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土壤水分动态研究分析

发布时间:2018-07-18 点击量:224

土壤水分

    土壤水是地球表层系统的重要组成和水文循环的核心,控制着基本的陆地生态系统格局与过程,是陆地生态系统健康运行的关键。水文过程对生态系统的影响主要是由土壤水分动态决定的,土壤水分动态通过对植被水分胁迫的发生、强度和历时的影响,决定着气孔导度、光合作用和生态系统的净初级生产力,而且土壤水分含量影响着土壤微生物活动、植物N生产和N吸收,从而控制着N循环和植物N的可获得性。在气候一土壤一植被动态系统中,土壤水分动态受一系列水文、气候和生态过程影响,如降雨、林冠截留、地表人渗、深层渗漏和植被水分利用等。而在土壤一植被一大气连续体中,土壤水分是研究大尺度陆地表面过程与大气系统相互作用的重要组分,土壤水分通过对冠层导度的影响调节植被景观到陆地表层大气的水汽通量,对大气湿度和大气边界层有强烈的作用,终反馈于降水格局和水循环,同时受气候系统的影响,形成反馈环特别是植被与水、植被与气候、土壤水分与气候间的反馈关系为显著。

土壤水分动态

    土壤水分动态是研究水文过程和陆地生态系统相互作用及反馈必不可少的一环,是气候、土壤性质、地形和植被类型等因素非线性作用的结果,所以对其分析表现出高度复杂性。这种复杂性主要因为:土壤水分格局与植被动态密切联系在一起,如植物根系吸水受土壤水分波动的影响,也是产生这种波动的主要驱动因素;气候、土壤性质、地形和植被类型对土壤水分动态作用表现出强烈的非线性;降水是土壤水分平衡主要驱动力,表现为脉冲的、无规律的随机事件,是生态水文系统的随机输入项,气候变化加剧了不确定性、随机性和不可预测性烈。因此在气候、土壤和植被非线性系统作用下的土壤水分动态也表现为随机脉动特征,需要对土壤水分平衡进行随机描述,即土壤水分动态随机模拟。

土壤水分平衡    

    土壤水分平衡方程是水文学的基础方程,通常是研究土壤水分动态的基石,研究水文过程与生态过程相互作用的桥梁,以及大尺度陆地表面与大气过程的关键。土壤水分动态主要取决于土壤水分平衡的输入和输出项,即降雨入渗、蒸散发和泄流。土壤水分动态模拟的复杂程度主要取决于对各生态水文过程和多个土壤层进行描述的详细程度。根区土壤水分含量是水文循环必不可少的组成部分,也是陆地生态系统健康运行的关键。土壤含水量随时间的变化,由来自降雨和融雪的水分输入、通过土壤蒸发植物蒸腾和深层渗漏补给地下水的水分损失过程来平衡。一般来讲,土壤水分含量是植物水分可得性的时间条件,可提供水分供给与水分需求相对状态的整体评价。通过土壤水分收支和表面能量平衡的结合,农学家、农业气象学家、水文气象学家和生态水文学家已经发展了大量模型用于计算土壤水分含量和蒸散量。根据土壤水分平衡中气候、土壤、植被和地下水过程定量化描述的详细程度,对土壤水分模型进行了简单分类。降雨与蒸散发等气象因素的不确定性,决定了土壤水分含量变化的随机性。基于土壤水分平衡的土壤水分动态随机模拟,现有的大量模型多将降雨和蒸散发作为随机因素,特别是以降雨为随机因素的模型居多。这些研究可以分为两类:一类是将降雨作为随机因素纳入到根区土壤水分平衡方程,而蒸散发被视为确定性变量;另一类是在降雨波动不强烈,而其他气候因素随机性显著的地区,可能将降雨视为确定性变量,而蒸散发视为随机因素。

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