极端干旱条件下柽柳种群蒸散量的日变化研究

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳种群蒸散进行测定。结果表明,在晴朗无云的条件下,蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨630以后出现,上午蒸散率上升过程缓慢,到中午达到峰值,随后蒸散速率迅速下降,到1600蒸散速率降到最小,夜间无蒸散,常出现负值,呈大气凝结过程。净辐射对蒸散起决定作用,蒸散速率的变化趋势与净辐射变化基本一致,其日变化具有相同的峰型。柽柳种群蒸散量随风速的增加而增加。土壤温度对柽柳种群蒸散速率的影响不大,但土壤温度的增加值的变化与蒸散速率的变化基本一致。土壤含水量的变化对蒸散速率产生影响,土壤含水量降低,蒸散速率减弱,土壤含水量增加,蒸散速率加快。相关分析表明,环境因子对蒸散速率影响的贡献依次为土壤温度的升高值 > 净辐射 > 风速 > 土壤含水量 > 空气温湿度。     

极端干旱区天然植被耗水规律试验研究

采用自动控制仪器对极端干旱地区不同植被的单株和群落的蒸散发进行了长期的试验研究。结果表明:胡杨在生长期内单位叶面积上月蒸腾量8月最大,10月最小,蒸腾量呈单峰型,在4—5月树干单位面积液流通量为0.13~0.15 L·cm-2·d-1,6月为0.294 L·cm-2·d-1。在晴朗无云的条件下,柽柳灌丛蒸散速率变化呈单峰型,在生长季节日蒸腾量为63.48 L,平均日蒸腾量为0.349 L。梭梭日蒸腾量与土壤含水量有密切的关系,在生长期总蒸腾量为344.66 L。骆驼刺、苦豆子和胖姑娘蒸腾量月变化具有共性,各月和年蒸腾量的总量骆驼刺最大,苦豆子居中,胖姑娘最小。最后推算额济纳三角洲全年植物蒸散发总量为2.43亿m3。该定量数据的测定为确定区域层面上的需水量和区域生态需水计算奠定基础。     

SEBS模型在黑河流域中游的应用及参数敏感性分析

干旱区的蒸散发（ET）研究对干旱区的水资源管理和生态系统恢复具有重要意义。本文基于SEBS模型和参考作物蒸散量估算2009年3—9月黑河流域中游地区蒸散发。使用涡度相关蒸散数据验证表明,SEBS模型能够有效估算黑河流域中游的蒸散发。从各月的ET分布状况来看,区域平均ET有着明显的月变化;植被生长季内ET总量空间分布差异大,在23.4~752.6 mm之间,区域平均值为428.7mm。通过对SEBS模型参数敏感性分析发现,SEBS模型对地面温度最为敏感,其次是空气温度,再者是风速和反照率,对NDVI和空气湿度的敏感性最小。     

新疆塔里木河下游柽柳茎水势变化与影响因子研究

结合塔里木河下游生态输水过程中的实测资料,分析了不同断面柽柳茎水势变化特征、柽柳茎水势的日、月变化规律及其与环境因子之间的关系。结果表明:依干不及麻断面柽柳茎水势普遍低于英苏断面;柽柳茎水势日变化大体呈直线下降趋势;英苏断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份高,依干不及麻断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份低。柽柳茎水势日变化与气温和空气相对湿度之间有显著的相关关系,气温升高,空气相对湿度降低,植物蒸腾失水增多,水势降低。同时与地下水埋深间也有十分显著的相关关系,随地下水埋深增大,土壤含水量减小,茎水势降低,地下水埋深减小,土壤含水量增大,茎水势回升。     

