太行低山区荆条耗水特征及其与参考作物蒸散量的关系

荆条是太行低山区常见的典型灌木，因其具有抗逆性强、耐贫瘠等特点，在水土保持、生态修复、山区绿化等方面广泛应用。研究荆条耗水变化规律不仅可以揭示其耗水机制，还能为植被恢复重建与管理提供理论依据。本研究采用大型称重式蒸渗仪搭配自动气象站的方法，对太行低山区乡土灌木荆条的耗水及气象因子进行观测，同时利用FAO-56 Penman-Monteith公式结合相关气象因子计算参考作物蒸散量（ET0），揭示不同时间尺度下荆条的耗水特征及其与ET0的关系。结果表明：（1）日内尺度上，荆条耗水表现为单峰曲线，与太阳辐射（Ra）、气温（Ta）及饱和水汽压亏缺（VPD）趋势一致，而与相对湿度（RH）相反，荆条耗水峰值出现时间略滞后于Ra。日尺度上，荆条耗水表现为“弱−强−弱”的趋势，即生长季前期与后期日耗水强度较小（分别为1.50mm和2.00mm）、中期较大（4.00mm），生长季内最大和最小日耗水分别出现在8月29日和10月9日，大小分别为6.38mm和0.20mm。月尺度上，荆条耗水表现为8月>7月>9月>10月>6月>5月，主要生长季节荆条共消耗水分513.5mm，同期降水526.6mm，整体上降水可满足荆条耗水需求，但5−6月降水较少，荆条易遭受季节性干旱。（2）荆条具有较强的环境适应性与生态可塑性。在雨季，荆条生长旺盛，水分传输率高，耗水量大；在干旱季节，荆条启动自适应机制，减少水分消耗。（3）荆条日耗水与日ET0之间关系表现为：干旱季节（5−6月）二者相关性较差，降水充沛的季节（7−10月）二者表现为很好的对数关系（R2=0.7431）。利用建立的拟合方程对荆条耗水进行估算，并与实测值进行对比，发现估算值与实测值具有较好的一致性，误差小，说明在降水充沛的季节可利用拟合方程对荆条耗水进行估算。     

西北地区近49年生长季参考作物蒸散量的敏感性分析

基于FAO Penman-Monteith公式计算了西北地区126个站点1961-2009年的生长季参考作物蒸散量（ET0）对气温、风速、相对湿度和太阳总辐射的敏感系数,并对敏感系数的时空变化特征进行分析。结果表明：西北地区生长季ET0对太阳总辐射最敏感,其次是气温和相对湿度,对风速的敏感性最低。气象要素分布的不均匀性导致敏感系数的空间差异显著,气温和风速的敏感系数在西风带气候区较大,相对湿度敏感系数在较湿润地带形成高值区,太阳总辐射敏感系数南部明显大于北部。生长季内,各气象因子的敏感系数均存在一定程度的波动,气温和太阳总辐射的敏感系数呈单峰型分布,风速敏感系数呈单谷型分布,相对湿度敏感系数的绝对值持续上升。49a来,太阳总辐射敏感系数显著上升,相对湿度敏感系数明显下降,其趋势系数均通过0.05水平的显著性检验,而气温和风速的敏感系数以波动为主,无明显变化趋势。     

