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《兰州大学》 2010年
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青藏高原多年冻土区典型高寒草地植被覆被变化对地表水循环影响的试验研究

李春杰  
【摘要】: 本论文以位于青藏高原长江源多年冻土区的风火山小流域,作为试验研究区域。试验过程中,针对高寒草甸和沼泽草甸两种高寒草地植被类型,以不同植被类型的植被覆盖度作为区分生态退化程度的依据和指标。试验地选择、设计在草地植被覆被盖度较高的区域。试验过程中选择坡型、坡度、坡向趋于一致的不同植被覆盖程度的区域作为研究试验区,并将降雨截留、土壤水分入渗、土壤的蒸发凝结等过程作为研究对象,建立试验观测场。通过分析不同植被盖度下流域气象要素,以及高寒草甸和沼泽草甸降雨截留、土壤水分入渗、土壤的蒸发和凝结过程以及土壤的温度和水分的分布状况等因素,进而分析总结了植被覆被变化与水循环各因素之间的关系,以及它们之间的相互作用机制,突出了在不同植被盖度条件下,高寒草甸的地表水循环过程的变化。研究结果表明: 一、高寒草地植被的降雨截留:(1)沼泽草甸和高寒草甸两种植被类型的截留量和截留率,都存在着十分明显的差异,沼泽草甸的最大截留量和截留率要显著小于高寒草甸的最大截留量和截留率。沼泽草甸的最大截留量为0.18mm,最大截留率为3.8%;高寒草甸的最大截留量为0.61mm,最大截留率为12.4%。沼泽草甸和高寒草甸的截留率和截留量都与降雨强度、降雨量、降雨历时以及植被盖度等因素紧密相关,并且高寒草甸和沼泽草甸的降雨截留量与各因子之间,都有着较高的相关性。(2)植被盖度对降雨截留量有着十分显著的影响,随着沼泽草甸和高寒草甸植被盖度的增加,在相同的降雨强度条件下,截留量也呈现增加的趋势。随着植被盖度的增加,沼泽草甸的降雨截留量和截留率也随着植被盖度的增加而增大,高寒草甸的降雨截留量和截留率都有所提高,但沼泽草甸和高寒草甸降雨截留量和截留率随植被盖度增加的幅度存在差异,沼泽草甸随植被盖度增加的幅度,要明显的大于高寒草甸植被随植被盖度增加,而增大的降雨截留量和截留率。(3)沼泽草甸截留量与降雨量之间具有二次多项式相关关系,高寒草甸截留量与降雨量之间具有幂函数相关关系。沼泽草甸和高寒草甸截留率与截留量之间具有幂函数函数相关关系,截留量与降雨强度之间也具有较好的幂函数相关关系。(4)通过对影响沼泽草甸和高寒草甸植被降雨截留的各个因子,进行多元非线性回归分析结果表明,沼泽草甸的截留量与植被盖度、降雨强度及降雨历时3者之间,存在I=0.00073C·Ri0.18·T0.33多元函数关系;高寒草甸的截留量与降雨强度、植被盖度及降雨历时3者之间,存在I=0.0025C·Ri0.34·T0.19多元函数关系。 二、高寒草地土壤水分入渗过程:(1)地温对高寒草甸土壤的饱和导水率有着十分显著地影响,在0-5℃的温度范围内,饱和导水率随着地温的增加,两者之间呈现负相关;在地温大于5℃的情况下,土壤饱和导水率随着地温的增加而变大。高寒草甸土壤的初始含水率状况,只会影响到土壤水分入渗的过程,对土壤水分入渗的最终结果不会产生显著影响。(2)随着高寒草甸植被盖度的增加,土壤水分的入渗速率和饱和导水率也明显增大。植被盖度较大的高寒草甸,植被的根系层在土壤中分布较为密集,土壤浅层的结构也相对疏松,易于形成优先流,固饱和导水率较大。(3)对影响土壤入渗过程的因子的旋转主成分分析结果表明,影响土壤入渗的因子主要包括:土壤质地及其理化属性因子、亲水有机胶体团粒的含量因子和土壤疏松程度3大因子,其中植被盖度、粒度、容重对土壤入渗影响最大,土壤温度影响最小。 三、高寒草地水分蒸发和凝结过程:(1)通过对高寒草甸土壤凝结水的夜间观测数据分析,结果表明:青藏高原风火山流域高寒草甸土壤凝结水,基本发生在前一日夜间20:00至次日8:00的时间区间内。并且在次日6:00-8:00之间凝结量达到了最大值。土壤凝结水的形成深度,主要集中0-5cm土壤剖面范围内。并且土壤的凝结量会随着高寒草甸的退化而减小。凝结水量一部分会贡献于白天的蒸发损失之中,这一部分生态水量对于青藏高原高寒草甸生态系统平衡的维持具有十分重要意义。(2)土壤凝结水主要形成的来源主要有两个方面,一为空气中的自由水汽凝结形成的吸湿性凝结水;二为包气带水汽在地温梯度的驱动下,向上运移凝结形成的凝结水量。并且包气带水汽向上运移形成的凝结水,要显著大于空气水汽凝结形成的凝结水。未退化、中度退化和严重退化草甸,包气带水汽上移形成的凝结水占总凝结水的比重分别为:67.3%、73.2%和85.3%;未退化、中度退化和严重退化草甸,空气中水汽形成的凝结水占总凝结水的比重则分别为:32.7%、26.8%和14.7%。(3)植被盖度越高,越利于对于空气中凝结水的吸附。随着高寒草甸植被盖度的增加,0-5cm土壤层的凝结水量呈现增大的趋势;而5cm以下土层,夜间的蒸发量会出现相应地减小的现象。较高的植被盖度条件下的土壤的结构更为疏松、有机质和土壤粘粒的含量更高,更加有利于土壤的凝结效率的提高。(4)气象因子对高寒草甸浅层土壤的凝结量的影响很大:气温和地温的变幅越大,土壤浅层的凝结量越大;近地面空气湿度越大,土壤浅层的凝结量相对越大;降雨量和风速等条件对于凝结量的形成影响也十分的显著,都与凝结量负相关。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S812

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