第 卷 第 期 自 然 资 源 学 报 年 月 王 玉 娟 杨 胜 天 吕 涛 刘 瑞 禄 杜 迪 遥 感 科 学 国 家 重 点 实 验 室 北 京 师 范 大 学 地 理 学 与 遥 感 科 学 学 院 北 京 贵 州 省 水 利 厅 贵 阳 在 单 层 土 壤 水 分 模 型 基 础 上 建 立 起 针 对 于 黔 中 部 典 型 喀 斯 特 地 区 的 两 层 土 壤 水 分 模 拟 模 型 在 此 基 础 上 依 托 遥 感 和 手 段 将 模 型 扩 展 到 区 域 尺 度 上 模 拟 出 黔 中 部 典 型 喀 斯 特 地 区 日 尺 度 上 土 壤 水 分 动 态 转 化 规 律 并 以 实 测 值 进 行 了 验 证 结 果 表 明 ¹ 构 建 模 型 在 数 据 获 取 上 比 较 容 易 使 其 实 际 的 可 操 作 性 得 到 加 强 º 黔 中 部 典 型 喀 斯 特 地 区 不 同 植 被 类 型 下 土 壤 水 分 变 化 特 征 有 着 重 要 的 差 异 从 土 壤 水 分 变 化 幅 度 上 看 农 用 地 灌 丛 草 地 从 土 壤 水 分 垂 直 变 化 规 律 上 看 灌 丛 和 草 地 的 层 土 壤 水 分 含 量 低 于 层 水 分 梯 度 为 正 而 农 用 地 相 反 从 土 壤 保 水 性 上 来 看 草 地 灌 丛 农 用 地» 不 同 植 被 类 型 季 节 变 化 表 现 出 同 样 的 特 征 月 日 土 壤 含 水 量 平 均 值 大 于 其 它 月 份 日 均 值 主 要 是 由 于 冬 季 贵 州 地 区 降 水 丰 富 再 加 上 气 温 低 蒸 散 发 量 小 月 相 变 化 月 为 土 壤 水 分 缓 慢 积 累 期 月 为 土 壤 水 分 强 烈 消 耗 期 月 为 雨 季 土 壤 水 分 补 充 期 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 层 均 衡 模 型 动 态 模 拟 喀 斯 特 是 一 种 非 常 脆 弱 的 生 态 环 境 其 土 壤 贫 瘠 水 文 过 程 变 化 迅 速 植 被 生 长 过 度 依 赖 于 生 境 条 件 喀 斯 特 地 貌 在 贵 州 省 分 布 广 泛 随 着 滥 伐 森 林 陡 坡 垦 殖 和 顺 坡 耕 种 等 现 象 的 出 现 导 致 水 土 流 失 严 重 石 漠 化 加 剧 贵 州 省 生 态 环 境 的 特 殊 性 使 其 生 态 恢 复 问 题 成 为 研 究 的 焦 点 土 壤 水 分 是 生 态 环 境 中 水 分 存 在 的 主 要 形 式 之 一 是 土 壤 植 被 大 气 连 续 体 水 分 物 质 循 环 中 的 重 要 环 节 是 喀 斯 特 地 区 侵 蚀 过 程 植 物 生 长 和 植 被 恢 复 的 主 要 影 响 因 子 了 解 其 土 壤 水 分 运 动 规 律 对 喀 斯 特 地 区 的 生 态 恢 复 有 着 重 要 的 指 导 作 用 很 多 学 者 已 进 行 了 大 量 的 研 究 特 别 是 随 着 野 外 观 测 实 验 的 发 展 研 究 内 容 亦 空 前 广 泛 从 农 田 人 工 林 和 草 地 的 土 壤 水 分 动 态 到 土 壤 质 地 坡 度 坡 向 和 利 用 方 式 对 土 壤 水 分 的 影 响 但 研 究 对 象 大 多 集 中 在 点 尺 度 用 有 限 的 若 干 点 来 代 表 一 个 区 域 面 积 的 土 壤 含 水 量 研 究 方 法 也 主 要 采 用 统 计 学 的 方 法 不 能 真 实 反 映 区 域 土 壤 水 分 的 变 化 规 律 随 着 遥 感 技 术 的 发 展 和 各 种 土 壤 水 分 估 算 模 型 的 完 善 使 得 土 壤 水 分 的 研 究 更 趋 向 于 真 实 化 目 前 国 内 外 已 有 许 多 研 究 建 立 了 不 同 的 土 壤 水 分 均 衡 模 型 并 已 经 将 遥 感 技 术 应 用 其 中 对 于 分 析 土 壤 水 分 变 化 起 到 了 推 动 作 用 如 等 人 就 对 设 定 的 两 土 层 单 元 的 土 体 进 行 过 描 述 等 人 应 用 公 式 计 算 植 被 蒸 腾 量 和 裸 土 蒸 发 量 并 模 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 高 等 学 校 学 科 创 新 引 智 计 划 资 助 长 江 学 者 与 创 新 团 队 发 展 计 划 协 助 王 玉 娟 女 博 士 主 要 从 事 遥 感 和 环 境 科 学 研 究 杨 胜 天 男 博 士 教 授 主 要 从 事 自 然 地 理 遥 感 和 环 境 科 学 研 究
