本文關鍵詞：黃土高原丘陵溝壑區(qū)人工植被生態(tài)水文過程研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：黃土高原是我國乃至世界上水土流失最嚴重的地區(qū),輕度水土流失面積達45.4萬km2,多年數(shù)據顯示輸入黃河的泥沙量高達16億噸,其中自然侵蝕量貢獻約9.75億噸。植被恢復成為黃土高原地區(qū)生態(tài)恢復與重建最直接、有效、經濟的措施。長期以來黃土高原地區(qū)將植樹種草作為生態(tài)建設的主要措施并且取得了巨大成功,但是仍然存在著造林樹種成活率低、生產力低和保存率低的現(xiàn)象,究其原因是沒有根據黃土高原水土資源特點合理科學地營造人工植被�！傲濉币詠�,黃土高原生態(tài)環(huán)境問題和植被恢復一度成為研究的熱點。通過長時間的研究,學者們對黃土高原的基本生態(tài)環(huán)境問題及其植被恢復方案已經基本達成共識,即按照因地制宜、適地適樹適草的原則,宜喬則喬,宜灌則灌,宜草則草,農林復合,喬灌草結合,科學合理地建立與生態(tài)環(huán)境最為適宜的森林植被。植被恢復過程還存在“三低”問題。因此需要對人工植被的水量平衡各組分及其植被凈第一性生產力進行研究,為合理有效配置水資源,對黃土高原的植被恢復與重建具有深遠的意義。本研究以黃土高原小流域主要造林樹種檸條、沙棘、油松、刺槐、農作物以及自然生長草地為研究對象,具體研究內容包括以下幾個方面：(1)灌木林地林冠截留的觀測與模擬；(2)灌木林地蒸散發(fā)的觀測與模擬；(3)灌木林地植物水勢及其光合作用的觀測與模擬；(4)各人工林地根系分布特征及其根系吸水模型的建立；(5)各人工林地及自然草地地表徑流的觀測；(6)各人工林地及自然草地、農作物水量平衡過程的比較。主要得到以下結果：(1)檸條和沙棘截留量分別占降雨量的28%和18.3%,檸條和沙棘的穿透雨量分別占降雨的59.7%和73.3%,以及樹干莖流量分別占降雨量的12.3%和8.4%。穿透雨和樹干莖流的變化系數(shù)與其他灌木生態(tài)系統(tǒng)相似。當降雨量1 0 mm,穿透雨變化系數(shù)發(fā)生劇烈變化,然而對于大降雨事件,穿透雨變化系數(shù)就會穩(wěn)定。樹干莖流變化系數(shù)具有相似的規(guī)律。當截留量較小時,模擬值稍稍高出觀測值,當截留量較大時,模擬值要低于觀測值。(2)檸條和沙棘試驗期間蒸騰量分別為173.4和236.6 mm,蒸騰量的變化主要依賴環(huán)境要素,比如光合有效輻射,飽水汽壓差和土壤水分。當土壤水分充足時,光合有效輻射,飽和水汽壓差為主要控制因素,反之土壤水分起主導作用。在半干旱區(qū)小降雨事件可以濕潤植物表面,大降雨事件可以補充土壤水分,檸條和沙棘樹干對降雨響應的閾值為5 mm,枝條為1 mm。因此,在半干旱區(qū)小降雨事件對于植被的生長和存活具有積極的作用。液流對于降雨的響應依賴于降雨量和降雨前后的天氣情況。葉片與樹干、枝條的水勢差也強烈影響液流速率的變化。(3)黃土高原安家溝流域主要造林樹種細根主要集中在土壤表層,徑向分布超過冠幅范圍。細根根長密度(FRLD)與土壤氮含量和有機質呈顯著正相關關系,與土壤水分和土壤容重呈顯著負相關關系,與土壤粒徑組成關系不明顯。本文所建立的檸條根系吸水模型基本可以反映檸條的真實情況。(4)黃土高原地區(qū)土壤水分唯一的補給源為降雨。然而,我們的研究展示這樣的補給是不充足的,土壤水分赤字經常發(fā)生。這是由于低的降雨量,強烈的植被蒸散發(fā),以及較大的地表徑流所造成的,尤其是油松林地。各植被類型在生長季具有極低的ET/Ep比值。在試驗期間,ET/EP和ET/P的比值在逐年下降,這表明,水分條件不能滿足造林樹種的正常生長。生長初期的土壤水分決定著ET/EP的比值,預示著水分的有效性將決定植被的生長。