Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 荒漠草原降水驱动下的水分-土壤-植被耦合与响应机制 | |
| 宋一凡 | |
| 出版年 | 2019 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 王浩 ; 郭中小 ; 严登华 |
| 学位授予单位 | 中国水利水电科学研究院 |
| 中文摘要 | 荒漠草原作为草原到荒漠的过渡地带,是草地生态系统的重要组成部分。内蒙古自治区荒漠草原面积占全国草地总面积的18%,由于紧邻风沙源头,是我国西北重要的生态安全屏障。围绕荒漠草原水分-土壤-植被耦合与响应机制,本研究以典型荒漠草原地区达尔罕茂明安联合旗为研究区,分析了荒漠草原植被盖度时空动态变化及其与影响因子的区域像元尺度相关关系,进而识别出荒漠草原植被盖度主控因子;分析揭示了荒漠草原脉动性降水格局及其时空变化特征;在此基础上,利用野外多水源连续性同步观测,探究了荒漠草原脉动降水引起的多水源响应规律;并进一步结合野外采样,调查分析了荒漠草原不同雨量带土壤-植被-微生物C、N、P及其化学计量特征;最终,利用以上研究成果,建立了一种基于生态适宜性指数的荒漠草原生态适宜性评价体系,提出了研究区农牧交错带现有农田的优化布局方案。主要结论如下:(1)荒漠草原植被盖度时空动态变化及其主控因子识别研究区草地盖度以中低盖度为主,14年间植被盖度总体及不同等级草地类型皆呈增加趋势。植被质心有向西向北移动的趋势,其中向西移动速度为88m/a,向北移动速度为62m/a。研究区植被盖度与降水、温度、地下水位、土壤含水率、DEM的像元尺度的相关系数分别为0.81、-0.76、0.04、0.23和0.66。水、热条件是荒漠草原植被盖度生长分布主控因子。在降水和温度因素中,植被盖度质心变化主要受降水因素的影响。(2)荒漠草原脉动性降水格局及其时空变化特征受地形影响,研究区自南向北形成了明显的降水梯度差异。研究区降水量的波动程度要明显强于降水日数。总体来看,随着年降水量减小,降水日数和降水量波动性逐渐增强。研究区以0-5mm小降水事件为主,大于10mm降水事件差异是导致荒漠草原降水年际剧烈变化的主要原因。研究区不同雨量带不同降水等级降水日数和降水量普遍呈增加趋势,其中,百灵庙和满都拉地区0-5 mm小降水事件显著增加;希拉穆仁地区,发生了由大、中降水事件向小降水事件转移的降水内部结构变化。研究区全年和生长季降水日数和降水量主周期在2.84-4.5 a左右。(3)荒漠草原脉动降水引起的多水源响应规律单次小降水事件对土壤含水率影响有限,甚至无法引起10cm土层土壤含水率明显增加。湿润年份较干旱年份各层土壤间具有更为紧密的联系。雨间比能够更好的反映干湿周期的干湿条件及年内分布情况。2016年生长季最大日蒸散量出现在8月份,达到了5.78mm/d。在2016年,整个生长季蒸散发量大于同期降水量,亏缺的水量来自于前期土壤储水以及大气凝结水。通过观测获得了3种自然条件下的雨间蒸散发模式,分别为水分充足条件下的稳定蒸散模式、衰减模式、极端干旱条件下的稳定蒸散模式。(4)荒漠草原不同雨量带土壤-植被-微生物C、N、P及其化学计量特征研究区不同雨量带土壤C、N、P随降水梯度的递减亦呈现递减趋势。平均土壤C:N:P 比例为28.9:2.7:1,主要受到P元素控制。不同雨量带平均土壤MBC:MBN:MBP比例为108.6:5.6:1,表现出明显的C富集现象。不同雨量带平均植物C:N:P比例为117.4:6.7:1,表现为明显的C、N缺乏或P富集。气候原因造成了研究区环境中P含量相对较高。研究区土壤C和N之间具有极显著的正相关关系(P<0.01),相关系数高达0.98。植物N和P之间具有显著的正相关关系(P<0.05),相关系数为0.90。土壤N与植物C、P分别呈显著正相关和显著负相关(P<0.05),相关系数分别为0.84和-0.82。其余未达到显著性水平。(5)基于生态适宜性指数的荒漠草原农牧交错带农田优化布局研究区近几十年来景观格局的主要变化为草地减少、耕地增多,整体连通性减弱,破碎化、离散化程度逐渐加剧。集中发生在1980-2000年之间的农田开发是短期内研究区景观格局改变的主要原因。研究区ESI从东南向西北递减,平均值为0.39。ESI与VFC像元尺度的相关系数达到0.84,能够较好地反映研究区荒漠草原植被生长适宜条件。从不同草地盖度类型来看,研究区低盖度、中盖度、高盖度草地ESI均值分别为0.14、0.37和0.66。优化布局后的农田在已有农田分布中具有最优的水热条件,与荒漠草原地区自然气候特征更加适应,平均生态适宜性指数为0.72,可明显提升荒漠草原地区农牧交错带经济环境效益与景观生态效益。 |
| 中文关键词 | 水分-土壤-植被 ; 耦合与响应机制 ; 脉动性降水 ; 荒漠草原 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1019040266.nh&DbName=CDFD2019 |
| 来源机构 | 中国水利水电科学研究院 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/258168 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宋一凡. 荒漠草原降水驱动下的水分-土壤-植被耦合与响应机制[D]. 中国水利水电科学研究院,2019. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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