期 王 玉 娟 等 区 域 尺 度 典 型 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 动 态 模 拟 拟 不 同 时 段 土 壤 水 分 含 量 变 化 情 况 等 利 用 依 据 于 能 量 平 衡 原 理 而 推 导 出 的 一 层 阻 抗 模 型 公 式 或 修 正 的 公 式 结 合 遥 感 图 像 数 据 估 算 蒸 散 发 张 建 伟 申 双 和 在 地 处 半 干 旱 地 区 的 甘 肃 天 水 和 陕 西 泾 阳 两 地 利 用 若 干 年 份 逐 旬 气 象 资 料 和 土 壤 水 分 的 实 测 值 建 立 了 土 壤 水 分 动 态 模 拟 模 型 并 进 行 了 预 报 但 是 在 我 国 已 有 均 衡 模 型 的 研 究 区 域 大 多 集 中 在 西 北 干 旱 半 干 旱 地 区 对 于 西 南 喀 斯 特 的 特 殊 生 境 利 用 均 衡 模 型 在 面 的 尺 度 上 分 析 土 壤 水 分 时 间 动 态 空 间 分 布 尚 缺 乏 深 入 研 究 尤 其 是 针 对 喀 斯 特 地 区 多 层 土 壤 水 分 时 空 分 布 规 律 的 研 究 相 对 较 少 为 此 以 贵 州 省 典 型 喀 斯 特 地 区 为 研 究 对 象 在 建 立 了 适 合 于 喀 斯 特 特 殊 生 态 环 境 的 土 壤 水 分 多 层 均 衡 模 型 并 利 用 点 的 局 部 区 域 实 测 数 据 模 型 进 行 时 效 和 精 度 验 证 的 基 础 上 将 该 模 型 应 用 到 了 区 域 尺 度 范 围 模 拟 出 了 连 续 个 月 的 两 层 日 值 土 壤 水 分 时 间 动 态 空 间 分 布 情 况 定 量 分 析 了 研 究 区 土 壤 含 水 量 的 动 态 变 化 研 究 地 区 概 况 研 究 区 以 贵 州 省 龙 里 生 态 园 位 于 为 中 心 区 域 面 积 龙 里 生 态 园 以 龙 里 羊 鸡 冲 小 流 域 为 单 元 总 面 积 地 貌 类 型 为 中 低 山 丘 陵 地 貌 植 被 属 阔 叶 林 和 针 叶 林 混 交 地 带 以 阔 叶 林 居 多 现 有 的 天 然 植 被 较 少 多 为 人 工 种 植 其 主 要 树 种 有 马 尾 松 梨 刺 槐 栎 树 毛 栗 等 研 究 区 砂 质 含 量 高 粘 粒 含 量 低 土 壤 类 型 以 黄 壤 为 主 还 有 部 分 水 稻 土 和 石 灰 土 气 候 温 和 湿 润 立 体 气 候 明 显 热 量 较 丰 降 雨 充 沛 干 湿 季 明 显 总 辐 射 弱 多 散 射 光 湿 度 较 大 风 速 较 小 水 热 条 件 良 好 非 常 有 利 于 多 种 植 物 生 长 发 育 容 易 成 林 以 热 带 亚 热 带 的 成 分 占 明 显 优 势 年 平 均 降 雨 量 为 最 少 年 为 月 是 该 区 暴 雨 洪 水 易 发 期 降 雨 量 达 占 全 年 降 雨 量 的 年 均 气 温 极 端 最 高 气 温 极 端 最 低 气 温 积 温 在 之 间 研 究 方 法 模 型 采 用 基 于 水 量 平 衡 的 土 壤 水 分 均 衡 模 型 在 确 定 的 时 空 条 件 下 研 究 水 分 均 衡 要 素 的 变 动 关 系 设 时 段 初 根 系 层 土 壤 贮 水 量 为 时 段 末 为 根 系 层 内 土 壤 贮 水 量 的 变 化 用 下 式 表 示 式 中 为 期 内 降 水 量 为 