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黄土丘陵区退耕草地土壤水分入渗对降水改变的响应及数值模拟

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黄土丘陵区降水是土壤水的主要来源,降水的多少对土壤水分补给和植被生长发育至关重要。本研究在野外自然降雨条件下,设置7个降水处理分别为增雨60%、增雨40%、增雨20%、自然降雨量、减雨20%、减雨40%、减雨60%,利用TDR对土壤含水量进行原位定点监测结合数值模拟的方法,探究不同降水条件与土壤水分入渗之间的关联及入渗规律,阐明不同降水处理对土壤水分入渗的影响,从而更好地利用降水资源,为黄土高原植被恢复提供有力的理论指导。得出以下结果: 1.生长季不同降水处理0-180cm土壤平均含水量随时间变化趋势一致,均于6月达谷值(9.02%~14.54%),10月达峰值(16.59%~24.58%)。增雨40%促进土壤含水量升高幅度最大(32.43%),减雨60%降低土壤含水量幅度最大(15.71%)。 2.0-40、50-90cm土层土壤含水量易受气象环境影响,100-180cm土层土壤含水量较为稳定。0-40cm土层土壤平均含水量随雨量增加而增加;50-90cm土层减雨20%土壤含水量最高,增幅42.8%,减雨60%最低,降幅12.95%;100-180cm土层增雨40%最高,增幅44.04%,增雨20%最低,降幅9.61%。 3.不同降水处理土壤含水量剖面变化趋势有所差异,增雨20%土壤含水量整体随土层深度呈增-减-增-减的“M”趋势,其余处理整体随土层深度呈增-减-增的“S”趋势。各处理土壤含水量最小值集中出现在10cm,且10cm处土壤含水量变异系数均最大,为0.47(增雨40%)-0.83(减雨60%);最大值出现在20-40cm、180cm,各处理均在180cm处变异系数最小,在0.09(减雨40%)-0.29(对照)之间。 4.不同降水处理入渗量、入渗速率均随时间推移而减小,随土层深度增加而减小;大雨条件下入渗量、入渗速率随降水处理雨量增加而增加,最大入渗深度为30cm(减雨60%)-80cm(增雨40%);暴雨条件下在增雨20%存在阈值,雨量增加高于20%时促进入渗量、入渗速率,反之则降低,最大入渗深度为70cm(减雨60%)-140cm(增雨40%)。大雨条件下(25.2mm),各降水处理入渗量为1.76~6.36mm,平均入渗速率为0.013~0.047mm/h。暴雨条件(73.6mm),各降水处理入渗量在5.06~12.09mm之间,平均入渗速率为0.046~0.110mm/h,其中增雨60%最高、减雨60%最低。 5.不同降水处理的降雨入渗模型显示出较好的拟合结果(除表层0-20cm与底部100-150cm),可用于土壤水分预测。在0-150cm深度土壤含水量的拟合值与实测值随时间变化趋势基本相同,除浅层与底层拟合降雨入渗过程NSE<0.5显示结果相对较差外,其余土层模拟结果能较好的反映降雨入渗过程。各降水处理RMSE分别为0.005~0.042(增雨60%)、0.006~0.036(增雨40%)、0.006~0.038(增雨20%)、0.003~0.023(对照)、0.005~0.033(减雨20%)、0.006~0.028(减雨40%)、0.001~0.027(减雨60%),随土层范围增加RMSE减小,精度有所提高,模拟精度以对照处理最高。

徐婷

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退耕草地 土壤水分入渗 降水改变 数值模拟

硕士

水土保持与荒漠化防治

焦峰

2023

西北农林科技大学

中文

S1