黄土高原沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应

为研究黄土沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应,基于黄土沟壑区小流域刺槐、侧柏、油松样地实测蒸散发数据,借助Hydrus-1D软件构建了黄土沟壑区刺槐、侧柏及油松植被蒸腾与土壤蒸发的模拟模型,使用修正Morris法对模型参数敏感性进行分析,结果表明：>40～100 cm土壤孔径分布参数（n2）,>40～100 cm土壤饱和体积含水率（θs2）,0 cm土壤田间持水率（θf）,根系吸水最适水势上阈值（h1）,根系吸水最适土壤水势下阈值（h2）,植物出现永久凋萎时的土壤水势（h3）,消光系数（μ）,截留模型经验参数（a）等参数对植被蒸腾影响较大,植被生理特征相关参数h1,h2,h3,μ,a的不同是造成树种间蒸腾量出现差异性的重要原因。选取2015年试验观测数据对模型进行率定,2016年试验观测数据对模型进行验证,土壤含水率及土壤蒸发的Nash-suttcliffe模拟效率系数（Ens）均在0.700以上。采用率定后的模型对预设情景下的蒸散发量进行模拟,结果表明：未来及不同水文年气候特征对刺槐蒸腾的影响程度大于蒸发,对侧柏和油松而言,则正好相反。所有气候情景下,刺槐、侧柏、油松的蒸腾量分布在128.8～282.6、99.3～200.3和140.5～220.5 mm,蒸发量分布在94.6～135.4、116.5～187.3和123.8～212.5 mm,蒸腾量与蒸发量均表现为丰水年＞平水年＞枯水年。3个树种蒸腾量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：刺槐＞侧柏＞油松,并且,同一时期内,在丰水年及平水年,刺槐蒸腾量最大,在枯水年,油松蒸腾量最大。3树种蒸发量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：油松＞侧柏＞刺槐。生长季降雨量对于同期蒸腾量与蒸发量的影响明显强于温度的影响,其与蒸腾量、蒸发量之间均呈极显著（P<0.01）线性关系。     

黄土沟壑区不同树龄侧柏林地土壤水分动态特征

[目的]研究黄土沟壑区侧柏林地土壤水分动态特征,为黄土沟壑区退耕还林、生态建设以及人工侧柏林地的经营管理工作提供支持。[方法]以黄土沟壑区典型小流域南小河沟流域内5,25以及35a树龄侧柏为研究对象,使用烘干法对其生长季0—100cm土层土壤水分进行观测,并对其时空分布特征、土壤层次以及各层次干燥化特征进行分析。[结果](1)降雨对侧柏林地土壤水分的补给深度集中在0—40cm范围内,侧柏根系吸水主要作用范围则分布在40—100cm土层中。(2)3种树龄侧柏生长季0—100cm土层中的土壤水分的时间变化可以分为恢复期(5月)与消耗期(6—9月)。在恢复期,树龄对于土壤水分分布的影响不大,5,25与35a侧柏0—100cm土层蓄水量分别分布在230.3~304.2mm,177.7~249.7mm以及202.2~283.6mm。在消耗期,10—40cm土层中,土壤水分分布表现为:5a侧柏35a侧柏25a侧柏,而在60—100cm土层中,则表现为:5a侧柏25a侧柏35a;3种树龄侧柏林地0—100cm土层蓄水量则分布在131.2~207.2mm,123.4~220.8mm以及109.6~204.7mm。(3)在恢复期,5a侧柏林地各垂直分层土壤水分干燥化指数(SDI)差异不大,25与35a侧柏林地SDI在活跃层与过渡层随着深度的增大而增大。在根系作用层,25与35a侧柏林地SDI保持相对稳定。在消耗期,3种树龄侧柏林地SDI在活跃层较小,在过渡层随深度增大而增大,而在根系作用层保持相对稳定。[结论]与恢复期相比,在消耗期,3种树龄侧柏林地土壤水分变化剧烈程度均显著增大,其根系吸水能力随树龄增大而增大。     

