收藏本站
《西北农林科技大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

黄土高原南北样带土壤干层时空特征及模拟

赵春雷  
【摘要】:由于区域气候条件以及大规模植被建设的影响,土壤干层在黄土高原地区广泛分布并造成一系列的生态环境问题,使得区域生态系统健康、人工植被的可持续性以及水土流失综合治理面临严重威胁。量化黄土高原土壤干层的时空动态特征,有助于全面、准确地认识黄土高原土壤干层的发展态势,为人工植被的可持续性以及黄土高原生态环境的改善提供科学依据。论文选取黄土高原典型南北样带土壤干层为研究对象,对南北样带土壤干层及相关环境因素开展了长时间、高频率的调查工作,利用地统计学、主成分分析、偏冗余分析等方法,研究了区域样带土壤干层的时空动态特征、演变规律及主导因素,并利用多元线性回归和人工神经网络的方法建立了土壤干层的间接和直接预测模型,主要研究结果如下:(1)在黄土高原南北样带土壤中,黏粒、粉粒和砂粒的含量随着纬度的增加呈现明显的地带性分布。土壤质地沿水平方向上的变异要大于垂直方向,黏粒和砂粒的空间变异程度要高于粉粒。土壤有机碳含量在样带上呈现由南到北逐渐降低的趋势,在垂直方向上呈现随深度增加而降低的趋势,最终在1.5 m以下土层趋于平稳,维持在较低水平。表层土壤(0~0.4 m)饱和导水率随着纬度的增加,表现出先降低后升高的趋势。容重在南北方向上的变化趋势与饱和导水率相近,与饱和含水量的变化趋势相反。田间持水量和凋萎含水量沿样带的变化趋势相近,且整体上均表现为由南到北逐渐降低的趋势,仅在黄土高原北部有一定升高。(2)不同季节中,土壤水分在样带剖面土层平均含量相近,但春季和冬季土壤含水量的空间相似性大于夏季土壤含水量。土壤含水量在区域样带的分布表现出明显的地带性,不同季节均表现为由南到北逐渐减少的趋势,在样带末端一定的回升。不同时期剖面土壤含水量的差异主要表现在表层0~1.6 m,其中以秋季的土壤水分状况最好。整体来看,黄土高原地区土壤剖面中参与土壤-植被-大气连续统一体水分交换过程的主要土层深度范围为表层0~2 m。样带土壤水分活跃层的厚度、活跃层内水分变异程度和活跃层内水分含量均随纬度的增加呈二次函数分布,样带中部活跃层厚度较大,部分样点厚度超过了4 m。水分活跃层的空间分布是气候和局地因素共同作用的结果,其中气候因素的贡献率更高。(3)在不同季节下,样带土壤干层的空间分布具有一定相似性。土壤干层主要分布在中北部地区,部分样点干层厚度达到了5 m。从研究期平均水平来看,土壤干层的分布面积占样带断面总面积的28.38%,起始深度均值约为1 m,厚度在3 m左右。在不同季节中,夏季土壤干层的分布面积最大,秋季土壤干层的分布范围最小,水分状况最好。土壤干层各量化指标随时间的变化显示出了一定的周期性,但各指标增减规律在时间上不完全重合,土壤干层厚度随时间的变化相较于另两个指标具有一定的滞后性。各指标随时间的变异程度也存在一定差别,整体而言,干层内平均干燥化指数的变异程度最大,干层厚度的变异程度最小。(4)不同土地利用下土壤干层在剖面的分布范围及干层内的干燥化程度不同,其中农地的土壤干层分布最浅,主要分布在0.12~1.38 m深度范围内,林地和草地土壤干层在剖面的分布范围相似,均在0.32~3.70 m的范围内。土壤干层的干燥化程度依次为农地林地草地。土壤干层厚度的增减过程通常是上、下边界同时进行,上、下边界的增减速度与土地利用类型有关。农地中上边界的增减速度小于下边界,林地和草地相反。不同土地利用的土壤干层量化指标中,干层内干燥化指数随时间的变异程度均高于干层起始深度和干层厚度。(5)在极端条件下,土壤干层的分布范围具有显著差异,样带土壤干层分布面积的最小值仅为最大值的53.8%,因此,长时间序列观测在土壤干层的研究工作中是十分必要的。永久性干层主要分布在黄土高原的中部和北部地区,由于其自我恢复能力较差和其严重的负效应,永久性干层在干层的治理和修复工作中应给予更多的重视。调控土壤干层的措施和精力应该主要放在永久性干层分布的区域,以减轻其对黄土高原生态环境负面影响,提高干层治理措施的功效。干层修复工作中应加强与局地因素相关的措施,如土地利用的改变、植被种类的选择、合理种植密度和微地形重建等,这是修复永久性干层的关键。(6)在土壤干层的模拟中,通过预测土壤干燥化指数,进而计算出土壤干层各指标的间接预测方法取得了较高的模拟精度。因此,在黄土高原地区,通过间接方法预测土壤干层是一种有效的干层模拟手段。此外,不论是间接方法中对样带0~5 m土层土壤干燥化指数的预测,还是直接方法中对干层3个指标的模拟,在相同变量的情况下,人工神经网络对自变量和因变量之间的复杂关系均表现出了更强的刻画能力。因此,在黄土高原地区土壤干燥化指数及干层的相关模拟中,人工神经网络的应用有利于提高模型的模拟精度,其前景和优势相较于多元线性回归更为显著。论文在理解土壤干层空间分布及影响因素的基础上,充分认识和分析了黄土高原南北样带土壤干层的时空动态特征及演变规律,阐明了黄土高原中部地区永久性干层应作为干层调控的重点,建立了人工神经网络配合间接方法的土壤干层预测模型。这些结果有助于准确把握黄土高原土壤干层的防控形势、提高区域土壤干层调控措施的针对性、促进黄土高原植被建设的长效可持续,进而为黄土高原土壤水分的科学管理、区域生态环境建设的可持续推进提供重要的科学依据。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S152.7

