不同水分梯度下三江平原湿地漂筏苔草无性系株高生长特性

取三江平原沼泽湿地漂筏苔草(Carexpseudocuraica)无性系种群在生长季(5~9月)进行桶栽实验,设计了6个水分梯度,即持续干旱(土壤含水量S1和S2分别为20%和50%)和持续淹水(S3、S4、S5、和S6的淹水深度分别为0cm、10cm、30cm和50cm)6个水分处理水平,研究了漂筏苔草株高生长变化规律。结果表明:在6月末以前,各水分处理(S1~S6)下株高呈单峰曲线变化,高峰值分别出现在S3、S4和S5处理下。从7月份开始直到生长季末,随着生长时期的延续、土壤湿度的增大和水位的加深株高值不断增加,即株高在S6处理下最大,S1处理下最小。到8月末以后,深水处理S6的株高远远高于其它处理。生长季各水分处理下(S1~S5)的株高增长量均呈单峰曲线变化;在S6状态下株高增长量呈双峰曲线变化。处理S1、S2、S3和S4的植株高度绝对增长速率(HAGR)随着植物生长呈逐渐降低趋势;S5和S6状态下HAGR呈单峰曲线变化。随着水分含量的增加和水位的提高(6~9月),植株高度相对增长速率(HRGR)不断增加,S1处理下最小,S6处理下最大;5月份的HRGR值呈单峰曲线变化。随着植物的生长各水分处理下植株HRGR5月时最大,6~9月依次减小。综合分析认为,漂筏苔草对水分条件的适应性较强,无论是缺水(土壤20%含水量)或淹水环境下均可生长,淹水50cm时更有利于株高的增长,不同水分条件下株高及增长速率变化幅度较大。     

水分胁迫及遮光处理对沙漠植物约书亚树(Yucca breviolia)幼苗光合特性的影响

以3年生约书亚树(Yucca brevi folia)幼苗为试材,选择不同水分胁迫(相对含水量≥75％(正常)、50％～60％(中度)和35％～45％(重度))及不同遮光处理(自然光、60％透光和20％透光)进行试验,对幼苗光合特性指标及叶绿素相对含量值(SPAD)进行研究.结果表明:(1)随着水分胁迫的加剧,约书亚树幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)明显下降,但自然光下重度水分胁迫幼苗WUE值远高于其他处理.幼苗光饱和点(LSP)均表现为重度水分胁迫＞正常供水＞中度水分胁迫.(2)水分胁迫下,60％透光率处理的幼苗叶宽增加,Pn、蒸腾速率(Tr)及Gs明显提高,而20％透光率下幼苗各指标均显著降低.(3)相同光照条件下,随着水分胁迫的加剧,幼苗SPAD值明显下降;相同水分条件下,随着透光率的减小,幼苗SPAD值增大.因此,在约书亚树幼苗培育时,应适当增加水分胁迫以提高幼苗的水分利用效率及光饱和点,同时,适当的遮光环境(透光率在60％左右)也可提高幼苗的光合能力及SPAD值,确保约书亚树幼苗生长及在我国沙漠地区引种成功.     

华北一作区马铃薯生长发育及产量对干旱胁迫响应的模拟研究——以武川县为例

为探究不同程度干旱胁迫对华北一作区马铃薯生长发育及产量的影响,以内蒙古呼和浩特市武川县为例,基于多年马铃薯生长发育资料和气象资料,对APSIM-Potato模型进行调参与验证,评价模型在武川地区的适用性。利用验证后的模型模拟马铃薯叶面积指数（LAI）、地上部生物量和产量对不同发育阶段干旱胁迫的响应。结果表明：（1） 各发育阶段天数的模拟值与实测值的均方根误差（RMSE）均在3 d内;LAI、地上部生物量和产量的模拟值与实测值的归一化均方根误差（NRMSE）分别为12.82%、17.35%和14.48%,均低于20%,表明APSIM-Potato模型在武川地区具有较好的适用性。（2） 随着干旱胁迫时间和强度的增加,马铃薯LAI、地上部生物量和产量随之减小。模拟单一发育阶段干旱胁迫时,马铃薯LAI、地上部生物量和产量对分枝-开花期水分胁迫的响应最大;模拟连续发育阶段干旱胁迫时,LAI、地上部生物量和产量对全生育期水分胁迫的响应最大。     

