青藏高原典型多年凍土區(qū)高寒草甸覆蓋變化對水循環(huán)影響的試驗(yàn)研究.pdf

1、本文以位于青藏高原典型多年凍土區(qū)的風(fēng)火山小流域?yàn)樵囼?yàn)研究區(qū)域，針對高寒草甸植被類型，采用相鄰不同覆被蓋度的樣地比較方法，在植被覆蓋變化比較大的典型高寒草甸覆蓋區(qū)域，選擇坡向、坡型、坡度、趨于一致的平均植被覆蓋度變化為30％、65％和93％的坡面為研究對象，建立徑流試驗(yàn)觀測場，觀測區(qū)域氣象要素、水分入滲、陸面蒸散發(fā)、坡面產(chǎn)流與產(chǎn)沙、土壤凍結(jié)融化的溫度和水分等因素，分析植被覆蓋變化與各水循環(huán)各因素間的關(guān)系、影響程度以及響應(yīng)機(jī)制。研究結(jié)果表明

2、：
　　 1、(1)高寒草甸高覆蓋度(93％)的土壤飽和導(dǎo)水率Kfs隨著土壤深度h呈現(xiàn)顯著的二次拋物線型的變化規(guī)律，隨著深度增加入滲速率隨之遞減，但深度超過40cm后，入滲速率反而有所增加。高覆蓋度草地(93％)7月份的飽和導(dǎo)水率大于6月份，且差異性極顯著(p＜0.01)，充分說明凍土層融化層深度變化在土壤水分入滲中的重要作用。凍土融化初期(6月)，20cm深度30％覆蓋度的飽和導(dǎo)水率大于65％和93％覆蓋度草地，93％、65％

3、和30％蓋度飽和導(dǎo)水率分別為0.26 mm·min-1、0.16mm·min-1、0.68 mm·min-1，體現(xiàn)了植被覆蓋變化在水分運(yùn)動中的重要作用。(2)覆蓋度較高(93％)的高寒草甸草地的土壤穩(wěn)定入滲速率最大，為0.65 mm/min，達(dá)到穩(wěn)定入滲所需時(shí)間最長；覆蓋度為30％的工程擾動跡地的土壤穩(wěn)定入滲速率最小，為0.16 mm/min。說明覆蓋度較高的高寒草甸草地的土壤有利于水分入滲，而土層較薄的工程擾動跡地水分入滲性能較差。(

4、3)通過雙環(huán)入滲試驗(yàn)比較和回歸模擬，得出了適合該研究區(qū)不同植被類型和覆蓋度的入滲速率f(t)和入滲時(shí)間t的關(guān)系表達(dá)式為：f(t)=at-b及相關(guān)參數(shù)a、b。
　　 2、(1)高寒草甸地區(qū)年平均水面蒸發(fā)量為1735.8mm。植被生長季節(jié)(5月～10月)觀測到的覆蓋度30％、65％、93％的坡面平均累計(jì)土壤蒸散發(fā)量分別為：276.47mm、300.16mm、318.21mm。各覆蓋度的累計(jì)蒸散發(fā)量為30％＜65％＜93％；相同覆蓋度

5、坡面上都是坡上的累計(jì)蒸散發(fā)量大于坡下的。(2)在連續(xù)無降水極端干旱情況下，整個(gè)坡面30％、65％、93％覆蓋度平均日蒸散發(fā)量分別為2.75 mm·d-1、3.85 mm·d-1和2.74 mm·d-1。在無降水影響條件下，整個(gè)坡面平均蒸散發(fā)量是覆蓋度65％最大(4.07 mm·d-1)，其次是93％(3.77 mm·d-1)，最小為30％(3.70 mm·d-1)，而平均凝結(jié)水量最高的是93％蓋度(3.37 mm·d-1)，其次是65％

6、(3.34 mm·d-1)，最小是30％(2.87 mm·d-1)。這一結(jié)果說明在極端干旱或是無降水影響的條件下，典型多年凍土區(qū)高寒草甸高覆蓋度的草地非常有利于水分的保存，能有效減小蒸發(fā)，增加凝結(jié)水量，高原地區(qū)植被對凝結(jié)水量的影響不容忽視。
　　 3、(1)分析了不同植被覆蓋對降水產(chǎn)流的影響，在相同降水條件下，覆蓋度低的坡面產(chǎn)流量大于覆蓋度較高的坡面的產(chǎn)流量。65％以上蓋度的平均地表產(chǎn)流量比30％以下蓋度的產(chǎn)流量減少61.2％。