若尔盖高原高寒草甸地表能量交换和蒸散研究

若尔盖高原高寒草甸生态系统是青藏高原能量和水分循环的重要组成部分,但该地区地面水热通量观测数据非常缺乏。本研究基于涡动相关法,于2013年11月1日−2014年10月31日,利用三维超声风温仪和红外开路二氧化碳/水汽分析仪在若尔盖高原一典型高寒草甸开展周年通量观测,以揭示其地表能量交换和蒸散特征及影响因素。结果表明：高寒草甸地表能量通量各组分呈显著的日变化和季节变化特征,净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年均值分别为94.5、21.0、51.8和1.2Wm−2。非生长季感热稍占优势,生长季潜热占绝对主导地位,波文比全年平均值为0.70,能量平衡闭合率年平均值为0.77。辐射是感热通量的主要气象影响因子,潜热通量则受温度、辐射和饱和水汽压差共同影响。日蒸散量变化范围为0.12～5.09mmd−1,全年平均值为1.82mmd−1。非生长季蒸散主要受土壤表面导度因子控制,生长季则由辐射主导,土壤和植被表面导度因子为次要影响因素。在季节尺度上,蒸散的变化取决于降水分布,全年降水和蒸散量分别为682.7mm和673.6mm,其中生长季分别占全年总量的84%和82%。6−7月降水匮乏抑制了蒸散,此时土壤储水成为蒸散的主要水源,从全年看,降水基本都以蒸散的方式返回大气。与青藏高原上同类观测研究相比,地表能量通量和蒸散都有相似的季节变化趋势,但观测到的年平均波文比和年蒸散量最大,气温、降水、地表植被等因素的共同作用导致这一结果。研究数据可作为地面验证资料,用于若尔盖地区陆面模式参数化方案的优化和卫星遥感反演资料的校验。     

黄土塬区农田蒸散的变化特征及主控因素

蒸散是水量平衡和能量平衡的重要组成部分,也是农田生态系统水分消耗的主要途径。为探究黄土塬区农田蒸散的日动态变化规律,运用涡度相关法、土壤水分及常规微气象观测系统等,于2013年作物生长季(4—10月)对试验区农田作物(冬小麦、春玉米)蒸散特征及影响因素进行分析。结果表明,降水对蒸散的影响较为显著,降水过后的日蒸散量较降水前会有所增加;农田0~100 cm土壤含水量变异系数较大,土壤水分变化剧烈,作物根系的集中分布范围在0~80 cm之间,因此0~100 cm土壤水分主要参与蒸散过程;晴天蒸散的累积量大于阴天,晴天和阴天的日均蒸散量分别为4.5、3.8 mm d-1,相差0.7 mm d-1。阴天蒸散开始的时间较晴天晚,阴天条件下的蒸散更易受到气象因子的扰动;不同天气条件下净辐射均为蒸散的主要影响因子,蒸散速率与净辐射变化趋势一致,但在时间上滞后于净辐射;在不同的土壤水分环境条件下,蒸散的过程和强度差异较大,水分胁迫条件下,全天蒸散量水平较低,"蒸散高地"的持续时间较长;而水分相对充足时,全天蒸散水平较高,"蒸散高地"持续时间较短,维持较高的蒸散速率的时间较长。     

三江平原典型低湿地雨养农田水分特征

根据农田土壤水分要素实测资料。结合年度气象因素分析了三江平源大豆田水分收支及生长季农田土壤流水作业发盈亏状况。结果表明,正常年份作物生育期内自然降雨基本能满足大豆蒸散耗水需求;发生季节性干旱且生育期降水与正常年份持平但分配不均时,大豆生长受到阶段性水分胁迫,农田水分收支平衡;若生育期降水量比正常年份少则大豆生长受到严重水分胁迫,自然降雨不能满足作物需水量。近年,该区季节性干旱频繁发生,研究农田水分平衡和区域水资源有效利用是很重要的。     

考虑生育期需水量的荆州棉花旱涝等级划分方法

通过分析近32a(1980-2011)荆州棉花生长季降水量资料,针对棉花4个生育期对水分的需求,进行作物旱涝等级划分。结果表明,荆州棉花生长季内发生的水分胁迫以渍涝为主,无干旱胁迫;苗期降水量普遍多于需求,渍涝风险高;蕾期和吐絮期发生渍涝的频率远高于干旱,且多发生大涝和重涝;花铃期干旱发生频率略高于渍涝。将研究区历年棉花产量分离为趋势产量和气象产量,气象产量与各生育期旱涝程度的相关关系表现为,气象产量与全生育期和花铃期降水距需百分率呈极显著负相关(P0.01),与吐絮期降水距需百分率呈显著负相关(P0.05)。棉花生长季内降水量超出需求越多,气象产量越低;除降水量显著偏少的年份外,降水越少,气象产量越高。通过采用距需百分率法划分棉花各生育期的旱涝等级,充分揭示了各生育期需水量与降水总量间的平衡与矛盾,对江汉平原棉花种植区不同旱涝年景及不同月份的田间水分管理与高效利用具有一定指导意义。     

