黄土丘陵沟壑区深层土壤水分动态特征及影响因子分析

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1、分类号:P64110710-2015129037硕士学位论文黄土丘陵沟壑区深层土壤水分动态特征及影响因子分析贺美娜导师姓名职称卢玉东教授王云强研究员申请学位类别工学硕士学科专业名称水文学及水资源论文提交日期2018年5月3日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学DeepSoilWaterDynamicsandTheirInfluencingFactorsAnalysisinaGully-hillyRegionoftheLoessPlateauAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:MeinaHeSupervisor:Prof.

2、YudongLuProf.YunqiangWangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要深层土壤水分作为黄土丘陵沟壑区水资源的重要组成部分，是深根系植物生长的主要水分来源之一，也是维持地上植被生态效应的关键因子。在评价和预测深层土壤水分运动及其相关的生态水文过程中，明确其时空变异及影响因素至关重要。本文以黄土丘陵沟壑区（顾屯流域）深层土壤水分为主要研究对象，进行野外高密度布点、采样、定位监测并结合室内测试分析。在研究区布设深剖面（0-500cm）土壤含水量监测样地（41个采样点）、标准气象站（1个）、地下水水位监测点（6个）等，结合室内土壤颗粒分析（1400个）、

3、土壤非饱和导水率测定（12个）、植物根系形态扫描（945个）等。揭示深层土壤水分垂直分布规律、时空动态变化、影响因子及其对降水、地下水的响应过程。主要结论如下：1.量化了坡面尺度深层土壤水分（0-500cm）的数量特征并揭示其垂直分布规律。坡面和沟道土壤含水量最大值分别为12.9%（10cm）和22.4%（480cm），其垂直分布规律差异明显（坡面：稳定；沟道：增大→减小→增大）。坡面浅层（0-100cm）和深层（100-500cm）土壤含水量年内最大值分别出现在10月份和1月份。2.分析了坡面林地、坡面草地和沟道农地三种立地条件下深层土壤含水量的时间稳定性和空间相关性，同时阐明了深层土壤

4、储水量的年内动态特征。坡面林地、坡面草地、沟道农地深层土壤含水量的代表土层分别为120cm（9.5%）、200cm（12.8%）和320cm（25.0%），可分别用于预测0-500cm剖面的平均土壤含水量。0-10cm、30-40cm土壤含水量呈强烈空间相关性；10-20cm、460-480cm空间相关性属中等程度；200-220cm为弱空间相关性。9月份开始，深层土壤水分得到连续入渗补给，12月底补给深度超过200cm，深层土壤储水量明显增大，1月下旬土壤储水量补给到500cm。3.明晰了深层土壤水分动态变化特征与颗粒组成、微地形、根系、非饱和导水率等因子之间的相互关系。垂直方向上，深层

5、土壤含水量变化规律与砂粒含量相似；水平方向上，粘粒含量的空间异质性与深层土壤含水量空间变异程度密切相关。不同坡向间，阴坡土壤含水量高于阳坡，且在130cm以下差异显著（P<0.05）。植物根重密度与深层土2壤含水量具有一定的函数关系，相关性较好（R=0.94），0-120cm土层之间，两者呈正2相关关系（R=0.95）。草地、林地表层（0-10cm）和近地表（30-40cm）非饱和导水率i2与土壤含水量呈正相关关系，相关性R均在0.84以上。不同土层（200cm、300cm、400cm、500cm）土壤含水量随坡长的变化规律不同。4.揭示了坡面深层土壤水分对降水的响应过程，初步分析了沟道地

6、下水水位波动和降水、深层土壤水之间的相互关系。坡面深层土壤水对次降雨（88.4mm）的响应深度主要集中在0-50cm之间，对雨季的最大响应深度达220cm。10cm土壤含水量对次降雨响应迅速，50cm出现明显的滞后效应；100cm仅对雨季降水累积量有一定的响应；200cm以下无明显响应。雨季前期（2017.6.15-8.19）沟道深层土壤含水量逐渐增大，中后期（2017.9.9-10.13）沟道地下水水位出现微小波动；雨季过后（2017.10.14-12.15），降水入渗补给到达沟道地下水潜水面，地下水水位快速回升，12月中旬地下水水位埋深最浅（5.57m）；1月开始，水位逐渐降低。关键词

7、：黄土关键带，深层土壤水分，时空变异性，根系分布，非饱和导水率，地下水水位iiABSTRACTDeepsoilwatercontent(DSWC)isanimportantcomponentofwaterresourcesinthegullyandhillyregionofloessarea.Itisnotonlyoneofthemainsourcesofwaterforthegrowthofdeep-rootedpla