針對(duì)巖溶石漠化地區(qū)土壤含水量（Soil Water Content,SWC）和土壤溫度（Soil Temperature,ST）的野外連續(xù)監(jiān)測(cè)及相關(guān)研究較少,為深入探討巖溶石漠化地區(qū)SWC和ST的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其耦合特征,在云南省蒙自市巖溶斷陷盆地的典型高原石漠化地區(qū)擇點(diǎn),對(duì)氣象因素和10 cm,40 cm,80 cm深度SWC,ST進(jìn)行了一整年連續(xù)監(jiān)測(cè),結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)和水熱傳輸理論進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:（1）高原石漠化地區(qū)不同深度的SWC在非集中降雨期淺層大于深層,集中降雨期深層大于淺層。降雨停止后SWC迅速衰減至初始狀態(tài),淺層土壤干濕交替迅速,集中降雨有利于深層SWC補(bǔ)給;（2）基于多元統(tǒng)計(jì)的冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）討論了SWC和ST的影響因素,結(jié)果表明SWC的影響因素主要為降雨、日累計(jì)輻射、氣溫和蒸散發(fā),ST的影響因素主要為氣溫,降雨對(duì)于SWC的方差解釋率僅為39.5%,而氣溫對(duì)于ST方差解釋率為77.4%;（3）在土壤物質(zhì)與能量傳輸方面,越靠近地表的土壤在熱傳導(dǎo)方面作用越明顯、熱儲(chǔ)存作用越弱,0—40 cm深度的土壤基本為向下傳熱層,40—80 ... 

【文章來(lái)源】：水土保持研究. 2020,27(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

蒙自市巖溶斷陷盆地及研究區(qū)位置示意圖

圖2為剖面上SWC和ST一整年不同深度Kriging插值結(jié)果。多數(shù)時(shí)間土層深度越深則SWC越低,夏秋季(110～260 d)集中降雨期則有足夠長(zhǎng)的時(shí)間允許土壤水分入滲補(bǔ)給深層土壤,使得深層SWC超過(guò)表層,降雨停止后SWC迅速衰減至初始狀態(tài)(圖2A)。表層10 cm土壤由于受大氣溫度和太陽(yáng)輻射直接影響而ST變化較為劇烈,40 cm和80 cm處ST較為穩(wěn)定。此外,春冬季ST均為深層更高,而夏秋季則表層更高,ST存在季節(jié)性差異(圖2B)。圖中等值線(xiàn)向右傾斜的趨勢(shì)可反映出土壤水分和熱量傳輸過(guò)程引起的SWC和ST延遲響應(yīng)特點(diǎn)。SWC及ST受諸多氣象因素的直接或間接影響,各影響因子并非獨(dú)立變量。在數(shù)據(jù)中心化和標(biāo)準(zhǔn)化處理基礎(chǔ)上采用RDA進(jìn)行分析。其中潛在蒸散發(fā)量(Potential Evapotranspiration,ET)利用太陽(yáng)輻射、風(fēng)速、氣溫等數(shù)據(jù)基于Penman-Monteith公式計(jì)算。氣象因素與SWC和ST的RDA排序結(jié)果見(jiàn)圖3,圖中矢量箭頭之間的夾角余弦值為相關(guān)系數(shù),夾角小于90°表明正相關(guān),夾角越小相關(guān)性越大;夾角等于90°表明兩變量完全不相關(guān);夾角大于90°表明為負(fù)相關(guān)。排序軸(約束軸)是一種虛擬軸,表示環(huán)境變量的線(xiàn)性組合,反映一定的環(huán)境因子梯度。根據(jù)排序軸可計(jì)算各環(huán)境變量對(duì)于相應(yīng)變量方差的解釋率和貢獻(xiàn)率。