灌 水 量 为 土 壤 颗 间 蒸 发 量 为 作 物 蒸 腾 量 为 根 系 层 向 下 渗 漏 量 为 综 合 误 差 项 包 括 观 测 时 考 虑 不 到 的 影 响 因 素 测 量 误 差 以 及 计 算 误 差 该 误 差 项 的 获 取 根 据 长 时 期 的 监 测 实 验 获 取 下 同 若 将 土 壤 根 区 分 为 若 干 层 次 则 降 水 量 和 灌 水 量 转 变 为 各 层 水 分 增 量 同 时 不 考 虑 层 间 水 分 向 上 运 动 则 分 层 土 壤 水 分 平 衡 方 程 表 示 为 式 中 为 土 壤 层 次 为 时 间 节 点 为 棵 间 蒸 发 量 为 降 水 或 灌 水 后 第 层 土 壤 水 分 增 量 为 第 层 根 系 吸 水 量 研 究 区 土 层 虽 然 比 较 薄 以 往 大 都 将 土 体 作 为 一 个 整 体 来 进 行 研 究 但 通 过 对 点 尺 度 上 长
自 然 资 源 学 报 卷 序 列 试 验 监 测 结 果 分 析 土 层 深 度 其 土 壤 水 分 变 化 规 律 有 很 大 差 异 所 以 在 模 型 应 用 时 将 整 个 土 体 分 为 两 层 进 行 模 拟 更 符 合 研 究 区 实 际 情 况 土 壤 棵 间 蒸 发 量 土 壤 棵 间 蒸 发 量 由 公 式 求 得 表 达 式 如 下 式 中 为 潜 在 土 壤 蒸 发 量 为 土 壤 水 分 胁 迫 系 数 为 相 对 有 效 含 水 率 为 实 际 土 壤 含 水 量 为 田 间 持 水 量 为 萎 蔫 含 水 量 为 叶 面 积 指 数 通 过 数 据 反 演 得 到 为 潜 在 蒸 散 发 量 通 过 公 式 估 算 式 中 为 参 考 作 物 蒸 散 量 为 作 物 参 考 系 数 为 饱 和 水 汽 压 与 温 度 关 系 曲 线 斜 率 为 干 湿 表 常 数 为 地 表 净 辐 射 通 量 为 高 处 的 风 速 为 饱 和 水 汽 压 为 实 际 水 汽 压 根 系 吸 水 量 根 系 吸 水 模 型 复 杂 需 要 的 变 量 较 多 采 用 半 经 验 半 机 理 函 数 参 考 吸 水 函 数 和 模 型 中 的 经 验 公 式 得 到 计 算 方 法 如 下 式 中 是 土 层 深 度 的 根 系 吸 水 量 是 植 物 的 潜 在 蒸 腾 量 是 有 效 水 分 配 系 数 是 根 在 土 层 中 的 深 度 层 间 土 壤 水 分 增 量 简 化 土 壤 入 渗 水 再 分 配 过 程 不 考 虑 分 配 时 间 分 配 为 依 次 使 各 层 达 到 田 间 持 水 量 后 多 余 水 量 下 渗 各 层 的 水 分 最 大 增 量 为 为 第 层 土 层 的 厚 度 研 究 中 为 当 进 入 层 的 剩 余 入 渗 量 大 于 时 降 水 或 灌 水 后 的 第 层 实 际 水 分 增 量 否 则 等 于 剩 余 入 渗 水 量 式 中 为 剩 余 水 量 为 土 层 数 在 研 究 中 为 其 它 模 型 输 入 资 料 包 括 气 象 数 据 遥 感 数 据 土 壤 数 据 和 模 型 中 调 节 参 数 气 象 数 据 采 用 长
期 王 玉 娟 等 区 域 尺 度 典 型 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 动 态 模 拟 序 列 的 实 地 监 测 数 据 主 要 包 括 日 均 温 日 降 雨 量 气 压 相 对 湿 度 地 表 温 度 风 速 太 阳 总 辐 射 个 要 素 遥 感 数 据 包 括 数 据 反 演 得 到 的 地 表 反 照 率 地 表 比 辐 射 率 模 型 中 土 壤 分 为 两 层 土 壤 参 数 包 括 土 壤 类 型 田 间 持 水 量 凋 萎 含 水 量 等 模 型 输 出 包 括 两 层 土 壤 水 分 含 量 空 间 分 布 图 模 拟 单 位 为 根 据 土 层 深 度 可 以 换 算 成 体 积 含 水 量 监 测 数 据 获 取 及 处 理 实 验 点 概 况 监 测 点 位 于 贵 州 龙 里 生 态 园 两 处 有 