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《中国水利水电科学研究院》 2004年
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黄土高原南部人工植被SPAC系统水分循环模式和利用效率研究

倪文进  
【摘要】:黄土高原地区总面积达62.38万km~2,涉及我国中西部的7个省(自治区)。该区沟壑密布、干旱少雨、植被稀少、暴雨集中、降雨时空分布不均,是我国生态环境最为脆弱的地区,也是我国乃至世界水土流失最为严重的地区之一。控制水土流失,改善生态环境是实现区域人与自然协调发展的根本出路,恢复或重建持续、稳定、高效的植被生态系统是区域生态环境建设的重要内容,区域水资源承载能力和水环境容量是关系植被建设成败的关键因素。在黄土高原南部地区,从时间序列和空间配置出发,在植被的组织、器官、个体、群体和系统五个水平上,应用水量平衡场、径流观测场及原状土柱法等技术和方法,全面系统地研究SPAC系统油松、侧柏、剌槐、苹果、杏等人工植被生态系统以及农田、草地的“五水”(大气水、地表水、土壤水、地下水和植物水)转化或循环、水分平衡要素及相互关系、土壤水分含量时空动态、水资源利用模式及其效率,区域植被建设的水资源承载能力和水环境容量等。该论文的主要研究结果如下: 黄土高原南部油松、侧柏、刺槐、苹果和杏人工林的大气降水量在0.8~1.0mm时,降水被林冠全部吸收,之后大气降水量与林冠穿透降水量呈显著的正相关关系;4~9月生长季节油松、侧柏和刺槐林树冠的透过降水率分别为73.8%、76.9%和79.5%,而杏林和苹果林的分别为78.9%和79.3%;密度和郁闭度小的林分透过率高,阔叶林的比针叶林的高,阔叶林透过率的变化幅度也比针叶林的高。油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林对大气降水的平均截留率分别为20.0%、16.9%、15.5%、14.1%和15.6%,其大小排序为油松>侧柏>苹果>剌槐>杏林,且针叶人工林林冠截留率比阔叶人工林林冠的高,变化幅度比阔叶林的小。大气降水量在1.0~1.2mm,树木不产生干流,之后随着大气降水量的增加,干流呈明显的增加趋势,油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林分平均干流率分别为6.1%、6.2%、4.9%、6.9%和5.0%,不同林型、前期降水及水强,干流率差异较大;干流量虽小,但在补充林地干旱月份增加土壤水分作用重大。油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林枯枝落叶层的最大持水率分别为309.28%、321.34%、392.37%、352.78%和345.53%,最大持水量分别为1.34、1.21、1.73、1.23和0.25 mm,上述5种林分枯枝落叶层积累现存量分别为4.234、3.885、4.924、3.581和0.563 t·hm~(-2),枯枝落叶层平均蓄留率分别为4.90%、4.90%、6.02%、5.55%和0.84%,林地积累的枯枝落叶愈多,拦蓄的大气降水量愈大,阔叶比针叶林拦蓄大气降水量大。油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林林地对大气降水的平均净接水率分别:77.3%、78.2%、78.4%、80.3%和83.5%,大小排序为苹果>杏林>刺槐>侧柏>油松,阔叶林具有较高的净降水率。 在土壤质地、含水率以及浑水泥沙组成一定的情况下,随着浑水含沙量的增大,浑水累积入渗量相应减小。在入渗土体、含沙量相同的条件下,随着<0.01mm物理性粘粒含量的增加,浑水累积入渗量逐渐减小,且减小的幅度随着入渗历时延长而增大。人工林林地中壤土浑水入渗试验表明应用Kostiakov幂函数比应用复合幂函数模型模拟入渗相关系数更高,土壤入渗性能的高低与土壤性质、湿度状况以及入渗水流的水头梯度有关。含沙水流可显著削弱人工林林地土壤浑水径流的入渗能力,降低人工林林地的水源涵养功能。立地条件基本相同条件下,刺槐林地浑水累积入渗量远大于侧柏林地。人工植被土壤浑水入渗过程与清水入渗相比更为复杂,可以表示为多元非线性模型,其入渗量不仅与浑水特性、土壤质地有关,而且与林分类型和林龄有关。相同土壤含水率条件下,随土壤质地加重,土壤水吸力增大;相同含水率情况下,侧 W七niin Ni(( A Study on Water Cvclin只and Water Use Effieienev of the Plantation SPAC in the Southern Loess Plateau》 柏人工林地土壤水吸力略高于刺槐人工林地的;对同一林分相同含水率条件下,上层 (0一60cm)土壤水吸力大于下层(60一1 20cm)。