青藏高原多年冻土区热融湖塘对土壤水文过程的影响

发布时间：2017-04-03 20:15

  本文关键词：青藏高原多年冻土区热融湖塘对土壤水文过程的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：青藏高原是全球典型的生态环境脆弱区,随着气候转暖和人类活动日益增强,其多年冻土正处在加速退化的状态,主要表现在活动层厚度增加,厚层地下冰融化等,使热融湖塘成为多年冻土区主要的冻融灾害之一。热融湖塘形成和发展,以水热传输的方式影响着周围土体,不仅造成湖岸坍塌后退,冻融侵蚀加剧,且改变了湖岸土壤水文过程,进而影响着区域水文循环。本论文以可可西里典型湖塘为研究对象,通过分析不同影响迹地土壤理化性质及水文特性,并结合分形理论,探讨了土壤理化性质、植被变化对水文特性的影响。主要结论如下：(1)热融湖塘影响下高寒草甸、高寒草原土壤水分变化明显,在土壤完全冻结阶段,活动层的下部高寒草原能够比高寒草甸保持更多的土壤水分,且其表层土壤融化日较高寒草甸提前9天左右,但活动层中下部均滞后；完全融化阶段,高寒草甸土壤50 cm左右深度有相对低含水层分布,但高寒草原土壤水分随深度的增加逐渐增大；在秋季冻结过程中,高寒草甸土冻结起始日滞后于高寒草原土3～15天,在春季融化阶段,高寒草原土更高的含冰量需要更多的融化潜热。(2)热融湖塘影响着周围土壤水分、容重、粒度分布等的变化。随着影响程度的加剧,0～10 cm土壤容重增加,黏、粉粒含量逐渐降低,而砂粒含量逐渐增多,10～20 cm处重度迹地与极重度迹地的土壤容重较大,粒度分级变化不明显,20～30 cm深土壤容重及粒度组成随着影响程度的变化趋势与0～10 cm处相似：盐渍地与湖岸死根区的形成使土壤容重增加,达到1.5g/cm3左右。盐渍地由于强烈的蒸散发作用使土壤水分含量低于未影响区域,其中0～5 cm土壤水分仅为未影响区域的38.9%,湖岸死根区土壤水分含量较大,含量介于25.6%～29.7%其含量随着深度增加而逐渐增大。土壤粒度差异性主要集中在50～200μm间,此区间的粒度含量表现为盐渍地湖岸死根区未影响区域；高寒草甸土壤相比于高寒草原土壤,黏粒、粉粒含量较大,而砂粒含量较小,容重的差异性主要体现在表层0-5 cm。(3)热融湖塘的形成改变了土壤初始入渗速率,稳定入渗速率和累积入渗其中初始入渗速率空间变异性较强,但均在中度影响迹地达到最小,与土过程有着直接的关系。土壤稳定入渗速率在表层随着影响程度的加剧而逐渐增大,10 cm、20cm处均呈现明显的二次多项式分布,土壤颗粒组成与植被根系分布的变化是稳定入渗速率的空间变异性的最主要因素；不同迹地81min土壤累积入渗量呈较大的差异,其值介于130.82～210.18 mm,随着影响程度的加剧,表层土壤累积入渗量有增大趋势,10 cm与20 cm变化趋势相似,均为先减小后增加。累积入渗量与稳定入渗速率相关性达到0.872(p0.01),且与表征土壤质地的颗粒分布组成之间的相关性明显,表明热融湖塘影响迹地土壤入渗能力主要受到土壤质地的影响。对比分析Kostiakov、Horton、Green-Ampt和通用经验模型对热融湖塘影响区土壤入渗过程的模拟,结果表明Horton模型适用于研究该区域土壤入渗过程的变化。(4)土壤饱和导水率作为表征土壤饱和水流运动能力的重要参数,以未影响区域土壤饱和导水率为标准(110.88 cm/d),土壤导水能力在离湖岸最近的死根区增强了70%,在盐渍地减少了33.8%；不同坡度土壤饱和导水率的变化较为明显,20°坡明显强于10°坡,在坡中位置处差异较为明显；植被盖度与土壤理化性质是土壤饱和导水率变化的两大重要因子,其中有机质含量对土壤饱和导水率的影响作用极其显著,有机质含量的增加使土壤导水性降低；运用VAUCLIN、 ROSETTA、CAMPBELL三个土壤转换函数对研究区域土壤饱和导水率进行预测,VAUCLIN的预测效果较好。(5)通过研究不用影响迹地土壤水分特征曲线的差异性,分析土壤持水特性与供水特性的变化。