水稻蒸散特征及日尺度作物系数估算*5

基于南京2012年水稻生长季蒸渗仪水稻实际蒸散数据及相应生物、气象环境资料,对水稻生长季的参考作物蒸散量、实际蒸散量及作物系数进行分析,并建立作物系数估计模型。结果表明：水稻生长季内逐日参考作物蒸散量呈单峰曲线变化,峰值出现在分蘖-拔节期;逐日实际蒸散量变化则表现为双峰型,耗水双高峰发生于分蘖-抽穗期。日参考作物蒸散量和实际蒸散量均有明显的季节性变化特征。水稻生长季内实际作物系数趋势变化特征与FAO修正作物系数较一致,但二者在数值上具有较大差异,建立的水稻作物系数与其影响因子（叶面积指数、气温、净辐射）的关系模型检验表明,其拟合度为0.887,将模型应用于计算水稻农田蒸散量,其拟合度为0.943,说明模型能较精确地估算稻田日蒸散量。该模型基于日尺度影响因子,在一定程度上简化了水稻作物系数的计算过程,明确了不同类型因子对水稻作物系数的影响程度,可应用于水稻作物系数的连续动态估算。     

水稻蒸散特征及日尺度作物系数估算

基于南京2012年水稻生长季蒸渗仪水稻实际蒸散数据及相应生物、气象环境资料,对水稻生长季的参考作物蒸散量、实际蒸散量及作物系数进行分析,并建立作物系数估计模型。结果表明：水稻生长季内逐日参考作物蒸散量呈单峰曲线变化,峰值出现在分蘖-拔节期;逐日实际蒸散量变化则表现为双峰型,耗水双高峰发生于分蘖-抽穗期。日参考作物蒸散量和实际蒸散量均有明显的季节性变化特征。水稻生长季内实际作物系数趋势变化特征与FAO修正作物系数较一致,但二者在数值上具有较大差异,建立的水稻作物系数与其影响因子（叶面积指数、气温、净辐射）的关系模型检验表明,其拟合度为0.887,将模型应用于计算水稻农田蒸散量,其拟合度为0.943,说明模型能较精确地估算稻田日蒸散量。该模型基于日尺度影响因子,在一定程度上简化了水稻作物系数的计算过程,明确了不同类型因子对水稻作物系数的影响程度,可应用于水稻作物系数的连续动态估算。     

黄土高原不同降雨年型乔、灌木蒸散特征与影响因素

以黄土高原地区17个乔木和15个灌木测定点生长季观测数据为基础,结合气象资料,综合分析了降水量、土壤前期储水量、潜在蒸散量与乔、灌木实际蒸散量的关系,研究了不同降雨年型乔、灌木生长季实际蒸散的差异及其影响因素。结果表明,无论是丰水年还是干旱年,乔木生长季实际蒸散量均高于灌木。不同降雨年型影响乔灌木实际蒸散的主要因素不同,丰水年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为降水,其次为潜在蒸散量而干旱年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为前期土壤储水量,其次为降水因素。     

黄土半干旱区枣、榆水分利用效率的比较研究

在黄土半干旱区,采用人工控制水分的方法,选择生长良好的枣树和榆树幼树,在晴天利用LI-6400便携式光合作用测定系统对其净光合速率、蒸腾速率、气孔导度进行了测定,并应用遮荫法测定不同太阳有效辐射下净光合速率、蒸腾速率,比较其水分利用效率.结果表明:不同土壤水分条件下,枣树和榆树的净光合速率日变化明显不同,枣树变化幅度大于榆树,枣树对水分的利用效率高于榆树.对枣、榆幼树连续时间内日蒸散量的测定结果表明,影响蒸散量的主要因素是土壤含水量,枣树耗水能力高于榆树,但当土壤含水量升高时枣树耗水能力反而降低,相对于枣树而言黄土半干旱区更有利于榆树生长.     

