黃土高原人工喬木林地水分生產(chǎn)力與土壤干燥化效應(yīng)模擬研究.pdf

1、黃土高原人工喬木林地水分生產(chǎn)力與土壤干燥化效應(yīng)模擬研究摘要黃土高原地處我國(guó)半濕潤(rùn)和半干旱氣候區(qū)，由于氣候持續(xù)干早少雨，以土壤水分持續(xù)嚴(yán)重虧缺為特征的人工林地土壤干化正在日益嚴(yán)峻地威脅著黃土高原人工林正常生長(zhǎng)，土壤干層的形成己經(jīng)成為人工林重建的嚴(yán)重隱患，導(dǎo)致人工林生長(zhǎng)緩慢和逐漸衰敗，進(jìn)一步制約了黃土高原植被建設(shè)的步伐。在黃土高原半濕潤(rùn)高原溝壑區(qū)和半干旱丘陵溝壑區(qū)，在野外人工林地深層土壤濕度實(shí)地觀測(cè)基礎(chǔ)上，應(yīng)用美國(guó)研制的水土資源管理與植物生

2、產(chǎn)力定量評(píng)價(jià)模型—V丙nEPIC模型，模擬研究了1957一2001年期間刺槐和油松林地水分生產(chǎn)力和0~10m土層土壤水分利用特征，系統(tǒng)分析了人工林地生產(chǎn)力變化趨勢(shì)和土壤干燥化規(guī)律，評(píng)價(jià)了人工林健康生長(zhǎng)的穩(wěn)定性，為黃土高原退耕還林和植被恢復(fù)重建提供了科學(xué)依據(jù)。研究取得主要進(jìn)展如下:(1)在黃土高原半濕潤(rùn)區(qū)和半干旱區(qū)，人工刺槐和油松林地均發(fā)生了較為嚴(yán)重的土壤干燥化現(xiàn)象。半濕潤(rùn)區(qū)刺槐林地和油松林地0一10m土層土壤水分過(guò)耗量分別為363.91

3、11111和53.7nml，土壤干層厚度分別超過(guò)7.3m和9.sm。半干早區(qū)刺槐林地土壤水分過(guò)耗量為758.5刀1111，土壤干層厚度超過(guò)10m。(2)組建了長(zhǎng)武、洛川和延安等研究地區(qū)的逐日氣象要素序列、土壤剖面理化性狀、作物生長(zhǎng)參數(shù)等WlnEPIC模型數(shù)據(jù)庫(kù)。模型驗(yàn)證結(jié)果表明，WinEPIC模型能夠較為精確地模擬黃土高原人工刺槐和油松林地水分生產(chǎn)力和土壤水分利用動(dòng)態(tài)。(3)在1957一2001年模擬研究期間，長(zhǎng)武和延安刺槐林地逐年生物

4、量模擬值的平均值分別為5‘52叨In12和5.37切川12，并在5一6年生后呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)性降低趨勢(shì)洛川和延安油松林地逐年生物量模擬值的平均值分別為4.29燈hinZ和3.62價(jià)mlZ，分別在17年生和13年生后出現(xiàn)了明顯波動(dòng)性降低趨勢(shì)。(4)在1957一2001年模擬研究期間，長(zhǎng)武和延安刺槐林地在6~7年生時(shí)出現(xiàn)干早脅迫，此后干早脅迫日數(shù)呈現(xiàn)逐年波動(dòng)性上升趨勢(shì)，且延安明顯高于長(zhǎng)武洛川18年生和延安16年生油松林地均出現(xiàn)干旱脅迫，此后干

5、旱脅迫日數(shù)呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)性上升趨勢(shì)。(5)在1957~201年模擬研究期間，長(zhǎng)武和延安刺槐林地1一7年生期lbJ是林地土壤強(qiáng)烈干燥化階段，8年生后林地0一10m土層逐月土壤有效含水量長(zhǎng)期在0一25Om的較低水平上隨降水變化而波動(dòng)。洛川14一20年生和延安9一20年生期間是油松林地土壤強(qiáng)烈干燥化階段，21年生以后油松林地0一10m土層土壤有效含水量在0一150mm較低水平上波動(dòng)。SIMULATIONOFW人1，ERPRODUCTIVITY

6、SOILDESICCAT10NEFFECTSOFARTIFICIALFOR五STLANDONTHELOESSPLATEAUABSTRCTTlleloessPlateauisase而一hun五dandsemi一aridareaofChina.Becauseoflongt而edrou日11in比centyears，soildesiccationcausedbyseveresoilwaterdeficitisanincreasi雌seriou

7、slimit1I1gfactorofartificialforestgr0從嘆11ontheloessPlateall.Thedesi沈atedsoill盯erisahidentroubleofartificialfesilal1dcon島trUctionandleadtoartificialtreegro、vthbecomeslowlyandgotde撫rloratedgradtlaly，、v】11chfu找11erl加itthest

8、ePofve腳ationconstI’UctionoftheloessPlateau.BasedonsoilmoistureobservationindeePsoillayersoftheartificialfestland，thewinEPICmodel，which叭.asdevelopedbyUSAandisasoilandwaterresourcesmanagementandPlantproductivitysimulationm

9、ode1，wasusedtosimulatewaterProductivityandsoildesiccationefectsinO一10msoilProfileonBlacklocust訛eandChinesePinetreeforestiandonsemi.11讓mid，highlandand四11yregion印ldsemi一麗d，hillygullyregionofthe1oessPlateaudllr1ng1957to2001

10、.叨letrendswgterProductivitychangeandsoildesiccationofartificiaIfestiandwereanalyzedbasedons1mu1ateddata，and5謐abilityofartificialfestlandgroWthweredeten刀ined，whichProvidethebasicscientificfoundationsf咐thdrawingcroPlandtof

11、orestlandandvegetationreconstruct1onontheloessPlateauTheProgressesofthisstudyareasfollowing:(1)SeveresoildesiccationalreadyocuredonartificialBl即klocusttreeandChinesePinetreeforestl田ldonthebothsemi一humidandsemi一aridregion

12、s.Soilwateroveruseamountino一l0msoilProfileofBlack1ocusttreeandChinesePinetree1brestlandonsemi一hunlidregionswas363.gmand5337n”刀陰parately，thicknessofdesiccatedsoil1ayerswasover73mandg.smresPectively.Onsemi一aridarea，soilwat

13、eroveruseamountaJ1dthicknessofdesiccatedsoillayersino一10msoilprofileofBlacklocusttree、，as758萬(wàn)mandoverl011弓.(2)Thedatabasesofdailyweat】lervariablesequences，PhysicalandchenucalProPedesofsoilProfile，cropgrowthParametersof城n

14、EPICmodelatChangwu，Luocll幽1皿dyail，an從℃rebuiltfthesimulation.Themodelverificatlonresultssll(，wthatlbewinEPICmodelcouldsimulatewaterProductivityandsoil認(rèn)raterd鄧amicsofartificialBlacklocusttre即1〔1ChiI1esePinetreefestlandonth