结果表明：不同影响迹地土壤水分特征曲线用Gardner等提出的幂函数方程θ=aS-b模拟效果较好。随着影响程度的加剧,土壤的持水能力逐渐降低,供水能力也降低,未影响迹地与轻度影响迹地土壤在低吸力段下的可供水性明显强于其它影响迹地。(6)综合分析土壤理化性质与水文特性,并结合分形理论,结果表明高寒生态系统的水循环与水源涵养能力受到热融湖塘形成发育的影响,使得土壤导水性增强而持水性能逐渐降低,导致高寒草甸土壤环境趋于暖干化,其加剧了长江源多年冻土区土壤沙化趋势。热融湖塘的形成改变了水文过程,高寒土壤水文过程的变化是流域水文学及生态系统稳定性研究的关键问题。
【关键词】：热融湖塘 水文过程 土壤 多年冻土区
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S152;P642.14
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 选题背景11-13
• 1.2 国内外研究进展13-15
• 1.2.1 热融湖塘的形成及演化过程13-14
• 1.2.2 多年冻土区热融湖塘的热效应研究14
• 1.2.3 热融湖塘对温室气体的贡献14-15
• 1.2.4 热融湖塘与土壤-生态环境之间的关系15
• 1.3 主要研究内容及技术路线15-18
• 第二章 材料与方法18-30
• 2.1 研究区区域概况18-23
• 2.1.1 地理位置18-19
• 2.1.2 区域气象特征19-20
• 2.1.3 地形地貌特征20
• 2.1.4 植被土壤特征20-22
• 2.1.5 冻土分布特征22-23
• 2.1.6 热融湖塘分布特征23
• 2.2 野外试验及室内分析23-27
• 2.2.1 研究样地的选取及概况23-25
• 2.2.2 土壤取样及室内分析25-26
• 2.2.3 土壤饱和导水率的测定26
• 2.2.4 土壤入渗过程的测量26-27
• 2.2.5 土壤水分特征曲线27
• 2.3 模型方法27-30
• 2.3.1 土壤颗粒分形维数模型27-28
• 2.3.2 土壤转换函数28
• 2.3.3 土壤入渗过程的模拟分析28-30
• 第三章 热融湖塘对土壤理化性质的影响30-41
• 3.1 土壤物理性质的变化30-37
• 3.1.1 年内土壤水分变化30-33
• 3.1.2 土壤容重、含水量及粒度变化33-37
• 3.2 土壤化学性质的变化37-39
• 3.3 小结39-41
• 第四章 热融湖塘对土壤水文特性的影响41-61
• 4.1 土壤入渗过程的变化41-50
• 4.1.1 不同影响迹地土壤初始入渗速率的变化43-44
• 4.1.2 不同影响迹地土壤稳定入渗速率的变化44-45
• 4.1.3 不同影响迹地累积入渗量的变化45-48
• 4.1.4 土壤入渗过程的模拟分析48-50
• 4.2 土壤饱和导水率的变化50-55
• 4.2.1 土壤饱和导水率与基质势的变化50-51
• 4.2.2 不同坡度、坡位饱和导水率的变化51-53
• 4.2.3 植被盖度与饱和导水率的关系53
• 4.2.4 土壤饱和导水率影响因素分析53-54
• 4.2.5 PTFs对土壤饱和导水率的预测54-55
• 4.3 土壤水文特征曲线的变化55-59
• 4.3.1 持水性58
• 4.3.2 供水性58-59
• 4.4 小结59-61
• 第五章 热融湖塘的形成对土壤沙化过程的影响61-66
• 5.1 热融湖塘不同影响程度下土壤颗粒分形维数的变化61-63
• 5.2 土壤水分、导水性能变化对土壤沙化的影响63-64
• 5.3 小结64-66
• 第六章 结论与展望66-69
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-75
• 在学期间的研究成果75-76
• 致谢76

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本文编号：284919