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题名: 黄土丘陵小流域土壤生态水文过程研究
作者: 王帅
学位类别: 博士
答辩日期: 2013
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 傅伯杰
关键词: 黄土高原 ; Loess Plateau ; 土壤 ; soil ; 生态水文 ; ecohydrology ; 过程 ; processes
其他题名: Soil eco-hydrological processes in a re-vegetation catchment on the Loess Plateau
中文摘要:       土壤水分是地表系统中一个重要的生态水文变量,连接着土壤-植被-大气系统,影响流域其他水文过程(径流、入渗、蒸发),表征植物形态与功能(蒸腾、光合速率),决定地表能量平衡(显热与潜热分配)。在陆地生态系统中,水是重要的驱动力,特别在干旱半干旱地区,也是重要的制约因素,水循环过程决定了生态系统基本的结构和功能,而土壤水分动态是地表水文过程的中心环节。黄土高原地处干旱半干旱地区,水分是当地植物生长最重要的限制因素,因此多年来被广泛研究,特别是退耕还林工程实施以来,不同植被类型的土壤水分差异已逐渐明确,但对土壤水分的收入和支出过程了解有限。因此,论文结合类型、格局和动态三个方面,选择5种典型的植被类型、5个典型的土地利用类型组合坡面,利用实时监测技术和定位观测手段,比较典型植被类型下土壤水分的收入和支出过程。分析土地利用格局的土壤水分效应,并进行时间稳定性分析,找出能够代表流域或坡面不同水分条件下总体平均水分状况的样点位置。在此基础上,基于水量平衡,利用植被最优性原理模拟在黄土高原典型的气候、地形和土壤条件下,植被自然演替形成的潜在属性特征。通过对5种典型植被类型下1米范围内6个深度的土壤剖面温湿度自动监测,发现铁杆蒿和须芒草样点水分含量较高。水分收入方面,在降雨过程中,这两样点的水分入渗较快,特别是铁杆蒿样点,通过斑块状的间隔分布格局,使水分入渗率增大,水分收入较多。水分支出方面,在降水之后的湿润阶段,水分含量较高的铁杆蒿和须芒草样地水分损耗较多,但是由于其在干旱阶段能够有效保持水分,而人工刺槐林和绣线菊样点一直保持较稳定的耗水速率,导致其土壤水分含量较低。雨季能够够缩小不同植被类型的土壤水分差异,但相对差异并没有改变。尽管雨季和生长季重合,但水分含量总体仍呈上升趋势。利用2011年7至9月对5个典型坡面共52个样点0-180cm深度的土壤水分观测数据,发现土壤水分含量受地形、降水、土壤性质和植被类型等多种因素的综合影响。地形决定流域土壤水分的宏观分布格局,但不同的土地利用类型组合打乱了地形决定的土壤水分分布格局,包括不同坡面样线间以及样线内部。随着平均土壤水分含量的增加,不同深度内的空间标准差都与其表现正相关关系,变异系数反之。由于不同类型和位置样点的土壤水分剖面结构差异显著,导致垂直标准差和变异系数与平均土壤水分含量关系复杂。利用2012年对5个坡面57个样点共12次土壤水分观测数据,通过累积频率分布、相对差分法和Spearman秩相关系数等三种典型的时间稳定性方法进行分析,发现坡面土壤水分的空间分布格局是稳定的,也就是土壤水分存在类型稳定、空间分布格局稳定特性,并找到了坡面土壤水分的时间稳定性点。但是由于观测期降水频繁,使得水分差异缩小,以及传统时间稳定性分析方法的缺陷,并不能容易找到每个深度土层的时间稳定性点,只是可以较容易发现流域中那些水分含量较高的样点。利用水量平衡与植被最优耦合模型(Coupled Water Balance and Vegetation Optimality Model)(简称VOM),根据黄土高原延安气象站1990-2010年的气象数据,和羊圈沟小流域的土壤和地形数据,模拟了该地区自然演替植被的潜在属性特征。模拟结果显示,在研究区的气候、土壤和地形条件下,植被覆盖度(包括草本和乔木)很高,在大部分时间内达到90%以上的覆盖度,导致水分损耗中的土壤蒸发较少。草本的同化速率约为乔木的6倍左右,也就意味着该地区植被大部分为草本,乔木植物较少。相应的,模型模拟的植物蒸散速率和根系呼吸也有类似的差异。
英文摘要:       Soil and water are the core elements of the earth’s critical zone. Water is the main carrier and driver of mass and energy cycling between atmosphere, biosphere, hydrosphere, and lithosphere. Especially in arid and semi-arid regions, water is the main ecological constraints of plant survival, hydrological processes determine the evolution direction and ecological function of soil-vegetation systems. Therefore, understanding the relationship and coupling mechanisms among soil, water and vegetation interactions can help to understand the land surface development processes and biogeochemical balances in the dry lands.The Loess Plateau of China is located in the upper and middle reaches of the Yellow River, this region is a transitional zone between the southeastern humid monsoon climate and the northwestern continental dry climate. In the past three decades, in order to control soil erosion, a series of large reforestation campaigns, such as the ‘‘Grain-for-Green’’ project, was initiated in 1999. Indeed, about 24% of erosion area has been controlled, and vegetation coverage has increased from 6.5% in 1970s to 51.13 % in 2010 in the Loess Plateau. Many studies have confirmed the recovery of vegetation resulting in the reduction of runoff on a regional scale and of soil desiccation on a local scale in the Loess plateau.
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/35180
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黄土丘陵小流域土壤生态水文过程研究.pdf(3567KB)学位论文--限制开放 联系获取全文

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王帅. 黄土丘陵小流域土壤生态水文过程研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013.
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