表层有效土壤水分参数化及冠层下土面蒸发模拟

通过观测田间微气象数据、土壤表层水分变化状况及荞麦作物冠层下土面蒸发等资料,引进一个表面体积含水率的函数,构建了基于表层有效土壤水分的土壤蒸发模型。该模型包含了土面蒸发的2个过程:水蒸气从土壤孔隙中扩散到地表面及水蒸气由地表面传输到大气中。模型中表层有效土壤水分参数不仅取决于表层土壤含水状况,而且受风速影响。采用波文比能量平衡法及微型蒸发器观测荞麦地实际蒸腾蒸发量及冠层下土面蒸发的变化规律,并验证模型精度。结果表明,所构建模型可以成功预测冠层下土面蒸发,其平均相对误差为13.5%。该研究对于实现土壤蒸发及作物蒸腾的分离估算,减少无效水分消耗具有重要意义。     

浑善达克沙地人工植被覆盖下土壤蒸发的模拟研究

应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysimeter)测定了2005年浑善达克沙地人工牧草区的日棵间土壤蒸发量。对影响土壤蒸发的主要因子进行了回归分析,并比较了以6因子[日平均气温(T)、净辐射(Rn)、相对湿度(RH)、2m处风速(U2)、0~30cm土壤含水率(θ)及叶面积指数(LAI)]和4因子[日平均气温(T)、净辐射(Rn)、0~30cm土壤含水率(θ)及叶面积指数(LAI)]为输入样本,以日棵间土壤蒸发量为输出样本的BP网络模拟预报模型。研究表明,BP网络可以用于日棵间土壤蒸发量的预报,6因子法和4因子法均简便可行,能满足生产的需要。相比之下,6因子法的精度更高。此研究是对传统棵间土壤蒸发量计算的补充。     

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。     

砂土土壤蒸发的测定与模拟

根据１９９３年在英国Ｒｅａｄｉｎｇ大学Ｓｏｎｎｉｎｇ农场进行的试验，对直接测定土壤蒸发的ｍｉｃｒｏ－ｌｙｓｉｍｅｔｅｒ的应用进行了评价。结果表明，砂土蒸发呈阶段性特征，蒸发与表层土壤含水量有很好的相关性，因此可用表层土壤含水量来推测土壤蒸发。     

黄土半干旱区刺槐林地土壤蒸发特性研究

对黄土半干旱区刺槐林内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用微型蒸发器（Micro-lysimeters,MLS）,人为控制土壤水分梯度,对不覆盖、枯枝落叶物覆盖和苔藓覆盖3种处理的林地土壤蒸发进行了分析。结果表明,在不同土壤水分条件下,利用枯落物覆盖减小林地土壤蒸发效果晴天好于多云天,枯落物覆盖、苔藓覆盖与无覆盖相比,分别减少了20.15%～52.46%和11.11%～36.72%的土壤蒸发,枯落物覆盖效果好于苔藓;林地土壤蒸发量随土壤水分的增加呈上升趋势,当土壤含水量增加到一定临界值以后,林地土壤蒸发量由上升变为下降,表现出土壤水分对林地土壤蒸发具有明显的阈值反应,土壤含水量的临界值分别为14.2%（枯落物覆盖）和16.8%（不覆盖）;基于林地土壤蒸发量（E1）与水面蒸发量（E0）的观测数据,利用STATISTICA软件统计分析,建立林地土壤蒸发模型,可用于林地土壤蒸发量的估算,为林地土壤水分管理提供理论依据。     

黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗的环境响应及模拟

蒸散发(ET)是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节,精确估算蒸散发,对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义,而冠层阻抗则是准确估算蒸散发的一个重要变量。为了确定冠层阻抗模型区域适用性、解决其参数化问题,本研究基于黑河重大研究计划已有的通量观测数据,以Irmak模型为基础,考虑微气象因子与冠层阻抗之间的关系,增加了大气CO_2浓度对冠层阻抗的影响,构建了未考虑CO_2和考虑CO_2影响的两种Irmak模型,并将其与Penman-Monteith(P-M)模型耦合,利用已有涡度相关数据,分析和检验了两种冠层阻抗模型对环境变量和大气CO_2浓度响应的模拟结果,并对模型参数进行敏感性分析。结果表明:将考虑大气CO_2浓度影响的Irmak模型与Penman-Monteith模型耦合,能够更好地模拟玉米冠层阻抗和蒸散量对外部环境变量的响应过程。在参数率定期该模型所模拟的冠层阻抗和蒸散量与实测值之间的R2分别达0.76和0.95,RMSE分别达33.1 s·m-1和34.5 W·m-2;模型验证期冠层阻抗和蒸散量模拟值与实测值之间的R2分别达0.68和0.90,RMSE分别达63.2 s·m-1和49.0 W·m-2。两个独立验证点结果表明考虑了大气CO_2浓度影响的Irmak模型具有较好的空间可移植性和适应性,模型能够较为准确地模拟玉米在整个生长季半小时时间尺度上的农田耗水过程。敏感性分析表明玉米冠层阻抗及其蒸散量对净辐射和相对湿度变化最为敏感,其次是气温、叶面积指数和大气CO_2浓度。本文所构建的考虑大气CO_2浓度对于玉米冠层阻抗影响的Irmak模型能够较为准确地估算作物蒸散量,并可为种植结构调整、土地利用方式改变以及大气CO_2浓度变化环境下的农田耗水研究提供一定的研究依据。     

不同覆盖物和蒸发抑制剂对土壤蒸发影响的研究初报

通过培养试验研究了聚氨酯膜、渗水布膜覆盖物和聚丙烯酸钠（保水剂）、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、海藻糖蒸发抑制剂和对土壤蒸发的影响，结果表明：聚氨酯膜、渗水布膜对黑垆土蒸发育有极影响，聚氨酯膜与渗水布膜的抑制作用差异极显著；聚氨酯膜对沙土蒸发有显著的抑制作用，几种抑制剂对土壤蒸发的抑制作用以保水剂量好，其效果随用量的增加而增大，沙土中加入海泡石或草炭，抑制剂的保水效果增强。     

基于SWAT模型的房山区不同情景方案下的蒸腾蒸发模拟

根据房山区的基础数据,结合SWAT模型自带的数据库,建立研究区的属性数据库,构建房山区SWAT模型。运用SWAT模型对2020年及2030年在不同管理措施下的情景方案进行模拟,结果显示：在设定的8种情景方案中,考虑节水灌溉措施下的农业灌溉定额管理,采用现状灌溉定额;调整农业种植结构适当减少耗水量比较大的旱作粮食、露天菜田,增加耗水量比较小的林地、设施农业、干鲜果等使种植结构优化;逐步减少地下水超采这3种因素下模拟的蒸腾蒸发值（ET）与目标ET值最接近。即在此方案设定的水资源规划管理模式下,可遏制房山区水资源的过量损耗,终止地下水的过度开采,最终实现流域的可持续发展。该研究可为房山区水资源管理提供重要的依据。     

麦秸覆盖条件下土壤蒸发阻力及蒸发模拟

模拟覆盖条件下的土壤蒸发对于农田水管理具有重要的作用。该文分析了留茬和秸秆覆盖模式下影响土面蒸发的因素,提出了留茬覆盖模式下蒸发阻力和土面蒸发模型,基于试验数据确定了公式中的参数。主要结果和结论:当表层2 cm土壤含水率高于0.23 cm3/cm3(约60%田持)时,土面相对蒸发量(土面蒸发量与20 cm蒸发皿蒸发量比值)基本保持稳定;当表层2 cm土壤含水率在0.05~0.23 cm3/cm3之间时,土面相对蒸发量随土壤含水率的降低而线性减小。覆盖会明显降低土壤蒸发,覆盖阻力随秸秆覆盖量增加呈指数增长。当表层2 cm土壤含水率在0.05~0.23 cm3/cm3之间时,土壤表面阻力随土壤体积含水率降低而线性增加。验证结果显示建立的土面蒸发模型及相应阻力参数能较好的模拟覆盖条件下的土面蒸发量。     

