干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 极干旱区深埋潜水蒸发特征与运转机理研究

Arid

	极干旱区深埋潜水蒸发特征与运转机理研究
	李红寿; 张正模; 张国彬; 武发思; 于宗仁; 詹洪涛; 邱飞; 朱晶
完成单位	敦煌研究院
登记(发布)日期	2015
中文摘要	①课题来源与背景水分缺乏是荒漠化形成的主要根源。典型的极干旱区不但气候干燥,降雨稀少,而且潜水埋深较深,通常超过了毛细作用对潜水的运转能力,因而形成了极端干旱的土壤地带。远低于萎蔫系数的含水率使一般植物根本无法生存,造成了极干旱区植被的缺乏和生态链的严重断裂。由于缺乏植被的保护,极干旱区通常荒漠化严重,沙漠化、砾漠化伴以频繁的沙尘暴天气过程是其典型的环境特征。以水为中心,以生物为主导的综合生态管理是科学治理荒漠化的最有效手段。长期以来普遍认为极干旱区土壤水分是降水的遗存,随着埋深的增加地下潜水的运转与蒸发将不复存在。为了确定深埋潜水是否存在潜水蒸发,本课题在潜水埋深超过200 m的敦煌莫高窟窟顶戈壁进行了较为系统的研究。本课题为甘肃省自然科学基金项目,项目编号1308RJZF290。 ②研究的目的与意义水分缺乏是导致荒漠化的主要根源,为了寻找新的生态恢复水分、预防和保护莫高窟文物,在潜水深埋超过200 m的莫高窟研究潜水蒸发,确定蒸发的数量、特征、同位素特征和垂直运转机理,研究降水对潜水蒸发水分的影响。 ③主要论点与论据潜水蒸发与太阳辐射强度成正比。当白天土壤温度升高时,土壤结合水分分解,大部分水分转入下层,约2‰的分解水分形成了实际的蒸发,夜间土壤主要吸湿吸附地下水分。土壤内部持续进行着温度耦合下有序的水分蒸发-凝聚的波动运移。应用拱棚-空调法进行对极干旱区降雨模拟回收。结果表明,极干旱区降水可完全蒸发,该区存在潜水蒸发与GSPAC水分的向上运转。定期监测凝结水分、降水和潜水的δD和δ18O值,应用水同位素示踪原理揭示戈壁蒸发水分的来源。完全排除了降水成为潜水来源的可能;党河源区(野马山)的降水才是地下潜水的合理来源。土壤水分蒸发实验和土壤垂直剖面水分检测表明,戈壁深厚包气带土壤在潜水水汽向上运移过程中选择了相对偏正的水分,因而戈壁蒸发水分来自地下潜水,存在清晰的来源通道,印证了热力学分析结果。耗散结构原理是水分蒸散的普遍原理,当土壤、气象、水分、植被等因子发生协同共振作用时可形成水分蒸散的耗散结构,表现出或高或低的非线性分岔突变。干旱区的敦煌莫高窟窟顶戈壁及周边区域广泛存在发育程度不同的砂楔。研究揭示了干旱区砂楔的形成机理。干旱区砂楔是长期干旱化的产物,干旱背景下的降雨促成了砂楔的不断发育。干旱砂楔是干旱区戈壁典型的地标性地表地质结构,在判断戈壁地表形成时间,风化及风沙侵蚀方面有重要意义。干旱砂楔形成机理的发现为科学合理利用砂楔奠定了基础,在古气候、古地貌的还原中具有重要意义。另外,降雨后砂楔可吸收较多水分,在较长时间内保持较高的水分含量,有利于植被的吸收;而母体中较高的盐分在淋溶作用下溶解,高浓度盐分具有很强修剪作用,这种双重作用导致了植被的主要根系分布于砂楔之内。砂楔的网状结构对植被分布和地貌景观有重要影响。同时,砂楔是戈壁小动物重要的栖息场所,砂楔结构是极干旱区古老戈壁生态系统最后的生存岛屿。 ④创见与创新自创的拱棚法监测表明极干旱区存在潜水蒸发,潜水蒸发呈正弦蒸发特征。 ⑤社会经济效益在对莫高窟潜水蒸发机理广泛研究的基础上,发明了一种利用地下潜水及降雨对干旱区荒漠化土地生态恢复的方法。在干旱缺水的荒漠化地区,通过对不同粒径土壤的分选整理、沙下地膜的覆盖、水分引导等综合技术,达到充分利用地下深埋潜水和降水,进而实现荒漠化土地生态恢复的目的。主要适用于极干旱、干旱、半干旱地区戈壁沙漠的生态恢复,目前初步的无滴灌种植试验表明,该发明非常成功,具有十分广阔的应用前景。
中文关键词	极干旱地区 ; 潜水蒸发 ; 降水 ; 机理 ; 莫高窟
成果类型	基础理论
中图法分类号	S161.4
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001669931
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243626
推荐引用方式 GB/T 7714	李红寿,张正模,张国彬,等. 极干旱区深埋潜水蒸发特征与运转机理研究[Z]. 基础理论,2015.