森林植被生态需水量的确定和计算--以泾河流域为例

森林植被的生态需水可以理解为林地的蒸散耗水量,与土壤含水量关系密切.根据土壤水分有效性的划分,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,相应的林地耗水量分别为林地的最小生态需水定额和适宜生态需水定额,其数值通过计算林地的潜在蒸散并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得.根据最新遥感图像资料,在GIS支持下,计算了泾河流域现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量,分别为203 960×104 m3和340 330×104 m3.     

基于河流生态类型划分的海河流域平原河流生态需水量计算

根据河流现有生态状况,首次将海河流域平原河流划分为干涸沙化、水质污染和生境破坏三种类型,并针对不同类型河流特点和修复目标,分别用植被需水定额法、75%保证率最枯月平均流量法、生物空间最小需求法和槽蓄法计算了生态需水量。结果表明,海河流域平原河流最小生态需水量为18.12亿m3,相当于流域多年平均流量的8.4%。最后将上述四种计算方法分别与Ten-nant法进行了比较。用植被需水定额法计算的干涸沙化型河流生态需水量结果约占多年平均径流量的2.4%～5.5%,远小于Tennant法的最小生态需水量;75%保证率最枯月平均流量计算的水质污染型河流所需的生态水量占多年平均径流量的百分比为15%左右,略高于Tennant法计算的最小生态需水量;用生物空间最小需求法计算的滦河生态需水量占多年平均径流量的百分比为6%,接近于Tennant法计算的最小生态需水量;槽蓄法计算的生态需水量结果与河流水量修复目标密切相关。总的说来,本文所采取的计算生态需水量的方法在海河流域是可行的。     

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     

基于遥感方法的黄河三角洲生态需水量研究

生态环境需水量是当前水资源管理等学科研究的重点和难点。对于河流生态环境需水量已形成比较系统的理论和计算方法,但对于其它生态系统则没有固定的计算模式,生态需水量项目也因具体环境而异。依据黄河三角洲自然保护区生态系统特点,其需水量项目主要有植物需水量、湿地蒸散量、土壤需水量、野生生物栖息地需水量、补给地下水需水量和防止岸线侵蚀及河口生态环境需水量等。遥感技术在区域资源环境研究方面具有极大优越性,本文利用遥感技术重点对黄河三角洲湿地生态系统需水量中的蒸散量进行了计算,其它需水量项目则用一般方法进行了计算。计算结果表明黄河三角洲自然保护区最小生态需水量为19.21亿m3,最大生态需水量为42.14亿m3。为维持自然保护区生态环境不再恶化,每年需补给的最小生态水量为12.3亿m3。     

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...     

扎龙国家自然湿地生态环境需水量研究

湿地生态环境需水是指维持湿地生态系统生态平衡和正常发展、保障湿地系统生态水文功能和相关环境功能正常发挥所需的水量,以扎龙国家自然湿地为例,选取植被需水量、土壤需水量、生物栖息地环境需水量及污染物净化需水量为主要指标,估算了扎龙湿地生态环境需水量。按照湿地管理的需要,划分扎龙湿地生态环境需水量为5个级别,其中最小生态环境需水量为24 588×108m3,中等需水量为40 879×108m3,最大需水量为71 934×108m3。     

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。     

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.     

基于SEBAL模型的农牧交错区蒸散演变及生态需水规律

[目的]对典型农牧交错区的蒸散格局、演变特征及其生态系统需水规律进行研究,为区域生态治理和水资源管理提供科学依据。[方法]以宁夏回族自治区盐池县为例,选择2000—2017年的4期Landsat遥感数据和气象资料等辅助数据,利用SEBAL模型反演该县不同时期秋季初的日蒸散,结合同期土地利用类型数据进行分析研究。[结果]①秋季初的日蒸散量由2000年的0.89 mm/d增加到了2017年的1.71 mm/d,增幅为92.1%,增强趋势显著。②日蒸散具有较强的空间异质性,总体呈南高北低的格局,尤以东南部的黄土丘陵区蒸散最高;近17 a蒸散的年增幅也表现出南高北低的特征,但不同时段的年增幅空间格局存在较大差异。③不同地类的蒸散存在差异,耕地、林地和草地的平均蒸散量分别为1.42,1.33,1.27 mm/d,但蒸散量年增幅最大的是草地。④近17 a盐池县生态需水总量和各地类的生态需水量都在增加,各地类生态需水量由高到低依次是草地、耕地和林地,但单位生态需水量最高的是耕地,最小的是草地;近17 a耕地和林地的生态需水量占总生态需水量的比例在下降,而草地生态需水量的比例则呈上升趋势。[结论]在盐池县大力实行生态治理工程的背景下,区域蒸散显著增强,植被生态系统的需水量明显增加,不同地类的蒸散和需水结构也发生变化。     

