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题名	黄土高原荒漠草原区典型生态系统人工干预的水分效应研究
作者	谢忠奎
学位类别	博士
答辩日期	2006-06-03
授予单位	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
授予地点	寒区旱区环境与工程研究所
导师	蒋文兰
关键词	黄土高原 荒漠草原区 生态系统 集雨 覆盖 土壤水分
学位专业	自然地理学
中文摘要	水资源短缺是黄土高原荒漠草原区生态系统生产力提高的主要限制因素，集雨和覆盖干预是提高水资源利用率的重要手段。本项研究以该区域的天然草地、人工草地和农田生态系统为主要研究对象，以水平沟、鱼鳞坑、垄沟集雨和地面覆盖为主要干预方式，结合集雨补灌，对三种生态系统的代表性植被进行了水分干预，通过干预前后天然植被、人工草地和大田作物土壤水分的测定和利用情况的分析，提出了该区域不同土地利用类型水干预的最佳方式。 对该区域代表性草本植被—短花针茅（Stipa breviflora）和灌木植被—珍珠猪毛菜（Salsola passorina）及荒漠锦鸡儿（C. roborovskyi）土壤水分的多年观测结果说明，天然植被的土壤含水量较低，降雨量是土壤水分的主要影响因子。在降雨少的年份，短花针茅和珍珠猪毛菜0-200 cm土层的重量含水量降低到6%左右，荒漠锦鸡儿的土壤含水量更低，达到5%左右。对天然植被采取不正确的干预措施，如栽植高密度的侧柏，增加了植被对土壤水分的消耗，即使进行补灌，仍会造成较为严重的土壤干层。其中种植侧柏的水平沟土壤干层可达2 m，使水平沟的土壤水分低于天然植被的集雨坡面。受低降雨量和降雨强度的影响，坡地天然植被的产流率很低，因此，仅采用水平沟、鱼鳞坑等单一集雨措施进行水干预，水分效应不明显，鱼鳞坑加地面覆盖的复合干预效果也不理想。只有将水平沟集雨和砾石覆盖结合起来，才能有效的增加土壤水分。另外，采用垄沟集雨、垄覆膜，沟覆砾石的综合干预措施，可显著提高土壤的含水量，在低降雨的年份，是一种较为理想的水干预方式。 该区域种植高耗水的苜蓿，由于苜蓿的根系可深达8 m以上，使6 m 以上土层的含水量均低于4%，形成了深厚的土壤干层。受降雨量的限制，土壤干层一旦形成，很难逆转。因此，在黄土高原荒漠草原区的生态恢复中，应减少苜蓿的种植面积，搭配耗水较少、产量较高的甜高粱等一年生牧草，并采用垄沟覆膜集雨加补灌30 mm的干预技术。通过这种方式种植的甜高粱，其产量甚至高于覆膜种植、膜下补灌60 mm的处理，且比常规覆膜旱作种植增产69.2%。但采用垄沟集雨，如果垄面不覆膜，在降雨量较低的年份没有显著的增产效果。 采取砾石覆盖，减少土壤蒸发是提高水分利用率的有效措施之一。但砾石覆盖层对土壤蒸发的抑制效果与砾石粒径和覆盖厚度密切相关。土壤蒸发与砾石粒径呈线性关系，与覆盖厚度呈幂函数关系。粒径增大，土壤蒸发增加，覆盖厚度增大，土壤蒸发减少。但粒径太小或覆盖厚度太大，土壤温度降低。土壤温度最高的粒径范围为20—60 mm，覆盖厚度范围为5—8 cm，当覆盖厚度超过9 cm时，厚度继续增加，土壤蒸发降幅很小，而覆盖成本又大幅增加，因此，砾石覆盖最适宜的粒径和厚度分别为20—60 mm和8 cm。在西瓜田采用砾石覆盖能减少土壤蒸发，提高和稳定土壤温度，促进根系的生长，提高产量和水分利用率，是一项行之有效的农田水干预方式。另外，降雨少的年份，对沙田西瓜进行补灌有显著的增产效果，但降雨多的年份，砂田补灌增产效果不明显。 对农田生态系统中小麦、玉米等作物水分干预的研究结果表明，降雨较多的年份，在农田采用垄覆膜的垄沟集雨技术，能显著提高小麦、玉米等作物的产量。降雨少的年份，采用该技术仍能显著增加玉米的产量，但小麦的产量降低。将该技术与地面覆砂或覆草及补灌技术相结合，玉米的增产效果更显著，水分利用率更高。研究结果还表明，小麦、玉米和甜高粱补灌后均有显著的增产效果。其中小麦不同补灌量的增产幅度有显著差异，但不同灌溉方式的差异不显著。 对不同生态系统水干预效应的研究结果表明，在黄土高原荒漠草原区，选择耐旱及耗水量较低的灌木、牧草和作物，采用水平沟或垄面覆膜的垄沟集雨技术，与砾石或草覆盖相结合进行人工干预，在降雨量较多的年份可获得较好的干预效果。而在降雨较少的年份，则应适当辅之以补充灌溉，才能较好的维持生态系统的稳定。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	132
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/21528]
专题	寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	谢忠奎. 黄土高原荒漠草原区典型生态系统人工干预的水分效应研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2006.

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