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草原化荒漠带人工植被与土壤水量平衡试验研究
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出 版 社:博士学位论文  
发表时间:2002  
台  站: 沙坡头沙漠试验研究站  
作  者:王新平  
点 击 率:4256
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摘  要: 本文选择我国西北由干草原向草原化荒漠过渡的沙坡头人工防风固沙防护带为研究区,以自动称重式蒸渗仪,时域反射仪,土壤温度仪及室内水平土柱实验为主要研究手段,结合长期气象资料,研究年降水分布与荒漠人工植被形成后降水入渗与再分配、蒸散过程与土壤水量平衡以及土壤热量变化规律。 降水是草原化荒漠带沙坡头固沙防护体系人工 – 天然生态系统水资源的源泉,是固沙植物生长和生存的唯一补给源,是维持荒漠生态系统稳定发展的最关键生态因子。土壤入渗深度与降水强度呈线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍强。当降水强度小于0.46 mm h-1时,土壤入渗速率约为0 cm h-1,此时降水对土壤没有水分补给作用。受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40-140 cm内水分入渗积累不明显。降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡变化,干燥土壤剖面有利于提高入渗速率及入渗深度。根系密集层140 cm处土壤含水率在总体上下降的过程中,呈昼消夜长的趋势。 植被区生长季节蒸散量约占同期降水量的90%以上,土壤剖面根系密集区以下无水量补给作用。裸露沙地蒸发量与土壤深层水量补给量分别占降水量的70.5%与12.6%。湿润年生长季内半灌木油蒿群落与灌木柠条群落日平均蒸散速率接近,油蒿群落为0.86 mm d-1,柠条群落为0.87 mm d-1。干旱年油蒿群落日平均蒸散速率降低为 0.68 mm d-1, 而柠条群落日平均蒸散速率仍然高达0.80 mm d-1。从油蒿和柠条植被月蒸散量比较得出,干旱年柠条在降水相对集中且丰沛的月份具有较高的蒸散量,致使根系密集层土壤年内贮水量亏缺量(DS = -31.5 mm)较油蒿群落区更为严重(DS = -18.7 mm)。而油蒿群落在全生长季保持较低蒸散发量。在湿润年,裸露流沙区日均蒸发量为0.60 mm d-1,在干旱年,其蒸发速率降低为0.44 mm d-1。 蒸散量是水分平衡的主要消耗部分,人工栽植沙丘蒸散量与同期降水量的比率变化于82.8-127.6%之间,植物根区2.2 m以下无渗漏水。无植被区平均每年有43.4 mm水分不间断地向深层渗漏补充地下水。由于人工植被的建立,年降水主要消耗于植物蒸腾,尽管根区以下无多余水分补给地下水,但是从防风固沙人工植被的营建角度考虑,利用有限的天然降水,选择柠条等沙生植物建立荒漠生态系统是可行的。 分析结果表明,尽管无植被流沙区地表蒸发量较低,但是土体2.2 m深度内土壤贮存水分仍然有限,土壤含水量始终保持在田间持水量的51.8%左右,而大约占年降水量24%的水分将不断地下渗到沙层深处,无法被植物利用。人工固沙植被的建立更加有效地利用了这部分降水资源,一方面由于植物生长活动需要消耗水分,植被将通过系统内部的生物化学循环作用,将部分渗漏损失水量转换成一定的生物量,减少土壤深层水分渗漏损失。地上地下干物质积累不断增加,使得区域资源贡献向最大化演变,生态环境将得到改善。另一方面通过蒸散发行为将部分水分返回大气,增加局地循环量。从而达到有效利用脆弱区域有限的自然资源,提高荒漠生态系统生产力。在形成合理的植被覆盖状态下,人工植被系统内植物群丛区地表粗糙度增加,改善了防护区下垫面状况,从而通过改变风沙流的运动条件,使气流对地表沙粒的直接作用力减小,阻碍了风与沙的直接联系,达到防风固沙的良好生态效果,增强了防护体系的稳定性。  
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