塔中沙漠地区Guilspare(R)抑制土壤蒸发的效应研究

塔克拉玛干沙漠地区自然条件异常恶劣,土壤水分蒸发极为强烈,土壤水分损失严重,沙漠公路防护林的管护极其困难,因此林带节水保水乃当务之急.对新型土壤水分蒸发抑制剂Guilspare0的保水效应进行了试验研究.结果表明.Guilspare(R)可有效抑制土壤蒸发,保持土壤水分,改善土壤和植物水文环境,对林带节水保水具有重要意义.(1)Guilspare(R)对沙漠土壤蒸发有明显的滞缓作用,抑制土壤蒸发累积量最大可达21.06 mm,初始抑制效率达70%左右;(2)Guilspare0对O-5 cm层土壤含水量的影响较大,对5 cm以下土层影响相对较小;(3)一个灌溉周期后植物水势随着Guilspare(R)浓度的增加而逐渐降低,植物的水文环境得到了较大的改善.     

塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量变化特征

以塔里木河下游胡杨为研究对象,借助树木年轮水文学的方法,运用LINTABTM6型树木年轮测定仪读取钻心的年轮宽度,研究了塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长量的年际变化特征及其差异分析。结果表明:(1)2000年生态输水后,胡杨平均径向生长量有显著的变化,胡杨生长进入了生长高峰期;(2)应急生态输水促使胡杨突变性地增长,如果生态输水没有达到一定的量或持续时间,胡杨径向生长量在短时间内就会表现为不再增长或下降,若要保持胡杨长势良好,要继续加强输水;(3)塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量差异极显著(p0.001),不同退化阶段胡杨多年平均径向生长量大小排序依次是中度退化区极度退化区重度退化区;不同退化阶段胡杨对输水的响应均具有滞后性且响应程度不同,输水后处于不同退化阶段胡杨平均径向生长量出现极值的年份存在较大差异;(4)塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨平均径向生长量差异极显著(p0.001),整体上随着离河道距离的增加,胡杨径向生长量呈现下降趋势。     

民勤绿洲区天然胡杨林生长季土壤水分动态

利用地统计学方法对民勤绿洲区天然胡杨林下土壤水分的空间结构特征及生长季期间的变化规律进行了研究。结果表明,研究区天然胡杨林下土壤水分含量范围为0.85%～4.80%。民勤县双茨科乡和苏武乡天然胡杨林下土壤含水量随土层深度的增加呈增大趋势,而夹河乡样区土壤水分含量随土层深度的增加呈现出先增大后减小的趋势。8月份各采样点表层土壤含水量均为最小值。土壤水分含量在胡杨的生长季期间总体表现为:春季>秋季>夏季。采样点土壤水分变异系数总体属于中强度变异性,表层土壤水分的变异系数略大。胸径大的胡杨树土壤含水量反而少,这主要与树龄及胡杨林根系发达程度有关。土壤水分异质性为中等程度的空间相关性,且苏武乡变异函数模型拟合效果最为理想。     

塔里木河下游胡杨气体交换对CO2加富和地下水埋深的响应

为了探讨CO2浓度增加对干旱荒漠区胡杨气体交换的影响,在塔里木河下游4个不同地下水埋深环境测定胡杨在CO2浓度分别为360,720μmol/mol条件下的光合速率、气孔导度、水分利用效率。结果表明,在地下水埋深4.12 m和4.74 m时,当CO2浓度由360μmol/mol增加到720μmol/mol时,胡杨的气孔导度略有减小;而在地下水埋深5.54 m和7.74 m环境下,CO2浓度的增加明显减小了胡杨的气孔导度。在CO2浓度为360μmol/mol时,胡杨的光合速率随着地下水埋深的增加而减少,然而当CO2浓度增加到720μmol/mol时,胡杨的光合速率不但没有因为地下水埋深的增加而减少,反而却因此而增加。当地下水埋深在4.12 m时,CO2浓度的增加对胡杨的水分利用效率没有产生明显的影响,但是随着地下水埋深近一步增加到4.74 m,5.54 m和7.74m时,胡杨的水分利用效率因CO2浓度的倍增分别增加了69%,18%和66%。地下水埋深最终控制着干旱荒漠区胡杨气体交换对CO2浓度升高的响应。     