代 表 性 的 灌 丛 草 坡 类 型 区 实 验 点 荒 山 草 坡 位 于 海 拔 植 被 为 低 矮 草 地 实 验 点 封 山 育 林 位 于 海 拔 植 被 为 灌 丛 观 测 时 段 预 先 设 定 观 测 密 度 为 即 每 记 录 一 次 观 测 数 据 监 测 内 容 空 气 温 湿 度 降 雨 量 大 气 压 辐 射 风 速 风 向 地 温 双 层 土 壤 水 分 体 积 含 量 等 监 测 设 备 采 用 便 携 式 小 型 自 动 气 象 站 进 行 采 集 实 验 数 据 采 集 涵 盖 了 土 壤 气 象 等 诸 多 方 面 实 验 选 择 多 通 道 的 数 据 采 集 器 将 多 个 传 感 器 及 相 应 总 线 模 块 与 数 据 采 集 器 相 结 合 以 实 现 多 通 道 数 据 的 自 动 获 取 监 测 方 法 土 壤 水 分 监 测 分 别 在 两 个 试 验 样 点 将 土 壤 水 分 传 感 器 分 别 埋 于 和 两 个 不 同 深 度 的 土 层 内 感 应 器 数 据 传 输 时 间 步 长 设 为 一 次 自 动 记 录 数 据 土 壤 含 水 量 利 用 便 携 式 小 型 自 动 气 象 站 的 土 壤 水 分 传 感 器 进 行 测 定 气 象 因 子 的 测 定 观 测 要 素 包 括 太 阳 辐 射 空 气 温 湿 度 地 温 风 速 气 压 降 水 量 等 相 应 的 实 验 设 备 分 别 为 便 携 式 小 型 自 动 气 象 站 的 辐 射 传 感 器 温 度 传 感 器 地 温 传 感 器 风 速 风 向 传 感 器 气 压 传 感 器 雨 量 筒 等 测 定 上 述 所 有 数 据 均 为 自 动 记 录 每 月 将 数 据 用 专 用 电 脑 从 数 据 存 贮 器 内 取 出 数 据 处 理 方 法 为 了 模 型 运 算 和 尺 度 扩 展 的 需 要 将 收 集 到 的 数 据 进 行 分 类 整 理 统 计 出 模 型 所 需 要 的 各 个 参 数 的 日 均 值 统 一 整 理 成 文 件 以 备 模 型 程 序 运 行 使 用 空 间 数 据 获 取 及 处 理 空 间 数 据 的 获 取 是 模 型 尺 度 扩 展 的 关 键 影 像 数 据 选 用 和 影 像 条 带 号 为 数 据 时 相 分 别 为 模 拟 时 段 内 年 月 份 的 遥 感 影 像 以 这 一 影 像 为 基 准 年 月 份 的 遥 感 影 像 以 这 一 影 像 为 基 准 年 月 份 以 这 一 影 像 为 准 进 行 模 型 空 间 尺 度 扩 展 在 遥 感 软 件 及 的 支 持 下 将 原 来 的 用 于 投 影 转 换 为 我 国 常 用 的 投 影 选 取 合 适 的 遥 感 反 演 模 型 反 演 出 模 型 所 需 要 的 地 表 反 照 率 植 被 指 数 叶 面 积 指 数 地 表 比 辐 射 率 等 空 间 数 据 对 贵 州 典 型 喀 斯 特 地 区 日 尺 度 上 的 两 层 土 壤 水 分 含 量 进 行 了 模 拟 应 用 贵 州 龙 里 生 态 园 试 验 中 气 象 监 测 的 两 层 土 壤 水 分 数 据 对 模 拟 结 果 中 荒 山 草 坡 类 型 的 土 壤 水 分 模 拟 结 果 进 行 验 证 贵 州
自 然 资 源 学 报 卷 龙 里 生 态 园 小 区 试 验 主 要 针 对 荒 山 草 坡 类 型 进 行 监 测 因 此 在 区 域 尺 度 验 证 中 利 用 程 序 语 言 将 龙 里 生 态 园 小 区 试 验 点 的 两 层 土 壤 水 分 模 拟 值 统 计 出 来 与 实 验 点 相 应 时 段 实 测 值 进 行 了 对 比 分 析 得 到 其 匹 配 图 如 图 所 示 由 图 可 以 看 出 土 层 模 拟 值 与 实 测 值 相 关 系 数 分 别 达 到 匹 配 效 果 较 好