沙坡头地区固沙植物油蒿、柠条蒸散状况的研究

应用一组自动称重式lysimeter对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区半灌木油蒿(Artemisia ordosica)与灌木柠条(Caragana korshinskii)植丛的蒸散与流沙区蒸发比较,在生长季节进行两年连续观测研究。结果表明,植丛生长季节蒸散约占同期降水量的90%以上,根层220cm深度以下无降水补给作用。裸沙蒸发量与深沙层补给量分别占降水量的70.5%与12.6%。湿润年(P=215.8mm,其中生长季P=1837mm)生长季内油蒿与柠条植丛日平均蒸散速率接近,分别为0.86mm·d^-1,0.87mm·d^-1。干旱年(P=121.0mm,其中生长季P=114.0mm)油蒿植丛日平均蒸散速率降低为0.68mm·d^-1,而柠条植丛日平均蒸散速率仍然高达0.80mm·d^-1。由油蒿、柠条植丛月蒸散量比较,干旱年柠条在降水相对集中且丰沛的月份具有较高的蒸散量(如1991年8月,ET为66.3mm(相当于蒸散速率2.15mm·d^-1)),致使根层年内贮水量亏缺量(ΔS=-42.6mm)较油蒿植丛严重(ΔS=- 18.7mm)。而油蒿植丛在全生长季保持低下蒸散水平,表明由于植物种利用水分的机制不同,其植丛ET随年降水变化差异明显。但是,较之于湿润年均呈现下降趋势。在湿润年,裸沙区日均蒸发量为0.60mm·d^-1,而在干旱年,其蒸发速率降低为0.44mm·d^-1,相应的月蒸发最高值为38.0 mm(相当于蒸散速率1.27 mm·d^-1)。裸沙区蒸发量日均值与月最大值几乎均降低为植丛蒸散量的一半。     

模糊隶属法在塔里木河荒漠植物抗旱性评价中的应用

以塔里木河荒漠河岸乔木、灌木、草本植被的代表植物胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)和罗布麻(Apocynum venetumas)为研究对象,对塔里木河下游不同区段、不同地下水位状况下胡杨、柽柳和罗布麻体内叶绿素、可溶性糖、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、生长素(IAA)、赤霉素(GA3)和脱落酸(ABA)等主要生理指标和地下水位进行了测定。运用国际通用软件SAS6.12对这十项生理指标和地下水位之间的关系进行了相关性分析,结果表明:亚哈甫马汗断面的柽柳对地下水位的生理响应最为敏感。其次是胡杨和罗布麻;阿拉干断面的差异不大;在所测的十项生理指标中,丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、脱落酸(ABA)对地下水位变化的敏感度最高,其次为过氧化物酶(POD)、生长素(IAA)和分裂素(CK);地下水位是影响塔里木河流域植被生理特性的主要环境因子。在相关分析的基础上运用平均隶属函数法对这三种植物进行抗旱性排序,结果表明:在干旱胁迫下,植物各种生理代谢过程协同作用,共同抵御干旱胁迫,以减少其受伤害程度;就抗旱能力而言,胡杨>柽柳>罗布麻。     

4种荒漠植物的抗氧化系统和渗透调节的季节变化

研究了塔克拉玛干沙漠南缘4种荒漠植物的水势、渗透调节物质和抗氧化系统的季节变化。结果表明,4种荒漠植物的清晨水势和午后水势的最低值出现在7月,最高值出现在6月,说明在此区域,6月植物的水分状况相对较好,7月植物的水分状况最差。骆驼刺的MDA含量和活性氧（O-2和H2O2）积累随着季节变化均呈上升趋势,表明骆驼刺的膜脂过氧化和膜伤害随季节推进逐渐加剧;柽柳、花花柴和沙拐枣的MDA含量和活性氧积累最高峰值分别出现在7月、7月和8月,说明在水分亏缺最严重的7月和8月,植物面临的膜脂过氧化程度亦最高。4种植物的渗透调节物质积累和抗氧化酶活性的变化,与膜脂过氧化几乎同步。其中,柽柳是以脯氨酸和可溶性糖两者的积累来调节细胞质渗透势以适应极端环境,脯氨酸的积累是沙拐枣应对水分胁迫的主要物质之一,骆驼刺是以可溶性糖的积累来应对水分亏缺,花花柴这两者含量都不高,分析可能是以无机离子作为渗透调节物质。4个月SOD、POD和CAT活性的均值排序均为柽柳>沙拐枣>骆驼刺>花花柴,说明在整个生长季中,柽柳的活性氧积累最为严重,其保护酶SOD、POD和CAT对活性氧的清除均起到关键作用。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

胡杨(Populus euphratica)与柽柳(Tamarix ramosissima)径向生长特征对比

基于对额济纳旗胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)生长季树干的径向生长变化监测,以及气温、空气相对湿度和地下水位等环境因子的同步监测,利用突变检验和相关分析方法,对两树种日-季节尺度径向生长时间节点、阶段等特征及其环境因子响应模式进行了对比研究。结果显示:在两树种径向生长变化特征方面,日尺度上,胡杨每日径向生长最大值点出现和结束时间均比柽柳早3h左右;季节尺度上,胡杨进入快速生长阶段的时间迟于柽柳,并且比柽柳结束要早,持续时间短于柽柳。在环境响应机制方面,胡杨日收缩极值(eMDV)、日膨胀极值(iMDV)和日净生长量(ΔR)阶段变化平均值为柽柳的3倍以上,变化幅度也相对较大;两树种上述径向生长参数与气温和地下水埋深等因子日-季节尺度的响应模式基本一致,快速生长期的地下水位变化影响更为显著,尤其对于柽柳。研究结果对于荒漠河岸林可持续发展及内陆河流域水资源管理具有重要意义。     

