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《甘肃农业大学》 2007年
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绿洲—荒漠交错带生态垫覆盖下沙丘土壤水分动态及预测

李禄军  
【摘要】: 土壤水分作为土壤-植物-大气连续体(SPAC)的一个关键因子,它不但直接影响土壤的特性和植物的生长,而且间接影响植物分布和在一定程度上影响小气候的变化。随着固沙植被的建立、发展和演变,固沙年限的增加及人工固沙植被群落的生物类群剧增,沙丘的土壤水分呈现明显的下降趋势,土壤水分不足成了植被生长的最大阻碍,整个体系出现了不稳定的现象,植被提前衰弱。因此,土壤水分状况是决定植被治沙成败的重要条件,采取措施提高土壤水分的含量,提高有限降水量的利用率,是长期固沙及植被恢复的关键所在,具有重要的现实意义。 绿洲-荒漠交错带是植被恢复的一个重要区域,而植被恢复的关键之一是了解沙丘土壤水分的变化规律。本研究从2004年10月到2005年10月,对甘肃省张掖绿洲荒漠交错带沙丘土壤水分进行了连续观测,初步研究了生态垫在沙漠治理中的应用。所得主要结果与结论有: 1、在晴天条件下沙丘上铺设生态垫可以有效抑制沙丘水分蒸发,在降雨条件下又可以减缓降水向沙丘深层的入渗,因此铺设生态垫可以减小沙丘土壤水分的空间变异(CV=4.61%)。 流动沙丘0~40cm的含水量(1.19%~1.27%)低于固定沙丘(1.61%~1.75%),而其它各层的含水量(1.52%~1.73%)都高于固定沙丘(1.11%~1.38%);流动沙丘含水量(1.27%~1.73%)从上部到下部依次升高,而固定沙丘(1.75%~1.11%)则与此相反。这主要是因为,流动沙丘表层植被稀疏,受风的作用强烈,表层扰动大,而固定沙丘表层结皮的形成可以减少表层水分的蒸发,且固定沙丘上生长有根系发达的梭梭等植被,可大量消耗沙丘深层的土壤水分。 2、利用土壤含水量的标准差和变异系数两个指标,对沙丘土壤水分垂直变化进行分层,可将该区沙丘土壤剖面划分为土壤水分速变层、平稳层和稳定层。土壤剖面层次的划分与沙丘类型及沙丘治理模式有关,且不同的剖面层次特点不同。 3、对生态垫覆盖条件下沙丘各层含水量之间进行相关性分析,结果表明,生态垫覆盖条件下沙丘表层土壤含水量与中层土壤含水量的关系最为密切,而与深层土壤含水量的相关性次之,这主要是因为,在降水本来就少的该研究区,沙丘受生态垫阻隔作用的影响,降水一般不能渗流到深层的缘故;中层土壤含水量与表层土壤含水量的关系比与深层土壤含水量的关系更密切;深层土壤含水量与中层土壤含水量的关系比与表层土壤含水量的关系密切。 4、沙丘土壤水分时间动态主要受降水、植被以及地表覆盖等因素的综合影响。沙丘土壤水分变化滞后于降水变化一段时间,这主要是由于地表植被、地表覆盖、结皮以及根系等因素减缓了沙丘土壤水分入渗的缘故。 5、铺设生态垫能够显著降低沙丘土壤表层10cm以内的土壤温度,并减缓10cm以内的土壤温度日变化幅度,降低了生长季节白天的沙丘土壤温差,有利于减少沙丘高温条件下的土壤蒸发。 6、本研究运用指数平滑法和自回归时间序列模型对沙丘土壤水分进行动态模拟及预测研究。通过不同方法的比较研究,可以得出:指数平滑法在土壤水分模拟时精度优于自回归时间序列模型,能够更好地模拟土壤含水量的历史数据,而自回归时间序列模型在土壤水分预测方面的精度优于指数平滑法,能更好地反映土壤水分的未来变化趋势。因此,对于土壤水分的模拟和预测应采用不同的模型。 生态垫是一种新型的环保材料,它不仅不对环境造成污染,而且还能改善沙丘水分状况。生态垫在北方干旱地区特别是荒漠地区分解是个缓慢的过程,在研究期间,生态垫还没有完全分解,但是在这期间,在防止风的直接吹蚀、改善沙丘土壤水分和土壤温度状况等方面已经起到了明显的作用。覆盖生态垫后,沙丘土壤水分受到物理阻隔,切断了与大气的交换,从而造成了内部水分的循环,改变了土壤含水量分布和变化特征,土壤水分较多地保留在土壤中,为固沙植物的生长发育创造良好的条件。因此,本研究初步认为,将生态垫应用于沙丘的治理与植被恢复,能有效地保持沙丘水分、提高人工固沙植被成活率,将为我们提供一种新型的治沙模式。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S152.7

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