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《中国林业科学研究院》 2011年
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六盘山地区水文要素坡面变化

段旭  
【摘要】:为寻找能连续测定六盘山地区水文要素坡面变化的技术途径,及比较石质山区和黄土不同土质、森林和草地不同植被覆盖下典型坡面的水文要素变化特征。采用多电极电阻仪法于2009~2010年的两个生长季(5~10月),在六盘山南侧具半湿润气候特征的香水河小流域,选取三个典型植被的坡面(洪沟华北落叶松人工林坡面,东南坡向,坡度35°,海拔2 500m,年降水量600mm;洪沟白桦疏林坡面,东北坡向,坡度45°,海拔2 500m,年降水量600mm;草沟灌丛稀植乔木林坡面,西南坡向,坡度45°,海拔2 468m,年降水量600mm),开展坡面植被特征时空变化、土壤物理性质空间分布、土壤水分和电阻率时空分布研究;于2010年5月初在六盘山外围的叠叠沟草地坡面(东北坡向,坡度30o,海拔2 100m,年降水量600mm)、六盘山周边的固原云雾山黄土草地坡面(东南坡向,坡度20o,海拔2 100m,年降水量400mm)和甘肃泾川官山的黄土刺槐林坡面(西南坡向,坡度35o,海拔1 300 m,年降水量550mm)上,进行了土壤水分和电阻率空间变化的测定。所得主要研究结果如下: 1.香水河典型坡面上土壤物理性质的空间分布所有植被类型坡面的土壤物理特征在0~100cm土层范围内,石砾含量和土壤容重随土层深度增加逐渐增大,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量均随土层加深而减小,但非毛管孔隙先增大后减小。 对于0~100cm土层的土壤容重(g/cm~3),华北落叶松林坡面各坡位大小分别为坡中(1.23)坡下(1.15)坡上(0.93),白桦疏林坡面为坡下(1.09)坡上(1.06)坡中(0.97);对于饱和持水率(%),华北落叶松林坡面各坡位大小为坡上(35.01)坡中(23.50)坡下(21.42)、白桦疏林坡面为坡中(25.55)坡下(24.07)坡上(16.34);对于总孔隙度(%),华北落叶松林坡面为坡上(62.61)坡中(60.37)坡下(58.58),白桦疏林坡面为坡中(65.49)坡上(60.91)坡下(58.80);对于毛管孔隙度(%),华北落叶松林坡面为坡下(43.99)坡中(40.29)坡上(39.64),白桦疏林坡面为坡中(49.68)坡下(42.21)坡上(40.15);对于非毛管孔隙度(%),华北落叶松林坡面为坡上(22.97)坡中(18.28)坡下(16.38)、白桦疏林坡面为坡上(20.77)坡下(16.59)坡中(15.81)。 为突出表现植被类型的土壤物理性质作用差别,选择0-60cm的主根系层进行比较:石砾体积含量(%)为草沟灌丛稀植乔木林(19.3)华北落叶松林(13.6)白桦疏林地(13.2);土壤容重(g/cm~3)为华北落叶松林(1.10)草沟灌丛稀植乔木林(1.05)白桦疏林地(1.03);饱和持水率(%)为草沟灌丛稀植乔木林(29.60)华北落叶松林(26.64)白桦林(21.99);总孔隙度(%)为白桦疏林(61.73)华北落叶松林(60.52)草沟灌丛稀植乔木林(52.62);毛管孔隙度(%)为白桦疏林(44.01)华北落叶松林(41.31)草沟灌丛稀植乔木林(28.24)。 2.不同典型坡面上土壤含水率和其他特征与电阻率的关系土壤电阻率(Y,?m)同时主要受多种土壤特征影响,包括体积含水率(X1,v%)、石砾体积含量(X_2,v%)、容重(X_3,kg/m3)、总孔隙度(X4)、土壤饱和度(X5)、根系含量等。 为区分不同因素对土壤电阻率的影响,采用华北落叶松林坡面,进行了人为控制土壤含水率、石砾含量、容重和孔隙度的实验。先进行了单因素相关分析,逐步回归结果较好:Y=560.89e~(-0.3935)X_1,R~2 =0.94;Y=2741.3e~(2.1599)X_2,R~2 =0.82;Y=666.67e~(1.1094)X_3,R~2 =0.90。然后,将控制实验数据和华北落叶松林坡面野外观测数据合并,建立同时考虑上述3个主要土壤影响特征与电阻率的多元回归方程: Y=186.96e~(-0.3935)X_1+913.77e~(2.1599)X_2+222.23e~(1.1094)X_3,R~2 =0.89。对电阻率与多种土壤特征的关系,如总孔隙度、体积含水率、石砾体积含量、容重、饱和度、根系含量等,回归分析得到Y=60.04X_40.964X_1-0.816,R~2=0.61,且检验呈极显著相关。 在固原云雾山黄土草坡上,对土壤体积含水率(X1,v%)和电阻率(Y,m)标定,得到统计关系:X1=39.596e~(-0.0075)Y,R~2=0.78;在甘肃泾川官山黄土刺槐林坡面为:X1=47.94e~(-0.0048)Y , R~2=0.64 ;在六盘山外围山区的固原叠叠沟土石山草坡为:X1=-9.1987Ln(Y)+61.021,R~2=0.52;表明土壤体积含水率与电阻率呈现一定的反比关系;以云雾山拟合结果最好,相关系数较高。 3.