典型草原区土壤湿度的时序特征

论文摘要

土壤湿度具有很高的时空变异性,系统研究土壤湿度的时空变异特征,尤其是土壤湿度空间差异的时序特征及时序变化的空间特征,对阐明土壤性质及对土壤湿度的精确测定及预测模型的建立都具有重要的意义。利用白音锡勒地区两个气象站的资料及我们在白音锡勒地区几种典型土壤上20多年来定位研究资料,分析了蒙古高原典型草原区气候及土壤湿度的动态变化、趋势、自相关特征,及土壤湿度的时间变异特征、空间分异的时序特征和时间分异的空间变化特征,主要结果如下:1、土壤不同空间位点上的湿度动态;同一土层不同时间的湿度;同一剖面不同时间的湿度及同一时间不同剖面的湿度之间具有很强的相关关系,说明剖面上的湿度秩序在空间上、同一土层湿度秩序在时间上以及时间上秩序在空间上都具有很高的稳定性。这为克服所谓的尺度效应,减少取样数目,保证甚至提高测定精度提供了依据。但剖面秩序在时间上的稳定性较差。2、土壤湿度标准差与平均值之间的成比例关系,空间各点不同时间土壤湿度的比例相近,以及标准差与平均值散点图的近三角形分布的特征说明空间各点的土壤湿度在相同环境,且变化历史相近的条件下具有协比变化的特征;土壤重量含水量在受到蒸散及降水的干扰后将会出现倍比变化的特点;受到干扰后空间两点的湿度差一般会随湿度的增加而增大,随湿度的降低而减小。3、土壤湿度具有很高的时序自相关性,但随间隔时间的延长而下降,且随土层深度的增加而呈二次曲线型式变化。以年度为单位进行归一化处理后,相关性下降,尤其是深层下降幅度更大,正相关时距下降到45天左右或更短。而在60天前后出现负相关。这表明典型草原区土壤湿度对后期土壤湿度的决定作用不超过1个半月,而且浅层及深层更短;对其后间隔60天左右的土壤湿度可能具有负反馈调节作用。更长时间范围内可能还有年度内的同高同低的平行关系,所以原值相关时距较长。4、放牧地与禁牧地的深层土壤湿度在一年中大部分时间基本相同说明该地区除风沙土外,大多数土壤的毛细管发达,蒸散条件对土壤湿度具有强烈的作用。因此,提高地表的覆盖度及植被的密度对提高该地区的水分利用率具有重要的意义。5、放牧干扰使0~20cm土层土壤湿度大幅度下降,尤其是较湿润的春季和雨季。长期过度放牧将使土壤向干旱化的方向发展。6、栗钙土的湿度受气候变化的影响,浅层有增加的趋势,深层有下降的趋势,越湿的土壤趋于增加的土层越深厚。7、蒙古高原典型草原区的土壤湿度具有两湿与两干期;由于蒸散强烈土壤水分散失非常快,两干期尤其是夏季的干旱季节,土壤水几乎被完全蒸干,因而土壤基本上没有“余水”对来年的植物生长产生较大的影响。8、本地区气候的特点是雨热同期,多年平均最热月及降水高峰月均为7月份;但两者的变化并不同步,春夏增温快,降水增加慢,秋季降水量减少迅速而降温缓慢,高温持续时间长,高雨量期持续较短,所以出现两个干燥期。9、在全球气候变化的大背景下,典型草原区的气温与降水在近三十多年来都有所增加,气温主要增在冷季,而降水主要是频度增加,暴雨增加。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 土壤湿度的时序特征
• 1.2 土壤空间变异的时序特征
• 1.3 土壤水分动态
• 1.4 土壤湿度与气候变化
• 1.5 人为干扰对土壤湿度的影响
• 1.6 本研究的目的与内容
• 2 研究背景
• 2.1 自然背景
• 2.1.1 研究区地质地貌
• 2.1.2 研究区土壤
• 2.1.3 研究区植被
• 2.1.4 本地区相关研究历史
• 2.2 主要样地状况
• 2.2.1 典型栗钙土样地
• 2.2.2 暗栗钙土样地
• 2.2.3 沙质栗钙土样地
• 2.2.4 沙栗土样地
• 2.2.5 栗沙土样地
• 2.3 气候条件及动态
• 2.3.1 气候背景
• 2.3.2 水热季节动态
• 2.3.3 气候的年际间动态与趋势
• 2.3.4 小结
• 3 土壤湿度的年际间动态与变化趋势