人工植被土壤与相同质地农田土壤相比, 饱和进气值轻壤和中壤土分别降低13.7%一74.5%和44.6%一56.0%;土壤水分达到田间 持水量时,轻壤带林地主要根系分布层及其下层的土壤吸力分别为0.0412~0 .0540和 0.0436一0.0839MPa,而中壤带的分别为0.0598一0.0700和0.072一0.080MPa之间。土壤 水容度主要受土壤质地和土壤层位的强烈影响,轻壤带土壤水容随着土壤容积含水率 的增大而迅速增加,在0一60cm的主要根系分布层土壤含水率由1 0.0%增加到45.0% 时,轻壤带林地土壤水容增加了41 5.4一474.1倍,而中壤带的增加犯3.0一436.0倍。对 轻壤带来说,减少土壤水分无效蒸发的保墒措施,将比增加土壤供水量的集水措施更 为有效。 黄土高原南部土壤水分含量年内季节变化呈现出三峰三谷,即大气降水补偿期而 植被消耗缓慢峰、大气降水集中期和植被耗水高峰叠加峰以及植被生长发育进入休眠 期的降水补偿期峰。土壤水分含量的季节变化主要发生在表土层(0一20cm)和根系分布 层(2o一60cm),随着土层的加深变化逐渐趋于缓慢至到相对稳定,但森林植被和农作 物对土壤水分变化有滞后作用。人
【学位授予单位】:中国水利水电科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S154.4

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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4 本报记者  易凯 刘圣清;广东 世界领先治沙技术应用为何“搁浅”[N];市场报;2006年
5 记者 王朝霞;省农科院小麦研究所成立[N];甘肃日报;2009年
6 李保国 黄峰;用好每一滴水 生产更多粮食[N];农民日报;2004年
7 本报记者 米玛;“一江两河”流域环境明显改善[N];西藏日报;2001年
8 本报记者  王科;高速通圣地 忠诚写新篇[N];人民日报;2006年
9 本报记者 李亚玲;小麦还能继续增产吗?[N];农民日报;2009年
10 通讯员 刘冬梅;前四个月引资4.47亿[N];巴彦淖尔日报(汉);2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 倪文进;黄土高原南部人工植被SPAC系统水分循环模式和利用效率研究[D];中国水利水电科学研究院;2004年
2 王志泰;黔中岩溶地区高速公路石质边坡人工植被特征研究[D];甘肃农业大学;2012年
3 王晓江;库布齐沙漠几种沙生灌木光合、耗水及耐旱生理生态特性研究[D];北京林业大学;2008年
4 张蓓蓓;小麦水分利用效率对干旱、高温及真菌接种等环境的响应[D];西北农林科技大学;2011年
5 格日乐;库布齐沙漠梭梭林地SPAC系统水分关系研究[D];北京林业大学;2005年
6 石青;北京密云水库集水区水源涵养林耗水规律研究[D];北京林业大学;2005年
7 方燕;密度和根修剪对冬小麦产量及水分利用效率的影响[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
8 陈世苹;内蒙古锡林河流域主要植物种、功能群和群落水分利用效率的研究[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2003年
9 王红丽;旱地覆盖种植的水热效应及其对玉米产量和水分利用效率的影响[D];甘肃农业大学;2012年
10 胥晓刚;高速公路路域生态恢复研究[D];四川农业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万克江;水分精确控制下小麦、黄瓜和菠菜若干生理指标的变化[D];中国农业大学;2005年
2 陈杰;穗期干旱胁迫对玉米水分利用效率的影响及其评价指标研究[D];四川农业大学;2005年
3 洪晓强;渭北旱原农田水量平衡及其调控技术研究[D];西北农林科技大学;2005年
4 成雪峰;不同水分处理对春小麦生态生理指标的影响[D];甘肃农业大学;2005年
5 张德奇;宁南旱区谷子地膜覆盖与化学制剂效应研究[D];西北农林科技大学;2005年
6 朱艳艳;库布齐沙地常见灌木不同水分条件下水分利用效率及光响应研究[D];北京林业大学;2007年
7 李彦瑾;干旱胁迫对六种旱生灌木生长及水分生理特征的影响[D];西北农林科技大学;2008年
8 孙淑娟;冬小麦种群分布与水分利用效率的研究[D];山东农业大学;2008年
9 王娟娟;旱作水稻的水分和氮素利用特征[D];扬州大学;2003年
10 薛昌颖;ORYZA2000模型模拟旱稻的适应性检验及优化灌溉研究[D];中国农业大学;2005年
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