科尔沁沙地土壤水分时间序列分析及模拟研究

Soil moisture, as the critical factor for the recovery of vegetation and agricultural production, it has obvious constraint function for the sandy ecological environmental protection and vegetation recovery and reconstruction in serious desertification area. The purpose of this project was intended to determine the variation of soil moisture dynamics in different type of land. Grassland, fixed dunes and mobile sand dune of Horqin Sand Land were selected as the research object. Soil water movement parameters of different land type were determined by experimental method, and their variation characteristics along with types of land, soil depths and soil physical and chemical properties. Secondly, based on the precipitation data of Horqin Sand Land in many years and the long-term monitoring of soil moisture in different depths for different land use types, we the temporal and spatial variations of precipitation and soil moisture were investigated by the time series analysis method, and obtain the response mechanism of soil moisture to precipitation. And finally, using the time series model,the soil moisture dynamics of the the Horqin Sand Land were simulated,which have contributed to tpovide heoretical basis to water resources development and utilization, and then to improve utilization efficiency of sandy water resources.

土壤湿度是植被恢复和农牧业生产的关键性因子, 对沙漠化严重的沙地生态环境保护和植被恢复重建存在明显的制约性。本项目选择科尔沁沙地的草地、固定沙丘和流动沙丘为研究对象，拟研究不同土地类型的土壤水分动态变化。首先，通过试验方法获得不同类型沙地的土壤水分运动参数，明晰沙地土壤水分运动参数随沙地类型、土壤深度及土壤理化性质的变化特征；其次，以科尔沁沙地多年降水监测资料为基础，结合不同类型沙地不同深度土壤水分的长期观测，通过时间序列分析方法探讨降水和土壤水分的时空分布特征及土壤水分对降水的响应机制；最后，建立土壤水分的时间序列模型，对不同类型沙地的土壤水分动态进行模拟，为半干旱沙地水资源开发利用提供理论基础，进而为提高沙地水资源的利用效率提供科技支撑。

土壤水分是陆地生态系统水文循环的重要参数，在预测和理解各种水文过程中起着关键作用。本项目以科尔沁沙地的农田、草地、固定沙丘和流动沙丘为研究对象，通过野外监测与实验室分析方法研究了土壤水分、土壤水分扩散率、土壤饱和导水率及土壤水分特征曲线随沙地类型及土层深度的变化特征，主要研究结果包括：（1）回归分析、小波分析和M-K突变分析显示，1970-2010年奈曼旗的降水以0~5mm降水事件最多，占全年降水事件的70%以上；降水间隔期以0~5d天为主，占全年无降水期的73%；奈曼旗1970-2014年的降水、蒸发、相对湿度、日照时数、风速及气温的的年平均值变化范围分别为213~567mm, 1408~2192 mm, 46%~58%, 7~9h, 2.7~3.8m/s and 5.8~8.6°C；气温和日照时数有明显增加趋势（0.29°C /10a 和0.11h/10a (P<0.01)）。（2）偏度、峰度检验方法对2009~2012年科尔沁沙地农田和固定沙丘0~150 cm土壤水分的正态性及差异分析显示，固定沙丘和农田同一月份相同土层的土壤水分以显著性水平 通过正态分布的假设检验；平均值变化范围分别为1.82%~4.95%和12%~28%；受降水影响，两类沙地7月份土壤水分明显高于其它月份。（3）水平土柱吸渗法对科尔沁沙地的沙质草地、固定沙丘和流动沙丘0~100cm土层土壤水分扩散率(D(θ))的研究表明，三类沙地0~100cm的D(θ)平均值分别为1.21、4.51和12.75cm2•min-1；不同土层D(θ)随土壤含水量θ的变化规律均可用经验公式D(θ)=aebθ较好地拟合。（4）Guelph入渗仪对科尔沁沙地的樟子松林、杨树林和农田土壤饱和导水率（Kfs）的研究显示，三类沙地不同土层Kfs的平均值依次为3.99，2.60和0.93 mm/min。Kfs与土壤理化性质关系的分析表示有机质含量及机械组成是科尔沁沙地Kfs的主要影响因素。（5）实验室方法对科尔沁沙地的草地、固定沙丘和流动沙丘0~100cm土壤水分特征曲线的研究表明，三类沙地0~100 cm 水分特征曲线均可用 Gardner 经验公式θ = Ah−B.较好地拟合；土壤持水能力以草地最大，而流动沙丘的最小。这些研究结果对于科学、合理地利用该研究区有限的水资源具有重要意义。