拉萨河流域高山水热分布观测结果分析

利用架设在念青唐古拉山南坡9个海拔高度(4300～5500m)的自动气象站一年(2006年8月1日-2007年7月31日)的实测数据,对山坡1.5m高度的气温和季风期(6-9月)降水随海拔梯度和时间的变化进行了分析.表明4300～4950m存在一个逆温带,逆温时间自10月至翌年4月.年逆温频率为11.5%(42天).4300～5500m年平均气温直减率为0.61℃/100m;念青唐古拉山南坡季风期各月最大降水带都在海拔5100m.最大降水高度以下,山坡降水量递增率为4～7mm/100m,最大降水高度以上,降水递减率数值上为降水递增率的1.6～2.3倍.7月和8月降水量占季风期总降水量比例大于6月和9月.降水月内分配山坡上部总体较山坡下部均匀.降水主要发生在4:00-10:00以外的时间段,而大一中雨(3～14mm/h)主要发生在18:00-22:00.山坡强降水段相对集中在4650～5100m海拔高度.     

古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭群落蒸散特征

根据2016年古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭生育期定点观测的土壤水分、气象要素等资料,基于水量平衡原理估算了梭梭生育期蒸散量,分析了蒸散变化规律。结果表明：（1）在梭梭生长季,降雨量为206.7 mm,降雨分布不均,梭梭萌发期,降雨量最多;梭梭生长旺盛期,月降雨量逐月减少;梭梭枯落期,降雨量最少。（2）在梭梭生长季,梭梭群落0~400 cm土壤贮水量变化整体呈下降趋势,梭梭萌发期是土壤贮水量盈余期,生长旺盛期和枯落期为土壤贮水量亏损期;梭梭群落发挥土壤水库效应,依靠生长季前土壤蓄水来弥补梭梭群落生长季需水缺额。（3）在梭梭生长季,蒸散量变化特征为多峰曲线,峰值主要出现在降雨集中期,最低值出现在土壤贮水量亏损期。（4）在梭梭生长季,梭梭群落累积蒸散量增幅始终高于累积降雨量增幅,累积蒸散量大于累积降雨量。     

沙漠人工植被区土壤蒸发测定

在2003年生长季,应用自制的微型蒸渗仪(Micro Lysimeter)、大型称重式蒸渗仪(Lysimeter)和TDR对比测定沙漠油蒿(Artemisia ordosica)和柠条(Caragana korshinskii)人工植被区与裸沙土壤蒸发,结果表明:在沙漠人工植被区由于植被比较稀疏,土壤蒸发不受植株的遮阴的影响,但不同样地的蒸发量是有差异的,而样地和位置间的互作不显著。为提高蒸发测定精度,建议微型蒸渗仪勤于换土,尤其是在大降水发生之后;将横插式 TDR探头改为竖插式能探测到小降水后的蒸发量。在沙漠区有很大比例的蒸发发生在紧接降水之后。以微型蒸渗仪的测定结果为主,结合大型称重式蒸渗仪的测定结果推算出整个试验期间的裸沙、油蒿和柠条样地的蒸发量为 111.6mm、93.8 mm和99.3 mm,油蒿和柠条样地的蒸发量分别占同期蒸散量的45.1%和43.6%;油蒿和柠条样地均以8月份日蒸发量0.93 mm·d^-1和1.10 mm·d^-1最高,5月份日蒸发量0.30 mm·d^-1和0.28 mm·d^-1最低。     

天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

生长季流动沙地水量平衡研究

利用水分分配箱对流动沙地土面蒸发量和入渗补给量的月动态特征及其水量平衡作了定量研究。结果表明:①生长季流动沙地土面蒸发量从４月开始逐渐增大,至８月达到蒸发的最高点,９月蒸发量开始回落;5月、6月受气温的影响蒸发量相对较小,只占到同期降水量的30%~40％,有利于土壤储存更多的水分;生长季总蒸发量为167.42 mm,占同期降水量的76.07％,远小于固定沙地小叶锦鸡儿灌丛蒸散量占同期降水量的135.83％的比值。②补给量从4月开始逐渐增大,8月达到最大值16.79 mm,进入9月,随着降水量的减少以及8月较大的蒸发消耗,补给量迅速减少。补给系数从5月至8月逐渐增大,最大值可达到26.73％,平均值为15.09％。     

