基于模型方法的土壤水空间变异性及其影响因素分析

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土壤水是陆地生态系统中一个重要的状态变量,由于和周围环境存在复杂的相互作用,土壤水在空间上呈现出了极大的变异性,探究土壤水空间变异性对了解生态水文过程有着重要的意义。但对于土壤水空间变异性的研究,特别是在区域尺度上,研究结果间存在很大不一致性,因此还需要进行进一步地研究。本研究基于一维非饱和带模型,通过数值模拟的方法分析了气象因素(主要是降雨)和土壤水力性质对土壤水空间变异性的影响,并分析了土壤水与实际蒸散发(ETa)和地下水补给(GR)的空间关系。
  模拟结果表明,(1)降雨和土壤水平均相对差(MRD)的相关关系随着降雨变化范围的增加或土壤水力参数变化范围的减小而增强,尤其在湿润地区较为明显。(2)在粘壤土和粉壤土质地下,当土壤水力参数变化范围较大时,土壤水力参数始终为土壤水空间变异的主要控制因素;当土壤水力参数变化范围较小时,在较湿润地区,由于土壤水力参数(主要是残余含水量θr和饱和含水量θs)对MRD的影响随着自身变化范围的减小而减弱,导致降雨对MRD的影响得到显著提升,随着降雨变化范围增加到一定程度,降雨则超过土壤水力参数,成为主要控制因素。而在干旱地区,土壤水力参数则始终为土壤水空间变异的主要控制因素。(3)在砂土质地下,由于土壤水分含量主要受θr的强烈影响,因此无论在何种条件,均为土壤水力参数(主要为θr)为土壤水分空间变异性的主要控制因素。(4)ETa和GR对土壤水力性质的依赖关系随着气候的变化而发生改变,在干旱条件下,由于水分限制,土壤水力参数对两者的控制性明显减弱,但相反MRD却仍受到土壤水力参数的强烈影响(尤其是θr)。因此导致MRD与ETa和GR之间的相关关系也随着气候条件的变化而发生明显的改变。(5)由于土壤水,ETa和GR对土壤水力参数的依赖性不同,导致平均土壤水分条件下的点位所产生的ETa和GR不一定为区域上的平均值。
  该研究表明气象因素(主要是降雨)和土壤水力性质对土壤水空间变异性的影响程度与变量自身变异性大小存在紧密联系,此外该研究还强调,即使在已知区域土壤水分含量代表点的情况下,仍需要采用多个地点的土壤水分信息来计算区域平均蒸散发和地下水补给。
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