甘南高寒草甸退化对土壤水源涵养功能影响研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_20092009
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甘南地区是黄河上游重要的径流补给区,然而在气候变化和过度放牧等因素的共同作用下,当地高寒草甸出现大面积不同程度的退化,严重影响到其水源涵养功能的提供。精确评估高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响,具有重要的科学和实践意义。截至目前,已有研究结论仍存在不一致性,并且相关研究在甘南地区开展较少。为此,本文基于野外调查,在甘南玛曲境内布设不同退化程度的高寒草甸样地,综合运用野外定位观测和室内分析等手段,重点分析了土壤含水量、水文性质、持水特征以及土壤水分有效性等关键水文参数随退化的变化,并结合土壤理化性质初步揭示了高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响机理。所得的主要结论如下:  1)在相同的降水补给条件下,高寒草甸土壤含水量随着退化程度的增加显著降低,土壤水分剖面分布变化明显。  与轻度相比,中、重度退化0-80cm剖面土壤含水量分别平均降低10.7%、26.4%,土层上部土壤含水量随退化和时间的变动幅度相对较大;各土层土壤水分序列均具有显著的自相关性,与3日累计降水序列呈正相关,当滞后时间为3至6天时相关性最高;轻、中度退化土壤剖面均存在厚度约50-60cm的“蓄水层”,重度退化由于植被覆盖缺失导致剖面土壤水分整体严重散失,“蓄水层”基本消失;轻度退化土壤剖面水分的整体性最好,重度次之,中度最差。  2)高寒草甸退化导致土壤理化和水文性质显著变化,土壤孔隙度是决定土壤水文性质变化的关键影响因素。  随着退化程度的增加,土壤颗粒粗化、容重增加,有机碳含量降低;饱和含水量和田间持水量随退化呈降低趋势,饱和导水率呈先降低后增加的趋势;退化对土壤理化及水文性质的影响主要集中土层上部,对土层下部的影响不大;孔隙度具有重要的水文意义,是土壤水文性质的关键影响因素,其中总孔隙度解释了饱和含水量总变异的84.6%,毛管孔隙度解释了田间持水量总变异的91.1%,非毛管孔隙度解释了饱和导水率总变异的97.3%。  3)高寒草甸退化导致土壤持水能力显著降低,非毛管孔隙度和砂粒含量是决定土壤水分特征曲线的关键影响因素。  随着退化程度的增加,同一水势对应的土壤含水量降低,而同一土壤含水量对应的土壤水势升高,不同退化程度之间土壤水分特征曲线的差异主要集中在土层上部;进气压力随退化呈上升趋势,比水容量的最大值呈降低趋势,拐点斜率则呈先降后增的趋势,同一水势对应的非饱和导水率差异显著,其中重度退化的非饱和导水率最大;非毛管孔隙度和沙粒含量是土壤水分特征曲线的关键影响因素,分别解释了其4个参数总变异的56.1%和17.8%。  4)高寒草甸土壤水分有效性随着退化程度的增加整体下降,土壤有机碳含量和孔隙度是影响土壤水分有效性的关键因素。  随着退化程度的增加,0-50cm剖面土壤有效含水量、实际有效水含量和比水容量均随退化呈显著降低趋势;各土层土壤水势和土壤有效含水率随退化的变化规律较差,但轻、中度退化土壤水势整体和重度退化有效含水率整体偏低;土壤水势和有效含水量与容重和砂粒含量呈负相关,同有机碳含量、孔隙度和粉粒含量等理化性质呈正相关,比水容量则仅与粘粒和非毛管孔隙度呈正相关;土壤有机碳含量和孔隙度是土壤水分有效性主要影响因素,分别解释了其总变异的79.2%和15.9%。  上述研究结论表明,高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响主要集中在土层上部,即土壤根层,根层保护是维系高寒草甸土壤水源涵养功能的关键。同时,在高寒地区水文模拟中,应充分考虑因退化而导致的关键水文参数的变化,以降低模型模拟的不确定性。此外,为提高植物水分利用率,应根据不同退化草甸土壤水分有效性的差异选取适宜的草种开展补播,以加快退化草甸植被的恢复。
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