黄土丘陵区刺槐生长季生态需水研究

刺槐林的生态需水量可以理解为该林地的蒸散耗水量,受大气环境、植被生长状况与生长特性、土壤水分条件的综合影响.林木暂时凋萎含水量和生长阻滞含水量分别是能保证林木基本生存和正常生长时土壤含水量的下限,因此,相应的刺槐林地耗水量分别为平均最小生态需水量和平均适宜生态需水量,其数值通过计算林地的潜在蒸散量并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得.经计算,黄土丘陵区燕沟流域刺槐幼年林生长季(5-10月)的最小生态需水量为420.3 mm,适宜生态需水量为506.7 mm;刺槐青年林的最小生态需水量为602.4 mm,适宜生态需水量为730.4 mm.     

黄土丘陵小流域植被生态用水评价

以黄土丘陵区安家沟小流域为例,计算了植被最小需水量,评价了不同植被类型的生态用水量。研究结果表明:(1)土壤含水量、蒸散量均与植被类型和降雨量密切相关。对于相同年份,乔灌林地的土壤含水量和蒸散量都显著地大于农地;对于相同的植被类型,干旱年份(2 0 0 2年)的土壤含水量和蒸散量都显著小于湿润年份(2 0 0 3年)。(2 )从月尺度来说,不论是干旱年还是湿润年,植被生态用水在生长季节旺季均低于其最小生态需水量;从年尺度来说,干旱年份所有植被生态用水均低于其最小生态需水量,但湿润年份所有植被(除小麦外)生态用水都可以达到其最小生态需水量;以多年平均降雨量为标准,马铃薯和沙棘可以达到其最小生态需水标准,其它4种植被类型都不能达到其最小生态需水标准。本文建议:对于半干旱黄土丘陵地区,植被恢复不宜以乔灌林为主,并注意斑块形状和种植密度;在植被恢复的过程中,可以采用人工方法,促进自然恢复,以加快植被恢复的过程     

石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算

基于遥感手段并运用ArcGIS 9.3软件统计获得石羊河流域1987,2000及2010年3期各类型天然植被面积数据,采用阿维里扬诺夫估算方法对石羊河流域各县区天然植被的生态需水量进行了估算。结果表明,石羊河流域1987,2000及2010年天然植被适宜生态需水量分别为2.43×10⁹,2.34×10⁹,2.06×10⁹ m³,其中各县区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为:肃南县> 天祝县> 永昌县> 民勤县> 古浪县> 凉州区> 金川区。石羊河流域林地、草地的生态需水量基本各占总需水量的1/2,但各县区林地、草地生态需水量的百分比差异明显,流域天然植被的水分利用率介于2.74~16.55 kg/(hm²·mm)。通过对石羊河流域3期天然植被适宜生态需水量的研究发现,流域天然植被无论从总需水量还是各优势盖度的需水量上均呈现减少趋势,因此确定天然植被的适宜生态需水量,对区域水资源的合理配置和科学制定生态恢复方案具有重要的现实意义和借鉴作用。     

降雨和蒸散对夏玉米灌溉需水量模型估算的影响

为揭示降雨和蒸散年际波动对作物灌溉需水量的影响机理,以华北平原南部地区夏玉米为研究对象,基于土壤水分概率密度函数建立灌溉需水量计算模型,分析了降雨、蒸散和灌溉需水量的年际波动特征,结合蒙特卡洛方法探讨了降雨和蒸散对灌溉需水量年际波动的贡献。结果表明:研究区夏玉米降雨参数年际波动显著,平均降雨量波动于4.958~25.003mm,变异系数为0.326;降雨频次波动于0.143~0.457 d-1,变异系数为0.170;平均降雨量和降雨频次均可采用Logistic分布描述:平均降雨量服从Logistic(11.273,2.022),降雨频次服从Logistic(0.318,0.029)。潜在蒸散量年际波动相对平稳,可采用对数正态分布描述:潜在蒸散量服从Log Normal(1.370,0.076)。灌溉需水量多年平均值为133.1mm,波动于8.1~381.8mm,变异系数为0.673,年际波动显著高于降雨和蒸散。平均降雨量对灌溉需水量年际波动的贡献率最大,其次为降雨频次,潜在蒸散量最小;在三者的共同作用下,灌溉需水量年际波动呈现出更大的不确定性。因此,在估算灌溉需水量时有必要对这种不确定性进行定量评估,针对不同降雨和蒸散条件制定合理的灌溉策略,为农业水资源管理和决策提供更可靠的科学依据。     

