(历时63h)降雨15天内入渗深度可达流动、油蒿半固定、油蒿固定、沙柳固定、樟子松固定沙地200cm以下,所需时间分别为57h、69h、133h、70h、86h。(5)相同降雨条件下,流动沙地200cm以下渗漏量最大,其中2013年渗漏量144.2mm、2014年40.3mm,分别占同期降雨的35.5%、11.0%;油蒿半固定沙地次之,固定沙地几乎没有渗漏,可忽略不计。降雨对深层渗漏的补给具有滞后性和延时性,流动沙地渗漏补给日数、日最大渗漏量、日均渗漏量最大,油蒿半固定沙地次之,固定沙地几乎没有渗漏补给。降雨格局是影响流动沙地深层渗漏量的主要因素,其中15mm降雨对流动沙地深层渗漏有显著补给作用;半固定沙地深层渗漏影响因素受降雨格局、植被覆盖双重影响;而对于固定沙地来说,植被覆盖的影响占主导因素。(6)常规降雨年份降雨能够维持流动沙地、半固定沙地、固定沙地水量平衡,且对土壤水均有一定补给作用。405.6mm降雨下补给量分别为181.6mm、69.3mm、34.5mm、24.8mm、13.9mm。2014年322.2mm降雨仅能够维持流动、油蒿半固定、沙柳固定、樟子松固定沙地水量平衡,但对于覆盖度70%的油蒿固定沙地来说,降雨不能够满足其蒸散消耗,需由土壤中已有蓄存水提供补充,水分亏缺22.4mm。
【关键词】：毛乌素沙地东北缘 土壤体积含水量 水分动态 深层渗漏 水量平衡
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S152.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 绪论17-33
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 研究目的与意义18-19
• 1.3 国内外研究现状19-29
• 1.3.1 沙区土壤水分研究现状19-22
• 1.3.2 沙区降雨入渗特征研究现状22-24
• 1.3.3 沙区土壤实际蒸发量研究24-26
• 1.3.4 沙区土壤水分深层渗漏研究现状26-27
• 1.3.5 固沙植被水量平衡27-29
• 1.4 存在的主要问题29-30
• 1.5 本研究拟解决的关键问题30-31
• 1.6 研究内容与技术路线31-33
• 1.6.1 研究内容31-32
• 1.6.2 技术路线32-33
• 第二章 研究区概况与研究方法33-43
• 2.1 研究区自然概况33-34
• 2.1.1 地理位置33
• 2.1.2 地形地貌33-34
• 2.1.3 气候与水文34
• 2.1.4 土壤与植被34
• 2.2 研究区社会经济概况34-35
• 2.3 样地选择与调查35-36
• 2.4 土壤物理性质测定36-37
• 2.4.1 土壤样品采集方法36
• 2.4.2 指标测定方法36-37
• 2.5 气象数据监测与降雨截留测定37-38
• 2.5.1 气象数据监测37
• 2.5.2 降雨截留37-38
• 2.6 表层土壤水分动态测定38-39
• 2.7 土壤体积含水量及渗漏水量动态监测39-41
• 2.7.1 监测仪器布设39-40
• 2.7.2 数据获取与校正40-41
• 2.8 数据处理与统计41-43
• 第三章 土壤物理性质、气象特征及降雨截留估算43-57
• 3.1 不同类型沙地土壤物理性质43-49
• 3.1.1 土壤容重与机械组成43-47
• 3.1.2 土壤水分特征曲线47-48
• 3.1.3 土壤持水量48-49
• 3.2 试验样地气象特征49-53
• 3.2.1 降雨特征49-50
• 3.2.2 风速风向50-51
• 3.2.3 温度与相对湿度51-52
• 3.2.4 太阳辐射52-53
• 3.3 不同类型沙地降雨截留量53-55
• 3.3.1 降雨量与截留量的关系53-54
• 3.3.2 不同类型沙地降雨截留量估算54-55
• 3.4 小结55-57
• 第四章 不同类型沙地表层土壤水分动态及蒸发模拟57-70
• 4.1 不同类型沙地表层土壤水分变化57-61
• 4.1.1 土壤 0～5cm层水分变化57-59
• 4.1.2 土壤 5～10cm层水分变化59-61
• 4.2 表层土壤水分与气象因子相关性分析61-65
• 4.2.1 土壤 0～5cm层61-62
• 4.2.2 土壤 5～10cm层62-63
• 4.2.3 气象因子各指标相关性分析63
• 4.2.4 土壤水分与气象因子回归分析63-65
• 4.3 不同类型沙地表层土壤水分蒸发模拟65-68
• 4.3.1 土壤 0～5cm层水分蒸发过程65-67
• 4.3.2 土壤 5～10cm层水分蒸发过程67-68
• 4.4 小结68-70
• 第五章 不同类型沙地土壤水分动态及其对降雨的响应70-96
• 5.1 不同类型沙地土壤水分对降雨的动态响应70-83
• 5.1.1 土壤水分日动态响应70-80
• 5.1.2 土壤水分月动态特征80-83
• 5.2 冻融作用下不同类型沙地土壤水分动态变化83-84
• 5.3 不同类型沙地典型降雨后土壤水分入渗特征84-91
• 5.3.1 典型降雨前土壤初始含水量84-85
• 5.3.2 不同类型沙地典型降雨后湿润锋变化85-90
• 5.3.3 不同类型沙地典型降雨后达到的最大值90-91
• 5.4 降雨对 0～200cm层土壤水分的补给作用91-94
• 5.4.1 土壤 0～200cm层蓄水量动态91-92
• 5.4.2 降雨对 0～200cm层土壤水分的补给92-94
• 5.5 小结94-96
• 第六章 不同类型沙地土壤水分深层渗漏量及动态特征96-103
• 6.1 不同类型沙地深层渗漏量时间分布特征96-99
• 6.1.1 不同类型沙地深层渗漏量96-97
• 6.1.2 深层渗漏量时间分布特征97-99
• 6.2 降雨格局与深层渗漏过程及渗漏量的关系99-101
• 6.2.1 降雨格局与深层渗漏的关系99
• 6.2.2 不同降雨条件下水分深层渗漏过程99-101
• 6.3 降雨对 200cm以下土壤水分的补给作用101-102
• 6.4 小结102-103
• 第七章 不同类型沙地水量平衡初步估算103-107
• 7.1 不同类型沙地水量平衡初步估算103-105
• 7.2 不同类型沙地土壤水转化比例估算105-106
• 7.3 小结106-107
• 第八章 结论与讨论107-112
• 8.1 讨论107-109
• 8.2 结论109-110
• 8.3 研究展望110-112
• 参考文献112-125
• 在读期间的学术研究125-127
• 致谢127-128

【共引文献】

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