红壤坡地柑橘园水土保持水文效应研究

论文摘要

果业在江西是仅次于水稻和蔬菜的第三大产业,在江西经济中占有重要地位,尤其是柑橘类产业在全国总种植面积排名第二,是江西果业的支柱。柑橘园林生态系统是区域生态系统的重要组成部分,针对江西柑橘果业开发中存在的严重水土流失问题和柑橘园水文特征,以椪柑（Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan）为研究对象,通过在江西省水土保持生态科技园的15个标准径流小区和宁都县东坑、城源两个小流域脐橙园内,对林外降雨、林内降雨、树干茎流、枯落物截流、地表径流以及土壤含水量的动态变化的长期观测,研究椪柑林生态系统的水分分配、运输以及动态变化等,掌握水分循环的过程及规律,探讨红壤坡地柑橘园林水土保持措施对水文过程及其效益的影响。研究内容包括降雨特征分析、冠层截留、土壤水分动态特征、坡面产流产沙特征以及入渗和产流的模型模拟。主要研究成果如下：1.研究区内降雨量、降雨强度的年内、年际变化根据研究区2001-2010年降雨观测资料的分析表明：研究区域雨水资源丰富,多年平均降雨1317mm,平均雨强为1.68mm/h,2001-2010年间共降雨1508场次。全年降雨量的70.9%集中在3-8月份,其余7个月的降雨量只占全年降雨量的29.4%。全年降雨呈双峰型曲线,一年中最大降雨出现在4月份,5、6、7月逐渐回落,而8月份出现又一峰值,多年平均降雨量最小值在12月。通过采用Mann-Kendall趋势分析法,对2001-2010年10年来降雨量特征的分析,得出年际降雨量特征存在时间段上波动,基本保持稳定状态；春季、秋季和冬季表现出不显著下降趋势,只有夏季表现出不显著上升趋势；汛期保持平稳趋势,主汛期和非汛期分别呈现不显著下降和上升趋势。2.椪柑林地冠层截留和枯落物特性椪柑林冠截留率平均为29.61%,茎流率为25.67%,而穿透雨比例占44.72%,也就是说70.39%的降水将进行第二次分配。单株林冠截留量与林外降雨量的关系表现为林外降雨量增大,林冠截留的降雨也随着增大,二者呈现显著线性相关。当降雨量低于20mmm时,二者相关性更强；当降雨量超过20mmm后,二者的相关性较差。说明林冠的截留能力存在一个最大值,即容许最大截留量,或林冠截留容量。茎流量与林外降雨量关系密切,林外降雨量越大,茎流量也越大,二者呈显著的线性相关关系。43场降雨的茎流量观测数据平均为4.72mm,占到林外降水量的25.67%。试验显示碰柑枯落物的最大持水率为325.73%,为枯落物自身干重的3.26倍。3.不同水保措施下椪柑林地土壤水分分布、特征与变化由于地表径流和壤中流的作用,全年土壤平均含水量随着深度的增加基本呈增加的趋势,0-10cm土层土壤含水量在11%-29%之间,10-20cm土层土壤含水量在12%-31%之间,20-30cm土层土壤含水量在14%-32%之间,30-40cm土层土壤含水量在18%-38%之间。通过对各处理措施小区的比较,在10cm土层,狗牙根（Cynodon dactylon （L.） Pars.）带状覆盖的平均土壤含水量最高,20cm和30cm土层,百喜草（Paspalum riatatu）带状覆盖含水量最高,40cm土层百喜草全园覆盖的含水量最高。坡地椪柑林地生草种植能够有效拦截径流,蓄积水分,使降雨和地表径流蓄积在坡面上,而不是顺坡流失,条带植草覆盖因其耗水量小所以保水效果最好。多年未翻耕的裸露小区,平均土壤含水量保持在较高水平,表明地表结皮可降低蒸发保持土壤水分。各处理小区土壤水分随季节的变化有着较为一致的变化趋势。在10cm土层,整体看来,各小区的土壤含水量一年内随季节变化的特征都有三峰两谷。第一次峰值出现在春季4月,6月份的土壤水分含量最大,达到第二个峰值。8月份土壤含水量全年最低,呈现土壤水分的第一个低谷,到10月份,土壤含水量回升,达到第三个峰值,12月份土壤含水量较低,呈现土壤水分的第二个低谷。在20cm土层、30cm土层和40cm土层,土壤含水量随季节的变化与10cm土层有着相似的变化趋势。水保措施对土壤水分的保持具有重要作用,植被覆盖度越高,土壤水分含量的变化越小4.不同处理下红壤坡地椪柑林地产流产沙特征降雨是地表径流的主要来源,2001-2010年从试验观测数据中选取了59场独立的单场降雨,进行了回归分析,径流量随雨量、雨强、历时增大而增大,与雨量相关性最高,与雨强的相关性次之,与降雨历时的相关性最差。这说明降雨量显著影响径流量；而雨强对径流量的影响程度不如降雨量对径流量的影响程度显著。