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     

区域植被水分适宜性研究:基于中国西南季节性旱灾的评述

基于近年中国西南频发的季节性旱灾事件,探讨了区域植被的水分适宜性。分析了区域性旱灾事件中蕴藏的重要科学问题——具有高耗水特性的桉树(Eucalyptus spp.)、橡胶树(Hevea spp.)人工林的生态需水是否适应于区域降水条件(或能否打破区域生态用水的供需平衡)进而导致旱害。同时分析了植被水分适宜性研究的现状与发展趋势,认为以植被生态需水计算为基础的植被水分适宜性研究进展缓慢且成果缺乏,作为水分适宜性评价基础的植被生态需水研究也存在一些问题。据此提出对云南省典型植被的水分适宜性及其生态需水与区域干旱的关系开展专项研究的建议。     

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%。     

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。     

流域生态需水的理论及计算研究进展

生态需水是生态水文学的重要研究内容之一.该文分析了生态需水国内外研究进展,在辨识生态需水及其相关概念的基础上,该文认为广义的生态需水是在一定生态目标下,维持相应时空范围内生态系统水分平衡所需要的总水量,而狭义的生态需水是一定的生态目标下,为维持生态系统正常生态与环境功能所需要补充的径流性水资源量.生态需水研究涉及陆地和水域生态系统,该文重点探讨了河流、湿地湖泊等水域生态系统以及陆地植被(包含农田)生态需水理论研究现状,综述了个生态系统生态需水主要计算方法.生态需水研究应加强基础理论研究、生态需水量化方法以及耦合方法研究,尤其是不同生态系统目标下生态需水量的分析还需进一步探讨.     

基于GIS的山西永定河植被生态需水管理系统的研建

在流域植被生态需水信息管理中,数据关系复杂,信息量庞大,因而确定用什么样的方法实现合理有效的信息化管理显得尤为重要。运用可视化编程工具Visual Basic 6.0和MapObjects组件,开发出山西永定河流域植被生态需水信息管理系统。本研究是在开发前期研究的基础上进行了系统设计、系统的数据库设计以及系统的体系结构设计,实现了对山西永定河流域植被生态需水调查数据的图文一体化管理。并在综合前人研究成果的基础上,在该信息系统中实现了植被生态需水量的计算模型的嵌入。此外还设计实现了信息管理、地图操作、属性查询、空间分析等功能。最后对山西永定河流域植被生态需水量数据进行统计,结果显示该流域每年植被最小生态需水量为256 817.10万m3,最适生态需水量为427 159.6万m3。     

玛纳斯流域生态需水变化与景观格局的响应关系研究

选取西北干旱区水土开发的典型区域玛纳斯河流域为研究对象,基于遥感和GIS技术,与气象站点实测资料相结合,采用FAO56Penman-Monteith法,在ArcGIS建好彭曼模型计算研究区生态需水。利用TM数据解译出1990年、2000年、2010年3期土地利用分类图对玛纳斯河流域进行景观生态学研究,最后尝试性分析生态需水与景观格局关系。结果表明:(1)各区域生态需水变化趋势存在差异,主要表现在山区生态需水增加,平原区生态需水减少。景观格局分析发现2000—2010年中部平原的西面和北面成片出现连通现象,是生态环境恶化较为严重区域。(2)空间上,山区生态耗水量增加,植被多样性指数上升,蔓延度指数下降。时间上,生态耗水量增加,周边的蔓延度指数上升,多样性下降;(3)空间上,绿洲景观格局指数变化与生态需水定额无明显关系,时间上,生态需水定额减小,但在人类活动影响下,周边的景观连通性下降,多样性上升,与山区的结论相反。生态需水定额的减少,将有利于植被的生长,但由于人类活动的影响,生态环境遭到破坏。     