最后,我們強烈建議檸條和刺槐作為植被重建的首要物種選擇。(5)油松和刺槐屬于高光合-低蒸騰類型,WUE較高,然而具有較小的水分有效利用率；春小麥NPP很高,但同時也消耗大量的水分,WUE同樣較高,類屬高光合-高蒸騰類型；草地類屬低光合-低蒸騰類型,具有最低的WUE和水分有效利用率：檸條和沙棘這兩種灌木,NPP值居中,通過蒸騰消耗大量水分,WUE較低,水分有效利用率較高。通過5年的模擬得到,各植被類型土壤水分基本上可以到達平衡,但是不同物種存在不同程度的虧缺。除草地之外,其他植被類型土壤水分均有不同程度的下降,其中油松、刺槐和沙棘土壤水分虧缺較大。水土流失與荒漠化嚴重威脅生態(tài)環(huán)境安全,以成為我國最嚴重的生態(tài)環(huán)境問題之一。水土流失與荒漠化可以使耕地毀壞、土地退化,使人們失去生存的依賴,加劇貧困。因此,加強水土保持和荒漠化防治基礎理論研究,找出科學合理的防治方法與措施,開展生態(tài)環(huán)境建設、資源與社會可持續(xù)發(fā)展的理論研究與實踐,可以為國家生態(tài)安全和經濟社會可持續(xù)發(fā)展提供堅實可靠的基礎。
【關鍵詞】：黃土高原 丘陵溝壑區(qū) 植被重建 土地利用變化 水量平衡 凈第一性生產力
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q948.1
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 引言14-15
• 1.2 國內外研究進展15-22
• 1.2.1 生態(tài)恢復理論15
• 1.2.2 生態(tài)恢復與土壤質量的關系15-16
• 1.2.3 水分對黃土高原植被的影響16
• 1.2.4 土壤-植被-大氣水分傳輸系統(tǒng)16-22
• 1.2.4.1 林冠截留17
• 1.2.4.2 地表徑流17-18
• 1.2.4.3 土壤入滲18-19
• 1.2.4.4 蒸散發(fā)19-22
• 參考文獻22-27
• 第二章 研究目的和內容27-29
• 2.1 研究目的27
• 2.2 研究內容27
• 2.3 技術路線27-29
• 第三章 研究區(qū)概況29-37
• 3.1 黃土高原自然概況29-33
• 3.1.1 地理位置29
• 3.1.2 地形地貌29-31
• 3.1.3 氣候特征31
• 3.1.4 土壤特征31-32
• 3.1.5 水文特征32-33
• 3.1.6 植被特征33
• 3.2 安家溝流域概況33-37
• 3.2.1 地理位置33-34
• 3.2.2 地形地貌34-35
• 3.2.3 植被與土壤35
• 3.2.4 水文與氣象35-37
• 第四章 灌木降雨截留觀測與模擬37-52
• 4.1 材料與方法38-39
• 4.1.1 降雨截留觀測與模型選擇38-39
• 4.1.2 氣象要素39
• 4.2 結果與分析39-46
• 4.2.1 降雨特征39-40
• 4.2.2 穿透雨變化特征40-41
• 4.2.3 降雨對樹干莖流的影響41
• 4.2.4 降雨對林冠截留的影響41-42
• 4.2.5 灌木持水能力42
• 4.2.6 樹干莖流對土壤水分的補給42-45
• 4.2.7 林冠截留模擬45-46
• 4.3 討論46-48
• 4.3.1 截留、穿透雨和樹干莖流46-47
• 4.3.2 Gash模型的適用性47
• 4.3.3 Gash模型的應用47-48
• 4.4 小結48-49
• 參考文獻49-52
• 第五章 灌木林地蒸散發(fā)的觀測與模擬52-78
• 5.1 材料與方法53-55
• 5.1.1 蒸散發(fā)測定53-54
• 5.1.2 植被生理參數(shù)測定54-55
• 5.2 結果與分析55-71
• 5.2.1 土壤水分隨降雨的變化55