• 3.1 研究方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 暗栗钙土年际间动态与趋势
• 3.2.2 典型栗钙土湿度年际间的动态与趋势
• 3.2.3 沙质栗钙土湿度年际间的动态与趋势
• 3.2.4 沙栗土湿度的年际间动态与趋势
• 3.2.5 栗沙土湿度年际间的变化
• 3.3 讨论
• 3.3.1 土壤湿度变化趋势的深层与浅层分异
• 3.3.2 土壤湿度的年际间变化
• 3.3.3 放牧干扰使土壤趋于干旱化
• 3.3.4 退化草地禁牧后土壤湿度的恢复
• 3.4 小结
• 4 生长季内土壤水分动态
• 4.1 研究方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 暗栗钙土湿度的季节动态规律
• 4.2.2 典型栗钙土湿度的季节动态变化
• 4.2.3 沙质栗钙土湿度的季节动态变化
• 4.2.4 沙栗土湿度的季节动态变化
• 4.2.5 栗沙土生长季内土壤水的动态特征
• 4.3 讨论
• 4.3.1 栗钙土湿度的季节动态
• 4.3.2 土壤湿度动态的剖面分层
• 4.3.3 生长季土壤水分收支特点
• 4.3.4 放牧对土壤湿度动态的影响
• 4.4 小结
• 5 土壤湿度的剖面特征
• 5.1 研究方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 暗栗钙土湿度的剖面特征
• 5.2.2 沙质栗钙土湿度的剖面特征
• 5.2.3 沙栗土湿度的剖面特征
• 5.2.4 典型栗钙土湿度的剖面特征
• 5.2.5 淡栗钙土湿度的剖面特征
• 5.2.6 黑钙土湿度的剖面特征
• 5.2.7 典型草原区草甸土湿度的剖面特征
• 5.2.8 栗沙土湿度的剖面特征
• 5.2.9 草甸栗钙土湿度的剖面特征
• 5.3 讨论
• 5.3.1 各类土壤湿度的剖面特征
• 5.3.2 土壤水对地表植被类型的决定作用
• 5.3.3 植被对干旱区降水在土壤不同深度分配的影响
• 5.4 小结
• 6 土壤湿度作用的持续性
• 6.1 研究方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 暗栗钙土湿度的时序自相关
• 6.2.2 典型栗钙土湿度的时序自相关特性
• 6.2.3 沙质栗钙土湿度的时序自相关特征
• 6.2.4 沙栗土湿度的时序自相关特性
• 6.3 讨论
• 6.3.1 各土层土壤湿度自相关性分异的原因
• 6.3.2 土壤湿度的时序自相关关系
• 6.3.3 土壤湿度的自相关时距
• 6.3.4 土壤水对后期土壤湿度的决定作用
• 6.4 小结
• 7 土壤湿度空间的协变性与秩序稳定性
• 7.1 试验方法
• 7.1.1 不同剖面之间湿度的相关分析
• 7.1.2 同一剖面不同时间湿度之间的相关分析
• 7.1.3 时间序列的空间相关分析
• 7.1.4 湿度空间差异的时序性
• 7.2 结果分析
• 7.2.1 不同剖面上土壤湿度的相关性
• 7.2.2 剖面湿度秩序的时间特征
• 7.2.3 两点之间土壤湿度时间序列的相关性
• 7.2.4 土壤湿度空间秩序的时序稳定性
• 7.2.5 土壤湿度空间变异的时序特征
• 7.3 讨论
• 7.3.1 土壤湿度的协变性
• 7.3.2 土壤含水量空间秩序的相对稳定性
• 7.3.3 土壤含水量空间秩序稳定性与土壤性质的关系
• 7.3.4 土壤湿度四维时空秩序稳定性
• 7.4 小结
• 8 总结
• 8.1 土壤湿度空间关系的时序特征
• 8.2 土壤湿度的稳定特征
• 8.3 土壤湿度的先后关系
• 8.4 典型草原区土壤水的剖面特征
• 8.5 典型草原区土壤湿度的动态特征与趋势
• 8.6 人为干扰对土壤湿度的影响
• 8.7 气候特征及水热变化
• 8.8 本论文的创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附图
• 作者简介