7、30°坡面上，65％以上蓋度的徑流系數(shù)小于0.0208，30％以下蓋度的徑流系數(shù)為0.0406。(2)植被退化的低覆蓋坡面上，降水量是影響產(chǎn)流量的主要因子；但在覆蓋度較高的坡面上，降水量和降水形態(tài)都影響著產(chǎn)流量，在降水量相同的條件下，降雪可比降雨和雨夾雪增加產(chǎn)流量2.1～3.5倍。(3)覆蓋度越高，產(chǎn)沙量越低，植被退化至30％覆蓋度的草地坡面累計(jì)產(chǎn)沙量是覆蓋度65％的3倍多，是覆蓋度93％的5倍多；65％以上覆蓋度的土壤流失量比30％以

8、下蓋度的減少74.7％。所有結(jié)果體現(xiàn)了高覆蓋度高寒草甸草地有效的保護(hù)水土、涵養(yǎng)水源的效應(yīng)。
　　 4、(1)在同一覆蓋度不同深度土壤，活動層約40cm以上部分的土壤溫度與氣溫呈現(xiàn)出顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，隨著土壤深度增加響應(yīng)程度降低。30％覆蓋度各層的土壤溫度對氣溫的響應(yīng)程度都高于65％和93％的。(2)覆蓋度30％的土壤凍結(jié)和融化的起始時(shí)間都早于65％和93％兩個(gè)高覆蓋度的，最長時(shí)間早23天左右。(3)覆蓋度為3

9、0％、65％、93％的40cm(根系集中分布層)土壤層全部凍結(jié)耗時(shí)分別占總耗時(shí)數(shù)的73％、82％、96％；覆蓋度高的高寒草甸覆蓋層土壤凍結(jié)耗時(shí)日較多，尤其是93％的草甸40cm土壤凍結(jié)耗時(shí)最為顯著。
　　 5、(1)無論凍結(jié)過程還是融化過程，活動層土壤不同深度相變水量受植被覆蓋度影響較大，隨植被覆蓋度降低，不同深度相變水量均表現(xiàn)為顯著增加。植被覆蓋度越小，土壤水分凍降和融升變化響應(yīng)時(shí)間越早，活動層全剖面土壤水分凍降和融升響應(yīng)歷時(shí)

10、越短，土壤水分在整個(gè)凍結(jié)過程和融化過程的減少幅度隨植被覆蓋度增加而減少。(2)覆蓋度為30％的草地土壤凍結(jié)相變水量平均分別比覆蓋度為65％和93％的草地土壤大10～47％和15％～55％，剖面上土壤凍結(jié)相變水量在40cm處達(dá)到最大值。(3)在活動層土壤完全融化時(shí)期，受土壤溫度梯度和植被蒸散發(fā)影響，土壤水分具有向表層和深層兩向分流匯聚特征，導(dǎo)致在剖面40cm以上深度和120cm深度的土壤含水量大于30％或是30％附近，而在65cm深度處，

11、無論哪個(gè)植被蓋度的土壤含水量都主要集中為25％左右，形成顯著的土壤疏干層。
　　 6、(1)不同高寒草甸植被覆蓋度土壤的凍結(jié)和融化溫度均隨含水量的增大而升高。含水量相同的情況下，不同覆蓋度各層土壤的融化溫度均高于凍結(jié)溫度，植被退化對表層土壤溫度的影響劇烈，覆蓋度低的土壤表層比覆蓋度高的土壤更容易傳遞溫度，使土壤表層溫度變化異常。植被覆蓋具有明顯的阻止能量向下傳導(dǎo)和向上傳導(dǎo)的作用，能很好地保護(hù)凍土。(2)土壤含水量在凍結(jié)狀態(tài)和融化

12、狀態(tài)對植被高覆蓋度的響應(yīng)表現(xiàn)出了明顯的不一致。30％覆蓋度的凍結(jié)和融化拐點(diǎn)時(shí)間都早于65％和93％高蓋度的，隨著深度增加拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間越接近?！?℃時(shí)植被蓋度對土壤含水量和土壤溫度的協(xié)同影響比較突出，在40cm深度的水分含量按覆蓋度的大小依次是93％＞30％＞65％。(3)多年凍土區(qū)不同植被覆蓋土壤完全融化階段，水分含量和土壤溫度無明顯的相關(guān)關(guān)系；土壤凍結(jié)階段活動層未凍水含量Wu(％)與地溫較差△T(℃)間的關(guān)系可用指數(shù)方程表達(dá)為：Wu=