塔里木河下游输水恢复过程中胡杨生长对地下水位的响应

通过近几年对塔里木河下游3个典型断面的胡杨各项生态指标的实地监测,分析了输水恢复过程中胡杨生长对地下水位的响应程度。研究表明：（1）河岸胡杨林生长与地下水埋深有密切的关系,通过10次生态输水,下游河道沿岸的地下水得到补充,水位明显抬升,胡杨长势也随着地下水位的抬升有不同程度的好转。（2）地下水位愈深,胡杨的干旱胁迫程度愈强。横向上,胡杨对生态输水的响应随着河道距离的增加逐渐减弱;纵向上,从上段至下段胡杨生长对输水的响应范围逐渐减小。（3）在输水河道两侧过水湿润岸滩,虽有胡杨实生苗零星出现,但就目前输水方式,还无法实现胡杨大面积繁殖更新。     

Contributions of root respiration to total soil respiration before and after frost in Populus euphratica forests

Temporal changes in soil CO₂‐efflux rate was measured by a canopy‐gap method in a Populus euphratica forest located at the both sides of Tarim River banks (W China). Soil CO₂‐efflux rates in situ were correlated with key soil biotic (e.g., fungal, bacterial, and actinomycetes populations) and abiotic (e.g., soil moisture, temperature, pH, organic C) variables. Two kinds of measurement plots were selected: one under the crown of a living Populus euphratica tree and the other under a dead standing Populus euphratica tree. Diurnal variations in soil respiration in these plots were measured both before and after the occurrence of the first frost. Soil respiration of the dead standing Populus euphratica (Rd) was assumed to be a measure of heterotrophic respiration rate (Rh), and root respiration rate (Rr) was estimated as the difference between soil respiration under living (Rl) minus soil respiration under dead standing Populus euphratica. Daily variation of Rr contribution to the total soil respiration in Populus euphratica forests were analyzed before and after the frost. The contribution of root respiration to total soil respiration before and after frost varied from 22% to 45% (mean 30%) and from 38% to 50% (mean 45%), respectively. In addition, Rh was significantly correlated with soil temperature both before and after frost. In contrast, Rr was not significantly correlated with soil temperature. Change in Q₁₀ of Rr was different from that of Rh from before the frost to after the frost. Variation of Q₁₀ of Rr from before the frost to after the frost was larger than that of Q₁₀ of Rh. Thus, the results indicate that different soil respiration models are needed for Rr and Rh because different factors control the two components of soil respiration.     

基于SIMDual_Kc模型的豫北地区麦田土壤水分动态和棵间蒸发模拟

利用2a实测的冬小麦田间土壤剖面含水率和棵间蒸发数据,修正了基础作物系数和土壤物理参数等指标,率定了SIMDual_Kc双作物模型,并验证了其在豫北地区冬小麦田的适用性。结果表明,修订后的SIMDual_Kc模型模拟豫北地区冬小麦有效根层的土壤含水率和棵间蒸发量与实测值具有很好的一致性,误差较小。冬小麦整个生育期的棵间蒸发量占总腾发量的比例约为35%,分时期计算,此比值在生育前期明显高于生育后期。生育前期棵间蒸发量占总腾发量的比例高达73%,快速生长期该比例降至约30%,生育中期棵间蒸发比例最低,约为7.5%,生育后期棵间蒸发比例又升至约35.5%。研究结果可为地表覆盖、节水灌溉方式和适宜灌溉频率等减少棵间蒸发的技术措施研发与应用提供必要的理论支持。     

