西北干旱區(qū)土壤含水量時(shí)空變化特征及土壤物理性質(zhì)模擬試驗(yàn)研究.pdf

1、西北干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，區(qū)域內(nèi)植被退化，土地沙化，土壤侵蝕嚴(yán)重。土壤水分是西北干旱區(qū)植物生長重要限制因子之一。充分認(rèn)識(shí)西北干旱區(qū)內(nèi)土壤水分時(shí)空變化規(guī)律，闡明土壤水分在干旱陸地生態(tài)系統(tǒng)中的意義，對(duì)干旱區(qū)生態(tài)維護(hù)以及水資源管理有重要的科學(xué)意義。本文以西北干旱區(qū)塔里木河下游和黃土高原南北樣帶為研究區(qū)，在不同空間尺度上（剖面-坡面-斷面-樣帶）進(jìn)行了大量的野外采樣和實(shí)驗(yàn)觀測，并結(jié)合室內(nèi)化驗(yàn)分析，數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和尺度拓展等方法，系統(tǒng)研究了西北旱區(qū)土壤水

2、分時(shí)空變化特征及其影響因素，探討了不同空間尺度上土壤物理性質(zhì)（容重，飽和導(dǎo)水率）的模擬與預(yù)測方法，對(duì)于評(píng)估影響植被恢復(fù)與生態(tài)重建的限制因子具有重要的參考價(jià)值。主要結(jié)果如下:
　　(1)檉柳樣方土壤含水量變化范圍為5％～23％，屬中等變異性。但除了近地下水位土壤層，其余層次的土壤含水量在時(shí)間上變化極小。土壤含水量與土壤質(zhì)地高度相關(guān)，質(zhì)地越細(xì)含水量越高。不同地下水埋深土壤水分剖面相似，且土壤含水量和地下水埋深二者關(guān)系并不明顯。極端干旱

3、區(qū)深根性植物特殊的用水策略導(dǎo)致了土壤水分獨(dú)特的時(shí)間過程。我們認(rèn)為在極端干旱區(qū)地下水—土壤—植物—空氣系統(tǒng)中的水流處于穩(wěn)態(tài)或者準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。因此，土壤含水量通常在時(shí)間上保持不變，而且在極端干旱區(qū)土壤含水量主要受土壤質(zhì)地決定。
　　(2)塔里木河下游地下水位和植被蓋度隨著離河道距離增加分別呈顯著性對(duì)數(shù)和指數(shù)下降關(guān)系。不同質(zhì)地對(duì)土壤持水性有顯著差異，粉壤土的田間持水量(0.32g g-1)為沙土田間持水量(O.10g g-1)的3倍以上，前者

4、的有效含水量約為后者的1.6倍。植被蓋度受地下水位和土壤含水量的共同影響。胡楊和檉柳均具有適應(yīng)極端干旱環(huán)境的能力，但二者用水策略不同。胡楊根系可以直接吸收地下水和土壤水，且在生長季有明顯的水力提升現(xiàn)象;檉柳根系主要吸收地下水和近地下水位飽和土壤水。
　　(3)塔河下游荒漠河岸林土壤含水量與離河道距離并沒有顯著線性規(guī)律。斷面土壤含水量隨著流域河道方向在逐漸減小。斷面植被蓋度隨河段往下呈下降趨勢。塔里木河下游“正質(zhì)地效應(yīng)”普遍存在。<

5、br>　　(4)在黃土高原地區(qū)，土壤干燥化程度存在明顯的緯度地帶性，且雨季前土壤干燥化指數(shù)的空間變異程度高于雨季后;經(jīng)過雨季降水的補(bǔ)給，土壤干層在一定程度上得到修復(fù)，且中部地區(qū)的修復(fù)效果明顯優(yōu)于南部及北部地區(qū);土壤干燥化指數(shù)剖面分布特征在雨季前、后的差異主要表現(xiàn)在淺層0-2.3 m土層，這主要?dú)w因于降水對(duì)淺層土壤水分的補(bǔ)給。
　　(5)黃土高原南北樣帶0～20 cm深度土壤容重的變異為中等程度變異，20～40 cm為弱變異。狀態(tài)空

6、間方程轉(zhuǎn)換系數(shù)表明，不同土層深度容重的影響因素不同，0～10cm主要為有機(jī)碳含量、黏粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)，10～20 cm為有機(jī)碳含量、黏粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)和降水量，20～40 cm為黏粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)、降水量和土地利用。狀態(tài)空間模型的模擬效果均優(yōu)于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的多元逐步回歸方程和傳遞函數(shù)方程，基于黏粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)、降水量和土地利用的狀態(tài)空間模型可以解釋樣帶20～40 cm容重92.3％的變異。一階自回歸狀態(tài)空間模型可用于田間條件下土壤容重分布

7、特征的預(yù)測。
　　(6)黃土高原深剖面尺度土壤飽和導(dǎo)水率具有明顯的空間變異性，變異程度為強(qiáng)變異經(jīng)交叉檢驗(yàn)，土壤飽和導(dǎo)水率可用球狀模型進(jìn)行較好擬合，變程為15m，且具有中等程度空間依賴性。研究所選取的5個(gè)可能影響因素中，飽和導(dǎo)水率、容重、有機(jī)碳、粉粒和黏粒在不同滯后距離上均具有空間自相關(guān)結(jié)構(gòu)，滯后距離分別為8、4、8、l和2個(gè)采樣間距。飽和導(dǎo)水率在不同的滯后距離下與有機(jī)碳和黏粒具有顯著交互正相關(guān)關(guān)系，與容重和粉粒具有顯著交互負(fù)相關(guān)關(guān)