高寒草甸覆蓋變化下土壤水分動(dòng)態(tài)變化研究.pdf

1、本文以長(zhǎng)江源多年凍土區(qū)的北麓河流域風(fēng)火山支流區(qū)為研究區(qū)域，在敦宰加隴與左冒西孔曲匯流處的坡面上建立3個(gè)植被覆蓋度分別為30％、68％和92％的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)，通過調(diào)查植被與土壤相關(guān)參數(shù)，觀測(cè)土壤水分、土壤溫度、陸面蒸散發(fā)與凝結(jié)以及氣溫、降水等氣象資料，分析植被覆蓋變化對(duì)凍土活動(dòng)層土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的影響。主要研究?jī)?nèi)容有：高寒草甸覆蓋變化下凍土活動(dòng)層土壤水分的空間分布及變化過程；植被覆蓋變化對(duì)凍融過程中土壤水分與地溫耦合關(guān)系的影響；植被覆蓋

2、變化下土壤水分對(duì)降水的響應(yīng)；植被覆蓋變化下地表蒸散發(fā)與凝結(jié)水動(dòng)態(tài)變化分析。研究結(jié)果表明： (1)將土壤水分變化的拐點(diǎn)作為凍結(jié)融化的起始日和終結(jié)日，可將不同覆蓋度下凍土活動(dòng)層土壤未凍水分在年內(nèi)分布變化過程明顯地劃分為4個(gè)階段，分別為土壤水分完全融化階段A、土壤水分凍結(jié)發(fā)生階段B、土壤水分完全凍結(jié)階段C、土壤水分融化發(fā)生階段D。不同植被覆蓋度下凍土活動(dòng)層的土壤水分分布及變化過程存在差異。較高的植被覆蓋退遲了凍融變化的發(fā)生，延緩了土壤

3、水分的消融，對(duì)多年凍土起到了一定的保護(hù)作用，減緩了凍融侵蝕對(duì)多年凍土的破壞。 (2)土壤水分與土壤溫度之間的協(xié)同關(guān)系十分顯著，不同植被覆蓋度下土壤水分和土壤溫度的時(shí)空分布存在明顯差異。植被覆蓋對(duì)水熱協(xié)同有顯著影響，當(dāng)植被退化較為嚴(yán)重時(shí)，土壤更容易傳遞熱量，尤其是表層土壤受到的影響更為劇烈。深層土壤凍結(jié)時(shí)水熱耦合關(guān)系對(duì)植被覆蓋度的響應(yīng)比較復(fù)雜，高植被覆蓋度土壤與低植被覆蓋度差別顯著。進(jìn)一步印證了凍結(jié)過程是從表層和下層多年凍土融化凍

4、結(jié)面開始雙向凍結(jié)的，受植被覆蓋的影響程度減弱。土壤融化是自上而下的，受植被覆蓋影響不同深度之間的差別較為突出。無(wú)論是凍結(jié)還是融化過程，土壤溫度和土壤未凍含水量呈現(xiàn)出比較顯著的指數(shù)線型相關(guān)關(guān)系。就回歸模型模擬的效果來(lái)看，融化過程優(yōu)于凍結(jié)過程。 (3)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)高寒草甸土壤水分對(duì)降水的響應(yīng)存在明顯的滯后現(xiàn)象，滯后時(shí)間較長(zhǎng)；當(dāng)植被退化較為嚴(yán)重時(shí)，20cm深度范圍內(nèi)土壤水分對(duì)降水有一定程度的響應(yīng)，深層土壤比較干燥，對(duì)降水的響應(yīng)十分微弱。在

5、保持其原有植物建群和較高覆蓋度時(shí)，土壤水分對(duì)降水的響應(yīng)深度達(dá)到40cm以下，土壤水分受降水影響變化劇烈。未退化的高覆蓋高寒草甸能有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而改變土壤水文物理特征，有利于降水入滲，其發(fā)達(dá)的植被根系易導(dǎo)致較大孔隙優(yōu)先流運(yùn)動(dòng)，加快了深層土壤水分對(duì)降水的響應(yīng).通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)次降水量大于3mm,強(qiáng)度接近2mm/h的降水對(duì)土壤水分的補(bǔ)給比較明顯，可視為有效降水。 (4)植被生長(zhǎng)旺盛季節(jié)的地表蒸散發(fā)量和凝結(jié)水量

6、遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于植被枯萎季節(jié)，在94天的觀測(cè)期內(nèi)，植被覆蓋度92％的草甸草地蒸散發(fā)量最高，植被覆蓋度30％的次之，蒸散量最小的是植被覆蓋度68％的草甸草地；夜間的水汽凝結(jié)作用十分強(qiáng)烈，植被覆蓋度92％的草甸草地凝結(jié)水量最高，植被覆蓋度68％和30～5的草甸草地比較接近。地表蒸散發(fā)量明顯減小的時(shí)間與土壤發(fā)生凍結(jié)的時(shí)間一致，說明土壤凍結(jié)能顯著降低蒸散發(fā)量，保持土壤水分。而隨著植被覆蓋度的降低，地表凝結(jié)水?dāng)?shù)量明顯減少：而當(dāng)植被覆蓋保持在較高水平時(shí)，凝