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黄土高原土壤水资源及其植被承载力研究

徐学选  
【摘要】: 黄土高原正在实施以林草植被恢复重建为核心的“山川秀美”生态工程,这种宏大工程中林草建设的实施方式、布局、以及会产生的生态经济效益都取决于该区水分环境的支撑能力。本文以野外观测测定、人工模拟降雨试验、吸收前人研究成果为方法,首先研究了雨水在坡面上向土壤水转化的方向、强度、影响因子等,提出了坡面土壤水资源形成与分布规律;进而从系统生态学与数量生态学角度出发,分别研究了土壤水资源储量、土壤水资源年周转量在黄土高原的数量与时空分布及其与之适应的植被分区、植被生产力与土壤水资源承载力等植被建设的重大问题,从而为黄土高原以造林种草为核心的“山川秀美”工程提供科学的水分生态学依据。通过三年多的理念开发、系统推理、适地考察、综合分析、比较检验,在如下方面取得了进展。 1.在系统分析降水到土壤水转化的损失分量的基础上,提出了黄土高原不同植被带的年土壤水资源计算方法,并进行了系统计算,得到各植被带年土壤水资源量。 在系统分析土壤水分资料基础上,提出了土壤水资源储量地理分布规律,黄土高原农林草地土壤水分都具有显著的经度、纬度地带性,表现为从东向西、从南到北逐渐减少。农田、乔木林、灌木林、草地等不同土地利用类型下土壤水资源存在差异。 全区平均来说,表层土壤有效储水很低,0-2m有效储水仅占年降水1/4弱,深层有效储水量较大,3-5m层有效储水量占降水的44%,使得0-5m有效储水占年降水73%,占年土壤水83%。土壤水分亏缺程度巨大。 黄土高原土壤库容总量巨大,黄土高原各植被带土层持水能力由大到小依次为:森林带、森林草原带、草原带:0-5m土层储水能力分别为:1417.5mm,1234.0mm,1050mm,全区平均1208.5mm。相当各区年降水的2.45,2.56,3.15倍和全区降水年平均的2.70倍。 假定各植被带45%为土层浅薄的石质山地,交通道路、居民点等非植被覆被地,黄土高原各带0-5m土层储水折合水资源量为:443.4亿方,其中有1086.7亿方为有效水资源,约合全区年雨水资源的40%左右。 2.降雨向坡面土壤中转化的水量受降水量、降雨强度、历时、坡面坡度、坡位、坡向、土地利用方式、土地类型等因素影响。 一般沿坡面由上到下,不同坡位土壤接纳的雨水量不同,雨水转化成土壤水的转化系数Ka随坡长增加而增加。林草措施有利于拦蓄降雨,Ka较农地为大。 试验条件下土壤水分恢复量大小为:小雨>中雨>大雨,入渗率小雨为71%,中雨66%,大雨52%;不同土地利用类型恢复量:草地>梯田>隔坡梯田>硬地面。入渗部分比例随雨强增大而减少。 日 黄土高原土壤水资源及其植被承载力研究 受坡面降雨再分配等因素影响,士壤平均储水量大小为隔坡梯田>梯田>农坡地>草地>灌木; 土壤水分储量可用指数模型、抛物线、直线型方程拟合,效果较好 3.运用黄土高原林草生产力数据,首次建立了植被生产力与土壤水资源量的包括乔灌草的混 合与单独的半理论半统计模型(8个)。模型形式为 Y=A(IEXPbW。),W。:土壤水资源。在 A的设计中,采用了理论光能转化潜力,使模型具有分析水资源理论亏缺量与亏缺度的功能。 同时以光能利用率20和50所计算的两级A值(A;=1000,A。一2500),分别代表水保级和经济 级的最大生产力。模拟计算的黄土高原地区上壤水资源的潜在承载力总量可达2石亿吨,两级模 型模拟结果均十分接近,因此两类模型模拟可比性极好。 4.应用数量生态学方法,提出了林草建设的两级目标和相应的土壤水资源需求量阈值,及以 生产力为依据的水分生态分区等创见。其乔木、灌木、牧草生态级需水分别为440mm,420mrn, 294*m;经济级为M0*m,引6m忆420mm:其生产力M9克加’和440。(或引6*m)年土壤 水资源量是划份森林与森林草原的区界,生产力 421克/m’和 420mm是草原区的森林草原与干 草原的合理划分区界。同时根据模型计算了各植被区和区内以县为单元的水分供需满足度和亏 缺度。研究认为黄土高原地区林草植被建设必须适地适树、适地适种,否则难以成功。 5.以土壤水资源可持续利用为原则,提出了合理建造植被和保护、开发水资源的方法。 论文对林草植被建设的土壤水资源从概念开发到数量分析,再到模型应用;从模型参数设 计到林草植被阈值;从阈值到建设分区,再到亏缺度,形成了黄土高原植被建设的土壤水资源 与植被承载力系统研究报告。


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