高寒草地植被覆盖变化对坡面产流与土壤冻融过程影响的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ciyoyo23
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水分是青藏高原高寒草甸生态环境赖以维系的重要环境要素,也是冻土发育和冻融的重要参与要素,水文环境在多个层次和方面影响多年冻土的发育和演变。地表植被覆盖直接参与和影响着高寒草甸冻土活动层的水文循环过程及其演变趋势。在青藏高原多年冻土典型发育的风火山地区,开展基于径流试验小区的坡面上植被覆盖与冻土产流变化过程及不同深度的地温的演变规律的实验观测研究,不仅可以为冻土区水文循环的基础实验研究奠定一定的基础,同时也为解决冻土区工程建设和生态环境的保育提供一定的理论参考。   本文基于青藏高原冻土广泛发育的风火山支流区小流域,选择高寒草甸覆盖变化的坡面并建设实验径流小区。选取连续分布的不同植被盖度的样地进行比较,即在植被覆盖变化比较大的高寒草甸分布区,选择地形、地貌和地质条件一致的平均植被覆盖度分别为5%、30%、65%和92%的高寒草甸径流小区作为研究对象,通过实验观测不同植被覆盖度下植被、产流、土壤冻结融化的温度和水分等因素,具体分析植被覆盖变化与各因素之间的相关关系和影响过程,为将来进一步研究高寒草甸坡面尺度上冻土与水循环之间的关系提供一定的基础和参考。具体研究结果表明:   基于2008-2009年对不同植被覆盖下径流试验小区的降水产流过程观测,分析了不同植被覆盖度对降水产流过程的影响,结果表明青藏高原高寒草甸的降水拦蓄和水源涵养功能较为显著。在相同的降水条件下,植被覆盖度低的坡面产流量大于植被覆盖度较高的坡面的产流量。同时,低植被盖度径流区的产流系数明显的大于其余3种高植被盖度的产流系数因此,高寒草甸的高植被覆盖度能够有效地拦蓄降水,增加入渗,减少降水径流对地表的侵蚀。   植被覆盖度对多年冻土土壤活动层冻结和消融存在着一定的影响。4个不同植被覆盖度下不同深度土壤温度对气温变化的响应总体上表现出趋同的规律。存在着以植被根系层密集发育深度0.40m为界限的分层现象,在同一植被覆盖度下的不同深度土壤间,0.40m以上部分的土壤温度与气温呈现出显著的线性正相关关系,表明浅层土壤对气温变化的响应程度高;而0.40m深度以下部分的土壤温度与气温之间的相关关系不显著.而且随着活动层深度的增加这种响应关系的相关程度也逐渐越低。同时,不同植被覆盖度高寒草甸之间的土壤温度对气温的响应过程也不相同。冻结过程和融化过程相比而言,冻结过程持续时间较为短暂,而融化过程持续时间则相对较长并表现出持续的剧烈波动,波动的剧烈程度随着土壤深度的增加而逐渐减小。同时,随着植被覆盖度的增加,土层消融的时间也逐渐延迟。5%植被盖度的土层消融时间最早,其表层0.20m深度处的土层的融化时间甚至早于气温上升到0℃的时刻,这主要是受地表温度接受太阳辐射而快速升高的影响。影响土壤冻结与融化因素不仅仅包括植被的地上覆盖,地下根系层也发挥着重要的作用,以1.20m观测深度为基准,植被覆盖度为30%、65%、92%的根系集中分布的0.40m深度土壤层全部冻结耗时分别占总持续时间的64.5%、65.6%、68.7%。
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