期 王 玉 娟 等 区 域 尺 度 典 型 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 动 态 模 拟 图 给 出 了 模 拟 值 与 观 测 值 之 间 的 关 系 可 以 看 出 模 拟 值 与 监 测 值 有 较 好 的 一 致 性 为 了 进 一 步 论 证 模 型 有 效 性 将 模 拟 时 段 内 模 拟 值 与 实 测 值 的 相 对 误 差 进 行 了 统 计 限 于 篇 幅 文 中 仅 将 各 个 相 对 误 差 范 围 的 频 次 列 出 表 可 以 看 出 模 拟 时 段 内 共 层 模 拟 值 与 实 测 值 的 相 对 误 差 落 在 以 内 的 天 数 依 次 为 分 别 占 整 个 模 拟 时 段 的 大 于 的 天 数 为 占 整 个 模 拟 时 段 的 层 模 拟 值 与 实 测 值 的 相 对 误 差 落 在 以 内 的 天 数 依 次 为 分 别 占 整 个 模 拟 时 段 的 大 于 的 天 数 为 占 整 个 模 拟 时 段 的 表 现 出 较 好 的 模 拟 效 果 土 层 天 数 所 占 百 分 比 天 数 所 占 百 分 比 天 数 所 占 百 分 比 天 数 所 占 百 分 比 模 拟 结 果 分 析 应 用 前 面 构 建 的 土 壤 水 分 模 型 结 合 遥 感 影 像 数 据 长 序 列 实 验 监 测 数 据 及 其 他 相 关 数 据 以 贵 州 省 典 型 区 域 龙 里 县 及 其 周 围 相 关 区 域 为 运 算 单 元 将 模 型 扩 展 到 区 域 尺 度 上 模 拟 出 研 究 区 春 季 秋 季 和 冬 季 个 季 度 土 壤 水 分 空 间 分 布 图 图 图 春 季 土 壤 水 分 空 间 分 布
自 然 资 源 学 报 卷 土 壤 水 分 空 间 变 化 受 到 土 壤 本 身 的 性 质 地 形 气 象 及 其 植 被 覆 盖 和 土 地 利 用 方 式 等 因 素 的 影 响 目 前 已 有 大 量 研 究 对 土 壤 性 质 坡 度 坡 向 等 因 素 对 土 壤 水 分 空 间 变 化 的 影 响 进 行 了 探 讨 由 于 区 域 比 较 小 土 壤 性 质 地 形 变 化 及 各 地 区 的 气 候 差 异 等 不 是 很 明 显 所 以 在 讨 论 土 壤 水 分 空 间 变 化 上 忽 略 土 壤 性 质 地 形 和 气 候 等 因 素 的 影 响 仅 从 植 被 类 型 方 面 对 其 空 间 变 化 进 行 分 析 将 模 拟 得 到 的 个 季 度 的 土 壤 水 分 分 布 图 按 不 同 的 植 被 类 型 进 行 统 计 得 到 灌 丛 草 地 和 农 用 地 个 典 型 植 被 类 型 区 土 壤 水 分 的 各 个 特 征 值 表
期 王 玉 娟 等 区 域 尺 度 典 型 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 动 态 模 拟 季 节 植 被 类 型 土 层 波 动 范 围 平 均 值 集 中 分 布 值 秋 季 冬 季 春 季 灌 丛 草 地 农 用 地 灌 丛 草 地 农 用 地 灌 丛 草 地 农 用 地 从 表 可 以 看 出 灌 丛 草 坡 和 农 用 地 三 类 植 被 类 型 下 土 壤 水 分 变 化 差 异 性 可 以 从 变 化 幅 度 垂 直 变 化 和 保 水 性 三 方 面 进 行 对 比 不 同 植 被 类 型 区 土 壤 水 分 变 化 幅 度 一 个 时 段 内 不 同 植 被 类 型 下 土 壤 水 分 变 化 幅 度 的 大 小 可 以 看 出 该 类 型 下 土 壤 水 分 的 稳 定 程 度 通 过 对 该 研 究 区 整 个 研 究 时 段 内 土 壤 水 分 动 态 分 布 表 分 析 灌 丛 土 壤 含 水 量 变 化 幅 度 维 持 在 农 用 地 土 壤 含 水 量 变 化 幅 度 比 较 大 大 于 左 右 草 地 土 壤 含 水 量 变 化 幅 度 维 持 在 左 右 而 而 且 对 比 种 植 被 类 型 区 土 壤 水 分 季 节 动 态 变 化 可 以 看 出 由 于 农 用 地 冬 季 植 被 覆 盖 减 少 转 变 成 为 撂 荒 地 土 壤 水 分 变 化 幅 度 最 大 灌 丛 和 草 地 几 乎 没 