基于Granger模型的黄土沟壑区典型人工林绿水流研究

[目的] 对黄土沟壑区典型人工林刺槐、侧柏、油松的绿水流变化规律进行研究，为该区植树造林，促进水资源高效利用等工作提供科学指导。[方法] 首先对Granger模型在南小河沟流域典型人工林内的适用性进行评价，然后结合实测的低效绿水，对各林地内高、低效绿水进行了分离，并基于分离结果，分析总结无雨期各林地高、低效绿水变化特征及其与太阳辐射、叶面积指数、土壤含水率的关系。[结果] ①Granger模型在各林地内的适用性良好，其纳什效率系数在率定期以及验证期分别在0.67以及0.52以上。②各林地中，高效绿水在不同水文年的变化程度表现为：侧柏（45.93%） > 油松（28.81%） > 刺槐（6.11%）；低效绿水变化则表现为：油松（52.73%） > 侧柏（34.97%） > 刺槐（21.16%）；绿水流变化表现为侧柏（21.13%） > 刺槐（12.37%） > 油松（0.50%）。偏枯和特枯年份无雨期刺槐、侧柏、油松林地10 cm土层相对含水量低于50%的比例占90.1%，56.8%，64.0%和68.4%，70.1%，71.2%；20 cm土层相对含水量低于50%的占90.1%，61.0%，60.1%和80.0%，66.7%，50.5%。[结论] ①侧柏是对水分最敏感的树种。②不同水文年对侧柏高效绿水（45.93%）的影响大于低效绿水（34.97%），对刺槐和油松的影响则正好相反。③太阳辐射对侧柏低效绿水的影响最大，对刺槐高效绿水影响最大。刺槐和油松的低效绿水都随叶面积指数的增加而减少，高效绿水则随之增加。侧柏的高效绿水受叶面积指数影响较小。3种林地在试验期大部分时段内都处于中度缺水状态。     

黄土区人工林地土壤水分对气候特征的响应

选取南小河沟流域油松、刺槐、侧柏人工林地覆盖为研究对象,对2003—2012年作物生长季土壤含水率进行连续观测,利用Duncan法对比分析土壤含水率在不同年份、月份、深度的差异性,同时研究不同人工林地土壤含水率与标准化降水蒸散指数（SPEI）、温度、降水量之间的响应特征.结果表明：土壤水分随着土层深度的增加而逐渐降低,并长期维持在较为稳定的范围内,3种树种在不同深度差异性上体现出不同,油松林地体现在20,60 cm,呈现3个等级变化趋势,〖JP2〗刺槐林地的差异性表现为0~20 cm与40~100 cm,侧柏林地的不同土层含水率在40 cm深度时出现了差异;土壤含水率与气温、降水量、SPEI的相关性随土壤深度的增加而变弱,其中与气温呈负相关,与降水量、SPEI为正相关,并且温度、降水量和SPEI对刺槐林地土壤含水率影响最大.     

南小河沟流域干旱特征

黄土高原地区生态环境脆弱,干旱的发生严重影响该地区农业生产和经济发展。选用1970—2012年南小河沟流域的降雨资料,使用标准化降雨指数(SPI)对干旱进行描述。对该流域内年及季节尺度SPI序列进行Mann-Kendall检验,并对所建立的不同时间尺度的季节性交乘趋势模型进行验证。结果表明:流域内出现干旱的频率为48.84%,年际SPI变化剧烈,整体向干旱化方向发展。春季干旱有明显的分阶段特征;夏季干旱变化趋势不显著;除1975年以外,秋季干旱变化趋势也不显著;冬季的干旱程度变化比较稳定,主要集中在无旱和轻旱等级之间。季节性交乘趋势模型在年干旱以及秋、冬季干旱评估中效果良好,干旱等级预测合格率均达到71.43%,模型在对干旱等级的分析出现错估时,有向中旱水平辐射的强烈趋势。     

云南省不同生态水文分区参考作物蒸散量算法适用性评价

将云南省分为3个区域(Ⅰ,滇西—滇西南山原与高山多水区;Ⅱ,滇西北—滇东北山原河谷中水区;Ⅲ,滇中北高原中水-少水区),基于36个气象站点1958—2013年逐日气象资料,以Penman-Monteith法为标准,利用线性回归法、均方根误差、平均偏差和Nash-Sutcliffe系数对Hargreaves-Samani法、Irmark-Allen法、Priestley-Taylor法、Makkink法、1948-Penman法、Penman-Van Bavel法、Turc法、FAO 24 Radiation法和Jensen-Haise法9种算法的计算精度进行对比。结果表明:1948-Penman法在云南省的适用性最强、计算精度最高,FAO 24 Radiation法与JensenHaise法误差较大,其中Ⅰ区适用性最好的是Hargreaves-Samani法,Ⅱ、Ⅲ区1—6月份为1948-Penman法,7—12月份为Priestley-Taylor法;在相对误差空间分布中,Ⅰ区Hargreaves-Samani法、Irmark-Allen法、Priestley-Taylor法、1948-Penman法的相对误差均在20%以下;Ⅱ、Ⅲ区中,Priestley-Taylor法、1948-Penman法的相对误差较小,为0~20%,同时在Ⅲ区中,Irmark-Allen法的相对误差也相对较小;因此,计算云南省的参考作物蒸散量时,整个区域推荐1948-Penman法,滇西—滇西南山原与高山多水区推荐Hargreaves-Samani法,滇西北—滇东北山原河谷中水区和滇中北高原中水-少水区推荐Priestley-Taylor法。