内蒙古鄂托克旗天然草地植被生态需水量研究

开展天然草地植被生态需水量研究,对维持草地系统生态健康和可持续发展意义重大。该研究以干旱风沙草原区鄂托克旗为研究对象,基于联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式及美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量计算方法,对各草地类型的生态需水量和生态缺水量进行计算,并对不同类型天然草地生态需水和降雨资源之间的平衡关系进行分析。结果表明:全旗全年生态需水量在丰水年为2.94×10~9m~3、平水年为3.07×10~9 m~3、枯水年为3.10×10~9m~3;全旗生态缺水量在丰水年为2.72×10~8m~3、平水年为5.00×10~8m~3、枯水年为1.15×10~9m~3。草地中生态需水量由大到小依次为温性荒漠草原类、温性草原化荒漠类、低地草甸类、温性荒漠类、温性草原类。在整个生长季中,鄂托克旗各草地类型生态需水在3、6、10月为盈余状态,其余月份均为严重亏缺状态。鄂托克旗草地生态系统整体处于水分亏缺状态,尤其是惠农站代表区,在枯水年水分亏缺指数超过50%。低地草甸类草地缺水程度较严重,建议在该类型草地分布范围内发展人工草地,温性草原化荒漠类草地缺水程度较轻,建议在鄂托克旗适当发展。研究结果可为区域草地水资源高效利用和退化草原系统恢复重建提供理论依据。     

黄土高原林草地覆盖土壤水量平衡研究进展

黄土高原地处干旱半干旱区,水是地区生态环境改善的主要限制因子,严重阻碍了当地的植被恢复和生态重建.黄土高原林草地覆盖土壤蓄水量既有收入,又有支出,始终处于一种动态平衡但相对亏缺的状态.以黄土高原降雨时空变化、林草地土壤水分入渗、土壤水分蒸发蒸腾、土壤干层的形成以及水量平衡模型模拟等几个关键因素为切人点进行详细阐述,对其国内外研究进展进行回顾.提出关于黄土高原土壤水量平衡的研究,应在成熟林草地水源涵养功能及林草地水文生态过程的尺度扩展方面加大力度.     

基于土壤前期含水量-降雨耦合关系的陕北黄土坡面产流临界降雨值

土壤前期含水量与降雨是坡面产流的主要影响因素。该研究基于超渗产流基本原理,通过引入土壤前期含水量与降雨2个指标,最终推导出基于土壤前期含水量-降雨耦合关系的坡面产流所需临界值公式。通过该公式结合土壤水分实测值对陕北黄土区吴起县典型植被群落干旱年、正常年和湿润年的产流临界降雨值进行模拟计算与分析。结果表明:1)陕北黄土坡面湿润年产流所需临界降雨量与干旱年和正常年存在显著差异,湿润年产流所需降雨量较少且油松湿润年理论产流值最低,仅需5. 60 mm;干旱年与正常年产流所需临界降雨量则不存在显著差异,但干旱年产流所需降雨量较大。2)不同植被类型产流所需最低降雨量不同,其中油松林地产流所需临界降雨量最小,即油松林地较易产流,沙棘纯林产流所需降雨量最大,即沙棘林地较难产流;且2种林地产流所需降雨量存在显著差异。土壤前期含水量与降雨二者耦合关系及其与坡面产流临界阈值的研究,对该区域预防土壤侵蚀带来的危害和水土资源高效利用具有重要意义。     