香水河主要植被类型坡面上的土壤水分和电阻率时空变异三种植被类型0-100cm土层的土壤含水率(%)在生长季各月的华北落叶松林坡面大小为9月(38.19)8月(37.66)5月(33.54)7月(30.29)6月(25.77);白桦疏林坡面为9月(39.27)8月(38.26)7月(37.25)5月(37.56)6月(36.79);草沟灌丛稀植乔木林坡面为8月(28.74)9月(30.02)5月(29.38)7月(27.39)6月(41.21);各植被类型坡面的土壤含水率均呈现出湿季较大、干季较低的特点,土壤含水率随土层加深而减小。 整个生长季华北落叶松坡面0-100cm土层的土壤含水率(%)的各坡位为坡下(38.57)坡中(37.65)坡中下(35.62)坡中上(34.92)坡上(34.61);白桦林坡面为坡中(45.21)坡下(39.76)坡上(31.80);草沟灌丛稀植乔木林坡面为坡上(35.64)坡下(33.76)坡中(28.19)。3种植被类型坡面在生长季5-10月的0-60cm土层的含水率(%)大小为白桦林坡面(31.33)华北落叶松林坡面(28.92)草沟灌丛稀植乔木坡面(26.15)。4.主要影响因素不同的坡面土壤含水率和电阻率的空间变异比较 在2010年5月初测定了固原云雾山黄土草坡、泾川官山黄土刺槐林坡面、固原叠叠沟土石山区草坡土壤电阻率的深度和坡位变化,固原云雾山黄土草地坡面土壤含水率从坡上到坡中减小,到坡下处又增大;泾川官山黄土刺槐林坡面土壤含水率从上到下增大;固原叠叠沟土石山区草坡土壤含水率沿坡面增大。三种植被坡面的0-100cm土层的土壤含水率大小为云雾山泾川官山叠叠沟。 云雾山黄土坡面0-100cm土层的土壤含水率基本上是随土层深度增加而减小,表层稍高,最深层变化较大,中间各层都较稳定;土壤电阻率的各坡向差异较大,其排序为东南西南东北西北;阳坡接受太阳辐射较多,所以水分含量为阴坡大于阳坡。 这三个典型坡面土壤含水量均随土层加深逐渐减小,其变化范围分别为1.76%~15.44%、1.59%~14.2%、1.46%~10.89%;在云雾山草地黄土坡面的研究表明,在5m深土层处就开始出现轻度干层,10m以及更深层处出现重度干层,且深层的电阻率随土壤深度的增幅较大;在降雨条件较好的泾川官山黄土刺槐林和固原叠叠沟坡面,则在3m土层才出现轻度干层,在6m深处存在中度干层,在10m以及更深层处出现重度干层;固原叠叠沟山地土层较薄,属于草地石质坡面,通过对不同土质坡面土壤电阻率和含水率的分析可以加深对六盘山地区土壤干化程度的了解。 官山刺槐林坡面土壤水分受到根系影响较大,叠叠沟草坡受石砾影响,香水河华北落叶松林坡面受根系和石砾影响,云雾山草坡均匀无根系和石砾。基于野外和控制实验,得到土壤电阻率和土壤物理特征的统计关系,表明电阻率随土壤含水率增加、石砾体积含量减小、土壤孔隙度增大而减小,因此利用土壤电阻仪在坡面上连续测定水文要素变化是个可行途径。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S271

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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 段旭;六盘山地区水文要素坡面变化[D];中国林业科学研究院;2011年
2 付智勇;三峡库区不同厚度紫色土坡面水文过程及侵蚀响应[D];华中农业大学;2012年
3 郑海金;赣北红壤坡面水土保持措施保水减沙作用研究[D];北京林业大学;2012年
4 刘利年;黄土高原小流域水土流失综合治理研究[D];长安大学;2004年
5 史锋;野外风沙跃移运动的观测实验与数值模拟[D];兰州大学;2010年
6 赵建民;基于生态系统服务理论的水土保持综合效益评价研究[D];西北农林科技大学;2010年
7 田涛;北京典型边坡立地条件类型划分研究[D];北京林业大学;2011年
8 李萍;陕北黄土区两种整地植被恢复效果研究[D];北京林业大学;2012年
9 佘冬立;黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植被恢复的水土环境效应研究[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);2009年
10 郑良勇;输水干渠工程生态修复原理与模式研究[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);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘利;城市坡面:连接不同城市标高的坡状公共空间研究[D];清华大学;2010年
2 宋玉江;低含水沙及坡面非均匀沙的起动研究[D];兰州大学;2010年
3 孟岩;黄土高原坡面降雨径流不同利用模式初步研究[D];西北农林科技大学;2010年
4 刘佳;东北黑土冻融作用机理与春季解冻期土壤侵蚀模拟研究[D];沈阳农业大学;2011年
5 赵怀永;平面和坡面上的物我距离知觉[D];西南大学;2008年
6 张宇;伊敏露天煤矿排土场聚乳酸纤维护坡技术研究[D];内蒙古农业大学;2011年
7 邝高明;陕北半干旱黄土区陡坡微地形分布规律[D];北京林业大学;2012年
8 郭学尧;模拟降雨条件下石灰岩区土壤水土流失的研究[D];河北农业大学;2012年
9 陈吉强;黄土坡面沟蚀发育过程的模拟试验研究[D];西北农林科技大学;2010年
10 苏少华;黄土高原丘陵区土壤磷素及其组成对植被恢复过程的响应[D];西北农林科技大学;2008年
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