氣象因素與SWC的排序結(jié)果表明:(1) 降雨量與表層10 cm的SWC相關(guān)性小于40 cm,80 cm,降雨對(duì)于深層SWC影響更大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于深層土壤初始SWC較低,在降雨集中期則迅速增加(圖3A),從而表現(xiàn)出與降雨的強(qiáng)相關(guān);(2) 氣溫、蒸汽壓和空氣濕度與SWC正相關(guān),尤其與10 cm的SWC相關(guān)性較大,上述變量實(shí)際上受控于氣候季節(jié)性變化,不一定直接引起SWC變化,屬于間接相關(guān)。氣象因素與ST之間的相關(guān)分析(圖3B)表明:(1) 多數(shù)氣象因素與ST均為正相關(guān),僅大氣壓與ST負(fù)相關(guān),實(shí)際上蒸汽壓、氣壓與氣溫之間有直接關(guān)系,大氣壓與ST的負(fù)相關(guān)以及蒸汽壓與ST的正相關(guān)均為氣溫與ST之間關(guān)系的間接表現(xiàn);(2) 氣溫與10 cm的ST相關(guān)性大于40 cm和80 cm,表明深層ST對(duì)于氣溫變化的響應(yīng)慢于淺層。圖3中有一些氣象因素環(huán)境變量并不直接引起SWC和ST變化,故采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)得到主環(huán)境變量為雨量、潛在蒸散發(fā)(ET)、日累計(jì)輻射(太陽(yáng)輻射)和氣溫,然后基于約束排序法RDA分析主環(huán)境變量對(duì)于所有SWC和ST變化的解釋率。過(guò)程中對(duì)于主環(huán)境變量按照重要性排位,依次加入分析后獲得的校正R2減去上一次的校正R2,此時(shí)分配的R2所占比例即為當(dāng)前環(huán)境變量的解釋率。根據(jù)排序結(jié)果,前兩軸對(duì)于SWC累計(jì)擬合方差解釋率為99.85%,對(duì)于ST為99.93%。4個(gè)主環(huán)境變量的解釋率以及與前兩個(gè)排序軸的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1,降雨量對(duì)于SWC的解釋率為39.5%,氣溫對(duì)于ST的解釋率高達(dá)77.4%,降雨量和氣溫分別為SWC,ST的主控因素。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]云南巖溶區(qū)降水變化的氣候特征[J]. 丁文榮,曾學(xué)梅.  水資源與水工程學(xué)報(bào). 2019(01)
[2]斷陷盆地生態(tài)環(huán)境地質(zhì)分異及石漠化演變機(jī)理的研究途徑[J]. 李強(qiáng),蒲俊兵,黃妮,杜紅梅,祁向坤,王力,楊慧.  地球科學(xué)進(jìn)展. 2017(09)
[3]喀斯特?cái)嘞菖璧厥葑兗爸卫砑夹g(shù)與示范[J]. 曹建華,鄧艷,楊慧,蒲俊兵,朱同彬,藍(lán)芙寧,黃芬,李建鴻.  生態(tài)學(xué)報(bào). 2016(22)
[4]景觀(guān)格局與水土流失的尺度特征與耦合方法[J]. 傅伯杰,徐延達(dá),呂一河.  地球科學(xué)進(jìn)展. 2010(07)
[5]喀斯特石漠化地區(qū)土壤含水量變化影響因素分析——以貴州省普定縣為例[J]. 王思硯,蘇維詞,范新瑞,李燦,史雪廷.  水土保持研究. 2010(03)
[6]黔中典型巖溶石漠化地區(qū)土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究[J]. 范新瑞,蘇維詞,鄢貴權(quán),曹歡.  水土保持研究. 2009(02)
[7]西南喀斯特石漠化過(guò)程對(duì)土壤水分特性的影響[J]. 李孝良,陳效民,周煉川,方堃.  水土保持學(xué)報(bào). 2008(05)
[8]淺層包氣帶水汽晝夜運(yùn)移規(guī)律及其數(shù)值模擬研究[J]. 曾亦鍵,萬(wàn)力,蘇中波,Hirotaka Saito,王旭升,曹文炳.  地學(xué)前緣. 2008(05)
[9]喀斯特洼地表層土壤水分的空間異質(zhì)性及其尺度效應(yīng)[J]. 張繼光,陳洪松,蘇以榮,張偉,孔祥麗.  土壤學(xué)報(bào). 2008(03)
[10]含水量變化對(duì)土壤溫度和水分交換的影響研究[J]. 李慧星,夏自強(qiáng),馬廣慧.  河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2007(02)

博士論文
[1]旱區(qū)土氣界面水熱傳輸機(jī)理及對(duì)包氣帶水熱運(yùn)移的影響[D]. 安可棟.長(zhǎng)安大學(xué) 2016
[2]土壤水的監(jiān)測(cè)技術(shù)方法與運(yùn)移規(guī)律研究[D]. 賈志峰.長(zhǎng)安大學(xué) 2014
[3]淺層包氣帶水—汽—熱耦合運(yùn)移規(guī)律及其數(shù)值模擬研究[D]. 曾亦鍵.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2012
[4]土壤中的相變傳熱傳質(zhì)研究及植物根系生長(zhǎng)的仿真模擬[D]. 劉炳成.華中科技大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3604216