• 5.2.2 蒸騰量尺度上推55-57
• 5.2.3 彭曼公式與包裹液流計的比較57-58
• 5.2.4 液流測定58-59
• 5.2.5 蒸騰速率日變化特征59-62
• 5.2.6 液流速率對降雨的響應62-68
• 5.2.7 液流對植被水勢的響應68-70
• 5.2.8 土壤蒸發(fā)的測定和模擬70-71
• 5.3 討論71-73
• 5.3.1 彭曼方法與包裹液流計比較71
• 5.3.2 蒸騰量的日變化71-72
• 5.3.3 液流對降雨的響應72
• 5.3.4 液流對植被水勢的響應72-73
• 5.4 小結73-74
• 參考文獻74-78
• 第六章 植被細根分布特征及其土壤水分模擬研究78-102
• 6.1 材料與方法79-82
• 6.1.1 造林樹種根系取樣方法79-80
• 6.1.2 土壤水分參數(shù)80-81
• 6.1.3 檸條根系吸水模型的選擇81-82
• 6.2 結果與分析82-94
• 6.2.1 細根分布特征82-85
• 6.2.1.1 細根垂直分布82-83
• 6.2.1.2 細根徑向分布83-84
• 6.2.1.3 細根二維分布84-85
• 6.2.2 土壤水分與FRLD85-86
• 6.2.3 土壤性質與FRLD86-89
• 6.2.4 根系吸水模型的建立89-90
• 6.2.5 檸條根系吸水模型的驗證90-94
• 6.2.6 模擬結果94
• 6.3 討論94-97
• 6.3.1 細根分布特征94-95
• 6.3.2 土壤水分與FRLD95
• 6.3.3 土壤性質與FRLD95-97
• 6.3.4 模型評價與改進97
• 6.4 小結97-98
• 參考文獻98-102
• 第七章 植被重建對土壤水分儲量以及水分利用的影響102-117
• 7.1 材料和方法103
• 7.2 結果與分析103-109
• 7.2.1 土壤水分變化103-106
• 7.2.2 地表徑流106
• 7.2.3 ET/E_p比值特征106-107
• 7.2.4 ET/P比值特點107-108
• 7.2.5 SW、Q、P、E_p與ET/E_p的關系108-109
• 7.3 討論109-112
• 7.3.1 土地利用類型對土壤水分變化的影響109-110
• 7.3.2 土地利用類型對ET/E_p和ET/P的影響110-111
• 7.3.3 SW、Q、P、E_p對ET/E_p、ET/P的影響111-112
• 7.4 小結112-113
• 參考文獻113-117
• 第八章 植被生態(tài)水文過程模擬117-132
• 8.1 模型介紹118-128
• 8.1.1 土壤水分模型118
• 8.1.2 土壤水分模型結構118-121
• 8.1.3 各植被類型NPP模擬121-122
• 8.1.3.1 同化物模擬121-122
• 8.1.3.2 同化物分配122
• 8.1.4 模型運用與檢驗122-128
• 8.1.4.1 模型的運用122-124
• 8.1.4.2 模型的檢驗124-128
• 8.2 結果與分析128-130
• 8.2.1 不同土地利用類型NPP分析128-129
• 8.2.2 各植被類型土壤水分分析129-130
• 8.3 結論與討論130-131
• 參考文獻131-132
• 第九章 結論與建議132-134
• 9.1 研究結論132-133
• 9.2 建議133-134
• 在學期間的研究成果134-136
• 致謝136

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：黃土高原丘陵溝壑區(qū)人工植被生態(tài)水文過程研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：470662