本文關(guān)鍵詞： 坡面 植被類型 水量平衡 土壤水分 蒸散 黃土高塬溝壑區(qū)　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：植被恢復(fù)措施有效地減少了黃土高原的水土流失,但大面積的植被種植也產(chǎn)生了一些負(fù)面影響,比如土壤干燥化。土壤水分是該區(qū)植被生長(zhǎng)的關(guān)鍵限制性因子,對(duì)植被恢復(fù)和生態(tài)建設(shè)具有重要影響,同時(shí)坡面是黃土高原最基本的地貌單元,研究坡面土壤水分的分布特征及水量轉(zhuǎn)換過(guò)程可以揭示土壤水分循環(huán)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,從而可為土壤水資源的有效管理和植被恢復(fù)可持續(xù)性提供科學(xué)依據(jù)。本研究以黃土高塬溝壑區(qū)王東溝小流域?yàn)檠芯繀^(qū),選取典型刺槐林坡面布設(shè)2條樣線,并設(shè)置了8種植被類型(草地、沙棘、油松、側(cè)柏、沙棘+油松、沙棘+刺槐、油松+刺槐、側(cè)柏+刺槐)徑流小區(qū),通過(guò)定位監(jiān)測(cè)和室內(nèi)分析,結(jié)合經(jīng)典統(tǒng)計(jì)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、狀態(tài)空間模擬、時(shí)間穩(wěn)定性分析、水量平衡和Hydrus-1D模型模擬等方法,研究了典型刺槐林坡面土壤水分的時(shí)空分布及時(shí)間穩(wěn)定性特征,運(yùn)用狀態(tài)空間方程對(duì)土壤儲(chǔ)水量進(jìn)行了模擬,探究了實(shí)際蒸散及日蒸散的坡面分布特征,并定量分析了相同坡位8種不同植被恢復(fù)類型水量轉(zhuǎn)化各分量(土壤儲(chǔ)水量、地表徑流量和蒸散量)的差異性,主要結(jié)論如下:(1)在刺槐林坡面上,0-1、1-2和2-3 m土壤含水量存在中等程度變異,且不同土層的土壤含水量之間存在顯著性差異(P0.05)。沿坡面方向,0-1、1-2和2-3 m土層土壤含水量變化相似,但1-2 m和2-3 m土層土壤含水量比0-1 m土層變異要小。對(duì)不同土層土壤含水量的半方差函數(shù)進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)0-1、1-2和2-3 m土層土壤含水量的最優(yōu)擬合模型分別為高斯模型、指數(shù)模型和指數(shù)模型,決定系數(shù)R2均在0.9以上。半方差函數(shù)表明,0-1 m土層土壤含水量呈現(xiàn)中等程度的空間依賴性,1-2和2-3 m土層土壤含水量則表現(xiàn)為較強(qiáng)的空間依賴性。土壤含水量受海拔高度、粘粒、粉粒含量、土壤容重和葉面積指數(shù)的顯著影響(P0.05),而受砂粒含量和飽和導(dǎo)水率的影響不大(P0.05)。(2)運(yùn)用狀態(tài)空間方程實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同土層深度土壤儲(chǔ)水量的精確模擬。坡面土壤儲(chǔ)水量有較強(qiáng)的空間自相關(guān)性,并與海拔高度、粘粒、粉粒含量和分形維數(shù)之間存在顯著空間交互相關(guān)性。最優(yōu)狀態(tài)空間方程可解釋98.8%土壤儲(chǔ)水量的空間變異,而線性回歸方程僅可解釋64.2%的變異。海拔高度和粘粒含量的雙因素狀態(tài)空間方程對(duì)土壤儲(chǔ)水量的模擬精度最高,并能對(duì)B樣線土壤儲(chǔ)水量進(jìn)行有效的模擬。因此,由地形和土壤性質(zhì)建立的狀態(tài)空間方程可用于黃土高塬溝壑區(qū)坡地不同土層深度土壤儲(chǔ)水量的模擬。(3)運(yùn)用Spearman秩相關(guān)和相對(duì)差分方法分析了坡面土壤儲(chǔ)水量的時(shí)間穩(wěn)定性特征。淺層(0-1 m)土壤儲(chǔ)水量隨時(shí)間變異較大,而深層(2-3 m)土壤儲(chǔ)水量在空間上變異較大。土壤儲(chǔ)水量時(shí)間上的變異性隨著土層深度的增加在降低,而空間上的變異隨土層深度的增加在增強(qiáng)。Spearman秩相關(guān)系數(shù)表明深層土壤的時(shí)間穩(wěn)定性特征較淺層土壤更強(qiáng)。通過(guò)比較最小平均相對(duì)差分(MRD)、相對(duì)差分標(biāo)準(zhǔn)差(SDRD)、時(shí)間穩(wěn)定性指數(shù)(ITS)和平均絕對(duì)偏差誤差(MABE)四個(gè)指標(biāo)確定各層土壤儲(chǔ)水量的時(shí)間最穩(wěn)定性點(diǎn),發(fā)現(xiàn)ITS指標(biāo)所確定的時(shí)間最穩(wěn)定性點(diǎn)能最好的預(yù)測(cè)平均土壤儲(chǔ)水量。將ITS確定的時(shí)間最穩(wěn)定性點(diǎn)應(yīng)用于B樣線驗(yàn)證,能解釋土壤儲(chǔ)水量91%以上的空間變異。土壤儲(chǔ)水量的時(shí)間穩(wěn)定性與海拔高度、飽和導(dǎo)水率和植被葉面積顯著相關(guān)(P0.05),而與土壤質(zhì)地未達(dá)到顯著相關(guān)關(guān)系(P0.05)。