统计分析2001-2010年降雨产流观测数据,结果表明水土保持措施均能显著提高坡地果园的减流效益。红壤坡地泥沙量与降雨量、30min.降雨强度、降雨动能呈显著线性相关,但泥沙量与降雨量的相关性普遍小于径流量与降雨量的相关性；大暴雨和特大暴雨是红壤坡地椪柑林地产生土壤流失的主要降雨类型。此外,泥沙量与降雨径流量显著相关,且相关性较泥沙量与降雨量、30min.降雨强度、降雨动能和前期降雨量更为密切。5.不同处理椪柑园地侵蚀性降雨及降雨侵蚀力特征不同处理椪柑园地侵蚀性降雨标准差异很大,侵蚀性降雨标准从小到大的顺序为清耕果园9.8mm、耕作组10.37mm、梯田组11.34mm、林草措施组14.69mm。降雨侵蚀力与降雨量的年际变化基本一致,即降雨量大的年份降雨侵蚀力值也大,而降雨量小的年份降雨侵蚀力也小。6.不同处理径流泥沙年际变化特征通过对各试验小区的年际径流泥沙特征变化分析得出：各小区的径流泥沙随着时间的延长,呈现出不同程度的减少趋势。通过在椪柑园实施水土保持植物、耕作和工程措施,可以起到了很好的蓄水保土效应,对于增加椪柑产量,改善当地的生态环境具有明显的促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.1.1 研究的重要意义
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 森林水文学研究进展概述
• 1.2.2 降水截留研究
• 1.2.3 土壤入渗及水分运动研究
• 1.2.4 径流研究
• 1.3 研究内容
• 第二章 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 江西省水土保持生态科技园概况
• 2.1.2 东坑柑橘园概况
• 2.1.3 城源集水区概况
• 2.2 研究方法和技术路线
• 2.2.1 技术路线
• 2.2.2 试验小区设置
• 2.2.3 定位观测
• 第三章 降雨特征分析研究
• 3.1 自然降雨特征
• 3.1.1 降雨的年际分布
• 3.1.2 降雨的年内分布
• 3.1.3 降雨强度特征
• 3.1.4 降雨的等级分异
• 3.2 降雨趋势分析
• 3.2.1 Mann-Kendall检验方法
• 3.2.2 年际降雨量特征分析
• 3.2.3 月际降雨量变化特征分析
• 3.2.4 特征时段降雨量变化特征分析
• 3.3 小结
• 第四章 冠层截留及枯落物持水
• 4.1 森林水分循环及水量平衡
• 4.2 降水的分配格局
• 4.3 穿透降雨量
• 4.4 树干茎流量
• 4.5 林冠截留
• 4.6 枯落物持水
• 4.7 小结
• 第五章 土壤水分动态特征
• 5.1 柑橘林地土壤水分分布、特征与变化研究
• 5.1.1 土壤水分的季节性变化
• 5.1.2 土壤水分的垂直特征
• 5.1.3 不同坡位的土壤水分分布特征
• 5.2 水土保持措施对柑橘林地土壤水分的影响
• 5.2.1 植物措施对土壤水分的影响
• 5.2.2 工程措施对土壤水分的影响
• 5.2.3 土壤水分灰色关联分析
• 5.3 小结
• 第六章 坡面产流产沙特征
• 6.1 坡面径流特征及影响因素分析
• 6.1.1 地表径流特征
• 6.1.2 地表径流影响因素分析
• 6.2 坡面产沙特征及其影响因素
• 6.2.1 坡面产沙特征
• 6.2.2 降雨对坡地产沙的影响
• 6.3 柑橘园不同建园模式水土保持水文效应
• 6.4 坡面产流产沙趋势分析
• 6.4.1 各小区径流泥沙年际变化特征分析
• 6.4.2 各小区径流年际变化特征分析
• 6.4.3 各小区泥沙年际变化特征分析
• 6.5 小结
• 第七章 降雨入渗产流模拟
• 7.1 入渗过程的数学模拟
• 7.1.1 自然降雨入渗过程模型建立
• 7.1.2 自然降雨入渗过程模拟模型算法和数值求解
• 7.1.3 结果分析
• 7.2 坡面产流模拟
• 7.2.1 模型建立
• 7.2.2 模型求解
• 7.2.3 结果分析
• 7.3 小结
• 第八章 研究结论
• 8.1 结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 本研究的不足
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 在读期间取得成果
• 在学期间承担科研项目
• 在学期间发表论文