基于地下水位与土壤含水量的地下水蒸散发估算北大核心CSCD

地下水蒸散发(Groundwater evapotranspiration,ET_(g))是地下水浅埋环境中垂向水文循环的重要组分,是干旱区地下水主要的自然排泄方式(>70%)。准确估算ET_(g)对科学管理干旱区农业与水资源、合理保护和修复地下水依赖型植被意义重大。本文基于地下水位和土壤水分波动方法估算了甘肃临泽县锁龙潭湿地附近的沙枣(Elaeagnus angustifolia)林2017—2018年生长季(4月15日至10月15日)的ET_(g)。结果表明:(1)2017、2018年生长季ET_(g)分别为275、511 mm,在实际蒸散发(ETa)中分别占73%、87%;其中7—8月约占整个生长季ET_(g)的48.2%、48.4%,大致与地下水位变化及植被生长过程同期。(2)ET_(g)及其占总蒸散发的比例与潜在蒸散发、土壤储水量、地下水位正相关(P<0.05),这3个要素对ET_(g)的方差解释率均较高(2017年48%、21%、31%,2018年24%、24%、52%)。(3)数据驱动方法在荒漠绿洲过渡带地下水浅埋环境ET_(g)量化评估中虽然可行,但时间分辨率较低,融合机制模型的数据驱动方法是未来提高ET_(g)估算精度的重要思路。     

额济纳绿洲沙漠化对柽柳群落影响的研究

柽柳群落是黑河下游额济纳绿洲重要的荒漠河岸林，有河滩和沙地两个亚群系。通过对该区域的考察和对植物群落、土壤的取样分析，表明了在绿洲因水资源短缺而发生环境恶化的过程中，两个亚群系均产生了群落衰退，包括群落种类组成趋向柽柳单一种群，当年生物量占现存生物量比率下降，枝条枯死率上升，而群落盖度、植丛高度、丛幅等无显著变化，因此评估沙漠化的指标应以枝条枯死率为主。土壤表层盐分、有机质和机械组成在河滩系列变化较缓，沙地系列较强烈。在水资源持续短缺情况下，柽柳群落演替的最终结果是柽柳全部死亡后直接演变成裸地和流沙。柽柳群落是额济纳绿洲面积最大的群落类型，因而也是阻止、延缓绿洲沙漠化的最后防线，应注意保护和抚育。     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

极端干旱区柽柳林地蒸散量及能量平衡分析

运用波文比-能量平衡法对极端干旱区柽柳林地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定和估算,并对柽柳林地蒸散特点和能量平衡进行了分析和探讨。结果表明:柽柳林地的日平均蒸散量为1.6 mm/d,整个生长季的蒸散量为248.2 mm,蒸散量的季节变化系数为47%±3%。柽柳林地蒸散量的季节变化与土壤水分条件密切相关。柽柳林地蒸散量受气象因子和下垫面条件的影响和制约。在极端干旱区,感热通量消耗了绝大多数的能量,潜热通量在整个生长季只占很小的一部分,夜间,土壤储存的能量是大气能量的主要来源,而白天土壤是能量的主要汇源。     

苏打盐碱土地区不同土地利用类型的地表水分蒸渗特征

选择东北松嫩平原西部典型地区,采用FAO56方法和实际田间定期观测相结合,分析了当地旱田和碱斑地两种主要土地利用类型地表水分蒸散和入渗特征及其对土地盐碱化的影响。结果表明:对于玉米地这样相对蒸散量比较大的旱作农田来讲,水分亏缺和盐碱化主要发生在根层,而对表层土壤,即使在偏干旱年份,仍然有足够的水分入渗量来维持盐分平衡。碱斑地随着植被的破坏,总体上表层土壤蒸发和入渗量基本平衡,但是由于土壤水分蒸发过程中盐分浓度要比入渗过程中的盐分浓度大,表层土壤依然向盐碱化方向发展。采取适当的土地利用方式,建立耗水量与该地区降雨水平相适应的植被系统是控制区域土地盐碱化发展的关键。