内陆河下游民勤绿洲主要防风固沙植被生态需水量研究

通过大型蒸渗仪和植物径流测定系统对民勤绿洲5种主要防风固沙植物单株生态需水进行了测定,并结合G IS和野外调查,确定不同植被类型的面积、生态需水定额和生态需水量;通过天然降水与生态需水的耦合,分析了不同植被类型生态需水的时空变化规律。研究表明,5种植物年平均单株最大生态需水定额分别为:沙枣1597.4 mm、新疆杨806.77 mm、梭梭534.05 mm、柽柳426.76 mm、白刺318.83 mm;5种植被年最大生态需水总量为2.29×108m3;实际生态需水量分别为:新疆杨0.29×108m3、沙枣0.69×108m3、梭梭0.44×108m3、柽柳0.05×108m3、白刺0.02×108m3,总实际生态需水量1.49×108m3,减去0.35×108m3有效天然降水用于植被生态需水,另需1.14×108m3的生态需水,占民勤绿洲总用水量的14.92%;降水高峰期与植被生态需水的高峰期一致,主要集中于6,7,8,9四个月,分别占全年的74.1%和77.25%;有效降水对杨树、沙枣、梭梭、柽柳和白刺生态需水的贡献率分别为8.59%,10.29%,43.25%,58.4%和196%。     

极端干旱区不同水分条件下胡杨林生态耗水特征

以极端干旱区胡杨林为研究对象,探究不同水分条件下胡杨林土壤水分运动规律和胡杨生态耗水特征。结果表明:HYDRUS-1D模型对极端干旱区胡杨林土壤水分运动和蒸散发过程具有良好的模拟效果。不同水分条件下胡杨林土壤水分运动特征和生态耗水变化差异明显。随着下垫面水分条件趋于湿润,土壤水分含量和湿润锋入渗深度均出现增加,入渗深度分别达到100,120,150cm。下垫面水分条件改变导致土壤水分存蓄情况发生变化。下垫面水分补给增加的同时胡杨林蒸散发呈明显增加,其中植被蒸腾增加显著。随着水分条件逐渐湿润植被蒸腾占总蒸散比例由55%升至65%。研究显示,随着下垫面水分条件逐渐湿润,极端干旱区胡杨林生态耗水量逐渐增加,其中植物蒸腾消耗是造成水分耗散增加的主要原因。     

祁连山区不同土地覆被类型下土壤水分变异特征

结合土壤、植被、地形等要素,建立黑河上游土壤水文观测体系,收集代表黑河上游区域特征的36个定位观测点土壤水分数据和12个气象站的降水数据,采用经典统计方法揭示祁连山区区域尺度上7种土地覆被类型下的土壤水分变异特征。结果表明,降水和植被特征是影响生长期土壤水分的主要因素。降水量大的土地覆被类型上土壤水分值较高。同时土壤水分值越低,降水补给和蒸散发消耗所引起的相对波动就越大,导致其变异性越大。由于植被根系对土壤水分的显著影响,高盖度草地、低盖度草地的土壤水分值在剖面各层变化不大,而农田、草甸、灌丛、林地和裸地土壤水分值随深度变化较明显。草甸、灌丛、裸地土壤水分整体均在夏季最高、秋季次之、春季最低。农田和高盖度草地土壤水分均呈现秋季最高、夏季次之、春季最低。土壤水分变异程度除灌丛外,存在春季变异最大,夏季次之和秋季最小的规律。降水是导致土壤水分值和变异系数在夏、秋季变化的主要因素,而土壤冻融过程则是导致其在春季变化的主要因素。总而言之,祁连山区土壤水分具有明显的空间分布差异与季节变化特征,与不同土地覆被类型的降水条件、植被特性和人工影响都有着密切的关系。     

鄂北地区水稻适宜节水模式与节水潜力

研究作物需水规律、探寻适宜节水模式对缓解农业用水短缺十分重要。该文基于长渠灌溉试验站2009-2013年的水稻灌溉试验数据,分析了浅灌、中蓄、湿润3种传统灌溉模式下水稻的需水规律;运用率定后的ORYZA_V3模型模拟了30 a(1981-2010年)不同灌溉模式、不同灌溉下限以及不同灌水定额等多种情景下的水稻生长,对比分析了水稻各生育阶段腾发量、耗水量、灌溉定额、灌水次数、产量以及水分生产率在不同情景下的差异;通过模拟典型年不同受旱情景下的水稻生长,对比分析了各生育阶段不同受旱程度对水稻腾发量和产量的影响。结果表明:与浅灌模式相比,湿润模式下水稻年均产量增加2.7%、灌溉用水量减少4.2%;中蓄模式下水稻产量减少2.3%、灌溉用水量减少1.1%;湿润模式优于浅灌、中蓄模式。分蘖期的灌溉下限低于90%能减少水稻腾发量47%以上,其他阶段的灌溉下限低于70%时能减少水稻腾发量10%以上;拔节孕穗期和抽穗开花期受旱对产量的影响最大;综合考虑节水、降低田间管理难度、确保粮食产量等因素,提出了鄂北地区的适宜灌溉模式:蓄水深度为60 mm,返青期保持薄水层,黄熟期水层自然落干,拔节孕穗期、乳熟期可中度受旱(灌溉下限为饱和含水率的70%~80%),分蘖、抽穗开花期可轻度受旱(灌溉下限不能低于饱和含水率的80%);灌水定额为30~40 mm。该适宜灌溉模式可为鄂北地区至少可节水1.68亿m~3,具有巨大的节水潜力。研究结果对指导鄂北地区水稻灌溉用水和明晰节水重点具有重要意义。     