毛乌素沙地1960—2018年气候变化特征及影响因子分析

为了解毛乌素沙地近年气候变化特征,以期为区域沙漠化防治和灾害预警提供参考,基于毛乌素沙地及其周围邻近地区10个气象站点1960—2018年的逐月气温和降水资料,采用线性倾向估计、Anusplin空间插值、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析、R/S分析和Pearson相关分析等方法对毛乌素沙地近59 a的气候变化特征、未来气候变化趋势和主要影响因素进行了探究。结果表明:(1)毛乌素沙地近59 a的年平均气温呈显著上升趋势,增温速率达到0.35℃/10 a。其约在1996年发生突变,主要存在4 a左右的短变化周期,且增温速率随地区海拔的升高而加快。(2)毛乌素沙地近59 a的年降水变化速率为2.88 mm/10 a,夏季降水增速较快,但变化趋势均不显著且无明显的降水突变时间点和显著的振荡周期。(3)未来毛乌素沙地的年、季节平均气温和秋季降水均呈现持续性较强的上升趋势。总体而言,毛乌素沙地的气候呈现暖湿化趋向,厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)事件对其冬季气温影响较大,北极涛动(AO)和北大西洋涛动(NAO)对其冬夏季节降水影响较显著。     

毛乌素沙地典型克隆植物根际AM真菌多样性研究

为阐明毛乌素沙地3种典型克隆植物沙鞭[Psammochloa villosa(Trin.)Bor.]、羊柴(Hedysarum leaveMaxim)和油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)根际AM真菌多样性,2006年的5月、7月、10月从毛乌素沙地选取东北缘的中国科学院植物研究所鄂尔多斯沙地草地生态研究站和西南缘的陕西榆林珍稀沙生植物保护基地两个样地,按0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm 5个土层采集3种克隆植物根际土壤样品,研究了其根际AM真菌物种多样性和生态分布。在分离出的4属23种AM真菌中,球囊霉属(Glomus)15种,无梗囊霉属(Acaulospora)5种,巨孢囊霉属(Gigaspora)2种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)1种。摩西球囊霉(G.mosseae)是沙鞭根际的优势种,黑球囊霉(G.melanosporum)是3种克隆植物共同的常见种;不同属种的AM真菌生态分布亦存在差异。AM真菌孢子密度、种的丰度和物种多样性指数均表现为在研究站样地的羊柴根际最高。该研究结果表明,毛乌素沙地的3种典型克隆植物与AM真菌之间形成良好的共生关系,这对开发漠境AM真菌资源和利用菌根生物技术维护沙地生态系统结构的完整性具有重要意义。     

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18～20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ18 O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素.结果表...     

毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征

[目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理化性质、颗粒粒径含量和分形维数,开展毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征研究。[结果] 3种不同林龄樟子松土壤中细砂粒含量最多,极粗砂粒含量最少,并且随着土层深度的增加细砂粒含量和粗砂粒含量呈增加的趋势,而黏粒含量、粉粒含量以及极细砂粒含量呈现减少的趋势。随着土层深度的增加土壤中全氮、全磷、有机质以及土壤含水率均呈现减小的趋势。不同林龄下樟子松土壤颗粒分形维数范围为2.27～2.71,均值大小顺序表现为50 a>60 a>40 a>CK;全氮含量和土壤含水率的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>CK>40 a;全磷含量和有机质含量的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>40 a>CK。全氮、全磷和土壤有机质含量与分形维数间呈正相关关系,相关系数分别为0.391,0.418,0.522。[结论]樟子...     