不同措施对退化草地土壤和植被的影响

在我国干旱、半干旱草原区,草场沙退化和水土流失等现象十分严重,而要解决这一问题,首先应搞好水土保持生态环境监测。为了客观地分析和评价各项水土保持措施实施后给生态环境带来的效应,我们在京津风沙源科技支撑项目实施过程中,在我所建立的草地水土保持生态技术试验基地,对各项措施实施前后的生态指标进行了连续4年的动态监测。主要研究了退化草地围封前后及围栏内不同恢复措施对土壤水分与养分及草场植被的影响。结果表明：围栏前后土壤水分、养分和草场植被都发生了变化,尤其对草场植被的影响极其明显,封育草场的植被盖度较未封育的天然草场植被盖度平均增加了58.66%。围栏内不同恢复措施对土壤水分、养分和草场植被也都有明显的影响。     

基于生态功能分区的陕北延河流域旱地系统生态需水测评

该文以延河流域旱地系统为研究对象,选取具有生态学和水文学意义的指标,建立流域生态功能分区指标体系,应用"3S"技术,划分流域生态功能分区。在此基础上,运用相应的数学模型,对各分区旱地系统的生态需水及其空间分布特征进行测评和分析。结果表明,延河流域基本划分为防风固沙区、防旱抗旱区、水土保持区、农业种植区和植被保护区等五大生态功能分区。景观尺度上,有林地-黏壤土的单位面积生态需水最大,约为502.31mm/a;牧草地-砂壤土的单位面积生态需水最小,约为300.01mm/a。生态功能分区尺度上,植被保护区的单位面积生态需水最大,约为357.72mm/a,防旱抗旱区的单位面积生态需水最小,约为304.73mm/a。该研究为明确流域水生态环境保护目标以及水土资源的利用方向和生态整治重点提供科学依据。     

云雾山草地植被恢复过程土壤水库特性及影响因素

为了了解植被恢复过程土壤水库特征的变化及其驱动因子,为半干旱典型草原区植被恢复的土壤环境效应提供评价依据,研究了宁南半干旱典型草原区植被恢复80 a对土壤水库库容、实际贮水量和贮水效率的影响及驱动因子.结果表明:土壤水库总库容、吸持库容、实际贮水量、贮水效率以及土壤物理性质均在草原植被恢复25 a内不断提高,经37 a略微下降后随植被演替土壤水库特征和土壤物理性质继续改善.通过逐步回归分析,容重、有机质含量和水稳性团聚体分形维数是影响土壤水库总库容的主要因子,毛管孔隙度则是影响土壤实际贮水量和贮水效率的主要因子.土壤有机质含量与容重、分形维数呈显著负相关(P<0.05),与毛管孔隙度呈极显著正相关(P<0.01).植被恢复促使有机质积累.从而改善了土壤结构状况,提高了土壤土壤贮水能力、贮水量和贮水效率.可以认为土壤有机质积累是土壤水库功能提高的直接动力.     

黄土高原半干旱区植被建设的土壤水分效应及其影响因素

 水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃、最积极的因素。为了给黄土高原半干旱区植被的合理经营和今后植被的科学营造及开展植被建设的水文生态效应研究提供参考,从不同植被类型、生长状况与结构,不同植物的耗水特点及影响因素等方面,概述半干旱地区不同植被对土壤水分影响的研究进展。认为:为保证植被建设的可持续,需适度发展植被生产力,合理选择植物类型。在深入研究不同植物需耗水规律的基础上,加强植被生产力与水分利用的结合研究和从景观配置水平研究植被建设对土壤水分环境的影响。     

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。     

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。     

坝上植被恢复建设分区研究

在半干旱地区 ,水资源量是植被生态建设的主要限制因子 ,也是农牧交错区生态恢复与重建的基本依据。以河北坝上为例 ,分析了降水因子对植被分布的影响 ,结合立地条件与土地退化区域分布现状 ,参照坝上植被生态建设相关成功经验 ,探讨了坝上分区植被恢复建设方略     

