黄土丘陵区林地干化土壤水分入渗及迁移规律研究

摘要

陕北黄土丘陵区人工林地存在大规模的土壤干化现象，随着林草植被建设的快速发展，长期造林过程中不合理的植被选择和栽植密度致使林地土壤干化问题愈发严重。土壤干化问题的防治与修复，因此也成为生态学科与土壤学科十分关注的热点问题。该地区地形地貌特殊，不具备灌溉条件，加之当地地下水埋藏较深，降雨成为干化土壤水分修复的唯一来源。为了探索降雨条件下林地干化土壤的水分入渗及迁移规律，本文利用野外地下10m大型土柱模拟枣林地土壤干层，通过长期定位监测，探讨不同降雨类型、不同生育时期下的干化土壤水分入渗、迁移规律，并进一步利用Hydrus-1D模型进行模拟预测，对当地枣林土壤水分的科学管理与改善具有重要的理论和实践意义。主要得出以下结论:
　　(1)独立降雨与间歇降雨下的土壤水分入渗、迁移规律不同。独立降雨条件下，土壤水分的入渗、迁移深度除了受降雨量、气象因子等影响明显外，还与降雨强度、初始土壤含水率有关，降雨强度越大、初始土壤含水率越高，水分的入渗深度及迁移深度也越大;间歇降雨较独立降雨具有更强的入渗、迁移规律，间歇降雨中前次降雨为后次降雨提高了土壤含水率，后次降雨在前次降雨的基础上发生，几次降雨交互对土壤水分的入渗、迁移产生促进作用。相同降雨量下，其入渗深度较独立降雨可提高100％～160％;迁移深度可提高91％～197％。
　　(2)水分在土壤垂向运输中具有剖面特征，从地表向下依次表现为:蒸渗层、过渡层和入渗层。生育期内三个土层深度分别为:0～60cm、60～120cm、120～220cm，休眠期依次为:0～100cm、100～140cm、140～240cm。其中，蒸渗层土壤水分受降水、蒸发作用影响最大，在生育期和休眠期内该层次土壤储水量均与降水量表现出较强的一致性，二者呈线性变化:W生=0.2332P+81.25（R2=0.41），W休=0.7011P+133.24(R2=0.66);过渡层受蒸发作用影响有所减弱，该层土壤储水量仅呈微弱波动，在生育期内表现为土壤水分入渗大于蒸发，休眠期为蒸发大于入渗;入渗层则不受蒸发作用影响，土壤水分不断向深层入渗补给，土壤储水量随时间推移而不断增加。
　　(3)生育期月平均蒸发耗水量为40.1 mm，蒸发耗水系数基本维持在0.87左右，平均每月降水量约87.0％用以蒸发消耗，13.0％用于入渗补给土壤;休眠期月平均蒸发耗水量为24.7mm，土壤蒸发耗水系数高达5.1，该时期蒸发损失量79.4％来自降水，20.6％来自土壤储水量，因此休眠期是土壤水分损失的重要阶段。
　　(4)黄土丘陵区并非所有降雨都能够对土壤水分有影响。2014.8.1～2016.12.31间降雨次数与降雨量的有效率分别为21.3％、62.6％;土壤水分的垂直运输具有滞后性，且分带特征明显，试验观测期间，有效降雨对干化土壤，的水分修复深度介于350～400cm。
　　(5) Hydrus-1D模型对于模拟土柱土壤水分的模拟值与实测值吻合程度良好。利用Hydrus-1D模型建立典型平水年条件下的土壤水分运移深度模拟，估算出600cm深度的土壤干层得到修复大致需要8～9年的时间，并进而拟合出土壤水分运移深度的时效性方程，证实了土壤干层的水分修复是一个长期、缓慢的过程。

目录

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论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 入渗理论及过程模型

1．3．2 降雨入渗影响机制

1．4 存在的问题与不足

2．1 研究区概况

2．2 研究内容

2．3．1 土柱建造

2．3．2 土壤水分测定

2．3．3 气象因子测定

2．3．4 数据处理

2．4 基本理论

2．5 技术路线图

第三章 不同降雨类型下干化土壤水分入渗及迁移规律

3．1 降雨分布特征

3．1．1 年际分布特征

3．1．2 月际分布特征

3．2 独立降雨下土壤水分入渗及迁移规律

3．3 间歇降雨下土壤水分入渗及迁移规律

3．4 本章小结

第四章 不同生育时期干化土壤水分循环规律

4．1 土壤水分运动剖面特征

4．1．1 生育期土壤水分运动剖面特征

4．1．2 休眠期土壤水分运动剖面特征

4．2 土壤储水量与蒸发量动态变化

4．2．1 土壤储水量变化规律

4．2．2 土壤蒸发量变化规律

4．3 降雨有效性及土壤水分运移时效性

4．4 本章小结

第五章 基于Hydrus-1D模型的干化土壤水分模拟预测

5．1 模型介绍

5．2 模型建立

5．2．1 模型参数介绍及确定

5．2．2 模型边界条件

5．3 模型验证

5．4 基于Hydrus-1D典型平水年下的土壤水分模拟预测

5．5 本章小结

第六章 主要结论、创新点及需要进一步研究的问题

6．1 主要结论

6．2 主要创新点

6．3 需要进一步研究的问题

参考文献

致谢

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