黄淮海平原雨养条件下冬小麦水分胁迫分析

雨养条件下的水分胁迫分析能够反映当地气候土壤条件下作物生长的水分环境对农作物生长的影响,可为农业干旱管理及灌溉策略的实施提供依据,减少农业干旱的发生。本文在阐述EPIC(Environmental Policy Integrated Climate Model)作物生长模型水分胁迫计算过程的基础上,模拟黄淮海平原冬小麦在雨养条件下的生长过程,分析水分胁迫现象的时空分异。结果发现,研究区内自然降雨远不能满足冬小麦的正常生长,从水分胁迫现象发生时间上讲,雨养条件下在冬小麦生长期后段(5月中旬以后)水分胁迫现象较为严重,以5月下旬最为严重,重度水分胁迫发生频率高达48.2%;从区域分布上分析,冀鲁豫低洼平原区和山东丘陵农林区水分胁迫现象在整个研究时间段上均较为突出。     

4树种主要生理指标对模拟水分胁迫的响应

比较了白毛锦鸡儿、荒漠锦鸡儿、驼绒藜和霸王的主要生理指标叶片含水量、自然饱和亏、超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性糖和丙二醛（MDA）含量,在不同生长期（夏季和秋季）对不同浓度聚乙二醇（PEG=10%、20%、30%）及不同胁迫时间（0 h、12 h、24 h）模拟水分胁迫的响应差异。结果表明：①霸王、驼绒藜抗干旱损伤的能力总体比两种锦鸡儿强;②同样处理水平下,种间SOD活性差异不显著,各指标夏秋响应差异显著,秋季较夏季敏感,树种抗旱能力与生长期及生理状态有密切的关系;③相关性分析表明,水分胁迫后水分亏缺大的树种,质膜受伤重,SOD保护酶与可溶性糖对树种抵抗水分胁迫起到一定的保护作用,调节协同机制及响应时间存在差异。     

水分胁迫及复水对豌豆干物质积累、根冠比及产量的影响

采用盆栽人工控水法,研究了水分胁迫及复水对豌豆（“银豌一号”）根冠干物质积累、根冠比及单株产量的影响。结果表明：在苗期、初花期及荚果充实期进行水分胁迫,豌豆根、冠干物质积累均受到抑制,随着胁迫强度的增强和胁迫时间的延长,根、冠干物质积累速率显著或极显著降低;水分胁迫导致豌豆的根冠比增大,与胁迫强度和胁迫历时呈现正相关关系。水分胁迫后复水,豌豆根系和冠层干物质积累及根冠比得到了一定程度的补偿,且随着胁迫强度的增强,补偿效应增大,胁迫历时的补偿效应在不同生育时期存在差异,且随着豌豆植株的逐渐成熟,补偿效应降低。水分胁迫后复水对豌豆单株产量的补偿效果以苗期最大,荚果充实期次之,初花期最小;且随着胁迫强度的增大和胁迫时间的延长,补偿效应减弱。     

基于生态水文学的地下水资源管理研究——以延庆盆地为例

传统的地下水资源管理往往只关注地下水位的变化,而很少考虑变化的水位会对区域生态系统产生什么样的影响。本文在生态水文模拟的基础上提出了一种基于生态水文学的地下水资源管理新方法。该方法耦合土壤水分与地下水位,考虑植物在水分胁迫下的蒸腾抑制机理,通过土壤水分亏缺与植物水分胁迫耦合水文过程与植物响应,进行基于过程的分布式生态水...     