毛乌素沙地不同地下水位埋深下土壤水补给特征及影响因素

土壤水分是毛乌素沙地植被恢复与生态重建的关键因子,揭示不同地下水位（Groundwater Level,GWL）埋深下土壤水的补给与转化特征对于提高水资源利用效率和植被可持续建设具有重要意义。试验通过定期测定毛乌素沙地东南缘圪丑沟流域沙柳（GWL范围253～260 cm）、樟子松（GWL范围87～93 cm）和长柄扁桃林地（GWL范围172～176 cm）降水、土壤水及地下水δ2H和δ18O,分析了不同GWL埋深下3种林地土壤水补给特征及其影响因素。结果表明：沙柳、樟子松及长柄扁桃林地土壤水δ2H和δ18O均位于当地大气水线的下方,且3种林地土壤水线斜率（5.69～7.13）均小于当地大气水线斜率（7.79）,表明各林地土壤水均在不同程度上受当地降水的补给。监测期间沙柳林地0～20 cm土壤水、樟子松和长柄扁桃林地0～40 cm土壤水均表现出重组分同位素贫化轻组分同位素富集的现象,且与降水同位素呈显著正相关关系（P < 0.05）,表明不同林地浅层土壤水（< 40 cm）更易受降水补给的影响。不同林地深层土壤水（沙柳林地180 cm以下,樟子松林地60 cm以下,长柄扁桃林地120 cm以下）δ2H和δ18O的均值与地下水接近,且随深度增加土壤水重组分同位素逐渐贫化并趋于稳定（变异系数 < 10%）。根据不同深度土壤水δ18O和地下水δ18O之间的相关关系,得出监测期间3种林地（沙柳、樟子松和长柄扁桃林地）地下水向上补给土壤水的深度范围分别为73～80、27～33和52～56 cm。因此,毛乌素沙地浅层地下水对深层土壤水的补给可在一定程度上缓解旱季土壤水分亏缺,为保障该区人工固沙植被生长提供潜在的水分来源。     

半固定与固定沙地油蒿枝条水势及气体交换特征

为揭示半固定沙地和固定沙地油蒿生长差异的原因,测定了毛乌素沙地自然生长在半固定与固定沙地油蒿的气体交换参数、枝条水势及土壤含水量,分析了油蒿气体交换参数、枝条水势日变化特征及土壤水分对其的影响。结果表明:半固定沙地与固定沙地油蒿枝条水势与气体交换参数日变化趋势相同,半固定沙地油蒿日均净净净光合速率是固定沙地的1.3倍,蒸腾速率是固定沙地的1.23倍,其枝条水势也高于固定沙地,两种立地条件下油蒿枝条水势和气体交换参数的不同主要是由于沙地中土壤水分含量不同所引起。     

添加砒砂岩对风沙土性质的改良及时间效应

试验利用砒砂岩和风沙土性质上的互补性,采用田间试验,将两者按不同的比例（1:1,1:2,1:5）复配,并以黄土与风沙土1:2复配作为对照,以期为将砒砂岩与沙复配成土技术大规模推广应用于毛乌素沙地进行农业种植提供科学依据。结果表明,随着砒砂岩加入比例的增加,复配土壤砂粒含量减少,粉粒含量明显增加,砒砂岩的加入促使风沙土土壤质地由砂土向粉壤土逐渐转变。而且随着作物种植年限的增加,复配土壤砂粒含量也在明显减少,粉粒和黏粒含量增加且有逐渐下移的趋势,这种变化在0-40 cm土层尤为突出。各处理>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR_0.25）,平均重量直径（MWD）,几何平均直径（GMD）均随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而显著增加,>0.25 mm各级别土壤团聚体含量也基本随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而增加,且增加最明显的是0.25~0.5 mm级别土壤团聚体含量。各处理0-30 cm土层土壤有机质含量随作物种植年限的增加而显著增加。综上,砒砂岩与沙复配比例为1:1~1:5均可不同程度的改善土壤质地和结构,增加土壤有机质,且复配比例在1:1~1:2时效果最佳。     

