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阴山北麓荒漠草原土壤水分时序变化特征分析

发布时间：2023-03-17 15:17:57 来源：文档文库

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第４Ｏ卷第３期　２０１１年５月　内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．４０　ＮＯ．３　Ｍａｖ　２Ｏ１１　阴山北麓荒漠草原土壤水分时序变化特征分析　高海林　，张瑞强　，郝润梅　，海春兴　，高天明　，万高娃　（１．内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古呼和浩特０１００２２；　２．水利部牧区水利科学研究所，内蒙古呼和浩特０１００２０）　摘　要：对阴山北麓荒漠草原地区的土壤水分的时序变化进行了３年的连续观测，通过对观测数据的统计　和拟合，对土壤水分的月际和日际变化特征进行了分析，建立了土壤水分日际消耗模型．结果表明：月际土壤水　分受蒸散的影响，最大值并未出现在降雨量集中的６～９月。而是出现在４月和ｌＯ月；１０　ｃｍ和３０　ｃｍ土壤含水量　从最大值１９％和１４％到萎蔫系数分别需要１６　ｄ和１９　ｄ．　关键词：土壤水分；时序特征；月际变化；日际变化　中图分类号：Ｐ　９４１．７３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１－－８７３５（２Ｏ１１）Ｏ３一Ｏ３Ｏ３一Ｏ５　土壤水分作为连接气候变化和植被覆盖动态的关键因子［１］，在干旱半干旱地区主要限制着植物生长、分　布及生态恢复，并且决定植被的稳定性［２　］．国内基于地统计学的土壤水分变异研究侧重于土壤水分的空间　变异性，而对其时间变异特性的研究相对较少［６］，然而土壤水分是动态的，土壤水分含量在发生空间变化的　同时也随时间而发生变异［６　］．目前，许多国家和组织都十分重视土壤水分领域的研究，特别是在干旱半干旱　地区对此问题尤为重视　］．　阴山北麓荒漠草原是典型的半干旱低山丘陵退化草原地带，干旱缺水、风蚀沙化、草地退化严重，是内蒙　古自治区生态环境最为脆弱的地区之一．稀少的降雨是土壤含水量的唯一来源，怎样合理利用有限的土壤水　分、恢复退化草原是目前生态恢复迫切需要解决的问题．了解阴山北麓退化荒漠草原的土壤水分状况，掌握　土壤水分动态变化，提高土壤水分的利用效率，对于改善干旱地区的生态环境有着极为重要的意义ｌ９　．　１　研究区概况　研究区位于内蒙古阴山北麓，地理位置北纬４Ｏ。２Ｏ　一４２。４０　，东经１０９。１６　一１１０。１６　，隶属于包头市达茂　旗东南部希拉穆仁镇，属于蒙古高原边缘．平均海拔高度为１　６０２　ｍ．气候为温带大陆性季风气候，春秋季干　旱多风，夏季雨量集中，冬季干燥寒冷；多年平均降水量为２２５．５　ｍｍ，主要集中于７～８月，占全年的　７６　～８０　，年湿润度为０．１３～Ｏ．３１，年平均气温２．５℃，≥１Ｏ℃年积温１　９８５～２　８００℃，多年平均日照时数　３　１００￣３　３００　ｈ，无霜期８３　ｄ左右，多年平均蒸发能力２　２２７．３　ｍｍ，是降水量的７．９倍；多年平均风速　４．５　ｍ／ｓ，最大风速为２７．０　ｍ／ｓ，全年主要风向为北风和西北风，全年≥１７　ｍ／ｓ大风日数为６８　ｄ．地形为低缓　丘陵，坡度普遍小于５。．土壤为栗钙土，属典型的低山丘陵退化草原类型，优势植物主要有克氏针茅（Ｓｔｉｐａ　ｋｒｙｌｏｖｉｉ）、冷蒿（Ａｒｉｔｉｍｉｓｉａｆｒｉｇｉｄａ）、糙隐子草（Ｃｌｅｉｓｔｏｇｅｎｅｓ　ｓｑｕａｒｒｏｓａ）、冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎ　ｃｒｉｓｔａｔｕｍ）和羊　草（Ｌｅｙｍｕｓ　ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）．　２　研究方法　在研究区低缓坡上选择４个点，直立埋ＰＶＣ管（与土壤水分仪配套），用ＴＳＣ一１土壤水分仪（±２）定点　定时测量土壤Ｏ～３Ｏ　ｃｍ的土壤容积含水量，每次同一点测量２次，取平均值．在植被生长期（５～１Ｏ月）每天　收稿日期：２０１０—１０—０９　基金项目：内蒙古师范大学研究生科研创新基金项目（ＣＸＪＪＳｏ９０４９）　作者简介；高海林（１９８５一），男（蒙古族），内蒙古兴安盟人，内蒙古师范大学硕士研究生　通信作者：郝润梅（１９６３一），女，陕西府谷人，内蒙古师范大学副教授，主要从事自然地理学、土地资源管理研究．　