有 很 大 的 变 化 从 整 个 研 究 时 段 来 看 土 壤 水 波 动 幅 度 为 农 用 地 灌 丛 草 地 不 同 植 被 类 型 区 土 壤 水 分 垂 直 变 化 垂 直 方 向 变 化 差 异 分 析 是 针 对 整 个 研 究 区 的 日 均 值 但 是 通 过 对 同 一 时 段 内 整 个 研 究 区 来 说 地 区 之 间 也 存 在 着 差 异 这 很 大 一 部 分 是 由 于 其 下 垫 面 因 素 造 成 的 不 同 的 植 被 覆 盖 类 型 对 土 壤 水 分 的 保 水 性 蒸 散 发 等 都 有 很 大 的 影 响 由 表 三 种 植 被 类 型 土 壤 水 分 含 量 大 小 来 看 对 于 灌 丛 和 草 地 类 型 区 土 层 土 壤 水 分 含 量 小 于 土 层 土 壤 水 分 含 量 而 农 用 地 类 型 区 在 一 定 时 期 内 表 现 出 相 反 的 变 化 规 律 与 其 他 地 区 研 究 结 果 有 差 异 主 要 是 由 于 贵 州 喀 斯 特 地 区 特 殊 的 生 态 环 境 决 定 的 对 于 农 用 地 来 说 土 层 土 壤 容 重 较 大 而 土 层 土 壤 空 隙 大 再 加 上 农 作 物 根 系 不 是 很 发 达 土 层 水 分 快 速 流 失 可 以 形 成 一 定 的 干 层 区 而 灌 丛 和 草 坡 类 型 区 却 由 于 较 为 发 达 的 根 系 使 得 土 层 土 壤 水 分 可 以 在 一 定 时 间 内 保 留 在 土 壤 中 供 其 生
自 然 资 源 学 报 卷 长 需 要 从 这 里 可 以 看 出 在 喀 斯 特 这 样 一 个 特 殊 的 生 态 环 境 下 灌 丛 和 草 地 植 被 类 型 的 发 展 可 以 大 大 改 善 地 区 的 土 壤 保 水 性 减 缓 石 漠 化 进 程 对 地 区 的 生 态 恢 复 有 重 要 的 作 用 不 同 植 被 类 型 下 土 壤 保 水 性 差 异 不 同 植 被 类 型 下 土 壤 保 水 性 差 异 一 般 表 现 在 一 次 降 水 后 土 壤 水 分 含 量 递 减 速 率 大 小 通 过 对 一 次 比 较 完 整 的 降 水 过 程 土 壤 水 分 模 拟 值 统 计 得 到 灌 丛 农 用 地 和 草 地 种 典 型 植 被 类 型 主 要 土 壤 水 分 变 化 参 数 进 而 分 析 种 植 被 类 型 的 土 壤 保 水 性 通 过 种 植 被 类 型 主 要 土 壤 水 分 变 化 参 数 的 比 较 从 初 始 含 水 量 来 看 农 用 地 灌 丛 天 然 草 地 其 中 农 用 地 的 含 水 量 最 高 达 到 以 上 是 由 降 雨 过 后 土 壤 中 的 积 水 造 成 但 是 随 着 时 间 推 移 含 水 量 下 降 递 减 速 率 整 体 上 为 农 用 地 灌 丛 天 然 草 地 从 这 里 可 以 看 出 保 水 性 大 小 为 天 然 草 地 灌 丛 农 用 地 与 前 面 分 析 不 同 植 被 类 型 下 土 壤 水 分 垂 直 变 化 差 异 得 到 的 结 论 相 一 致 进 一 步 分 析 其 原 因 主 要 是 由 于 该 研 究 区 内 草 地 是 长 期 形 成 的 天 然 草 地 而 灌 丛 为 半 人 工 半 天 然 为 恢 复 中 的 植 被 类 型 天 然 草 地 有 明 显 优 于 其 它 植 被 类 型 的 自 我 调 节 能 力 图 不 同 植 被 类 型 次 降 雨 过 程 中 土 壤 水 分 变 化 曲 线 从 上 面 的 分 析 可 以 看 出 植 被 类 型 的 不 同 对 土 壤 水 分 含 量 有 着 十 分 重 要 的 影 响 既 可 以 影 响 一 个 地 区 土 壤 水 分 的 稳 定 度 保 水 性 而 且 对 土 壤 水 分 剖 面 垂 直 变 化 也 有 很 大 影 响 这 个 规 律 对 于 贵 州 典 型 喀 斯 特 地 区 生 态 环 境 来 说 尤 其 重 要 因 为 水 分 是 该 类 型 区 生 态 系 统 恢 复 的 一 个 重 要 制 约 因 子 