黄土高原半干旱草地降水前后土壤的温、湿度及热力特征

本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站）陆面过程综合观测资料,分析了强降水前后榆中黄土高原半干旱草地土壤温、湿特征的差异,讨论了水分状况对土壤热力参数及地表能量分配的影响。结果表明:水分胁迫条件下,黄土高原半干旱草地土壤在10 cm深度存在一个湿层;强降水过程可使土壤湿度受影响范围接近40 cm深度。水分胁迫条件下,感热通量是黄土高原半干旱草地生态系统能量分配过程中净辐射的最大消耗项;无水分胁迫条件下,潜热通量是能量平衡系统中净辐射分量的最大消耗项。降水改变了土壤湿度并使得土壤热传导率发生变化,土壤热传导系数和土壤热容量随土壤湿度增加而增大。     

塔里木沙漠公路防护林植物沙拐枣气体交换特性对干旱胁迫的响应

利用LI-6400光合作用系统测定了干旱胁迫和正常灌溉两种处理下,塔里木沙漠公路防护林中乔木状沙拐枣（Calligonum arborescens）净光合速率、蒸腾速率以及水分利用效率等气体交换特性的日变化及季节变化动态。分析得出：两种处理下沙拐枣净光合速率在不同生长季的日变化动态均为单峰型;蒸腾速率除8月干旱胁迫处理下表现出微弱的双峰变化外,其余也为单峰型;干旱胁迫显著降低了沙拐枣的光合能力和蒸腾能力,而且随着干旱胁迫时间的持续,净光合速率和蒸腾速率降低的幅度在不断增加。干旱胁迫所引起的土壤含水量的降低和植物体内的水分亏缺并没有提高沙拐枣的水分利用效率,反而使其有着明显的下降。但尽管如此,沙拐枣在持续干旱的情况下依然能够维持生长,它通过适当降低蒸腾减少水分散失和降低光补偿点以提高弱光利用能力等方法来进行必要的光合积累,这说明沙拐枣有着极强的耐旱能力和适应极端环境的本领,而且通过沙拐枣在长期干旱胁迫处理下的顽强表现,也充分说明沙漠公路防护林在人工管理过程中依然存在着进一步节水的可能性。     

荒漠绿洲过渡带柽柳和泡泡刺光合作用及水分代谢的生态适应性

对分布于荒漠绿洲过渡带的柽柳(Tamarix ramosissima)和泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)光合和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明,柽柳和泡泡刺：①净光合速率与环境因子响应具“光合下调”现象,其曲线符合Gauss model。②净光合速率最大值分别为20.2 μmol CO2·m-2·s-1和23.8 μmol CO2·m-2·s-1;光补偿点和饱和点为244.62 μmol·m-2·s-1和1 180.31 μmol·m-2·s-1,73.67 μmol·m-2·s-1和1 467.85 μmol·m-2·s-1。③净光合速率近似双峰型抛物线;光能利用效率单峰曲线;柽柳蒸腾速率和水分利用效率为单峰旗形,泡泡刺波浪型。 ④泡泡刺利用较高的净光合速率、蒸腾、水分利用效率,柽柳通过高光能利用效率来适应荒漠生态环境。因此,光抑制所导致的“光合下调”现象是柽柳和泡泡刺对水分胁迫所产生的保护性机制,反映了荒漠植物在与环境协同进化过程中的生态适应性;较低的水分利用效率是荒漠植物对其环境响应的普遍适应机理。     

水肥耦合对玉米田间土壤水分运移的影响

以干旱区绿洲农田玉米水肥耦合试验为基础。利用含有根系吸水项的一维土壤水动力学模型,模拟了不同水肥条件下玉米蒸散、根系吸水、土体贮水量变化以及田间土壤水量平衡。结果表明：在玉米生长初期以棵间蒸发为主,其后则是以植株蒸腾为主;玉米在30-40cm土层吸水速率达到最大值;玉米灌水量为田间持水量的70％与85％对土壤0～80cm土层贮水量的贡献是相等的,并且高肥力在一定程度上可增强根系的吸水能力,高灌水可增强玉米根系对养分的吸收利用,但对于提高水肥利用率来说,理想的处理为中肥中水。     