生态环境建设与水资源的保护和利用

科学系统地阐述了生态环境建设的概念与内涵 ,辩证地分析了植被建设、水土保持、综合治理、荒漠化防治等与水资源保护和利用的关系 ,同时对生态环境用水的水量需求进行了估算。在此基础上提出了几个需要进一步探讨的问题。     

半干旱区四种典型豆科牧草群落生理生态的分异研究

在黄土高原半干旱地区,植物种群生态的改善是植被建设与生态修复的关键。通过人工植被调查,比较了四种豆科牧草的种群生长的生态差异,初步探讨了牧草生产力与种群生态的可能耦合网络机制。结果表明:基于四种豆科牧草种群的土壤水分含量和垂直下降分布规律,发现沙打旺与苜蓿为高生产力型,红豆草与胡枝子为低生产力型,这可能与它们水分利用状况和豆科牧草本身的固氮或氮沉积的氮汇与源转化调节有关。苜蓿植株生物量表现较高,与其多年生庞大根系充分吸收土壤深层水分有关,反映了根冠生长与土壤条件的耦合是导致遗传特性响应差异的重要原因,因此调整植物根冠关系以增强植物的抗旱适应能力理论上是可行的。相关分析发现生产力、根系生物量、土壤环境(水分和层次)为网络耦联相关,特别是90-100cm的土壤空间水分与根冠比成正相关,这可能说明这个层次(根系的浅层集中分布区)为土壤水库与土壤干层相转变的阈值界面。因此从干旱胁迫条件下建立的适应性生存对策上考虑,苜蓿适宜在干旱立地推广应用,不仅具水土保持功效,而且植被生产力高,应为黄土高原生态恢复和生态建设的重要参考物种。     

黄花草木樨改良盐碱土的试验研究

在调查陕北地区不同地域作物(谷子)、人工草灌(苜蓿与柠条)和天然草地(退耕地)的生产力,土壤水分及耕层养分的基础上,对比研究了不同类型植物生产力的差异,并分析了引起差异的原因及限制生产力提高的因素。结果表明,作物地(谷子)生产力占据明显优势,但稳定性较差;人工草灌(苜蓿与柠条)及天然草地的生产力较谷子低;天然草地群落的生产力、稳定性、物种丰度指数和土壤养分含量均较优越。指出除水分不足是限制不同植物生产力发挥的主要因素外,土壤养分含量低和缺乏管理也是限制植物生产力提高的重要因素。同时指出,为达到正确评价不同类型植物的生产力和长期适应性,为该地区大范围植被建设提供依据和参考,应设立定位或半定位研究点进行长期测定与研究。     

植被恢复对青海省北川河流域水循环演变趋势的影响

[目的] 研究植被恢复对流域水循环的影响,明确植被恢复条件下流域水资源的演变趋势,为指导干旱半干旱地区开展科学的植被恢复工作提供数据支撑。[方法] 结合青海省北川河流域植被覆盖变化及长序列气象、水文数据,分析流域尺度水循环要素的演变趋势,分析植被恢复对关键水循环要素演变的影响作用。[结果] 20世纪80年代以来,北川河流域丘陵山区植被覆盖快速增加,仅2000—2019年期间平均增幅14.98%,最大增幅52.2%。1956—2019年,流域年降水量相对平稳,但年径流量呈不显著衰减趋势,平均降幅1.60×10⁷ m³/10 a,流域生态用水量增加是造成径流衰减的主要原因;植被恢复改变了流域大气降水的时空分配,在空间上更多降水用于流域内部生态消耗,减小了对下游的水源供给量,在时间上更多降水参与土壤水—地下水循环,延长了向流域外的排泄周期;地表风速、水面蒸发量、干旱指数等气象要素显著降低。[结论] 植被恢复影响下,北川河流域生态用水量增大,径流量衰减,降水—土壤水—地下水循环过程的水量比例增加,流域水源涵养能力不断提高,半干旱的气候条件有所改善。