【摘要】：土壤水分是影響植被生存的重要因素。研究土壤水分分布狀況及其動態(tài)變化和運移特征,有助于揭示植被、坡度等環(huán)境因素對土壤水分的作用機制,可為提高土壤水分利用效率、恢復植被和防治水土流失提供理論支持,對于改善干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境有重要意義。本文以位于甘肅省平?jīng)鍪械募埛粶狭饔驗檠芯繉ο?通過對不同坡度、不同植被覆蓋類型的7個徑流場0~160cm深度土壤水分進行觀測,結(jié)合降雨、蒸散發(fā)等實測資料,從坡面尺度分析了土壤水分空間分布特征、空間自相關性及其主要影響因素,并開展了基于HYDRUS-3D的土壤水分運移數(shù)值模擬研究。首先,分析了徑流場種植作物玉米、馬鈴薯不同生長期土壤水分空間分布特征,并利用典范分析法(Canonical Correspondence Analysis,CCA)排序等方法研究土壤水分的主要影響因素。其次,通過計算坡面不同深度的土壤蓄水量,分析了土壤蓄水量的時空變異性。同時,基于HYDRUS-3D進行了土壤水分運移數(shù)值模擬,得出0~160cm深度各土層土壤水分模擬值與實測值變化趨勢基本一致,各層RMSE值均較小,AVRE值基本接近于1,模擬效果良好。本文主要研究結(jié)論如下:1.植被生長前期,長勢緩慢,需水量較小;隨植株生長發(fā)育,對土壤水分的需求逐漸增大。拔節(jié)一抽穗—灌漿階段,是玉米生長發(fā)育過程中對土壤水分最敏感的階段;結(jié)薯期,是馬鈴薯生長發(fā)育階段需水量最大的時期。在植被不同生長階段,同一土層土壤水分差異較大;受不同生長時期作物根系吸水量及吸收水分深度等影響,0~60cm深度土壤水分動態(tài)變化最為顯著。2.土壤水分沿深度分布具有一定相似性,各徑流場隨土層深度增加呈現(xiàn)出先增加后減少趨勢。沿坡向低坡度(5°、10°、15°)土壤水分呈先減少后增加趨勢,高坡度(25°)呈先增大后減少趨勢。3.坡度及植被覆蓋類型對不同深度土壤含水率均有較明顯影響,其影響主要發(fā)生在土壤淺層。相對而言,植被覆蓋類型對土壤含水率的影響深度較坡度大,土壤水分坡底聚集效應在0~160cm剖面不明顯。4.多因素方差分析及土壤水分變化環(huán)境因子CCA排序分析結(jié)果得出:對土壤水分影響作用的相對大小順序為:坡度(29)植被覆蓋類型(29)坡位。5.各土層不同時期土壤蓄水量變異系數(shù)介于0.11~0.20,土壤蓄水量處于中等變異。40~100 cm、100~160 cm深度土壤蓄水量均顯著(p0.05)高于0~40cm深度土壤蓄水量,40~100 cm、100~160 cm深度土壤蓄水量無顯著性差異。原因在于0~40cm深度土壤蓄水量受降水、蒸發(fā)和下滲等影響劇烈,使得該土層蓄水量遠小于深層土壤蓄水量。不同時段、坡面不同深度范圍土壤蓄水量均表現(xiàn)出明顯空間自相關性,其結(jié)構(gòu)方差大于75%,表明變量空間變異主要由結(jié)構(gòu)性因素決定。土壤蓄水量自相關距離隨土層深度先增加后減小。6.基于HYDRUS-3D的0~160cm深度土層土壤含水率模擬值與實測值變化趨勢基本一致。根據(jù)誤差計算結(jié)果分析,各層土壤含水率RMSE值均較小,AVRE值基本接近于1,模擬效果總體良好。由土壤含水率PRMSE值判斷,0~40cm深度土層土壤含水率PRMSE值大于20%,40~160cm深度PRMSE值小于20%,表明深層土壤水分模擬效果優(yōu)于淺層。
【圖文】：

蘭州大學碩士學位論文 紙坊溝流域坡面尺度土壤水分動態(tài)變化及其運移數(shù)值模擬其計算公式如下： = （1.4）式中： 為進口端恒定水頭，5cm； 為測定的出水量，g； 為出水量 的時間，，s； 為試驗土柱厚度，5cm； 為試驗土柱截面積，cm3。

蘭州大學碩士學位論文 紙坊溝流域坡面尺度土壤水分動態(tài)變化及其運移數(shù)值模擬其計算公式如下： = （1.4）式中： 為進口端恒定水頭，5cm； 為測定的出水量，g； 為出水量 的時間，s； 為試驗土柱厚度，5cm； 為試驗土柱截面積，cm3。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S152.7

【參考文獻】

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本文編號：2692213