青藏高原多年冻土区活动层土壤入渗特征及机理分析

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0084

摘要/Abstract

摘要：

青藏高原多年冻土区活动层土壤的入渗规律研究是高寒区土壤水循环过程研究的主要内容。以青藏高原多年冻土区高寒沼泽草甸、高寒草甸和高寒草原的活动层土壤为研究对象，裸地为参照对象，分析了不同植被类型土壤的入渗规律及其主要影响因子。结果表明：不同植被类型土壤的入渗能力排序为高寒草原>裸地>高寒草甸>高寒沼泽草甸。高寒草甸土壤中致密的根系对土壤水分的运移具有强烈的阻滞作用，降低了土壤的入渗性能，而高寒草原土壤层根系较为稀疏，对土壤入渗的阻滞作用较弱，土壤水分向深层的渗漏速率较大。通过对比4种土壤入渗模型的模拟结果，发现Horton模型更适用于描述高寒草地土壤水分的入渗过程。另外，不同入渗模型对裸地入渗过程的模拟均优于其他植被类型草地，说明植被类型及植物的生长状况影响土壤入渗过程的模拟效果。全球变暖条件下，多年冻土区土壤入渗研究将为青藏高原多年冻土区陆地水文过程模型提供参数支持，为未来水资源变化研究提供基础数据。

关键词: 土壤入渗, 青藏高原, 多年冻土, 入渗模型

Abstract:

The infiltration law of active layer soil in permafrost area of Qinghai-Tibet Plateau is the main content of soil water cycle process in alpine region. In this study， the active layer soil of alpine swamp meadow， alpine meadow and alpine grassland in permafrost area of Qinghai-Tibet Plateau was selected as the research object， and the bare land was used as the reference object to analyze the infiltration law of soil with different vegetation types and its main influencing factors. The results showed that the infiltration capacity of soil of different vegetation types： alpine grassland > bare land > alpine meadow > alpine swamp meadow. This shows that the dense roots in the alpine meadow soil have a strong blocking effect on the movement of soil water and reduce the infiltration performance of the soil， while the roots in the alpine grassland are sparse， the blocking effect on soil infiltration is weak， and the leakage rate of soil water to the deep layer is large. By comparing the simulation results of four soil infiltration models， it is found that Horton model is the most suitable to describe the infiltration process of soil water in alpine grassland. In addition， the simulation of different infiltration models in the process of bare land infiltration is better than that of other vegetation types， indicating that vegetation types and plant growth conditions affect the simulation effect of soil infiltration process. The study on soil infiltration process in permafrost region will provide parameter support for the land hydrological process model of permafrost area of Qinghai-Tibet Plateau under the condition of global warming， and provide basic data for the study of water resources change in the future.

Key words: soil infiltration, Qinghai-Tibet Plateau, permafrost, infiltration model

中图分类号:

S152.7

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图/表 8

图1

图2

图3

表1

图4

表2

不同植被类型土壤入渗模型的拟合参数"

拟合参数		裸土	高寒沼泽草甸	高寒草甸	高寒草原
Kostiakov： $? f t = a t - b$	a	3.97±0.06	3.00±0.14	4.33±0.20	4.28±0.10
	b	0.11±0.01	0.30±0.02	0.23±0.02	0.10±0.01
	R²	0.91	0.88	0.84	0.83
Kostiakov-Lewis： $f t = a 1 + b 1 t - n$	a₁	1.26±0.79	-3.06±3.53	-0.42±1.51	1.95±0.68
	b₁	2.77±0.74	5.91±3.44	4.85±1.39	2.44±0.61
	n	0.17±0.07	0.10±0.08	0.21±0.10	0.23±0.11
	R²	0.91	0.89	0.86	0.83
Horton： $f t = i c + (i 0 - i c) e - k t$	i_c	2.66±0.01	0.85±0.02	1.73±0.03	2.95±0.02
	i₀	4.07±0.04	2.98±0.06	4.60±0.12	4.53±0.08
	k	0.10±0.01	0.09±0.01	0.11±0.01	0.12±0.01
	R²	0.98	0.98	0.97	0.97
Philip： $f t = S t - 0.5 + i c$	i_c	2.45±0.03	0.58±0.05	1.31±0.08	2.71±0.04
	S	1.78±0.12	2.58±0.22	3.42±0.28	1.84±0.16
	R²	0.85	0.80	0.82	0.80

表2

图5

图6

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	初始入渗速率	瞬变入渗速率	渐变入渗速率	稳定入渗速率	平均入渗速率
土壤初始含水量	-0.729	-0.652	-0.918	-0.912	-0.875
干密度	0.570	0.500	0.791	0.871	0.760
根系生物量	-0.514	-0.439	-0.753	-0.835	-0.716
有机质含量	-0.989^*	-0.977^*	-0.964	-0.950	-0.987^*
粉粒	-0.425	-0.375	-0.630	-0.773	-0.618
黏粒	-0.835	-0.815	-0.890	-0.968^*	-0.912
砂粒	0.457	0.410	0.652	0.793	0.644

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