本文關(guān)鍵詞：黑河中游不同景觀單元水分運動與景觀間水量交換　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：水資源匱乏是內(nèi)陸河流域植被生長和生態(tài)恢復(fù)的一個重要限制因子,地處我國西北的黑河流域就是一個典型例子。黑河大部分水資源被用于農(nóng)業(yè)灌溉,隨著綠洲的不斷擴張,用水量逐年增加,導(dǎo)致該區(qū)域水資源短缺問題日益嚴重。伴隨水資源日益短缺的現(xiàn)狀,生態(tài)系統(tǒng)的水文過程也在發(fā)生變化,引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)近年來出現(xiàn)不斷退化的現(xiàn)象。因此,提出水資源短缺問題的解決方案、以提高水資源的利用效率,對保證生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全就顯得格外重要。針對黑河中游水資源短缺、景觀類型多樣、農(nóng)田耗水量大、冬季凍融時間漫長,以及景觀單元破碎的現(xiàn)實條件；本文采用野外監(jiān)測、室內(nèi)樣品分析、模型模擬和理論分析相結(jié)合的研究方法,對典型景觀單元和景觀過渡帶生態(tài)-水文過程進行了研究；重點揭示了不同景觀植被耗水和土壤水量平衡特征、不同類型玉米農(nóng)田耗水特征差異、不同景觀單元凍融過程的水-熱遷移,以及景觀過渡帶的水文聯(lián)系和生態(tài)效應(yīng)；提出了提高水分利用效率和灌溉水利用效率的灌溉和植被管理措施。本研究取得了如下主要研究成果：(1)量化了農(nóng)田、林地、荒漠三種景觀單元的植被耗水特征和水量平衡。不同景觀單元土壤水分差異明顯,灌溉和地下水位差異是導(dǎo)致水分差異的主要原因。農(nóng)田和林地水分受額外灌溉補給,水量平衡的各收支項均較大；荒漠只有少量降雨補給,水量平衡各收支項均較小。農(nóng)田和林地滲漏量較大,表明當前灌溉制度不合理�；哪舭l(fā)量和入滲量較為接近,表明荒漠植被(梭梭)水分主要來源為深層土壤水或地下水。(2)對比了河灘農(nóng)田、老綠洲農(nóng)田和新綠洲農(nóng)田水分耗散特征,并提出了優(yōu)化的灌溉方案。土壤類型、地下水位和灌溉制度的差異導(dǎo)致三種類型農(nóng)田水分耗散有明顯差異。當前灌溉制度下,各農(nóng)田均有滲漏發(fā)生,且作物吸水受到不同程度的水分脅迫,均表明現(xiàn)有灌溉制度不合理。均勻灌溉是當前灌溉制度不合理的主要表現(xiàn)形式,合理的灌溉應(yīng)綜合考慮作物不同生育期的需水量和根系分布深度。優(yōu)化后的灌溉方案可以顯著減小當前灌溉量而不會引起作物吸水的水分脅迫,在土壤水量平衡方面表現(xiàn)為更低的土壤蒸發(fā)和深層滲漏；對于河灘農(nóng)田,更多的地下水被作物和土壤蒸發(fā)消耗。(3)系統(tǒng)分析了農(nóng)田、林地、荒漠三種景觀單元的土壤凍融特征。農(nóng)田土壤凍結(jié)現(xiàn)象最為強烈,林地其次,荒漠最弱,表現(xiàn)為農(nóng)田和林地有更深的凍結(jié)深度和更長的凍結(jié)時間。中子儀和時域反射儀(TDR)的結(jié)合可以有效測定土壤冰含量。土壤液態(tài)水和冰含量隨著凍融過程的發(fā)生而消長,而土壤水分運動只在中等含水量條件的林地表現(xiàn)明顯。淺地下水埋深條件下,地下水位的變化與土壤凍融過程有很好的相關(guān)性,凍結(jié)期間水位下降,融化期間水位抬升。凍結(jié)過程可以有效減小土壤蒸發(fā)和滲漏,有利于冬季土壤水分的保持和來年植被萌發(fā)與利用。(4)揭示了農(nóng)田-林地-荒漠過渡帶景觀間水文聯(lián)系(水量交換)的發(fā)生形式,量化了單次灌溉事件引起的景觀間水分補給。農(nóng)田-林地的水文聯(lián)系密切,農(nóng)田-荒漠和林地-荒漠的水文聯(lián)系較弱；景觀單元間的水文聯(lián)系主要通過灌溉引起的土壤水分和地下水位差異造成的橫向水流和根系延伸吸水的方式維持。單次的農(nóng)田灌溉可以補給距農(nóng)田15 m處林地的土壤水分,最大補給量為25 mm左右；單次林地灌溉可以補給農(nóng)田距林地15 m以上區(qū)域的土壤水分,最大補給量為20mm一左右；林地灌溉對荒漠補給距離為5m左右,對近邊界處的土壤水分補給量達200 mm。農(nóng)田和林地的相互補給維持的時間較長,在一周左右；而林地對荒漠的補給維持時間很短。水分補給維持時間和補給量的差異主要受到土壤類型和初始地下水位條件的影響。(5)量化了景觀間水文聯(lián)系對過渡帶植被生育性狀的影響。沿過渡帶方向植被生長呈階梯性分布(根系生物量、地上生物量、胸徑、植被高度等)；楊樹根系延伸對農(nóng)田作物生長的影響范圍和根系分布一致,為7-9 m；農(nóng)田對林地的補給導(dǎo)致林地近農(nóng)田區(qū)域樹木長勢較遠處好,表現(xiàn)為更大的胸徑和樹高。林地根系沿過渡帶方向分布特征受土壤含水量和地下水位影響明顯。農(nóng)田和林地交替灌溉是提高過渡帶灌溉水利用效率的有效途徑；農(nóng)田灌溉對林地水分補給有限,在現(xiàn)有灌溉條件下林地的寬度需要減小至15-20 m。(6)構(gòu)建了景觀過渡帶的水循環(huán)模式圖,揭示了影響過渡帶水循環(huán)過程的主要因素。除了灌溉和植被因素外,地下土層結(jié)構(gòu)、區(qū)域性地下水運動和附近機井抽水都會影響過渡帶的水循環(huán)。隔水層的存在顯著減小了農(nóng)田和林地的深層滲漏,增強了農(nóng)田和林地的水量交換現(xiàn)象。區(qū)域性地下水位的下降和機井抽水加劇了地下水流從農(nóng)田往林地和荒漠方向流動的速度,導(dǎo)致灌溉水利用效率的降低。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S152.7

【參考文獻】

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