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摘要
生物结皮在高寒地区广泛发育,是影响冻土环境的重要因素之一。为了解高寒冻土区生物结皮对浅层土壤水热过程的影响,以黄河源区玛多县季节冻土区生物结皮为研究对象,采用定位监测的方法,分析了统一地貌单元内两种不同类型的生物结皮对浅层(0—50 cm)土壤水热变化的影响。研究结果表明(1)生物结皮对冻土浅层土壤水热过程有显著的影响,且与土壤的冻结融化状态密切相关:在冻结状态下,生物结皮对土壤水分和温度均没有显著影响;而在融化期,与裸地相比,两种类型生物结皮均增加了不同土层土壤未冻水含量,同时降低了浅层土体温度。(2)生物结皮对冻土浅层土壤水热过程的影响还与生物结皮的类型密切相关:1)其中深色藻结皮增加了5—15 cm土层土壤含水量(1%—5.4%),而浅色藻结皮增加了30 cm土层土壤含水量(5%—12%),且深色藻结皮的降温效应(1.1—2.1℃)显著高于浅色藻结皮(0.8—1.3℃)。(3)生物结皮覆盖下冻土浅层土壤中未冻水含量与土壤温度呈复杂的耦合作用。根据土壤中未冻水含量与温度的变化关系可分为三个阶段:T<-4℃时,土壤处于完全冻结状态,深色藻结皮覆盖下,土壤未冻水含量保持在4.3%左右;当土壤温度-4<T<4℃时,土壤未冻水含量与土壤温度呈正相关关系,土壤温度影响土壤含水量,随着土壤温度升高土壤未冻水含量增加;土壤温度T>4℃,土壤未冻水含水量与土壤温度呈负相关关系。此阶段水热相互耦合,随着土壤温度升高,土壤中未冻水含量的降低。同时土壤含水量影响土壤温度,随着土壤含水量的增加,土壤温度降低。研究结果揭示了高寒草甸退化过程中生物结皮对冻土浅层土壤水热过程的重要影响,这一研究结果将为后期冻土区生态修复提供理论依据。
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单位冻土工程国家重点实验室; 中国科学院西北生态环境资源研究院; 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室; 中国科学院水利部水土保持研究所; 吉林省水利科学研究院