甘肃省金塔县天然胡杨林土壤含水量空间变化特征研究

土壤含水量是制约植物生长的主要因子之一。运用变异系数和ArcGIS中反距离权重法插值对金塔县金塔绿洲和鼎新绿洲天然胡杨林土壤含水量的空间变化规律进行研究。结果表明:金塔县金塔绿洲和鼎新绿洲天然胡杨林土壤含水量垂直变化趋势表现为,除双城(SCCD)土壤含水量随深度增加而呈增加趋势外,其它各点土壤含水量0—60cm呈减少趋势,在60—120cm深度火烧(HSCD)与拐坝林场(GBLC)两样点土壤含水量继续缓慢减少,大庄子(DZZC)、五星(WXCD)、牛头湾(NTWC)、西红(XHCD)土壤含水量呈现增加趋势,且双城(SCCD)土壤含水量最大。各层土壤水分变异系数差异明显,且随深度增加而增大。土壤含水量越大,胡杨长势越好。各土层土壤水分含量水平空间分布大体呈自西向东逐渐增加的趋势,这与北大河和黑河流域地貌格局有关,各土层土壤含水量水平空间分布随离水源地距离的增加而降低。     

塔里木河流域不同林龄胡杨与柽柳的水分利用策略研究

基于稳定同位素方法研究了塔里木河流域胡杨和柽柳的水分来源及分布特征,探讨了塔里木河流域胡杨和柽柳的水分利用策略。结果表明:(1)胡杨和柽柳的植物水与土壤水的降水偏离程度与地下水存在显著差异(P0.05),表明土壤中存在不完全混合的水源库,与植物耗水和地下水补给存在动态联系;(2)不同林龄胡杨和柽柳土壤水δ~(18)O值随土壤深度增加均呈下降趋势,受蒸发作用影响,表层土壤水δ~(18)O值波动明显;(3)不同林龄胡杨和柽柳水分利用来源存在差异,胡杨和柽柳对土壤水的吸收利用随林龄增加层位下移。无论在幼苗阶段或成熟阶段,柽柳利用土壤水的深度均低于胡杨,表明其适应干旱环境的能力更强。     

胡杨谷胱甘肽过氧化物酶PeGPX基因的克隆及转化植株耐盐性分析

胡杨（Populus euphratica Oliv.）具有极强抗盐碱能力.本实验室前期胡杨微阵列芯片数据结果显示：盐胁迫下,胡杨谷胱甘肽过氧化物酶基因（PeGPX）的转录上调,暗示该基因可能对胡杨耐盐性具有一定的作用.为分析GPX对植物耐盐性的贡献,本研究以胡杨为材料,利用RT-PCR方法克隆了胡杨谷胱甘肽过氧化物酶PeGPX基因,并在烟草中过量表达该基因,以分析谷胱甘肽过氧化物酶活性与植物耐盐性的关系.研究结果显示,实验中克隆的cDNA （PeGPX）编码谷胱甘肽过氧化物酶,其ORF为693 bp,其蛋白由231个氨基酸编码.过量表达PeGPX基因的烟草与野生型烟草的耐盐性实验结果显示,野生型烟草植株在加NaCl （200 mmol/L）的MS培养基中生长15 d后,无明显的长高,且不长根;而转基因烟草在同样的加盐培养基上,生长基本没有受到抑制,植株生长状态良好,并且能够长根.光合数据显示,在盐胁迫下过量表达PeGPX基因烟草的净光合速率受到影响明显小于野生型烟草的净光合速率.酶活数据显示,转基因株系GPX酶活与野生型的相比在盐胁迫下活性有非常显著的提高.我们的研究结果说明：过表达PeGPX基因使得烟草的耐盐性得到显著提高,这对深入研究PeGPX基因在胡杨耐盐机制中的作用具有重要的意义.