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)影響的試驗研究.pdf

1、本文以位于青藏高原典型多年凍土區(qū)的風火山小流域為試驗研究區(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)各因素間的關系、影響程度以及響應機制。研究結果表明

2、：
　　 1、(1)高寒草甸高覆蓋度(93％)的土壤飽和導水率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％覆蓋度的飽和導水率大于65％和93％覆蓋度草地，93％、65％

3、和30％蓋度飽和導水率分別為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，達到穩(wěn)定入滲所需時間最長；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)和入滲時間t的關系表達式為：f(t)=at-b及相關參數(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％的坡面平均累計土壤蒸散發(fā)量分別為：276.47mm、300.16mm、318.21mm。各覆蓋度的累計蒸散發(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)，增加凝結水量，高原地區(qū)植被對凝結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％。所有結果體現(xiàn)了高覆蓋度高寒草甸草地有效的保護水土、涵養(yǎng)水源的效應。
　　 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關系(P＜0.01)，隨著土壤深度增加響應程度降低。30％覆蓋度各層的土壤溫度對氣溫的響應程度都高于65％和93％的。(2)覆蓋度30％的土壤凍結和融化的起始時間都早于65％和93％兩個高覆蓋度的，最長時間早23天左右。(3)覆蓋度為3

9、0％、65％、93％的40cm(根系集中分布層)土壤層全部凍結耗時分別占總耗時數(shù)的73％、82％、96％；覆蓋度高的高寒草甸覆蓋層土壤凍結耗時日較多，尤其是93％的草甸40cm土壤凍結耗時最為顯著。
　　 5、(1)無論凍結過程還是融化過程，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時間越早，活動層全剖面土壤水分凍降和融升響應歷時

10、越短，土壤水分在整個凍結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％，剖面上土壤凍結相變水量在40cm處達到最大值。(3)在活動層土壤完全融化時期，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和向上傳導的作用，能很好地保護凍土。(2)土壤含水量在凍結狀態(tài)和融化

12、狀態(tài)對植被高覆蓋度的響應表現(xiàn)出了明顯的不一致。30％覆蓋度的凍結和融化拐點時間都早于65％和93％高蓋度的，隨著深度增加拐點出現(xiàn)時間越接近。≥0℃時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關系；土壤凍結階段活動層未凍水含量Wu(％)與地溫較差△T(℃)間的關系可用指數(shù)方程表達為：Wu=