黑河上游天老池流域土壤水分時空變異的試驗研究.pdf

1、土壤水分時空變異性的研究是水文循環(huán)和水量平衡的重要研究內(nèi)容，在農(nóng)學(xué)，水文學(xué)，土壤學(xué)等領(lǐng)域舉足輕重。土壤水分是控制土壤層水分和能量流動的關(guān)鍵變量，對徑流產(chǎn)生、土壤侵蝕及營養(yǎng)物質(zhì)流失等水文過程起著重要影響，它不僅影響著降水的陸面分配和產(chǎn)匯流過程，而且還影響著潛熱和顯熱的凈輻射分配。區(qū)域土壤水分時空變異規(guī)律，是目前研究的一個熱點和難點。黑河流域是我國用水矛盾最尖銳的地區(qū)，位于干旱半干旱區(qū)，水資源多來源于祁連山的出山徑流，近年來隨著中游農(nóng)業(yè)的發(fā)

2、展，使得徑流減少，地下水位下降，下游荒漠區(qū)生態(tài)用水較少，沙生植物死亡，沙塵暴頻發(fā)，解決該流域水問題刻不容緩。
　　因此本研究選擇黑河上游祁連山區(qū)水源涵養(yǎng)林核心區(qū)的天老池小流域進行土壤水分的時空變異研究。在該流域范圍內(nèi)布設(shè)土壤水分采樣點，在2014年5月到9月間生長季，以10天為周期用TDR儀采集土壤水分數(shù)據(jù)，分析土壤水分的時空變異規(guī)律及相關(guān)影響因子，同時研究坡面尺度的時間穩(wěn)定性，找出坡面尺度的代表性測點，相關(guān)研究結(jié)果如下：

3、　　1)四種植被類型的土壤水分都具有明顯的季節(jié)變異，在生長季大致可以分為三個時期：土壤水分積累期（5月上旬至6月下旬）、土壤水分穩(wěn)定期（7月上旬至8月下旬）和土壤水分回落期（9月上旬至生長季結(jié)束）。
　　2)各植被類型的土壤濕度在土壤剖面上基本都表現(xiàn)為下降型；僅干草原在5月份表現(xiàn)為上層（10cm）土壤水分低于下層（50cm）；青海云杉林由于自身土壤結(jié)構(gòu)原因，在7月至生長季結(jié)束，表層（10cm）土壤水分低于下層（50cm）。凍土的季

4、節(jié)性融化在祁連山區(qū)土壤水分時空變異研究中不可忽略。
　　3)在本研究區(qū)，坡位并不是影響土壤水分空間格局的主導(dǎo)因素，土壤水分的空間異質(zhì)性主要體現(xiàn)在不同的植被類型間。整個生長季四種植被類型間土壤濕度存在顯著差異（P<0.05），且土壤水分的空間格局在生長季不斷變化，自6月中旬后，空間格局穩(wěn)定為：灌木林>青海云杉林>祁連圓柏林>干草原。在祁連山區(qū)進行土壤水分空間模擬時，植被類型是不容忽略的因素，且應(yīng)當(dāng)耦合地溫。完全基于地形屬性的水文模型

5、在本研究區(qū)應(yīng)當(dāng)慎用。
　　4)因為獲取高精度高時間頻率的土壤水分數(shù)據(jù)費時費力，實際操作中有許多困難，為了使其更加簡單，在本研究區(qū)坡面尺度上進行時間穩(wěn)定性研究，尋找坡面土壤水分的代表性測點。累計分布函數(shù)中，祁連圓柏林的時間穩(wěn)定性較高。但三個坡面累計概率為0.5的觀測點在極端干濕狀態(tài)都不能保持一致，通過累計概率函數(shù)尋找坡面平均土壤水分代表點的方法不可行。
　　5)一般情況下MRD值接近于0且SDRD值最小的觀測點可以代表研究區(qū)S

6、WS的平均狀態(tài)，但在本研究區(qū)這兩個條件不能同時滿足，于是另外引入ITS和MABE兩個指標。四種方法確定的代表測點各不相同，綜合來看，灌木林地8號，青海云杉林的3號、10號以及祁連圓柏林的13號、14號被列為各自坡面的代表性測點。四種方法確定的代表性測點對青海云杉林平均土壤水分狀況預(yù)測最好，祁連圓柏林次之，灌木林最差。
　　6)非參數(shù)spearman秩相關(guān)系數(shù)分析得出，三個坡面SWS的spearman秩相關(guān)系數(shù)基本都在p<0.01的

7、水平上顯著，都具有強烈的時間穩(wěn)定性，但是程度也有差異，從大到小依次是：祁連圓柏林、青海云杉林、灌木林。
　　本研究加入了土壤水凍結(jié)因素，有助于對土壤水分時空變異的認識，同時研究了坡面尺度土壤水分的時間穩(wěn)定性，找出了坡面土壤水分的代表性測點，有助于降低土壤水分研究的采樣工作量，提高效率，為時間穩(wěn)定性理論研究積累了必要的數(shù)據(jù)，同時為祁連山區(qū)的類似研究提供參考，希望本論文的研究成果能夠為祁連山區(qū)的植被恢復(fù)、水源涵養(yǎng)研究及各種水文氣候模型