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题名	科尔沁沙地水分动态及水资源评价
作者	刘新平
学位类别	博士
答辩日期	2008-04-30
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	赵哈林
关键词	沙地 降水 水分常数 水分运动参数 水分动态 水量平衡 水分再分配 土壤凝结水
其他题名	Water dynamics and water reasources evaluation
学位专业	生态学
中文摘要	水是科尔沁沙地植被生长的主要限制因子，沙地水分动态、过程及规律的正确把握以及沙地可利用水资源的合理评价是沙地综合整治与植被恢复与重建的前提，同时也是深入研究沙地水分再分配过程及其机制的必要条件。本文选择地处科尔沁沙地腹地的奈曼旗中北部作为研究区域。这里沙丘、人工植被（乔木及灌木）、草地、农田（灌溉农田和旱作农田）交错分布，多种生态系统并存，具有广泛的代表性。通过对科尔沁沙地降水、土壤水、根-土界面水分再分配、土壤凝结水的研究初步得出以下结论： 1）奈曼地区47年来平均降水量为355.8mm；春季降水相对平稳，夏季降水逐年增加，秋季和冬季降水逐年减少；秋季降水所占份额最大，为年平均降水的59%，其次为夏季为32%；年降水中以7月的降水量最大，占年降水总量的30.4%；降水量介于300-350mm的年份最多，占29.8%，小于多年平均降水量的年份约占60%；年降水300mm以上的概率为70%，而大于多年平均降水量（355.8mm）的概率仅为40%；降水年际变率较大，变异系数为24.7%，总体趋势是降水逐年减少，有趋于更干旱化的特点。 2）流动沙丘各部位0-200cm深度土壤容重差异不显著；田间持水量变化在9.5-13.5%之间，平均为12.3%；各部位垂直方向上存在负线性相关关系，说明容重大时，田间持水量小；机械组成以0.25～0.10mm的组分含量最高，约占50-80%，个别部位甚至高达90%，各部位机械组成之间的差异不是很明显； 固定沙地饱和持水量从表层到180cm的变化幅度不大，其值变化在20.82%-23.01%，变幅为2.19%，平均值为22.28%，变异系数为2.87%；田间持水量变化在17.04%-19.30%，变化幅度为2.26%，其平均值为18.33%，变异系数为3.31%；容重平均值为1.54，变幅为0.04，变异系数为0.80%。 干草甸饱和持水量的变化幅度较大，变幅为14.48%，最大值为38.63%，最小值为24.15%，变异系数为12.0%，从表层到170cm深度处其值有波动增大的趋势；田间持水量平均值为22.83%，变幅为19.59%，变异系数为23.0%；容重的变化幅度相对较大，最大值为1.53，最小值为1.31，平均值为1.39，变幅为0.22，变异系数为4.7%。 相比而言，干草甸土壤饱和持水量最大，固定沙地次之，流动沙地最小，田间持水量的变化与饱和持水量一致，容重的变化与和饱和持水量相反，表现为流动沙地＞固定沙地＞干草甸。 3）不同粒径沙土的湿润锋迁移速率的大小依次是0.50-0.25mm沙土>0.25-0.10mm>原状土，最小的是<0.10mm的沙土，土壤粒径与入渗性能呈正比关系，即粒径大，则入渗快，反之则小；湿润锋迁移速率与入渗距离均符合幂函数关系Y=aXb，相关分析结果均达到了极显著水平；对于粒径<0.10mm的沙土而言，当土壤容积含水量<0.415时，波尔兹曼参数值随含水量的增加而缓慢降低，当含水量>0.415时，波尔兹曼参数值则随含水量的增加而迅速降低；不同粒径沙土的水分扩散率大小依次是：0.50-0.25mm沙土>原状土>0.25-0.10mm，最小的是<0.10mm的沙土。土壤容积含水率与非饱和土壤水扩散率符合D(θ)=aebθ的经验公式并呈指数曲线变化。相关分析结果具有极显著的正相关关系。 在应用水平土柱法测定非饱和土壤水分扩散率的过程中，氯化钴试纸法可以用于测定湿润锋的位置，特别是在高土壤含水量时，相比目视法而言更能显示其优势。虽然这种方法和目视法计算出的土壤水分扩散率差异不显著，但从所得结果的变化趋势上可以看出氯化钴试纸法在一定程度上可以提高结果的可靠性。 4）沙地土壤含水量随着降水量的变化而变化，降水影响层的深度在年、月之间均存在差异；2006年流动沙地90cm深度以上的土壤层水分变化较为剧烈，而140cm以下的土壤水分变化相对比较稳定；2007年受降水的影响，土壤水分月变化幅度要大一些。 