流域土壤有效厚度水平衡验证及其对陆面水碳通量模拟的影响

由于土壤特性和植被分布具有区域性,不同流域土壤有效厚度存在差异,进而影响土壤蓄水容量和陆面水碳等通量的时空分布。以湿润地区的东江流域,湿润、半湿润地区的淮河流域以及半湿润、半干旱地区的泾河流域为研究对象,采用LPJ动态植被模型,以水量平衡为目标率定土壤有效厚度,分析不同气候区典型流域土壤有效厚度以及土壤蓄水容量和陆面水碳通量（径流量R,实际蒸散发量ET和净初级生产力NPP）变化。结果表明：东江、淮河、泾河流域的土壤有效厚度分别为70 cm、90 cm和140 cm,土壤有效厚度和蓄水容量随着气候干旱程度增加而增加;土壤有效厚度的修正有效减低该模型水平衡误差,对陆面水碳通量模拟结果的影响程度与区域气候条件有关,湿润地区多年平均径流深和实际蒸散发修正前后变化显著,半湿润、半干旱地区NPP变化显著。研究成果为提高LPJ模型在不同气候区应用可靠性提供参考依据。     

基于CLM模型的月尺度中亚陆表蒸散和土壤水分模拟估算

论文基于CLM 4.5模拟1980—2009年月尺度中亚陆表蒸散发和土壤水分,并和GLDAS、GLEAM数据产品进行对比,结果表明CLM 4.5模拟的蒸散和土壤水分区域平均值和其他产品具有较好的一致性。从CLM 4.5模拟的陆表蒸散结果分析可知：全年蒸散大部分集中于春夏2季,在5月达到一年的最大值,夏季中亚的蒸散高值区集中在哈萨克斯坦北部和东北部、东南部的山地区,对应主要的农田区和林地区,植被蒸腾占主导因素;春季东南部天山山脉和帕米尔高原是蒸散高值区,主要因为该地区春季降水量较大,且积雪开始融化,水量充足,地表蒸散发充分;蒸散低值区主要在西南的土库曼斯坦和乌兹别克斯坦,地表覆盖以荒漠为主,植被覆盖较少,降水也较少,导致地面蒸散量较低。模拟的表层土壤水分结果表明：冬季陆面蒸散低,降水大多储存在表层土壤内或者以积雪的形式覆盖在地面上,春季气温升高,积雪融化下渗到土壤中,土壤水分持续增加,4月份达到峰值;夏季蒸散增加,降水减少,土壤水分持续下降,9月份达到最低值;进入秋冬季后蒸散降低,土壤水分呈上升趋势。中亚土壤水分高值区集中在北部和东北部的林地、农田区,以及天山山脉和下游的阿姆河、锡尔河流域区,西南部的荒漠区依然是低值区。一年中,夏季降水较少,由于地面蒸发的作用,土壤水分持续较少,蒸散也随之降低。三者之间相关性很高;冬季降水和土壤之间的相关性较高,尤其是裸地区;在植被覆盖较大的情况下,春季降水和蒸散相关性较高,土壤水分和降水、蒸散之间相关性较低,会出现负相关情况。CLM 4.5模拟的结果为进一步中亚地区的水问题研究奠定基础。     

基于土壤理化性质估计土壤水分特征曲线Van Genuchten模型参数

在东北黑土区采集了不同侵蚀强度黑土土样,测定其土壤水分、机械组成、有机质和容重等指标,利用Rosetta模型估计了Van Genuchten模型的参数,并将估算土壤水分与实测土壤水分对比,评价了选择不同土壤理化性质指标的模拟精度,及该方法对东北黑土的适宜性。结果表明：选择4个或6个土壤性质指标,尺度参数（α）和形状参数（n）的差异较大,采用6指标时,α增大,n减小。修正VG模型参数m与n的关系后,模型拟合精度明显提高,其中6指标的计算结果好于4指标,但拟合值偏大,需进一步较正。Rosetta模型适用于砂粒含量小于46%,粘粒含量大于28%的东北黑土。     

梭梭柴林地蒸散量估算模型的研究

在前人工作的基础上选用Prietley和Taylor的湿润表面蒸发量与相对土壤湿度, 对1992~1994年新疆莫索湾治沙站蒸渗仪的实测资料, 用数理统计方法建立了梭梭柴林地蒸散量的估算模型, 并且检验了该模型的效果。该模型只需常规气象资料和土壤湿度资料, 计算简便, 具有较高的精度, 适应于干旱地区使用。     

