干旱区荒漠绿洲边缘凝结水形成机理及其生态环境意义
文献类型：学位论文
| 作者 | 方静 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-06 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 丁永建 |
| 关键词 | 凝结水 吸湿凝结水 干旱区 形成机理 生态环境意义 |
| 其他题名 | The mechanism and ecological functions of condensation water in the ecotone between oasis and desert in arid region |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 凝结水是由大气水汽或土壤孔隙中水汽所形成的非降水液态水。在干旱、半干旱地区凝结水已有较长的研究历史，并且被认为是干旱、半干旱地区一些植物和小动物的主要水分来源之一。但是由于观测方法不统一、研究区域气候差异和下垫面性质不同等原因，大部分学者对凝结水的形成机理、形成时间、生态环境意义等方面的认识存在诸多分歧。尤其对植物能否吸收利用凝结水问题存在激烈的争论，但大部分学者仅限于定性描述，而没有实验数据来证明荒漠植物与凝结水的关系。本文实验在干旱区荒漠绿洲边缘地区展开，选择沙丘顶、丘间地、平坦无植被沙地、人工草地和人工林地五种下垫面，采用称重法长期观测了不同下垫面、不同土层深度凝结水量和凝结水形成时间，并同步观测了近地层空气温度，近地层空气相对湿度、露点温度、地温、土壤水分和风速等因子。分析凝结水形成机理及其影响因子。在凝结水与荒漠植物关系方面，选择荒漠植物进行盆栽对比实验，观测这些荒漠植物在接受和隔绝凝结水情况下的生理指标变化，并评价凝结水的生态环境意义。一些主要结论如下： 1、 凝结水形成机理 干旱区绿洲边缘地区凝结水的形成有两个水汽来源：一是近地层空气中的水汽以吸湿凝结方式凝结在沙地表层；二是土壤中水汽在地温梯度作用下向上运移，在地表形成凝结水。在干旱荒漠绿洲边缘，即使地面温度未达到露点，近地面空气中水汽未达到饱和湿度，地表仍会有吸湿凝结水产生。吸湿凝结开始的时间受控于沙地含水量，理论上当沙地表层含水量低于其最大吸湿量时，可以有吸湿凝结水的产生。而土壤中水汽凝结主要受地表温度和地下温度的影响，在温度梯度的热力场作用下发生，一般在夜间形成。 吸湿凝结水的形成主要受近地层空气相对湿度、近地表气温以及气温日较差的影响，因为以上因素直接或间接影响到沙地表层土壤分子的能量状况和近地层空气中的水分子密度。此外，不同下垫面和气候区域凝结量存在较大差异。在黑河中游临泽绿洲边缘（年平均降水量117mm）观测结果表明：人工草地、平坦无植被沙地、沙丘顶部、丘间低地和人工林地7-10月的平均月凝结量分别为：5.1mm、4.0mm、3.1mm、1.8mm和1.0mm；黑河下游额济纳荒漠绿洲（年平均降水量42mm）天然草地和绿洲边缘柽柳沙包7-9月份月平均凝结量分别为1.4mm和1.2mm。 2、 凝结水影响因子分析 在年降水量117mm左右的干旱区绿洲边缘，影响凝结水量的小气候因素较多，包括近地层气温、气温日较差、近地层空气相对湿度等。这些因子共同影响凝结水形成时间和形成量。主成分分析显示：在无植被的丘间地，影响0-4cm土层凝结水量的第一主成分是近地层空气相对湿度、温度和地表温度、第二主成分是5-20cm土层温度、第三主成分是露点温度，其累积解释率为87%。在人工草地实验地，影响0-4cm土层凝结水量的第一主成分是5cm和10cm处土层温度以及近地层气温，第二主成分是近地层空气相对湿度、第三主成分是露点温度，其累积解释率为92.9%。 除了微气象因子和土壤温度影响凝结水形成外，土壤含水量、粒径组成和风速等都会对凝结水形成产生影响。（1）沙地表层含水量低于其最大吸湿量时，吸湿凝结水产生；当土壤含水量较高时，为土壤蒸发提供了有利条件，表层无法产生吸湿凝结水。但是不同下垫面土壤含水量对凝结水量的影响存在较明显的差异。在沙丘顶部，土壤含水量较低（一般小于0.2%），土壤含水量的动态变化对凝结水的影响是显著的。而在人工草地，当土壤含水量介于4%-6.5%之间时，凝结水量与土壤含水量变化没有显著的相关关系。（2）砂砾粒径对凝结水形成量影响明显，粒径越小凝结量越大，＜0.1mm粒径的沙粒凝结量最大（每天可获得凝结水量0.097mm），其次是沙壤土（0.072mm），而0.5mm-0.1mm、2mm-0.5mm、5mm-2mm的砂砾凝结量较小，平均每天可获得凝结水量分别为0.059mm、0.057mm和0.052mm。（3）较大的风速使空气流动加强，有助于蒸发而不利于凝结。但在较小的风速条件下（观测期最大风速为1.2m/s），凝结水量与风速呈正相关关系，其相关系数为0.79。 3、 凝结水的生态环境意义 在干旱荒漠绿洲边缘，凝结水对荒漠植物的光合速率、气孔导度、植物叶片相对含水量以及植物水势都有不同程度的影响。尤其是对一年生的浅根系植物。雾冰藜（Bassia dasyphylla）、猪毛菜（Salsola collina Pall）、虫实（Corispermum declinatum）和油蒿（Artemisia ordosica Krasch.）在有凝结水情况下，平均净光合速率分别提高9.6%、8.6%、7.2%和2.6%；气孔导度分别提高23.8%、19.8%、14.3%和7.0%。相对含水量和水势也有相应提高。油蒿相较其它三种植物，其光合生理和水分生理指标对凝结水都不敏感。这些数据说明，在水分胁迫的条件下，凝结水对一年生浅根系植物水分亏缺的缓解作用显著。但是在土壤水分平衡方面，由于凝结水的量较小，而且凝结水在白天全部蒸发掉，对土壤水分蒸发损失量的减缓作用不明显。因此，在干旱、半干旱地区，荒漠凝结水对稳定或延长土壤水分保持的意义不明显。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 107 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21646]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 方静. 干旱区荒漠绿洲边缘凝结水形成机理及其生态环境意义[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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