五龍池小流域土壤水分時空變異及其與主要影響因子的關系.pdf

1、土壤水分是土壤物理學的一個重要研究內容，也是土地持續(xù)利用、水資源規(guī)劃與管理、節(jié)水農業(yè)技術研究的基礎。土壤水分的監(jiān)測與模擬已經成為國際前沿研究領域的熱點之一。許多組織、國家都十分重視該領域的研究，特別是在干旱半干旱地區(qū)對此問題尤為重視。土壤水分的時空異質性對于地下水補給、氣候研究以及天氣預報等許多科學和商業(yè)活動具有重要意義，研究土壤水分的變異對于量化特定區(qū)域的生態(tài)、水文和自然地理過程也具有非常重要的意義，因此，土壤水分及其時空變異性的研究

2、一直是水文學、土壤學研究的一個熱點。在不同尺度上，影響土壤水分變異的環(huán)境因子作用不盡相同，因此，多尺度上明確土壤水分變異及其與環(huán)境因子的關系既是研究土壤水分變異的需求，也是預測土壤水分、評價環(huán)境質量、指導小流域綜合治理以及優(yōu)化水土資源合理利用過程中非常重要的一環(huán)。
　　丹江口水庫總庫容為290.5億m3，是南水北調中線工程水源地，也是我國重要的戰(zhàn)略水資源區(qū)。丹江口庫區(qū)水源區(qū)長期水土流失加劇，植被涵養(yǎng)水源功能下降，近年來，國家投入大

3、量人力物力對水源區(qū)生態(tài)環(huán)境進行修復治理，取得了一定的成效，但是水土流失問題依然比較嚴重，植被涵養(yǎng)水源功能也有待進一步加強，因此研究庫區(qū)內典型小流域的土壤水分時空變化及其與影響因子的關系對于水庫的水質、水量安全具有重要的理論和實際意義。本文以丹江口庫區(qū)典型小流域——五龍池小流域為研究對象，以12個雨后持續(xù)6天的土壤水分觀測過程為基礎，研究了小流域土壤水分空間變異及其與環(huán)境因子的關系，得出了每個過程各測次土壤水分變化的主控因子，以及不同干濕

4、時段土壤水分的時空變異及其與環(huán)境因子的關系，定量分離了主控環(huán)境因子對土壤水分變異的貢獻率;在不同干濕時段主控因子的基礎上，分析了各因子與土壤水分的關系以及在土壤水分時間動態(tài)變化中的作用;以不同干濕時段為基礎，利用指數(shù)平滑法對土壤水分進行了時序預測。取得的主要結果有:
　　(1)通過對12個過程的土壤水分均值和變異系數(shù)的分析，研究了土壤水分空間變異和土壤含水量變化之間的關系。同一個監(jiān)測過程內的土壤水分均值一般情況下是以兩天為單位隨著

5、觀測的持續(xù)進行表現(xiàn)出顯著性差異(p＜0.01)。土壤水分的空間變異基本上隨著土壤含水量的降低呈現(xiàn)增強趨勢（過程1，2，6，7，8和11），部分過程觀測后期空間變異逐漸穩(wěn)定（過程1，3，4和5），過程9雖然土壤含水量持續(xù)降低，但其空間變異卻出現(xiàn)較大波動。
　　(2)通過雙向指示種分析法將12個過程分為三類，分別是濕潤時段、適中時段和干旱時段，此處濕潤、適中和干旱是相對的概念，用來表征不同時段初始含水量的不同。通過對12個過程土壤水分

6、數(shù)據(jù)和環(huán)境因子進行冗余分析，研究每個過程內隨著土壤水分變化前兩個主控因子變化情況。隨著土壤水分的時間動態(tài)變化，各個過程內各測次主控因子變化較大，雖然部分過程部分測次主控因子可能相同，但是它們的作用強度在不同測次之間也不一樣。從單個過程主控因子的結果綜合來看，在濕潤時段，控制土壤水分變化的主要因子包括:坡位、地形濕度指數(shù)、土層厚度和坡形。在適中時段，土層厚度、坡位和坡形是影響土壤水分變異的主要因子。干旱時段的主控因子主要包括坡位、地形濕度

7、指數(shù)和土層厚度。而且相對于濕潤時段和適中時段，干旱時段主控因子的作用相對比較穩(wěn)定。
　　(3)對不同時段土壤水分的空間變異進行研究，然后通過前項選擇剔除冗余環(huán)境因子，并定量分離不同主控環(huán)境因子對土壤水分變異的解釋量。在濕潤時段和適中時段土壤水分的空間變異隨著土壤水分的降低而逐漸增強，而在干旱時段則呈現(xiàn)出先增強后減弱的趨勢。不同時段冗余變量剔除之后，濕潤時段和適中時段的主控環(huán)境因子為土層厚度和坡位，干旱時段的主控因子為土層厚度、坡位

8、和地形濕度指數(shù)。三個不同時段，土層厚度對土壤水分變異的解釋量在單個因子當中始終最大，其貢獻率在三個時段分別為39.89％、35.37％以及33.44％，坡位的單獨貢獻率分別為21.48％、25.00％和9.15％，地形濕度指數(shù)在干旱時段的單獨貢獻率為3.49％。
　　(4)在三個干濕時段的基礎上，研究了不同主控因子水平對土壤水分的作用。在初始含水量不同的情況下各因子作用的滯后性表現(xiàn)不同。初始含水量越高，因子作用的滯后性越明顯。在濕

9、潤時段，土層厚度的滯后性表現(xiàn)比較明顯，坡位則沒有表現(xiàn)出這一特性;在適中時段，土層厚度和坡位的滯后性也比較明顯;在干旱時段，土層厚度、坡位以及地形濕度指數(shù)作用的滯后性表現(xiàn)均不明顯。
　　(5)通過指數(shù)平滑法對土壤水分進行時序預測。研究通過對不同干濕時段的土壤水分進行預測表明，土壤含水量越高，指數(shù)平滑法預測越精確。指數(shù)平滑法在預測土壤水分較高的濕潤時段效果最好，效率系數(shù)達到了0.90，而在適中時段效率系數(shù)嚴重偏低，干旱時段效率系數(shù)甚至