灌溉制度对膜下滴灌甜菜产量及水分利用效率的影响

为制定新疆合理的甜菜膜下滴灌制度,设置3个灌水次数(8、9和10次)和2个灌水定额(45和60mm)两因素全组合试验,于2016—2017年在新疆玛纳斯县农科院甜菜改良中心开展田间试验。结果表明,灌水次数增加时甜菜叶面积指数与产量增加,含糖率降低,对甜菜的水分利用效率、耗水量无明显影响(P0.05),甜菜叶绿素值随灌水次数与定额增加呈下降趋势;在灌水次数与定额交互作用下,灌水8次时由于土壤相对含水率低于50%,甜菜会减产;当灌水9次,灌水定额为45 mm时,增加15 mm灌水定额土壤相对含水率达50%以上,此时甜菜增产7.4%～7.7%,糖产增加9.4%～9.7%;而继续增加灌水次数时,会导致甜菜含糖率降低而降低糖产。因此针对新疆膜下滴灌甜菜以60 mm灌水定额灌水9次为宜,可获得高产与糖产,较传统新疆膜下滴灌甜菜制度节水10%。该研究对指导新疆膜下滴灌甜菜灌溉制度具有一定意义。     

渭北黄土高原刺槐林-草地景观界面土壤水分影响域及其动态变化规律研究

对渭北黄土高原刺槐林—草地景观界面土壤水分影响域及其时空动态变化规律进行了研究。采用移动窗口法分析得出刺槐林—草地景观界面土壤水分影响域为林内4 m到林外12 m之间,宽度16 m,为渐变型界面,由此可将刺槐林—草地景观划分为3个区域：草地区、界面区和刺槐林区。经典统计分析表明,历经3个区域,不同层次的土壤水分在水平方向上随着水平距离梯度的变化表现出不同的上升或下降的趋势,在界面区域土壤含水量变化最为显著。基于标准差和变异系数两个指标,可将草地和林地区域土壤剖面水分垂直变化划分为4层,界面区域划分为3层。3个区域土壤含水量的季节变化表现为基本一致的“高-低-高”规律,可以划分为3个时期,4～5月中旬为土壤水分贮存期,6～7月中旬为土壤水分消耗期,8～10月中旬土壤水分恢复期。水分在时间和空间上的这种变化主要受植被类型、根系分布、降水资源再分配的影响。     

红壤侵蚀地生态修复后水源涵养功能研究

在江西省泰和县老虎山小流域内采用5种模式进行人工森林重建,即设置强烈干扰马尾松林分(模式A)、封育马尾松林分(模式B)、竹节沟马尾松林分(模式C)、种草竹节沟马尾松林分(模式D)、竹节沟湿地松林分(模式E)5种林分,对其林冠层和林下植被层截留、凋落物层持水量以及林地土壤层渗透及贮水性能进行了研究。结果表明:模式E的林冠层及林下植被层截留量最大,模式A最小;模式D的凋落物层持水量最大,其次是模式C,模式B和E相等,为最小;模式B土壤渗透性能最好,其次为模式D,模式E的初渗速率最小,模式A的稳渗速率最小;土壤贮水性能以模式D最大,其次为模式B,模式E最差。试验表明选择适宜的生态修复模式,保护和改良土壤结构,提高土壤层涵蓄水分的能力和土壤渗透性,是提高红壤严重侵蚀地水土保持林水源涵养功能的关键。     

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。     

儋州市退耕还林工程生态效益评价

[目的]对海南省儋州市退耕还林工程生态效益进行评价,为我国退耕还林工程生态效益评价提供依据。[方法]以截止2012年儋州市退耕还林工程取得的成绩为基础,对儋州市退耕还林工程林草植被的涵养水源、保育水土、固碳制氧、净化环境、改善小气候和保护生物多样性这6个方面效益进行评价,采用影子工程法、市场价格法进行物质量、价值量的测评,对该地区近9a来的退耕还林生态效益进行评价分析,结合恩格尔系数与皮尔曲线对评价结果进行修正。[结果]截止2012年,儋州市退耕还林工程生态效益总价值达22.18亿元,保护水资源价值最大,为17.64亿元,占生态总价值的79.5%;固碳制氧价值次之,为2.38亿元,占生态总价值的10.7%。[结论]儋州市退耕还林工程在水土保持中发挥极为重要的作用,有效地遏制了当地的水土流失。