陕北黄土坡面微地形土壤水分对降水的响应研究

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土壤水分是制约陕北黄土区陡坡林草植被建设的主要因素,降水是该区域土壤水分的唯一来源,微地形对降水进行再分配影响土壤水分含量。因此,本研究选择陕西省北部的吴起县为代表性研究区,以陕北黄土坡面陡坡微地形为研究对象,通过滑动平均法、Mann-Kendall检验以及小波分析等方法对研究区多年降水变化特征进行分析,明确多年降水变化趋势和周期,结合野外调查监测的土壤水分数据,分析了土壤水分动态过程,运用Pearson相关分析和灰色关联度分析方法探索了不同降水年型下微地形土壤水分与降水量的关系以及前一年降水量特征值与当年土壤水分的关联程度,进而揭示了陕北黄土坡面微地形土壤水分对降水的响应特征,以期为该地区水资源合理利用和林草植被建设植物群落结构配置提供理论依据。主要得出如下结论:(1)年际降水量在270.00mm-787.50mm之间波动,并且呈现出减少幅度为11.30mm/10a的减少趋势;季节降水量也呈现出不同幅度的减小,旱季降水量减少幅度最大(9.23mm/10a),雨季降水量减少幅度次之(1.82mm/10a),冬季降雪量减少幅度最小(0.25mm/10a);年降水量和季节降水量均有明显的周期性波动,28a特征时间尺度主要控制着研究区年降水量波动,波动周期为18年左右,控制雨季、旱季、冬季降水量波动的时间特征尺度分别为28a、10a、26a,对应的波动周期分别为18年、7年、17年。(2)枯水年生长季陡坎和原状坡面降水贮存效率偏低,降水供给不能满足陡坎和原状坡面土壤水分的消耗;生长季各类型微地形降水贮存效率表现为切沟(22.60%)>浅沟(20.42%)>缓台(18.69%)>塌陷(18.31%)>原状坡(11.97%)>陡坎(10.53%);三种降水年型下各微地形土壤含水量随土层深度的增加总体表现为先减少后增加的趋势。(3)枯水年降水有利于补给浅沟和缓台表层(0-20cm)土壤水分,有利于补给塌陷、陡坎、切沟土壤水分的土层均在40-60cm,有利于补给原状坡面20-40cm层土壤水分;平水年降水有利于补给塌陷、缓台、切沟土壤水分的土层均在40-60cm,有利于补给浅沟、陡坎、原状坡土壤水分的土层分别在60-80cm、100-120cm、80-100cm;丰水年降水有利于补给塌陷和切沟60-80cm土层土壤水分,有利于补给缓台和原状坡80-100cm土层土壤水分,有利于补给浅沟和陡坎土壤水分的土层分别在120-140cm和40-60cm。(4)前一年年降水量对除缓台外的其他微地形当年土壤水分的影响比其他降水特征大,前一年雨季降雨量对缓台和原状坡面当年土壤水分的影响比其他降水特征大。
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