【摘要】：水文循環(huán)與生態(tài)過程的相互聯(lián)系、相互影響是生態(tài)水文學(xué)研究的核心問題,是合理開發(fā)利用水資源和生態(tài)系統(tǒng)自然資源的理論基礎(chǔ),也是科學(xué)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的依據(jù)。水分是生態(tài)水文過程的主要驅(qū)動(dòng)力,后者的發(fā)展多受到水分的控制。本文對(duì)水分控制下的生態(tài)水文過程進(jìn)行了研究,從機(jī)理上闡述了氣候變化對(duì)生態(tài)水文過程的影響。首先,論文通過數(shù)據(jù)搜集,在中國東北樣帶中部的科爾沁沙地對(duì)生態(tài)水文最優(yōu)性理論進(jìn)行了驗(yàn)證和應(yīng)用。結(jié)果表明在合理選擇參數(shù)取值的情況下,該理論適用于所選研究地區(qū),并且分析得到理論植被蓋度和觀測植被蓋度的差異主要受到非生長季水量平衡余項(xiàng)影響。應(yīng)用該理論在植被蓋度和植被形態(tài)特征、氣候因子之間建立了定量關(guān)系。其次,論文中用降雨特征參數(shù)表述降雨量變化,定量分析了降雨特征變化對(duì)植被蓋度的影響。結(jié)果表明,隨著降雨總量的增大,植被蓋度增大;隨著降雨頻率的增大,植被蓋度先增大后減小;非生長季長度越長,植被蓋度對(duì)非生長季水分蓄變量相關(guān)參數(shù)越敏感。論文進(jìn)而分析了不同植被類型潛在蒸騰需求對(duì)植被蓋度的影響,發(fā)現(xiàn)潛在蒸騰能力不同的植被類型對(duì)不同的降雨特征變化的適應(yīng)范圍存在差異。將上述植被蓋度與降雨之間的量化關(guān)系代入水量平衡方程,通過歸因分析,可以區(qū)分降雨變化引起水量平衡變化的直接和間接貢獻(xiàn)。再次,論文耦合隨機(jī)土壤水模型建立了土壤-植被系統(tǒng)水-碳-氮循環(huán)模型,從土壤水對(duì)植被養(yǎng)分循環(huán)的控制角度闡述了水分條件對(duì)植被生長的控制作用。通過隨機(jī)過程理論和統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)土壤-植被系統(tǒng)各碳、氮庫物質(zhì)之間存在顯著相關(guān)關(guān)系。降雨通過改變土壤水從而影響各碳、氮庫物質(zhì)含量,隨著降雨增加,植被碳、氮含量、土壤總含碳量增加,土壤有機(jī)含氮量和可溶性無機(jī)含氮量減少。論文最后綜合水分條件對(duì)植被蓋度和土壤-植被系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)控制的理論和模型,在未來氣候情景下模擬了中國東北樣帶的主要生態(tài)水文過程變化。結(jié)果表明:(1)不考慮蒸騰潛力變化,植被蓋度在未來氣候情景下增加;考慮蒸騰潛力變化,植被蓋度在未來氣候情景下變化不大;(2)根據(jù)未來氣候情景改變降雨輸入條件,土壤-植被系統(tǒng)除土壤總含碳量外,其他各庫物質(zhì)含量到2070年均達(dá)到新的平衡。
【圖文】：

圖 1.1 論文研究思路及主要內(nèi)容本章之后，論文其他各章的主要研究內(nèi)容如下：第 2 章通過收集整理典型流域相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)生態(tài)水文最優(yōu)植被蓋度理論驗(yàn)證，并在流域尺度上對(duì)該理論進(jìn)行了應(yīng)用，進(jìn)一步通過該理論定量分析了度與植被特征參數(shù)、氣候因子間的關(guān)系。第 3 章對(duì)生態(tài)水文最優(yōu)植被蓋度理論進(jìn)行簡化，，建立了植被蓋度降雨響，以探究降雨特征對(duì)植被蓋度的影響，分析水分需求不同的植被類型對(duì)降雨適應(yīng)范圍。應(yīng)用植被蓋度降雨響應(yīng)模型，通過歸因分析區(qū)分了降雨變化對(duì)區(qū)平衡變化的直接貢獻(xiàn)和間接貢獻(xiàn)。第 4 章為考慮土壤水控制的土壤-植被系統(tǒng)碳-氮耦合循環(huán)研究。在理論慮生態(tài)水文最優(yōu)性理論中降雨特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，將降雨概化為隨機(jī)過程引入隨機(jī)土壤水模型，在此基礎(chǔ)上耦合土壤水動(dòng)態(tài)，構(gòu)建了土壤-植被系統(tǒng)合循環(huán)模型。應(yīng)用該模型模擬了土壤-植被系統(tǒng)碳-氮循環(huán)的動(dòng)態(tài)特征，并分統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)之間的相互關(guān)系。

態(tài)環(huán)境修復(fù)需求迫切。而在滿足生態(tài)植被修復(fù)需求的同時(shí)，該地區(qū)面臨著水資源短缺等嚴(yán)峻問題，需要慎重考慮植被與水的關(guān)系問題。本章選擇位于科爾沁沙地西緣的干旱半干旱西拉木倫-老哈河流域作為研究對(duì)象（圖2.1），其地理覆蓋范圍在41°06′～44°28′N，116°36′～118°53′E，流域面積 6.22 × 104km2，覆蓋了科爾沁沙地的主要核心區(qū)域，是科爾沁沙地區(qū)域內(nèi)的主要河流。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X143

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2647890