黄土高原人工刺槐根水耦合作用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李洪宇 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 罗毅 |
| 关键词 | 黄土高原 土壤干化 人工刺槐 根水耦合作用 过程模拟 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 黄土高原具有特定的气候、土壤和水文条件，植物根系生长与土壤水分耦合作用密切。黄土高原大规模的造林工程显著改变了当地生态水文过程，由人工林深根吸水引发的深层土壤水分亏缺已成为黄土高原生态建设面临的重大问题，深入研究人工林根水耦合作用特征是理解该问题的关键。 本研究以黄土高原主要造林树种刺槐为研究对象，在样地长期观测、调查采样和植物盆栽实验的基础上，针对黄土高原植物根系与土壤水密切耦合的特征，提出了描述刺槐根系-土壤水耦合作用的数学方法，开展了人工刺槐生态水文过程的长期模拟，揭示了刺槐根水耦合作用特征及其时空变化规律，为该地区人工林可持续发展管理提供支撑。取得的主要进展和结论如下： （1）样地观测揭示了人工刺槐林地土壤水分动态的主要特征。在黄土高原南部的野河山样地，观测期（2015-2019年）的年降水量为664mm，总蒸散量为679mm，植物蒸腾量为404mm（占总蒸散59%）。植物蒸腾量主要来源于表层根系吸水，2m以上土层平均贡献95.5%。刺槐样地5m剖面平均土壤含水量变化范围为0.216cm3cm-3至0.290cm3cm-3。表层0-2m是土壤水分动态的活跃层，深层2-5m土壤已干化。深层土壤仅在2015年被降水入渗补给，但入渗水量被本年及后续两年的深根吸水消耗，基于静态指数细根分布的方法难以准确评估该时期的深根吸水过程。 （2）提出了植物根系-土壤水耦合的数学方法，揭示了土壤干层形成、演变的长期规律。根水耦合模拟方法能模拟植物细根分布与深度随土壤水分的动态变化（全动态方法）。在5年短期模拟中，全动态方法与动态细根分布和静态根系深度（半动态）方法模拟根系生长、土壤水分动态等均有很好的表现，没有明显的差异；但在植物生长的50年长期模拟中，半动态方法失效，全动态方法再现了植物持续发展深根吸水和土壤干层形成、演变的长期过程。0-2m表层是土壤水分补给和消耗的活跃层，表层根系持续拦截降水入渗；2m以下深层细根量和根系吸水占比虽小（<20%），却是导致深层土壤水分持续负平衡与土壤干层形成、演变的重要原因。 （3）揭示了刺槐根系-土壤水耦合作用随降水的变化规律。沿黄土高原降水 黄土高原人工刺槐根水耦合作用研究II 梯度12个样点开展的50年长期模拟工作表明，刺槐根水耦合作用各要素与年均降水量有显著关系。随年均降水量从611mm减少到416mm，植物蒸腾量从431mm减少到129mm，年均最大入渗深度从2.9m减少到0.7m，50年龄最大根系深度从23.8m减少到6.0m，入渗深度内的平均细根比例从53%减少到35%，平均根系吸水比例从64%减少到48%。0-2m表层土壤水分亏缺主要受降水入渗的影响，与年均降水量负相关（R2=0.59）；2-20m深层土壤水分亏缺主要受深根吸水的调控，与年均降水量显著正相关（R2=0.89）；南部半湿润区0-20m深度的土壤干化问题更严重。深厚黄土区的蒸散量由降水量和土壤耗水量组成，浅层土石区的蒸散量为降水量扣除产流量。深厚土壤的根水耦合作用显著改变林地水循环各分量及其与年均降水量的关系。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 145 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186932]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李洪宇. 黄土高原人工刺槐根水耦合作用研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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