论文部分内容阅读
土壤水热的动态特征和过程机制是陆表-大气系统研究中的重要研究内容,在未来气候变化的影响下,干旱高寒山区森林-草地交错带土壤水分的变化趋势不但反映同时也影响着山区生态系统的稳定性、植被格局的发展以及山区径流的形成。本文基于生态水文学理论,结合气象学和土壤学,通过测定祁连山典型小流域排露沟土壤非饱和导水率、分析林草交错带综合环境观测仪ENVIS的长期定点数据、观测雨季期间青海云杉斑块林草交错带和林内不同深度土壤水分的变化特征,系统分析了林草交错带土壤水分和温度的动态特征及影响要素,主要结论如下:
1、排露沟流域表层土壤导水率空间分布特征
排露沟流域森林、草地、裸地的表层土壤非饱和导水率K10均值分别为:0.21±0.20、0.20±0.16、0.93±0.63cm·h-1;饱和导水率均值分别为0.59±0.80、0.6±0.81、3.66±2.36cm·h-1。森林的表层土壤非饱和导水率空间异质性大于草地。
土壤传递函数PTFs能有效估算土壤非饱和导水率,但非饱和导水率对土壤属性和植被类型均表现敏感,这限制了土壤传递函数的应用范围,前期野外试验是保证利用PTFs准确估算土壤非饱和导水率的重要步骤。
2、林草交错带土壤水热特征及其对气象要素的响应
土壤温度与空气温度年内变化格局相似,土壤温度存在滞后期,且随深度增加其滞后时间增加;土壤温度年际变化与气温一致,呈逐渐降低趋势。
土壤水分年内变化特征较为复杂。20cm-80cm土壤水分年内变化易受外界降水过程的影响,120cm和160cm深度土壤水分变化平缓;土壤水分的变化趋势与土壤深度有关。40cm和80cm土壤水分表现为减少,20cm、60cm、120cm和160cm的土壤水分表现为增加。
土壤水分的季节性冻融过程中主要控制因子为温度,20-80cm深度的融化阶段除温度外还受上层土壤水分融化和降雨下渗过程影响。
土壤水分和温度与气象要素的统计关系在月尺度上的结果好于日尺度。日尺度控制土壤温度的主要气象要素为气温;土壤水分为气温和向上净辐射。月尺度土壤温度的控制因子为气温、空气相对湿度;土壤水分为气温、饱和水汽压差和向上净辐射。利用气象要素在月尺度上对浅层土壤温度的预报效果最好。
3、降雨和云杉冠层形态对林草交错带和林内土壤水分的影响
降雨量大小和降雨间隔时间是导致土壤水分雨季期间变化的关键因子,但不同深度土壤水分的响应过程不同。20cm、40cm和60cm土壤水分分别对24小时降雨量大于5mm、10mm和15mm的降雨过程作出响应,80cm土壤水分对较小的降雨事件无明显响应过程。
交错带云杉冠层形态对太阳辐射的遮蔽效应和降雨截留作用是导致林地、林草交错带和草地表层20cm土壤水分存在显著差异的主要原因。