黄土丘陵区2种典型林分降雨分配特征及其主要影响因素

森林对降雨的分配是森林生态水文和生物地球化学循环中的重要过程之一。通过对黄土丘陵区2种典型林分(刺槐林和辽东栎林)生长季降雨分配过程的实地监测,探究2种林分的降雨分配特征及其主要影响因素。结果表明:试验期间,刺槐林和辽东栎林降雨分配各组[JP]分均表现为穿透雨量(325.0,295.1 mm)＞冠层截留量(39.8,73.6 mm)＞树干径流量(25.8,21.9 mm),同时穿透雨率(83.2%和75.6%)＞冠层截留率(10.2%和18.8%)＞树干径流率(6.6%和5.6%)。次降雨量是影响降雨分配的关键因子,穿透雨量和树干径流量与次降雨量间呈现极显著线性关系,冠层截留量与次降雨量间呈现极显著对数函数关系;穿透雨率和树干径流率与次降雨量间呈现显著对数函数关系,冠层截留率与次降雨量间呈现极显著指数函数关系。刺槐林和辽东栎林产生穿透雨的次降雨阈值分别为1.0,1.3 mm,产生树干径流的次降雨阈值分别为5.9,5.4 mm。刺槐林产生的穿透雨量和[JP]树干径流量均大于辽东栎林,而冠层截留量小于辽东栎林。研究结果为黄土丘陵区森林生态水文过程的研究提供基础数据,对该地区植被恢复过程中植被类型的选择具有指导意义。     

基于生态环境功能分区的关中-天水区生态需水量测评

为了解研究区生态功能区内生态需水的分布特征,明确区域水土资源利用方向和生态整治重点,以关中—天水区为对象,将RS和GIS技术结合,完成其生态功能区划指标体系的建立与功能区划分,利用植被和土壤生态需水测评模型对该地区植被—土壤复合系统生态需水量和空间分布规律进行计算和分析,并借助CA-Markov模型对各生态功能区2020年、2025年的单位面积生态需水进行了模拟预测。结果表明:关中—天水区生态环境功能区可划分为河道保护区、防旱抗旱区、农业种植区、植被保护区、水源涵养区和古城保护区6类;林地—黏壤土的生态需水最大,约为659.60 mm,草地—砂砾质壤土的生态需水最低,约为366.34 mm,极差为293.26 mm;功能区内林地、耕地、草地分布范围越广,生态需水量越大,其中单位面积生态需水量最小的为古城保护区,生态需水总量最小的为河道保护区;预测结果显示,2015年、2025年单位面积生态需水量最大的为植被保护区,2020年则为水源涵养区,而各年份生态需水总量最大的均为植被保护区。研究表明生态需水与土地利用方式和生态功能分区关系密切。     

宁夏盐池不同草地类型的土壤水分平衡研究

以位于农牧交错地带盐池县的6种不同草地类型土壤含水量为研究对象,通过监测各种类型草地0—100cm土层质量含水量的动态变化情况,运用Surfer制图软件分析牧草生育期土壤水分的空间分布特征;利用土壤水分平衡方程和土壤分层贮水量公式计算不同草地0—100cm土层总贮水量变化情况,结合试验地生长季降水量变化,分析了不同草地类型土壤贮水量动态变化与蒸散量的变化规律,结果表明:降雨和植被类型是不同类型草地土壤水分动态变化的主要原因,沙丘土壤水分随降雨量变化较为明显;移栽柠条地土层剖面生育期水分变异系数最大,表明干旱时土壤失水较多,降雨充足时蓄水最多。因此应增加沙丘植被覆盖,对柠条、苜蓿、草地应适度进行放牧和刈割,控制植被生长,减少植被蒸腾蒸发,提高土壤水分固持能力,维持土壤水分的可持续发展。     

陕北黄土高原植被区划及与林草建设的关系

在陕北黄土高原,根据植被的地理分布、植物区系背景、环境条件的地理变化及造林种草实践,从南至北可划分为落叶阔叶林区、森林草原区和干草原、沙化草原区。以延安一线为界,南部为森林地区,北部为草原地区;再以长城沿线为界,南部为森林草原区,北部为干草原、沙化草原区。延安一线和长城沿线为两条重要的生态分界线,就是这两条生态线把陕北黄土高原划分为森林、森林草原及干草原、沙化草原三个植被区。植被区划是造林种草的理论依据之一,陕北黄土高原的种树种草应遵循这两条生态线,使其与植被分区相符合。     

