黄土丘陵区流域土壤水资源变化与消耗-补偿模式研究

作     者：李林 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李鹏;鲁克新

授予年度：2017年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：王茂沟流域 生态建设措施 土壤水 时空分布 时间稳定性 土壤水分植物承载力 消耗-补偿 

摘      要：黄土高原是世界上水土流失最严重的地区,也是我国水土保持和生态建设的重点区域。自20世纪80年代以来,国家在黄土高原地区先后开展的一系列生态建设工程对植被恢复和水土流失治理起到了积极作用,同时改变了土壤水的赋存方式及时空分布特征。本研究以黄土丘陵区王茂沟小流域为研究对象,运用水文学、水土保持学、地貌学、生态学等学科理论知识,采用现场调查、定位监测、数理统计、空间分析和数值模拟等研究方法,系统分析了不同生态建设措施下王茂沟流域土壤水的时空分布特征、时间稳定性特征,估算了不同生态建设措施下王茂沟流域土壤水分植被承载力大小,阐明了不同生态建设措施对土壤水的消耗与补偿作用,以期为黄土高原生态建设和流域土壤水资源利用提供科学依据。本文的主要研究结论如下:(1) 土壤含水量、土壤水资源量、土壤水资源亏缺度的时空变化特征在不同生态建设措施下,王茂沟流域0-180cm 土层的土壤含水量平均值大小依次为:坝地梯田草地林地。梯田、林地、草地土壤水资源量随着土层深度的增加而减小,而坝地土壤水资源量随着土层深度的增加呈波动变化趋势。除坝地外,王茂沟流域不同生态建设措施下雨季后的土壤水均处于亏缺状态,垂直剖面土壤水资源量变化和变异系数均随土层深度的增加而降低。(2) 土壤含水量的时间稳定性特征梯田、林地和坝地8个土壤深度的土壤平均含水量时间序列,梯田和林地的土壤含水量随土层深度增加呈现出的三种空间分布模式为:0-60cm逐渐增加、60-120cm逐渐降低、120-160cm逐渐增加,而坝地的土壤含水量呈现出的3个空间模式为:0-60cm逐渐降低、60-120cmm渐趋稳定、120-160cm逐渐增加。梯田和林地0-20cm 土层土壤含水量最低,而坝地40-60cm 土壤含水量最低。不同生态建设措施下土壤含水量大小最佳代表性位置点随土壤深度的变化而变化。不同生态建设措施下不同土层深度最佳代表性位置点的土壤含水量对流域各点该土层深度的平均土壤含水量具有较高的估算精度。生态建设措施类型不同,则不同土层深度土壤含水量大小最佳代表性位置点的位置及其土壤含水量大小均差异显著。(3) 土壤水分植被承载力大小根据土壤水分植被承载力估算结果,不同生态建设措施下的土壤水分植被承载力大小依次为:在一般生产水平和中等水分条件下,坝地(761g/m2 · a) 梯田(654 g/m2 · a)草地(620 g/m2·a)林地(506 g/m2·a);在最大生产水平与充分供水条件下,坝地(893 g/m2·a)草地(820g/ g/m2·a)梯田(515 g/m2·a)林地(482 g/m2·a)。(4)不同生态建设措施对土壤水的消耗-补偿作用2015年3月-2016年3月期间,不同生态建设措施下的土壤有效水含量均呈现“上升-降低-稳定的趋势,即3月-7月为消耗期,8月-11月为补偿期,12月-翌年3月为稳定期。不同生态建设措施对坝地、梯田、林地和草地的全年土壤水的消耗与补偿平均值分别为0.33%、0.27%、-0.26%、1.88% (正数为补偿土壤水,负数为消耗土壤水)。