陕西渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征研究

以渭北旱塬为研究对象，在区域尺度和定位观测的基础上，揭示了渭北不同苹果种植分区土壤水分特征。得出如下结论：(1)渭北旱塬不同苹果种植分区土壤水分特征主要受自然降水和苹果地蒸散量的影响。(2)3种类型区苹果地土壤水分都存在亏缺现象，台塬东部区苹果地土壤水分平均潜在亏缺量为390．9mm，最大亏缺量为674．6mm，最小亏缺量为186．3mm；高原沟壑区苹果地水分平均潜在亏缺量、最大亏缺量分别为264．4和441．2mm，有时也出现水分盈余的现象；台塬西部区总体上表现为亏缺．但苹果地出现水分盈余的现象较高原沟壑区普遍，最大盈余量达151．8mm；(3)渭北旱塬苹果地水分储存量也存在区域分异，2m土层水分储存量在全生育期是渭北台塬西部区大于渭北高原沟壑区大于渭北台塬东部区，土壤水分储存量的变化特性与降水量的时空变化、苹果树对土壤水分的利用量及降水年型有关；(4)3种类型区苹果地耗水量以台塬东部区最大，旱塬沟壑区次之，台塬西部区最小。干旱年苹果全生育期耗水量低于丰水年份。从耗水组分上看，苹果地耗水主要来源于生育期间的有效降水，但在干旱年份，耗水量还有相当一部分依赖深层土壤贮水，耗水深度超过3m，表明深层储水在干旱年份对苹果树生长所需水分的供给起着不可忽视的重要作用。     

阿拉尔灌区棉田蒸散量计算模型

根据2000年阿克苏水平衡站有底测坑试验资料，分析了土壤水分有效性函数与土壤相对有效含水率，作物生物学特性函数，与群体叶面积指数的关系，结果表明：（1）土壤水分有效性函数与土壤相对有效含水率呈直线函数关系；（2）作物生物学特性函数与群体叶面积指数呈指数函数关系。选用20cm蒸发器水面蒸发量、作物生物学特性函数和土壤水分有效性函数，应用数理统计方法建立了阿拉尔灌区棉田蒸散量计算模型。该模式仅需常规气象与土壤湿度资料，计算简便，精度较高，便于在缺乏实测资料的地区使用。     

两种尺寸蒸渗计测量实际蒸散差异性试验研究

利用试验资料,对蒸散面积2 m²和4 m²两种尺寸蒸渗计测量蒸散量的差异及原因进行了研究。结果表明：2 m²蒸渗计与4 m²蒸渗计所测蒸散量具有很好的一致性,但2 m²蒸渗计所测蒸散量总体要略偏大,日蒸散量平均偏大4%,月蒸散量平均偏大10%,年蒸散量相对偏大5%;典型天气条件下,2 m²蒸渗计和4 m²蒸渗计所测蒸散量的日变化过程基本相同,小时蒸散量的差异表现为晴天时白天显著偏大、夜晚略有偏小,阴天时白天略偏大、夜晚较接近,雨天时白天、夜晚均非常接近的特征。晴天和阴天时,2 m²蒸渗计比4 m²蒸渗计测量日蒸散量分别偏大1.78 mm和0.12 mm,雨天时偏小0.11 mm;2 m²蒸渗计比4 m²蒸渗计测量蒸散量总体偏大的原因,主要是2 m²蒸渗计土壤温度显著高于4 m²蒸渗计和建造时间不同导致土体内部土壤湿度产生差异。     

西北干旱区滴灌数值模拟

土壤湿度的保持对作物生长非常重要。本文运用非静力平衡中尺度大气模式MM5,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换和土壤湿度变化的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明:绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m3·hm-2·(10d)-1的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量,水量过大不但造成水资源的浪费,而且对作物生长不利。500m3·hm-2·(10d)-1的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半和上限的1/3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

一个预测冬小麦根系层储水量的概念性模型

基于对SPAC系统的认识,以1995～1996年北京市水利科学研究所永乐店试验站和1993～1994年中国科学院禹城综合试验站冬小麦生长季土壤-作物-大气田间观测数据,对冬小麦根系层水量平衡的概念性模型进行参数确定和实验验证。研究结果表明:本文采用的根系层储水量的预测模型的模拟值与实测值吻合较好,且模型参数较少,形式简单,便于生产实践应用,但是具体的参数须通过田间试验获得。