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《北京林业大学》 2008年
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石羊河下游绿洲—荒漠过渡带典型固沙植被生态水文效应研究

徐先英  
【摘要】: 石羊河下游的民勤绿洲,地表水资源短缺和地下水的过度开发,已造成绿洲-荒漠过渡带呈破碎状态,植被衰退、沙丘活化,已严重影响过渡带植被持续稳定地发挥固沙功能,因此,研究固沙植被生态水文效应,对于绿洲-荒漠过渡带的恢复与重建具有重要意义。 本文运用生态水文学的理论,以民勤绿洲西北缘的过渡带为研究对象,通过野外调查和定位观测相结合的方法,对绿洲-荒漠过渡带地下水、降水时空变化对固沙植被的影响进行研究,初步研究结果如下: (1)民勤绿洲边缘地下水位经历从高到低渐变过程,但在空间纵向上,地下水位下降速率坝区﹥泉山区﹥湖区;在横向上,绿洲边缘﹥荒漠区,地下水位沿绿洲边缘向荒漠区方向,存在一个从低到高的水位梯度;时间上,地下水下降速率90年代﹥21th前6年﹥80年代﹥70年代﹥60年代;地下水位年内变化从60年代随季节变化,演变到目前全年几乎得不到回升。 (2)随地下水位的下降,梭梭、柽柳和白刺群落盖度呈指数形式下降。当地下水位下降﹥5m,不同立地条件下固沙灌木退化速度为,固定沙丘﹥半固定沙丘﹥半流动沙丘。随地下水位的下降,天然植被从盐生草甸逐渐向荒漠植被演替;人工植被向沙生或更旱生植物演替,从发展趋势看,白刺沙包可能成为退化演替序列的顶级群落。地下水位的变化,导致以梭梭、柽柳和白刺分别为建群种的植物群落,在高水位和低水位条件下物种多样性减少,在中间水位条件下物种多样性增加;在半固定沙丘,白刺在过渡带均占有较高的生态位,当地下水位从7.5m下降到13.0m,白刺种群的生态位宽度逐渐增大,表明白刺对干旱环境的适应性高于柽柳和梭梭。 (3)地下水埋深影响固沙灌木吸水根系的发育。当地下水位1.6m,梭梭和柽柳的吸水根在0~160cm层基本呈均匀分布;当地下水位为2.6m和3.6m,吸水根在地表以下0~120(160)cm和地下水位以上110cm范围内,呈高密度分布。随着树龄的增长,吸水根在地下水位影响的土层范围内大量发育,固沙灌木主要利用地下水;当地下水位下降到21~24m,梭梭、柽柳和白刺吸水根主要分布在地表以下0~120cm土层范围内,分别占垂直剖面总吸水根的67.6%、69.9和86.8%,固沙植物主要逐渐演变为利用天然降水。 (4)降水强度和降水量影响固沙灌木土壤水分的入渗速率和入渗补给量,高降水强度有利于水分向深层渗透,但随入渗时间表现出滞后效应;具有物理结皮或生物结皮的灌木林地, 0~40(60)cm土壤层受降水影响最大,土壤水分波动明显;降水后水分在土壤中再分配与植被的蒸散同步进行,植物不但消耗入渗的水分,而且也消耗湿润峰以下土壤储存的水分。次降水在不同植被区入渗深度在0~200cm范围内。 (5)不同固沙灌木冠层穿透水量随降水量增加而增加,穿透降水量与降水量的关系符合线形模型(p﹤0.01),梭梭、柽柳、正常生长白刺和衰退白刺冠层截留容量分别为0.9mm、0.8mm、0.6mm和0.3mm,群落冠层截留率分别为16.6%、33.1%、12.0%和2.7%。当降水强度﹥0.8mm.h-1时,梭梭和柽柳冠层截留率分别基本稳定在0.2~0.3和0.3~0.4之间;当降雨强度﹥0.5mm.h-1和﹥0.4mm.h-1,正常生长和衰退白刺冠层截流率分别维持在0.1~0.2之间和0.05~0.1之间。 (6)干旱荒漠区沙地凝结水主要自大气中吸湿凝结,占总凝结量的83.8%,而土壤中水汽向上运移形成的凝结水只占16.2%;凝结水主要发生在0~10cm土层,其中0~2cm土层最高,占凝结水总量的38.1%,随土壤深度加深,凝结水出现时间存在滞后现象;凝结水在夜间2:00~4:00最高,平均占日凝结量的21.6%;三种灌木林地7~9月平均总凝结量14mm;地表温度、近地面气温、空气相对湿度和5cm层地温对土壤凝结水形成起主导作用。 (7)梭梭的蒸腾耗水日变化表现为双峰型,而柽柳和白刺日变化则表现为多峰格型;3种灌木蒸腾耗水在中午存在“午休”现象,但“午休”不明显;不同灌木在夜间也保持一定的蒸腾速率,而且地茎越粗夜间蒸腾持续的时间越长,越细持续时间越短,不同地茎灌木在第二天液流启动之前,夜间液流都有一个明显的下降过程,甚至为0。固沙灌木茎干液流季节变化表明,梭梭和柽柳茎干液流8月份最高,7月份次之,6月与9月基本一致,而白刺7月份最高,8月次之。相近地茎3种灌木单位面积液流量为:白刺﹥柽柳﹥梭梭,梭梭耐旱性较高。在整个生长季,空气水汽压差或气温对梭梭起主导作用,而太阳辐射对柽柳和白刺起主导作用。 (8)石羊河下游民勤绿洲防护体系每年实际生态需水量为1.49×108m3,占民勤绿洲7.64×108m3用水总量的19.5%,扣除0.35×108m3的有效天然降水,另外需要1.14×108m3的其它水资源,才能满足防护体系的生态需水要求。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:Q948

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