晋西黄土区典型人工林地土壤水分动态及对降雨的响应

论文摘要

自1999年实施退耕还林工程以来,黄土高原地区营造了大面积人工林,其在防治水土流失方面取得了极其显著的效果。但随着林木生长和林地面积的增加,林地需水量也不断增加,人工林开始出现“土壤水分失衡”和“土壤干化”等问题,林木生长衰退,河川径流减少等一系列生态问题日渐显现。因此林地、降雨和土壤水三者之间的相互关系成为科学研究的热点,更是植被恢复实践中亟待解决的关键问题。为此,本研究以晋西黄土区人工侧柏林地、油松林地和刺槐林地为研究对象,通过长期的土壤水分定位监测和降雨监测,采用统计分析的方法对水土保持林地的水分动态、降雨和土壤蓄水的关系、降雨的入渗深度等进行了研究,主要研究结论如下:（1）研究区的降水量在年际和月际间差异较大,其中5-10月的雨季降水量占全年降水量的87.02%。小雨是研究区降水事件的主要类型,中雨对研究区降水总量的贡献度最大。研究区近25年正常降水年出现频率减小,这说明近年来大气降水的波动较大。（2）侧柏林地、油松林地和刺槐林地0-200 cm 土层蓄水量之间差异极显著（p<0.01）,侧柏林地蓄水量（425.63 mm）>油松林地（373.89mm）>刺槐林地（312.43 mm）。（3）水平阶整地可以显著提高侧柏林地和油松林地的蓄水量,造林22年后仍然能够发挥蓄水保墒和防止水土流失的作用。刺槐林地坡面和水平阶的蓄水量之间差异不显著（p>0.05）,造林22年后水平阶整地对刺槐林地土壤蓄水量的提升效果不显著。侧柏林地、油松林地和刺槐林地中水平阶内0-200 cm 土层蓄水量分别为482.81 mm、430.33mm、316.22mm,差异极显著（p<0.01）,坡面 0-200cm 土层蓄水量分别为368.44 mm、317.45 mm和308.64 mm,其中侧柏林地坡面土壤蓄水量显著大于油松林地和刺槐林地,油松林地和刺槐林地坡面蓄水量之间差异不显著（p>0.05）。（4）采用有序样本最优分割法,将研究区林地土壤蓄水量年内变化划分为稳定期（1-3月）、波动期（4-6月）、快速增长期（7-9月）和快速消耗期（10-12月）四个时期,不同水文年型的四个时期持续时间会有所变化。正常降水年土壤水分波动与划分的标准区段保持一致,而在干旱年间稳定期会缩短,提前进入递减的波动期,而在湿润年快速增长期可能会被延长。（5）在不同的水文年型下,0-200 cm的土壤剖面各层含水量呈现出不同的变化特征。在湿润年（降水量606.5mm）土壤蓄水量主要依靠高强度的大暴雨恢复,各林地0-200 cm 土层的蓄水量均可得到恢复和补充,各林地的补给量为侧柏林地（169.86 mm）>油松林地（130.30mm）>刺槐林地（31.04 mm）。干旱年（降水量452.4mm）各林地0-200 cm 土层蓄水量均呈现出不同程度的损耗,各林地的损耗量为刺槐林地（91.19mm）>油松林地（70.51mm）>侧柏林地（48.83mm）。而在正常降水年（降水量551.6mm）,不同林地内雨水的补给作用有所差异,侧柏林地可补给到140cm 土层,蓄水量增加71.04 mm,油松林地可补给到120 cm 土层,蓄水量增加35.82 mm,而刺槐林地在雨季结束时土壤蓄水量反而减少了 5.52 mm。（6）雨季期间各林地的总入渗量分别为侧柏林地374.05 mm、油松林地375.88 mm、刺槐林地313.04 mm;降雨的平均入渗补给率分别为侧柏林地66.18%、油松林地66.50%、刺槐林地55.39%。单场降雨的入渗量和入渗深度总体表现为随着雨量和雨强的增大而增加,侧柏林地和油松林地的水平阶能显著增加降雨时的入渗量和入渗深度,刺槐林地不显著（p>0.05）。（7）不同林地的土壤水分补给量与降雨量的线性回归拟合效果良好,通过拟合方程可以大概估算出各林地入渗补给所需的最小降水量阈值,分别为侧柏林地坡面2.61 mm、侧柏林地水平阶7.53 mm、油松林地坡面5.59 mm、油松林地水平阶2.31 mm、刺槐林地坡面2.66 mm、刺槐林地水平阶7.14 mm。（8）当月降雨量为340.8 mm的罕见强降雨时,各林地0-200 cm 土层土壤蓄水量均能得到补给,土壤含水量的最大变化量随着土层的加深而依次递减,并与土层深度呈现良好的线性关系。在强降雨下各林地的最大补给深度分别为侧柏林地234.83-249.85 cm、油松林地 247.83-289.44 cm、刺槐林地 251.82-286.60 cm。由此可知,即使是经过强降雨补给,各林地的补给深度均未超过300 cm 土层。

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摘要

ABSTRACT

1 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土壤水分研究的发展

1.2.2 土壤水的时空变异性

1.2.3 土壤水与植被生长的关系

1.2.4 土壤水对降雨的响应

1.3 存在的问题

1.4 研究目的

2 研究区概况

2.1 地理位置

2.2 地质地貌

2.3 气候条件

2.4 土壤特征

2.5 水文特征

2.6 土地利用与植被特征

2.7 社会经济条件

3 研究内容与方法

3.1 研究内容

3.2 研究方法

3.2.1 样地基本情况调查

3.2.2 数据采集

3.2.3 数据处理方法

3.2.4 数理统计与图表绘制工具

3.3 技术路线

4 降水特征分析

4.1 降水的年际变化特征

4.2 降水的年内分布特征

4.3 不同量级降水的分布特征

4.4 小结

5 不同林地土壤水分的时间变化动态

5.1 土壤蓄水量的年际变化特征

5.1.1 侧柏林地

5.1.2 油松林地

5.1.3 刺槐林地

5.2 土壤蓄水量的年内变化特征

5.3 雨季土壤蓄水量变化分析

5.4 不同林地土壤蓄水量的差异性分析

5.5 小结

6 不同林地土壤含水量的垂直变化

6.1 侧柏林地土壤水分的垂直变化

6.2 油松林地土壤水分的垂直变化

6.3 刺槐林地土壤水分的垂直变化

6.4 不同林地土壤水分垂直变化对比

6.5 小结

7 不同林地土壤水分对降雨的响应

7.1 引起土壤水分响应的降雨识别

7.2 降雨的有效补给效率及补给阈值

7.3 场降雨条件下雨水的补给深度

7.3.1 中雨条件下补给深度

7.3.2 大雨条件下补给深度

7.3.3 暴雨条件下补给深度

7.4 连续降雨条件下雨水的补给深度

7.5 小结

8 结论

参考文献

个人简介

导师简介

获得成果目录

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高思远

导师: 张建军

关键词: 晋西黄土区,典型人工林,土壤水分动态,降水,补给量,补给深度

来源: 北京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 北京林业大学

分类号: S714

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000529

总页数: 78

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