人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳效果的长期影响

[目的]探讨人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳的长期影响,为综合评价沙地植被恢复的生态环境效应提供科学依据。[方法]选择毛乌素沙地东南缘人工栽植21,36和56 a的樟子松林和流沙地为采样地,对0—30 cm的土壤进行了分层取样分析,以探讨人工林建设对半干旱荒漠区土壤颗粒组成及不同粒级含碳量的长期影响。[结果]随着栽植年限的增加,土壤颗粒呈逐渐细化的趋势,且表层(0—5 cm)细颗粒含量均高于下层(5—30 cm)。造林后土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量均显著增加,最高值分别是流沙地的4.90倍和4.32倍;栽植年限对SOC含量和土壤有机碳密度(SOCD)的影响大于SIC含量和土壤无机碳密度(SICD)。相对于流沙地,各粒级SOC,SIC含量均在栽植56 a样地增幅最大,且均在细砂粒组分中增幅最大。团聚体和粉黏粒有机碳含量与土壤总有机碳含量之间存在显著的线性相关关系(p0.01),粗砂粒和粉黏粒有机碳对总有机碳的贡献率和粉黏粒无机碳对总无机碳的贡献率较为显著(p0.05)。[结论]随着樟子松栽植年限的增加,土壤团聚体、粉黏粒含量和土壤固碳能力均显著提高。     

从百年时间跨度照片对比分析毛乌素沙地生态变化

[目的]分析毛乌素沙地百年时间跨度的景观变化,为该区生态治理研究提供依据。[方法]通过卫星影像判读、实地考察和照片复摄等方法,历时4个多月,找到了1908年罗伯特·斯特林·克拉克考察队在毛乌素沙地考察时拍摄的4张照片的原始拍摄地,于2019年完成了百年老照片的复摄工作,并对新老照片中生态因素的变化进行了对比分析。[结果]一百多年前的毛乌素沙地,植被稀少,风沙肆虐。新中国成立后,当地政府组织群众开展沙地整治,经过几十年治理,流动沙丘得到固定,区域植被得到有效恢复,水土流失得到有效控制。[结论]由于毛乌素沙地生态十分脆弱,已得到治理的沙地仍存在沙化的风险,需要把毛乌素沙地治理纳入黄河流域生态保护和高质量发展总体规划,统筹协调,综合治理。     

毛乌素沙地农田土壤水分动态特征研究

毛乌素沙地农业种植以春玉米为主,水资源短缺是制约当地农业发展的主要因素,研究农田土壤水分动态对指导当地农业生产具有重要意义。本研究以原位试验为主,通过对地下水、土壤含水率、土水势、灌溉降雨、蒸腾蒸发等数据的监测和分析,对毛乌素沙地春玉米生长过程中的土壤水分动态特征进行研究。结果表明:地下水与土壤水之间存在明显的水力联系,Pearson相关性分析发现,各深度土壤含水率与地下水埋深之间均呈显著相关,其中40~60 cm深处相关性最大,相关系数大于0.8;地下水位的下降降低了土壤含水率稳定层的位置,削弱了上下层土壤之间的水力联系,不利于土壤水分的保持;玉米需水量增加和地下水位下降均会导致土壤含水率在垂向剖面上的不规律变化增强。通过对土壤含水率和土水势监测数据的分析发现,在玉米从苗期至蜡熟期的生长过程中,土壤水分动态经历了弱—强—弱的变化过程,并且20 cm深土层是春玉米的主要吸水层,30~40 cm是相对干燥层,由于田间灌溉在春玉米发生水分胁迫时进行,因此可利用30 cm和40 cm深土层含水率判断玉米是否需要灌溉。受春玉米生理作用影响,当10 cm深处土水势值下降到低于-0.18 bar时会出现根系提水现象。本研究结果可以为毛乌素沙地地区的农田水分利用及水资源管理提供重要的理论依据和参考信息。