1999-2018年延安市各区县退耕还林草实施效果分析

为明析“退耕还林草”政策实施以来延安市各区县实施效果,基于统计年鉴数据,以1999—2018年延安市退耕还林草植被恢复概况为基础,分类汇总各区县退耕还林草面积(退耕还林、封山育林和荒山造林)、乔灌草分布和生态经济比例,总结该区退耕还林草工程实施效果,剖析其存在问题,建立适宜当地退耕还林草发展的综合治理模式,以期为后续退耕还林草工程实施提供理论参考。结果表明：(1)截至2018年,延安市累计完成退耕还林草面积71.82万hm²,主要在吴起县(13.78万hm²)、安塞区(9.48万hm²)和志丹县(9.04万hm²)最高,其中退耕还林面积最大(44.18万hm²),其次为荒山造林(26.02万hm²),封山育林最少(1.63万hm²);(2)植被覆盖度整体随时间显著增加(p<0.01),决定系数R²=0.87,主要分布在黄龙县(90.5%)、黄陵县(89.7%)和富县(86.7%),延川县、子长县和吴起县最低...     

黄土区荒草地土壤水平衡的数值模拟

林草植被深层土壤干燥化是黄土高原地区生态环境建设过程中面临的重大科学问题。采用人工降雨的试验方法,对黄土高原沟壑区荒草坡地不同水文年土壤水平衡进行了数值模拟,结果表明:当植被覆盖率较高时,WAVES模型可以应用于荒草坡地土壤水平衡的模拟;土壤储水量的模拟结果与实测值趋势很吻合,但有关参数的取值还有待于进一步研究;荒草地土壤水分收支基本平衡所需的雨季降雨量和年总降雨量分别为507.0mm和747.6mm,分别高于黄土高原地区多年平均的雨季降雨量和年总降雨量,预示黄土高原地区干旱年和平水年土壤水分易收支负平衡,从而形成土壤干层。     

人民胜利渠灌区净灌溉需水量时空变异及影响因子分析

为了揭示人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量的变化规律,明确作物种植面积、降水以及潜在蒸散量对农业净灌溉需水量的影响程度,利用面向对象的变化检测方法提取人民胜利渠灌区作物种植面积信息,基于土壤水分动态随机模型构建农业净灌溉需水量计算模型,并对主要环境因素进行敏感性分析。结果表明:2005-2015年人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量介于5.76×10~8~6.97×10~8 m~3之间,呈波动变化,西南、东北地区农业净灌溉需水量较高;潜在蒸散量是该灌区净灌溉需水量变化的决定性因素,敏感性变化幅度为22.5%,降水参数影响其次,日降水频率贡献率更大,敏感性变化幅度为-16.4%,作物种植面积对其影响较小,敏感性变化幅度在5%以下。研究结果对人民胜利渠灌区农作物种植结构调整和农业用水量合理配置具有参考意义。     

九龙江流域生态需水量时空变化趋势分析

为了维持和保护流域生态系统健康,避免流域生态环境退化,进行流域生态需水量的确定和研究是有必要的。根据九龙江2000—2018年2个水文站实测数据,结合Tennant法确定河道内生态基流,选择面积定额法,利用流域内土壤质地分布状况,以及基于遥感开发的MCD12Q1土地利用产品和MOD16A2蒸散发产品估算植被生态需水量,并对区域生态环境需水量进行时间变化趋势分析和空间分布分析。结果表明：(1)在2000—2018年,九龙江流域有林地、草地面积整体呈现增加趋势,农田、疏林地面积呈现下降趋势;(2)九龙江流域内北溪、西溪河道内多年平均生态需水量分别为22.68亿m³,10.67亿m³,植被多年平均生态需水量为105.27亿m³;(3)有林地、草地的生态需水量呈显著上升趋势,疏林地、农田生态需水量呈下降趋势,前者显著,后者不显著。受人类活动影响,九龙江流域土地覆盖/利用类型年际变化剧烈,因此在区域生态需水量变化中其作用不可忽略,随着遥感/GIS技术的发展,对土地覆盖/利用类型以及植被蒸发量的高时空分辨率观测变得可能,有助于准确预...     

