坡面尺度土壤水分空间异质性特征及其与地形因子的关系

【摘要】土壤水是联系大气降水、地表径流和地下水的纽带,在四水转换过程中起重要作用,是陆地水文循环的一个重要变量。黑河流域上游的祁连山区是整个黑河流域的产流区,出山径流量的大小决定了中游绿洲和下游荒漠的可用水量。祁连山区已被国家定位为水源涵养区,发挥其水源涵养等生态功能对保持和增加黑河流域的出山径流量具有重要作用。近年来祁连山区的生态环境持续恶化,已严重影响其涵养水源等生态功能的发挥,必须采取措施恢复植被覆盖和保护脆弱的生态环境。而土壤水是影响径流产生、土壤侵蚀、植被生长和恢复的关键因子。因此,研究土壤水分空间变异格局及其与地形因子的影响具有重要的理论和现实意义,对祁连山区的植被恢复及生态环境保护,使其发挥水源涵养、土壤保持等生态功能具有重要作用。本研究选择黑河上游祁连山区为研究区,通过收集基础数据并结合前期野外调查,根据黑河上游不同的高程-土壤-植被组合状况将黑河上游划分为若干个高程-土壤-植被组合单元,选取了代表性强且占比例较大的9种开展了野外采样工作,获取了这9种组合单元相应坡面的土壤水分和地形因子数据,开展了土壤水分空间异质性及其与地形因子之间的关系研究。通过相关分析、方差分析等方法分析了坡面尺度上土壤水分的空间异质性特征及其与地形因子的关系。得到的结论如下：1、研究区九个坡面平均土壤水分在空间分布上存在显著差异,东部坡面比西部坡面土壤水分高。根据坡面平均土壤水分的空间分布,将九个坡面干湿状况划分为干旱、半湿润和湿润三种类型。其中,坡面1(西部红沙河草地)、坡面2(西部丰乐河草地)和坡面4(西部镜铁山草地)三个坡面平均土壤水分最低。坡面3(中部祁连山牧场草地)、坡面7(中部野牛沟草地)和坡面8(中部祁连县草地)三个坡面平均土壤水分居中。而坡面5(东部扁都口林地)、坡面6(东部八宝河林地)和坡面9(中部省道交叉口草地)三个坡面平均土壤水分最高。这三组坡面平均土壤水分之间的变异系数CV达到0.73。这主要是由大尺度的降水分布状况导致的,地形、植被和有机质等因子则加剧了这种影响。2、研究区七个坡面土壤水分随着深度的增加而降低。六个坡面土壤水分在垂直方向上的分布存在显著差异。深层土壤水分空间变异比表层土壤大。不同土壤层次土壤水分间呈显著相关性大多发生在相邻的土壤层,且多存在于土壤水分较高和空间变异较小的坡面。土壤水分与CV呈显著负相关。土壤水分随坡位的变化呈现多种类型。3、在坡面尺度上,地形因子对土壤水分的空间变异具有重要影响,但在不同土壤层次呈现差异,对表层土壤影响最大。这种影响是通过土壤质地及有机质含量实现的。坡度对土壤水分空间异质性影响最显著,而坡向和坡位的影响则相对更不显著。其中,坡度与土壤水分呈显著负相关关系。坡向余弦值(Cos(Asp))与土壤水分呈正相关关系；坡向正弦值(Sin(Asp))与土壤水分呈负相关关系；坡位对土壤水分空间变异的影响主要发生在坡面地形较复杂、植被覆盖状况单一、覆盖度低的坡面。
【作者】吴维臻；
【导师】贺缠生；
【作者基本信息】兰州大学，自然地理学，2014，硕士
【关键词】黑河上游；坡面尺度；土壤水分；空间异质性；地形因子；

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