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《西北农林科技大学》 2008年
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黄土丘陵沟壑区纸坊沟流域生态恢复过程中养分演变特征及模拟研究

赵护兵  
【摘要】: 在水土流失严重地区,以生态恢复为主的土地利用调整和植被建设不但可以改善流域生态与环境,而且对整个流域内养分循环过程的影响深远。本文以黄土丘陵区中科院安塞水土保持综合试验站纸坊沟小流域生态恢复为例,以长期监测和试验为支撑,在地块和流域尺度上,系统研究了乔木、灌木、草地不同植被类型和不同农地类型养分的循环平衡特征,定量分析和模拟了流域生态恢复过程中养分演变过程。旨在揭示流域生态恢复与养分演变耦合关系,探明流域尺度养分演变规律及其影响因素,从养分循环平衡的角度评价流域治理效果,进而提出科学有效的流域养分优化调控方案,为流域生态恢复和养分资源管理提供科学依据。主要结论如下: 1.在黄土丘陵区纸坊沟小流域,乔木的氮素养分年盈余量是333.1 kg/km2.a,灌木为509.1 kg/km2.a,草地为601.3 kg/km2.a;乔木的P2O5年盈余量是332.9 kg/km2.a,灌木为422.5 kg/km2.a,草地为532.0 kg/km2.a。EPIC模型模拟的乔木植被类型氮素养分年盈余量是305.3 kg/km2.a,P2O5年盈余量是224.1 kg/km2.a;灌木植被类型氮素养分年亏损量是119.0 kg/km2.a,P2O5年盈余量54.5 kg/km2.a;草地植被类型氮素养分年盈余量是506.2 kg/km2.a,P2O5年盈余量323.4 kg/km2.a。林草植被由于大大削弱了水土流失养分通道,所以养分的循环平衡出现盈余。 2.川地、坡耕地、梯田不同农地的养分循环平衡特征不同。川地、坡耕地、梯田与农民施肥水平相类似的MNP、N1P1、MNP处理5年轮作周期中养分盈余量分别是:川地氮素盈余0.615t/km2.a,P2O5盈余5.006 t/km2.a;坡地氮素亏损8.448t/km2.a,P2O5亏损9.348t/km2.a;梯田氮素盈余7.528t/km2.a,P2O5盈余9.971t/km2.a。EPIC模型模拟计算川地5年年平均氮素盈余4.208t/km2.a,磷素盈余5.995t/km2.a;坡地5年年平均氮素亏损7.827t/km2.a,磷素盈余3.006t/km2.a;梯田5年年平均氮素盈余5.936 t/km2.a,磷素盈余9.071t/km2.a。川地和梯田相比坡地,由于减少了水土流失的养分通道,养分盈余量大大增加。 3.纸坊沟流域在近20年的生态恢复综合治理过程中,乔木、灌木、草本植被类型面积在不断的增加,养分盈余量也在不断增加。乔木、灌木、草地3者共同盈余的氮素养分已经由1983年的每年1.73t增加到2003年的每年3.92t,P2O5盈余由1983年的每年1.54t增加到2003年的每年3.51t。退耕还林还草措施的实施,使坡耕地面积在逐年减少,梯田面积在逐年增加,坡耕地亏损的养分也在逐年的减少,梯田盈余的养分在逐年的增加。梯田面积的增加使氮素盈余由1983年的每年0.79t增加到2003年的每年6.19t,P2O5盈余由1983年的每年1.06t增加到2003年的每年8.20t;坡地面积的减少使氮素亏损由1983年的每年29.95t减少到2003年的每年1.27t,P2O5亏损由1983年的每年33.14t减少到2003年的每年1.40t。表明该流域实施生态恢复措施使流域的养分良性循环系统将不断的形成和发展起来。 4. EPIC模型模拟的黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式养分循环平衡特征中各个分量和实测值差距较大,尤其是水土流失量和养分流失量模拟结果差距更大,表明目前该模型还不能直接用于黄土高原水土流失区养分循环模拟。为了使EPIC模型在黄土丘陵沟壑区养分循环平衡特征方面有效运用,需要在EPIC模型机理、模型参数方面进一步校正,同时保持实验观测数据的长期性和连续性。
【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】:2008
【分类号】:X171.4

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