因 此 在 气 象 条 件 无 法 改 变 的 情 况 下 如 何 通 过 研 究 既 能 保 护 水 土 又 不 恶 化 土 壤 水 分 生 态 环 境 的 植 被 类 型 是 喀 斯 特 地 区 生 态 恢 复 和 环 境 建 设 的 一 个 重 大 科 学 问 题 日 变 化 对 整 个 研 究 区 按 照 时 序 统 计 其 各 时 间 点 的 土 壤 水 分 含 量 平 均 值 如 图 所 示 从 图 可 知 从 变 化 幅 度 上 来 看 上 层 土 壤 水 分 含 量 受 降 水 的 影 响 比 较 大 每 一 次 次 降 雨 过 程 都 会 使 上 层 土 壤 水 分 有 所 波 动 从 量 上 来 看 月 土 壤 含 水 量 日 均 值 大 于 其 它 月 份 日 均 值 这 主 要 是 由 于 冬 季 贵 州 地 区 降 水 丰 富 再 加 上 气 温 低 蒸 散 发 量 小 因 此 整 个 研 究 区 的 土 壤 含 水 量 高
期 王 玉 娟 等 区 域 尺 度 典 型 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 动 态 模 拟 季 相 变 化 图 土 壤 水 分 均 值 时 序 变 化 土 壤 水 分 的 时 间 动 态 是 由 于 降 水 气 温 光 照 强 度 等 气 候 因 子 的 季 节 变 化 引 起 的 另 外 植 物 的 生 长 具 有 季 节 性 随 着 季 节 的 变 化 植 物 对 土 壤 水 分 的 利 用 和 植 被 覆 盖 地 表 的 情 况 随 之 变 化 对 土 壤 水 分 含 量 也 有 一 定 影 响 因 此 受 各 月 份 降 水 分 配 等 气 象 因 子 与 植 物 生 长 季 节 性 的 影 响 土 壤 水 分 分 布 格 局 随 季 节 改 变 而 呈 相 应 变 化 将 模 拟 的 日 土 壤 水 分 含 量 进 行 统 计 得 到 月 尺 度 上 的 土 壤 含 水 量 如 表 变 化 曲 线 图 如 图 所 示 在 研 究 时 段 内 层 土 壤 水 分 月 随 着 气 温 的 降 低 和 植 被 生 长 基 本 停 滞 植 被 蒸 腾 耗 水 减 少 因 此 土 壤 含 水 量 由 逐 渐 增 加 到 呈 现 缓 慢 增 加 趋 势 为 土 壤 水 分 缓 慢 积 累 期 月 植 被 蒸 腾 地 表 蒸 发 耗 水 量 大 土 壤 水 含 量 由 减 小 到 呈 逐 渐 减 小 趋 势 为 土 壤 水 分 强 烈 消 耗 期 月 随 着 雨 季 的 来 临 降 水 量 大 使 得 土 壤 水 分 迅 速 增 加 由 增 加 到 进 入 雨 季 土 壤 水 分 补 充 期 土 层 土 壤 水 分 月 均 变 化 趋 势 与 土 层 基 本 一 致 变 化 幅 度 小 于 土 层 从 分 析 可 以 看 出 喀 斯 特 灌 丛 草 坡 的 土 壤 水 分 来 源 主 要 是 降 水 量 主 要 支 出 项 为 蒸 散 发 因 此 土 壤 水 分 的 变 化 与 气 温 地 表 温 度 太 阳 辐 射 风 速 和 降 水 等 因 子 有 着 重 要 的 联 系 月 份 月 份 图 土 壤 水 分 均 值 月 时 序 变 化
自 然 资 源 学 报 卷 结 论 图 土 壤 水 分 均 值 时 序 变 化 贵 州 典 型 喀 斯 特 地 区 黔 中 部 地 区 土 壤 水 分 动 态 变 化 表 现 出 空 间 和 时 间 变 异 性 黔 中 部 地 区 土 壤 水 分 空 间 变 化 黔 中 部 地 区 土 壤 水 分 空 间 分 布 差 异 主 要 表 现 在 不 同 植 被 类 型 土 壤 水 分 的 变 化 从 土 壤 水 分 变 化 幅 度 上 看 农 用 地 灌 丛 草 地 其 中 灌 丛 土 壤 含 水 量 变 化 幅 度 维 持 在 左 右 草 地 土 壤 含 水 量 变 化 幅 度 维 持 在 比 较 大 大 于 左 右 而 农 用 地 土 壤 含 水 量 变 化 幅 度 从 土 壤 水 分 垂 直 变 化 规 律 上 看 灌 丛 和 草 地 的 土 层 土 壤 水 分 含 