三江平原洪河保护区不同植被群落土壤水分动态监测与模拟研究

【摘要】土壤水分是植物生存的基础,是土壤-植物-大气连续体(SPAC)的中心枢纽,也是表征生境湿度的重要指示因子。本文选取三江平原洪河国家自然沼泽湿地保护区作为研究区域,针对区内浓江河道坡面的三类植被群落(岛状林、灌丛与草甸),开展了连续两年的定点土壤水分动态研究工作,用以揭示湿地土壤水分的运动规律及其与植被间的相互作用关系,以期丰富湿润非流域区域的土壤水分研究案例,为保护区湿地保护与管理提供科学合理的依据。本文的研究内容与结论具体包括以下三部分：(1)降水与实测植被群落土壤水分动态分析。在降水方面,根据历史统计观测资料和实测气象数据分析了1981-2013年降水量在年际、季节上的变化特征,并确定了代表年份(2012年与2013年)在研究时段(7-8月)的降水类型。实测土壤水分动态分析是结合了研究时段降水情况,针对岛状林、灌丛、草甸三类植被群落在年际、季节与垂直方向上展开的特征规与律性研究。使用统计特征方法对实测土壤水分数据分析,结果显示,土壤总体水分大小与降水量密切相关；同期各植被群落土壤水分波动一致,且近地表的土壤水分变化剧烈,变异系数值最高可达0.317；草甸群落的土壤水分总体偏高,岛状林与灌丛植被次之。(2)土壤水分HYDRUS3D模型构建与模拟。由于研究环境等因素限制导致可用实测土壤水分数据的不连续性与相关监测参量的不可实现性,因而借助HYDRUS3D模型模拟逐日的土壤水分变化,并计算出实际蒸散量与深层渗漏量。这部分内容完成了模型建立、参数设定、模型模拟、参数率定与精度评价工作。通过模拟效率(0.52-0.84)、均方根(0.01-0.019cm3·cm3)、平均误差(-0.007-0.002cm3·cm-3)与相对平均绝对误差(2%-17%)评价方法对模拟值评定,结果反映HYDRUS3D模型对湿地土壤水分具有较高的模拟效率。同时,由此计算得到的逐日蒸散量与深层渗漏量将为下一步深入量化分析工作奠定基础。(3)土壤水分平衡分析。根据上述模型构建模拟计算结果,确立水分输入项(降雨量、河水倒灌量)与水分输出量(实际蒸散量、深层渗漏量),建立了2012年与2013年岛状林、灌丛、草甸植被群落的水量平衡方程。由此计算出各植被群落下土壤水分的变化量,判断各植被群落土壤水分的盈亏状态：生长期偏旱时段,岛状林与草甸下土壤水量为正平衡,以草甸的水量盈余量最大,处于补水、贮水状态,；平水时段,岛状林和灌丛为负平衡,岛状林水分亏缺量最大。结合水量平衡方程中的各项参量变化,对植被群落的水分变化量进行具体分析,结果显示：保护区土壤深层渗透量具有随降水量增加而增加的趋势,尤其体现在非湿地植被群落(岛状林、灌丛)覆盖的土体中；而草甸群落则具有高效的贮水涵养水源的能力,其生长分布有利于湿地生境特征的维持。将上述结果与2005年前期成果进行同期年际对比分析,发现水分收支结构变化是影响土壤水分状态的重要因素。其中,水分收入中的河水倒灌量的加入,以及水分支出中的深层渗漏量的大幅度增加是土壤水分盈亏状态的主要控制因子。根据上述岛状林、灌丛、草甸植被群落趋向于水分亏缺的发展状态,对保护区湿地保护与建设提供科学指导依据。
【作者】王舟；
【导师】周德民；栾兆擎；
【作者基本信息】首都师范大学，地图学与地理信息系统，2014，硕士
【关键词】湿地；土壤水；植被群落；HYDRUS3D；水量平衡；

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