固定沙地2005年土壤水分在130cm深度以下的变化比较稳定，而100cm以上层的水分波动比较剧烈；2006年 0-70cm深度属于波动段，主要是受降水和蒸散发的影响，70-140cm属于稳定段，140cm以下属于深层波动段；2007年固定沙地土壤水分的变化相对来说比较平稳。 干草甸2005年土壤含水量的变化相对比较稳定，随深度基本可以分为3层，即80cm以上为降水影响层，80-140cm为中部稳定层，而140cm以下则为补给影响层；2006年的土壤含水量变化更大一些，表现为，80cm 以上层土壤含水量受降水量的影响波动更大，80cm以上层为降水响应层，而80-140cm以下层土壤含水量比较稳定，保持在5.0%左右；2007年干草甸土壤含水量的变化幅度更大，降水影响层的深度达到140cm。 5）生长季流动沙地土面蒸发量从４月开始逐渐增大，至８月达到蒸发的最高点，９月蒸发量开始回落；5、6两个月受气温的影响蒸发量相对较小，只占到同期降水量的30-40％；生长季总蒸发量为167.42mm，占同期降水量的76.07％，降水对深层土壤（>120cm）的补给量从4月开始逐渐增大， 8月达到最大值16.79mm；进入9月，随着降水量的减少以及8月较大的蒸发消耗，补给量迅速减少；补给系数从5月至8月逐渐增大，最大值可达到26.73％，平均为15.09％；这表明流动沙地土壤可以储存更多的降水并能补充深层土壤水分。 固定沙地2005年从7月6日至9月12日的时段降水总量为115.5mm，而总蒸散量则为136.7mm，为降水量的118%；从平均日蒸散量来看，时段内降水总量大，对应的蒸散量也就大；2006年生长季节固定沙地蒸散量占同期降水量的90%， 2007年生长季蒸散量与同期降水量的比值为1.0，这表明2007年固定沙地生长季的水分收支持平，区域降水能够满足生长季植物的水分需求。 干草甸2005-2007年水量平衡的计算结果显示，时段平均日蒸散量与降水量呈正比关系，相关分析结果达到极显著水平（R2=0.751;P<0.01）。生长季蒸散量和降水量的比值平均为1.05，土壤水分收支基本可以达到持平。 6）初步认为科尔沁沙地常见植物种小叶锦鸡儿、樟子松、小叶杨、榆树和黄柳均具有根-土界面的水分再分配现象；榆树的水分再分配能力较其它4种植物更强，而樟子松和小叶锦鸡儿水分再分配量较小；5种常见植物根-土界面水分再分配现象发生的时间一般都是在14：00之后，而分配水量最大的时间多是出现在次日凌晨4：00左右，也就是说4：00-14：00为植物的蒸腾耗水时段，而14：00-次日4：00为植物的水分再分配时段。 7）对于科尔沁沙地土壤而言，凝结水作为一种水资源的存在形式，在夜间对沙地土壤具有一定的补给作用；每天的凝结水开始形成的时间一般在17：00-19：00之间，但是其数量相当微小，以至于土壤水分的蒸发量远大于凝结水量。从19：00-22：00这段时间内，随着夜幕的降临，气温的降低和空气湿度的增大，凝结水形成的速度大于土壤表面的蒸发量，凝结水量明显的增多。0：00-4：00之间则是凝结水形成数量最多的时段，4：00之后随着太阳的升起，气温和土壤表面温度开始升高，土壤表面蒸发量逐渐增大，同时夜间形成的凝结水也开始蒸发损失，大约在5：00-8：00之间载土圆环的重量便小于前一天首次称重时的重量；不同生境凝结水量在时间上存在较大差异。在11个观测日中，固定沙地表层土壤形成的凝结量最多，其次为流动沙地，而樟子松林最小，和农田凝结量基本相同。从凝结水总量来看，固定沙地最多，约1.89mm，农田最少为1.21mm，流动沙地和樟子松林地分别为1.32mm和1.40mm；各样地0-9cm是土壤凝结水的主要形成层，以下至30cm深度内都有凝结水形成，但凝结水量较少，表层0-3cm所占比例最大，约占总凝结量的40%左右。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	128
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/21734]
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	刘新平. 科尔沁沙地水分动态及水资源评价[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. 2008.

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