南方红壤丘陵区典型小流域森林生态系统水文过程、调节功能及机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄志刚 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 李锋瑞 ; 欧阳志云 |
| 关键词 | 红壤丘陵区 森林生态系统 土壤水分过程 蒸散过程 径流过程 水 文调节功能 水文调节机制 |
| 其他题名 | Study on Forest Eco-hydrological Process, Regulation Function and Mechanism under Typical Forest Ecosystem in Red Soil Hilly Region of Southern China |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 红壤丘陵区是我国农业生产发展潜力最大的地区之一，长期以来，由于对森林生态系统服务功能及其重要性缺乏了解和在林业经营管理上的失误，导致了水土流失进程的加剧、土壤肥力和土壤蓄水能力的降低、生态环境的退化以及生态灾难的频繁发生。因此，研究南方红壤丘陵区不同生态系统水文过程及调节功能有利于实现红壤丘陵区土地资源的合理利用、开发与保护，达到生态、经济与环境的协调发展。森林对水文过程的调节主要表现在3 个方面，即森林对径流的调节、森林对土壤水分的调节及森林对林地蒸腾蒸发的调节。本研究以南方红壤丘陵区典型流域为研究对象，从水文学和生态学角度揭示红壤丘陵区典型流域森林生态系统生态水文过程及调节功能，在不同时空间尺度上耦合不同生态水文过程并进行尺度转换，阐明土地利用变化对小流域生态水文过程的影响及调节机制，为南方红壤丘陵区小流域森林生态系统保护及土地利用布局提供理论依据与决策参考。主要研究结果如下： (1) 研究小流域2004-2008 年年均降雨量为(1431.2±159.1) mm，多年月均降雨量分布不均，其偏度系数变化范围为-1.57-1.77；小流域年均雨日/非雨日天数分别为121.4±11.3 和244.0±11.7 天，其概率分别为0.20~0.37 和0.13~0.29。小流域主要以低降雨量和低降雨强度的降雨事件为主。 (2) 小流域7 种子生态系统土壤质地均为粉砂质壤土，其中0-20 cm 和20-40 cm 土层土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、土壤饱和重量含水量和毛管持水量的变化范围分别为1.4-1.6 和1.5-1.7 g/cm3、24.6-40.5 %和20.6-33.3 %、22.3%-31.3%和17.3-28.0%、21.4-25.2 %和14.1-21.1%、11.8-20.5%和10.0-17.6 %，饱和土壤水分入渗速率2.47-5.60mm/min；土壤有机质、全氮、水解氮和全磷变动范围分别为14.9-40.8 和7.1-20.1 g/kg、1.0-2.5 和0.6-1.4 g/kg、41.7-134.4 和28.7-112.1 mg/kg、1.0-2.5 和0.6-1.4 mg/kg。小流域土壤理化性质变量参数正效应较弱，土壤比较贫瘠，土壤退化较严重。 (3) 不同子生态系统间年均土壤含水量差异显著，其中杜仲人工林子生态系统土壤含水量最高，阔叶次生林子生态系统最低。除坡耕地外，其他子生态系统各土层土壤含水量表现出随着土层深度的增加而增加的趋势。小流域0-100 cm 土层土壤含水量变化范围为13.1%-16.6%，表现出随土层深度增加而增加的趋势。小流域土壤含水量在年时间尺度上基本处于平衡。土壤蓄水量与太阳辐射量和大气温度表现为负相关性，与降雨量、大气相对湿度和饱和水气压差表现为正相关性，降雨量是其最直接的影响因子，其次是温度。雨季单次降雨后土壤蓄水量与雨后干旱天数存在显著的线性负相关性，土壤水分损失率与干旱天数存在双曲函数关系。雨季单次降雨后持续干旱条件下土壤剖面含水量呈递减的变化趋势。 (4) 6 种经验模型蒸散量估算值年间波动不大，其中联合变量模型(P-M 98、P-T 和P-M 70)和太阳辐射变量模型(HGM 和TRM)蒸散量估算值变化趋势一致，而温度变量模型(MCM)蒸散量估算值变化趋势较其他5 种经验模型尖瘦。P-M 98 经验模型估算的年均蒸散量为(859.7 ± 19.4) mm，其中P-T、P-M 70、HGM、TRM 和MCM 经验模型估算值分别为P-M 98 经验模型年均估算值的1.027 倍、0.942 倍、0.692 倍、0.706 倍、和1.415倍。根据流域水量平衡原理计算的小流域2004 年月蒸散量变化范围为4.9-187.3 mm，年蒸散量为1055.0 mm；月蒸散量与月降雨量呈显著线性正相关。 (5) 器测法(E-601)蒸散测定值和流域水量平衡法(WBE)蒸散计算值与月均温度、最高最低温度、地面温度及日照时数均呈极显著线性正相关，与风速呈正相关。其中E-601与气象因子变量间相关系数大于WBE 与气象因子变量间相关系数。根据成对样本t 测验结果，E-601 蒸散测定值和WBE 蒸散计算值差异不显著，但是二者与HGM 和TRM 经验模型蒸散估算值差异显著，与其他经验模型估算值差异不显著。联合变量模型可以作为小流域蒸散估算手段。 (6) 不同年份间不同子生态系统坡面径流主要分布在5-8 月，月径流量分布具有相似性，其径流深占年总径流深的84.3-92.6%；月径流深与降雨量呈显著的线性相关性，表现出随降雨量的增加而增加的趋势。杜仲人工林、马尾松次生林、荒山草坡和坡耕地4种子生态系统坡面次降雨－径流过程监测结果显示，初始产流雨量变化范围为4.8-15.3mm，径流系数变化范围为5.5-17.6%，径流迟滞时间为60-260 min。在次降雨过程的早期阶段，径流过程主要受下垫面情况的影响，在土壤和植被水文物理参数达到饱和之后，径流过程主要受降雨过程支配。 (7) 小流域单日径流峰值呈逐年增加的趋势。小流域月径流量主要分布在4-8 月，其径流深占年总径流深的50.1-81.6%；月径流深与降雨量呈显著的线性相关性，表现出随月降雨量的增加而增加的趋势。研究时段内小流域径流深和径流系数变化范围分别为563.8-769.0 mm 和35.5%-49.0%，二者在时间序列上均呈增加的趋势。小流域次降雨径流深与降雨量和降雨历时呈极显著正相关，与雨前不同时段雨量及基流流速呈较弱的正相关性。 (8) 2008 年小流域景观格局指数值均低于2004 年景观格局指数值，随着人为干扰的加剧，小流域多样性指数降低。2008 年小流域林地面积比2004 年减少了1.83%，坡耕地增加了1.83%，其中马尾松次生林面积减少了0.24%，杜仲人工林及减少了1.33%，杉木次生林面积减少了2.13%，油桐人工林面积减少了2.79%，而灌木林和阔叶次生林面积分别增加了3.68%和0.97%。 (9) 2004 年和2008 年小流域实测/估算蒸散量及其变化趋势差异较小，土地利用变化对小流域气候变化影响较小。土地利用变化引起小流域径流量及径流过程的变化，尤其是径流峰值对降雨峰值的响应。2004 年径流系数为35.51%，2004 年到2008 年小流域林地面积减少了1.83%，径流系数增加了13.45%。 |
| 学科主题 | 系统生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-09-13 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/807]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄志刚. 南方红壤丘陵区典型小流域森林生态系统水文过程、调节功能及机制研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。