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邵明安;贾小旭;王云强;朱元骏;;黄土高原土壤干层研究进展与展望[J];地球科学进展;2016年01期
2 赵景波;张鹏飞;马延东;邢闪;;青海湖南侧江西沟土壤水分分布与土壤干层恢复[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2012年03期
3 赵景波;王长燕;岳应利;杜娟;;西安地区人工林土壤干层与水分恢复研究[J];自然资源学报;2007年06期
4 潘占兵;张龙;杨瑞;李生宝;董立国;蔡进军;;黄土高原土壤旱化研究综述[J];水土保持研究;2012年06期
5 赵景波;李瑜琴;李艳花;岳应利;;陕西兴平与咸阳人工植被土壤含水量研究[J];干旱区地理;2005年05期
6 李瑜琴;赵景波;;西安南郊曲江丰水年苹果林地土壤干层恢复[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2005年04期
7 杨泽元;许登科;郑志伟;石玉红;史晓琼;张艳娜;李文莉;;干表层的概念界定及其水文生态效应研究[J];水文地质工程地质;2017年02期
8 程积民,万惠娥,雍绍萍,王静;黄土丘陵区沙棘灌木林地土壤水分动态研究[J];西北植物学报;2003年08期
9 李瑜琴,赵景波;长安地区人工林地土层含水量研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2005年01期
10 周旗;;黄土高原的植被建设也应“与时俱进”[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 顾静;;西安地区麦地不同降水年份土壤含水量研究[A];中国地理学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 赵春雷;黄土高原南北样带土壤干层时空特征及模拟[D];西北农林科技大学;2018年
2 周旗;关中平原土壤水环境变化与植被建设[D];陕西师范大学;2005年
3 王云强;黄土高原地区土壤干层的空间分布与影响因素[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2010年
4 王力;陕北黄土高原土壤水分亏缺状况与林木生长关系[D];西北农林科技大学;2002年
5 程立平;黄土塬区深剖面土壤水分特征及其补给地下水过程研究[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2013年
6 陈宝群;陕北黄土高原土壤水环境变化与植被建设[D];陕西师范大学;2007年
7 贾小旭;典型黄土区土壤水分布及其对草地生态系统碳过程的影响[D];西北农林科技大学;2014年
8 陈洪松;黄土区坡地土壤水分运动与转化试验研究[D];西北农林科技大学;2003年
9 牛俊杰;太原及其周边地区人工植被土壤水环境与植被建设[D];陕西师范大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段晨宇;黄土高原植被对土壤储水量和土壤干层的影响[D];西北农林科技大学;2017年
2 杜娟;西安地区人工林土壤含水量与土壤干层研究[D];陕西师范大学;2005年
3 陈凯;陇中黄土高原紫花苜蓿地土壤干层形成及其恢复效应研究[D];甘肃农业大学;2013年
4 王石言;黄土塬区苹果园土壤水文特征及蒸散规律[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2016年
5 古丽扎提·哈布肯;青海湖地区土壤含水量与富集特点研究[D];陕西师范大学;2012年
6 曹扬;刺槐根系与土壤水分之间关系的研究[D];西北农林科技大学;2006年
7 梁海斌;晋西北黄土丘陵区不同林龄柠条林地土壤水分特征研究[D];山西大学;2014年
8 马淑苗;延川经济林地土壤水分研究[D];陕西师范大学;2013年
9 季志平;黄土高原生态恢复的支撑与维持体系研究[D];西北农林科技大学;2006年
10 张晨成;植被同质化作用对土壤性质和过程的影响[D];西北农林科技大学;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026