(4)在刺槐林坡面上,2014和2015年的實(shí)際蒸散量均值分別為424.4和474.2 mm,2014年坡面實(shí)際蒸散量存在弱變異(7.5%),而2015年則為中等程度變異(10.4%)。球狀模型可很好地反映坡地實(shí)際蒸散的空間變異結(jié)構(gòu),該模型在2014和2015年的決定系數(shù)分別為0.95和0.96。運(yùn)用Hydrus-1D模型對(duì)日蒸散量進(jìn)行模擬,年內(nèi)6-8月的日蒸散量普遍高于5月及9-10月日蒸散量,坡面日蒸散量呈中等程度變異,變異系數(shù)在47.79%-56.28%之間變化。蒸散量與海拔高度、砂粒含量和葉面積指數(shù)呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系(P0.05),而與粘粒、粉粒含量、土壤容重和飽和導(dǎo)水率未達(dá)到顯著相關(guān)性(P0.05)。(5)對(duì)陡坡地8種植被類型下水量平衡各組分(土壤儲(chǔ)水量、地表徑流量和蒸散量)的差異性進(jìn)行定量研究,發(fā)現(xiàn)在8種植被類型中,無(wú)論是淺層(0-2 m)還是深層土壤(2-5m),草地的土壤含水量和土壤儲(chǔ)水量均表現(xiàn)為最高。草地和沙棘均可有效減少地表徑流量,而側(cè)柏和側(cè)柏+刺槐小區(qū)的徑流流失量較大。土壤水分和蒸散量在不同植被類型下變化較大,只有草地徑流小區(qū)的土壤水分處于盈余狀態(tài)。因此,黃土高塬溝壑區(qū)最優(yōu)植被恢復(fù)類型的選取要考慮植被的水量平衡情況。
[Abstract]:The paper studies the spatial - temporal distribution and temporal stability characteristics of soil moisture in the loess plateau . The results show that the soil moisture content in the soil layer of 0 - 1 , 1 - 2 and 2 - 3 m is more than 0 . 9 . The results show that the soil moisture content in the soil layer is 0 - 1 , 1 - 2 and 2 - 3 m . The temporal stability characteristics of soil water storage in different soil layers can be predicted by using the state space equation . ( 3 ) The temporal stability of soil water storage is higher than that of shallow soil . The temporal stability of soil water storage is 424.4 and 474.2 mm , and the actual evapotranspiration in soil water storage is moderately variable ( 7.5 % ) . ( 5 ) A quantitative study on the difference of soil water content , surface runoff and evapotranspiration was carried out on 8 planting types in steep slope . It was found that the soil water content and soil water storage capacity were the highest in 8 planting types , whether the shallow layer ( 0 - 2 m ) or deep soil ( 2 - 5m ) , the soil moisture content and the soil water storage capacity of the grassland . The soil moisture and evapotranspiration varied greatly under different vegetation types , and only the soil moisture of the grassland runoff plot was in the surplus state . Therefore , the selection of the optimal vegetation restoration type in the loess plateau gully region should take into account the water balance of the vegetation .

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S152.7

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本文編號(hào)：1487583