量 低 于 下 层 水 分 梯 度 为 正 而 农 用 地 相 反 从 土 壤 保 水 性 上 来 看 通 过 一 次 降 水 后 各 种 植 被 类 型 的 土 壤 水 分 特 征 参 数 对 比 初 始 含 水 量 和 递 减 速 率 农 用 地 灌 丛 草 地 而 最 后 的 稳 定 值 为 草 地 灌 丛 农 用 地 可 以 看 出 草 地 的 保 水 性 灌 丛 农 用 地 这 些 规 律 对 于 黔 中 部 地 区 生 态 环 境 来 说 尤 其 重 要 因 为 水 分 是 该 区 生 态 系 统 恢 复 的 一 个 重 要 制 约 因 子 在 气 象 条 件 无 法 改 变 的 情 况 下 如 何 通 过 研 究 既 能 保 护 水 土 又 不 恶 化 土 壤 水 分 生 态 环 境 的 覆 被 类 型 是 该 地 区 生 态 恢 复 和 环 境 建 设 的 一 个 重 大 科 学 问 题 黔 中 部 地 区 土 壤 水 分 时 间 变 化 黔 中 部 地 区 土 壤 水 分 时 间 变 化 主 要 由 于 降 水 气 温 光 照 强 度 等 气 候 因 子 的 变 化 引 起 的 另 外 植 物 的 生 长 具 有 季 节 性 随 着 季 节 的 变 化 植 物 对 土 壤 水 分 的 利 用 和 植 被 覆 盖 地 表 的 情 况 随 之 变 化 对 土 壤 水 分 含 量 也 有 一 定 影 响 日 均 值 变 化 在 降 水 条 件 下 土 壤 水 分 主 要 受 降 水 量 的 影 响 而 在 非 降 水 条 件 下 主 要 随 着 温 度 的 变 化 而 变 化 而 且 土 层 土 壤 水 分 受 外 界 影 响 要 大 于 土 层 因 此 土 层 波 动 比 较 大 月 日 土 壤 含 水 量 平 均 值 基 本 大 于 其 它 月 份 日 均 值 月 均 值 变 化 研 究 时 段 内 土 层 土 壤 水 分 长 基 本 停 滞 植 被 蒸 腾 耗 水 减 少 因 此 土 壤 水 含 量 由 月 随 着 气 温 的 降 低 和 植 被 生 逐 渐 增 加 到 呈 现 缓 慢 增 加 趋 势 为 土 壤 水 分 缓 慢 积 累 期 月 植 被 蒸 腾 地 表 蒸 发 耗 水 量 大 土 壤 水 含 量 由 减 小 到 月 随 着 雨 季 的 来 临 降 水 量 大 使 得 土 壤 水 分 迅 速 增 加 由 呈 逐 渐 减 小 趋 势 为 土 壤 水 分 强 烈 消 耗 期 增 加 到 进 入 雨 季 土 壤 水 分 补 充 期 土 层 土 壤 水 分 月 均 变 化 趋 势 与 上 层 基 本 一 致 变 化 幅 度 小 于 土 层
期 王 玉 娟 等 区 域 尺 度 典 型 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 动 态 模 拟 刘 再 华 袁 道 先 中 国 典 型 表 层 岩 溶 系 统 的 地 球 化 学 动 态 特 征 及 其 环 境 意 义 地 质 论 评 姚 长 宏 蒋 忠 诚 袁 道 先 西 南 岩 溶 地 区 植 被 喀 斯 特 效 应 地 球 学 报 万 军 蔡 运 龙 喀 斯 特 生 态 脆 弱 区 的 土 地 退 化 及 生 态 重 建 以 贵 州 省 关 岭 县 为 例 中 国 人 口 资 源 与 环 境 张 建 伟 申 双 和 旱 地 农 田 土 壤 水 分 的 动 态 模 拟 新 疆 气 象 吴 俊 铭 童 碧 庆 杨 静 论 贵 州 喀 斯 特 地 区 气 候 与 生 态 环 境 治 理 的 关 系 贵 州 气 象 杨 胜 天 田 雷 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 层 均 衡 模 型 应 用 研 究 中 国 岩 溶 唐 世 浩 朱 启 疆 王 锦 地 等 三 波 段 梯 度 差 植 被 指 数 的 理 论 基 础 及 应 用 中 国 科 学 辑 唐 世 浩 朱 启 疆 孙 睿 基 于 方 向 反 射 率 的 大 尺 度 叶 面 积 指 数 反 演 算 法 及 其 验 证 自 然 科 学 进 展
自 然 资 源 学 报 卷