木论喀斯特森林水土流失规律研究

森林水土流失是森林水文生态效益评价的重要指标。通过坡面径流小区测流法,于2006—2010年连续5a对木论喀斯特森林及灌草坡植被进行水土流失的对比观测研究。结果表明:(1)林地年地表径流量为0.78～2.85mm,年均值为1.77mm,占年均降雨量的0.10%,比灌草坡(5.87mm)减少了69.8%;(2)林地年土壤侵量为9.9～28.5kg/hm2,年均值为17.7kg/hm2,比灌草坡(58.7kg/hm2)减少了69.8%;(3)林地年养分(N,P,K)流失量为0.008～0.028kg/hm2,年均值为0.019kg/hm2,比灌草坡(0.064kg/hm2)减少了70.3%;(4)土壤及养分流失主要集中在5—8月,分别占全年流失总量的76.3%,92.7%,与该区同期降雨量的年内分配相匹配。     

三峡库区典型森林植被对降雨再分配的影响

为探讨三峡库区不同森林植被对降雨再分配的影响,选择位于湖北库区中上段的巴东县、重庆库区下段的四面山、缙云山的针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,利用重庆市缙云山2012年4-9月期间测得的52场降雨、林内穿透雨、树干径流观测资料,建立林冠截留模型,对降雨再分配特征进行综合分析,并与巴东县和四面山的降雨再分配特征进行对比分析.结果表明：1）缙云山、四面山、巴东县的针阔混交林、常绿阔叶林林内穿透雨量与降雨量呈显著的线性关系,林冠截留量与降雨量呈显著的幂函数关系;2）缙云山、四面山、巴东县针阔混交林出现林内穿透雨所需要的最小降雨量分别为1.0、1.8和2.6 mm,常绿阔叶林出现林内穿透雨所需要的最小降雨量分别为1.1、3.0和1.1 mm;3）3个地点的针阔混交林的平均林冠截留率均大于常绿阔叶林的平均林冠截留率;4）在相同降雨条件下,林冠截留能力因地域不同,具有差异,即针阔混交林的林冠截留率从大到小的排列顺序为重庆市缙云山（46.00％）、重庆市四面山（41.42％）,湖北省巴东县（22.30％）,常绿阔叶林的林冠截留率由大到小的排列顺序为重庆市四面山（28.78％）,重庆市缙云山（23.09％）,湖北省巴东县（21.69％）.     

托木尔峰自然保护区台兰河上游不同植被类型的水源涵养功能

为了研究托木尔峰自然保护区生态系统的水源涵养功能,选择台兰河上游为研究区域,采用野外观察与室内试验相结合的方法,分别对该区域具有代表性的雪岭云杉林、灌木林、草地植被,从林冠层、枯枝落叶层和土壤层3个层次及综合性的水源涵养能力进行了定量分析。结果表明:研究区云杉林林冠截留能力优于灌木林,穿透降雨量及林冠截留量平均值均大于灌木林。除草地外,各样地枯枝落叶未分解层平均厚度均大于半分解层,云杉林枯枝落叶层的厚度和蓄积量明显大于灌木林,不同植被类型枯枝落叶半分解层的自然持水率、最大持水率均高于未分解层,云杉林枯枝落叶层自然持水率、最大持水率均高于灌木林,灌木林和云杉林的枯枝落叶未分解层有效拦蓄量均高于半分解层。不同植被类型平均土壤容重大小表现为草地灌木林云杉林,土壤孔隙度的平均值大小则与之相反;不同植被类型的土壤自然含水率、饱和含水量及非毛管持水量均表现为云杉林灌木林草地,而不同植被类型30cm深土层的蓄水能力变化则存在差异。研究区不同植被类型的水源涵养能力在181.06~237.63mm,综合、有效水源涵养能力均表现为云杉林灌木林草地,其中土壤层的涵养贡献率最大,总有效蓄水量远小于总持水量。综上所述,台兰河上游云杉林和灌木林具有较好的涵养水源能力,放牧强度和人为干扰是影响研究区不同植被类型尤其是生境脆弱的草地植被水源涵养功能的重要因素。