内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）　第４Ｏ卷　１次，测量时间大概在上午８点到９点．其他月份每月测量２次，分别为每月ｌ１号和２５号，以平均值代表月　土壤含水量．　土壤水分随着降水、气温和植被等因子的季节性变化而变化，变化范围或者变化幅度的大小用变异系数　（Ｃ　）来表示，计算公式为　Ｃ　一　Ｚ　，　（１）　其中：　为样本（土壤水分观测值）平均值；ｓ为标准差．　３　试验结果与分析　３．１土壤水分月际动态分析　２００７￣２００９年各月份土壤含水量如图１所示．从图１可以看出，２００７年土壤含水量从１月开始上升，　４月开始下降，１Ｏ月又增加并出现峰值；２００８年各月土壤含水量变化幅度比２００７年的大，其中１０　ｃｍ、　３０　ｃｍ深度土壤含水量的峰值均出现在１Ｏ月，４月次之；２００９年因降雨稀少，１０　ｃｍ深度土壤的含水量维持　在８　左右，３０　ｃｍ深度土壤的含水量则非常低，在２　以下．２００７年和２００８年１０　ｃｍ和３０　ｃｍ深度土壤含水　量的差值很小，在３　之内，２００７年ｌ～４月、１１月和２００８年４月、ｌＯ月、１１月３０　ｃｍ深度土壤的平均含水量　高于１０　ｃｍ深度土壤，而２００９年全年３０　ｃｍ深度土壤的含水量均低于１０　ｃｍ深度土壤，且差值较大，在６　以上．　’一２００７　年　ｌ　ｌ　ｌ１’　。２　００。８　矩ｌ　‘　Ｉ　ｌ‘　Ｉ　一　２０９￣ｒ－　＂ｉ。　Ｉ…　　－Ｏ　２０　篙　谗　　Ｉ∞　、　量　莹　群Ｈ　１０　－－Ｏ　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１ｌ　１２　１　２　３　４　５　６　縻　夏　Ｉ　盈冈　图　月份　月份　７　８　９　１０　１１　１２　１　２　３　４　５　６　，　９　１０　１１　１２　月份　图１　月土壤含水量与降雨量变化图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｎｔｈｌｙ　ｓｏｉｌ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｉｎ　ａ　ｙｅａｒ　２００７年和２００８年的土壤含水量高峰值没有出现在降雨量最集中的６～９月，这可能是因为这个季节虽　然降雨集中，但是正值植物生长季，且气温较高，植物蒸腾作用与地表蒸发能力的加强使土壤水分消耗加快．　从研究区月平均气温（表１）可以看出，气温４月开始回升，此时土壤含水量出现峰值可能是由于气温回升，　积雪开始融化，使土壤含水量逐渐升高；５～９月气温在１Ｏ℃以上，降雨较充足，适合植物生长，植物的蒸腾　作用使土壤水分的消耗加强，从而使土壤含水量减少；１０月气温下降，植物生长季结束，但雨季并未结束，　因而土壤含水量出现峰值．　表１研究区各月份平均气温　Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ａｒｅａ　℃　年份　１月　２月　３月　４月　５月　６月　７月８月　９月　１０月　１１月　１２月　
第３期　高海林等：阴山北麓荒漠草原土壤水分时序变化特征分析　６　用公式（１）对实地观测的各月土壤含水量的变异系数进行计算，结果如表２所示．由表２可知，２００７～　２００９年１０　ｃｍ和３０　ｃｍ深度的土壤水分各月份之间的变异系数０．０１≤　≤ｌ，为中等变异性　地　；与多年平　均降水量接近的２００７年的月际土壤水分变化幅度相对较小；降雨量较多的２００８年的月际土壤含水量变异　系数较大，特别是３０　ｃｍ深度土壤含水量的月际变化幅度较大；降雨较少的２００９年月际土壤水分在１０　ｃｍ　深度的变化幅度较小，在３０　ｃｍ深度的变化幅度较大．　表２月际土壤含水量变异系数　Ｔａｂ．２　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｔｈｌｙ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　３．２土壤水分日际动态　土壤含水量的日际变化规律的研究是土壤含水量研究中不可缺少的部分．通过研究土壤含水量日际变　化趋势，可以为干旱半干旱地区土壤水分的充分利用和节水灌溉提供参考．　对２００７年６月１日～９月３０日、２００８年７月６日～９月１２日、２００９年５月１日～９月２７日的每日土　壤含水量进行定点定时测量，结果见图２．从图２可以看出，土壤含水量的大小随降雨量的多少而变化，有降　雨时土壤含水量突增，无降雨时又持续减少；１０　ｃｍ和３０　ｃｍ土壤含水量日变化趋势基本同步，但ｌＯ　ｃｍ土　壤含水量高于３Ｏ　ｃｍ土壤含水量，且变化幅度大于３０　ｃｍ土壤含水量的变化幅度．　Ｏ　‘ｒ　卫　芏　—　Ｉｊ　一ｒ　ｌ０　Ｌ　２０　堡　●　２００８Ｉ｜▲　８　ｏ　把　、　。　虿　４０　●　氛’　秀皂，　∞　　罨　５０　｛　谶　●　６０　鼍　差　§　圣　墨　萋　囊　孽　窆　磊卜　　罢∞　∞　　寻　ｇ　∞　∞　∞　∞　日期　日期　日期　图２　２００７￣２００９年土壤容积含水量日际变化　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄａｉｌｙ　ｓｏｉｌ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｆｒｏｍ　ｙｅａｒ　２００７　ｔＯ　２００９　由于阴山北麓荒漠草原属于干旱半干旱地区，土壤水分循环过程是比较单纯的降雨人渗和水分上行蒸　发过程，因此降水和蒸散是土壤含水量日变化的驱动因子，土壤含水量在有降水时上升，而在蒸散作用下又　持续减少，其中降雨量不充足是深层土壤含水量低于表层土壤含水量的原因．　３．３　土壤含水量预测模型的建立　为了模拟土壤含水量的日际消耗过程，选择没有有效降雨（≥１０　ｍｍ降雨量）的２００７年８月７日一８月　

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