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。     

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。     

绿洲农田作物的显热和潜热输送

本文根据波文比－能量平衡法，利用观测资料计算了荒漠－绿洲交界处绿洲农田作物（棉花、水稻）的显热和潜热，并进行了分析和比较。     

内蒙古奈曼麦田生长期的微气象变化

采用波文比热量平衡法分析了内蒙古奈曼麦田生长不同阶段的微气象变化。结果表明：（１）麦田反射率随小麦生长趋于旺盛而减小；（２）随着小麦的生长，净辐射及其与太阳总辐射的比值增大；（３）白天净辐射主要用于潜热交换；夜里净辐射主要由潜热交换与土壤热交换补给；（４）波文比白天小，早晨和夜里大。     

灌溉在现代绿洲维持与发展中的重要作用

灌溉是荒漠绿洲农业发展的根本,没有灌溉就没有干旱区农业。本文运用美国NCAR的非静力平衡中尺度模式MM5V3,模拟了1991年8月1日到11日张掖绿洲地表感热、潜热通量和波文比,模拟结果表明此模式可以较好地反映张掖绿洲地表能量及水汽交换状况。同时模拟了当水源被截断后,地表感热、潜热通量及波文比随时间的变化:潜热迅速下降,感热迅速上升,波文比绝对值也迅速增大。如不及时补充水,绿洲将最终退化为沙漠。模拟结果证明了:①在我国西北干旱区有水才有绿洲,无水便成沙漠,水是绿洲的生命线,灌溉是现代绿洲维持与发展的基础;②绿洲一旦因缺水而退化为沙漠,就很难恢复。     

内陆绿洲灌溉农田SPAC系统土壤水分动态模拟研究

基于土壤水动力学原理,建立了内陆河流域山前农田绿洲SPAC系统土壤水分运移的子模型。应用该模型对土壤剖面含水率、农田棵间蒸发和叶面蒸腾量进行了模拟研究,并以实测值进行了验证。对相同种植与田间管理条件下的春小麦生长季田间土壤水分、土壤蒸发和叶面蒸腾量进行了预报,得到了较满意的结果。对模型主要参数土壤饱和导水率Ks、土表排水系数Wmax、净辐射Rn、风速Uz、饱和差D、作物叶面指数LAI进行了敏感性分析,得出这些参数对土壤水分运移的影响显著。应用该模型对西北干旱区内陆河流域山前绿洲灌溉农田的土壤水分均衡和作物根系吸水规律以及SPAC系统中土壤水分运移规律进行了模拟研究。     

2001–2018年青藏高原三江源地区高寒草地的波文比（英文）

波文比用以描述从地球表面到空气中以潜热或感热发生的热传递过程,其由于土地利用和覆盖变化的生物物理效应而成为研究热点。波文比对评估生态系统气候调节功能具有一定的作用,但在大多数生态评估中常常被忽略。本文以位于气候敏感区和脆弱区的青藏高原腹地的三江源地区为研究区域,基于MODIS蒸散产品以及2001–2018年MODIS反照率计算出的陆地表面净辐射估算出波文比,并利用通量观测数据对MODIS蒸散产品进行了验证。通过多元线性回归和结构方程模型(SEM)两种方法分别分析了波文比的时空变化和影响因素。结果表明:1)MOD16蒸散数据与海北和当雄两个高寒草甸的涡度通量观测数据显著相关,相关系数分别为0.78和0.70,显著水平P值均小于0.01;2)2001–2018年期间三江源地区草地的多年平均波文比是2.52±0.77,呈从东南向西北逐渐递增的空间格局;研究时段内波文比整体呈下降趋势(Slope=–0.025, R~2=0.21, P=0.056);3)以年总降水量、年平均气温、年平均相对湿度、年平均NDVI及年均反照率为自变量的多元线性回归方程,可解释三江源全区平均波文比年际变化的51%,根据标准化回归系数,气温的影响最大,这表明气候变暖对净辐射分配为感热和潜热的比例有很大的影响;4)此外,植被变化的贡献通过结构方程模型进行定量分析,结果表明NDVI的增加将导致反照率的下降,路径系数为–0.57,反照率对波文比影响为正,路径系数为0.43,这是由于气候变化引起的NDVI变化的负面和间接影响。明显的湿润气候可以增加蒸散,以全球气候变暖为主并叠加降水增加的气候变化,将促进植被生长,地表反照率降低,会使地表净辐射增加;但同时气候变暖主导并直接促进了地表蒸散增加,导致了波文比降低,表明波文比能够综合反映区域气候和植被变化的生物地球物理效应,可在今后生态系统评估中作为气候调节功能指标之一。     

科尔沁沙地樟子松水分来源贡献率的稳定同位素模型估计(英文)

利用稳定同位素技术测定降水、土壤水、植物茎干水的同位素组成,结合多元线性混合模型(IsoSource)确定科尔沁沙地东南部樟子松人工林内樟子松的根系吸水范围以及各水源的水分贡献率。通过连续观测强降水事件前后樟子松水分来源的变化,探究降水对樟子松水分利用的影响。结果表明樟子松茎干水与20cm以下土层的土壤水同位素组成最为接近,樟子松的水分吸收主要集中在这一层(最大取样深度80cm)。IsoSource模拟结果与观测结果一致,土壤水分条件较好时,大约60%以上的水分来自于20-80cm土层;当这一深度土壤含水量降低时,樟子松将会更多地依赖更深层的土壤水分。樟子松根系分布的最大深度远小于地下水位,因此很难利用到地下水。2009年7月13日14.4mm的降水前后,樟子松茎干水同位素组成的变化表明,降水结束后36小时樟子松可以感应到降水对表层20cm土壤水分的补充,这一土层的水分贡献率在接下来的24小时内迅速降低。不同水分条件下水分来源的多样性表明樟子松能较好地适应沙地生境。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

多枝柽柳和疏叶骆驼刺幼苗生物量分配及根系分布特征

以塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带上两种主要建群种植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)的一年生幼苗为研究对象,采用人工壕沟全根挖掘法,研究同一生境条件下两种植物幼苗在生物量分配、根冠比、根系分布特征对极端干旱环境的适应特征.结果表明:(1)两种植物幼苗生物量分配策略明显不同.多枝柽柳幼苗把更多的生物量分配到地上,其根冠比为0.75;而疏叶骆驼刺幼苗把更多的生物量分配到地下,其根冠比为1.73.(2)两种植物幼苗地上/地下生物量属于典型的幂函数异速生长关系,异速生长模型的相关系数都在0.83以上.(3)两种植物幼苗根系分布各异.多枝柽柳幼苗根系多由垂直的主根和水平扩展的侧根组成,根长在垂直剖面上近似"丰"字形分布;骆驼刺幼苗根系在土壤中呈网状分布,根长在垂直剖面上近"古"字形分布.     

农作物分布对南水北调受水区域 陆面过程模拟的影响

本文将中国陆面覆盖资料(CLCV)与全球农作物分布资料融合,获取了一套包含小麦、玉米和水稻这些农作 物分布的陆面覆盖资料(CLCV- 3C),并将该陆面覆盖资料以及CLCV 应用于陆面模式CLM针对南水北调受水区域 的数值模拟试验以探讨该区域农作物分布对陆面能量水分过程模拟的影响。结果显示,与原来没有区分这三种主 要农作物分布相比,考虑农作物分布后,小麦区模拟的多年平均净辐射、感热、径流会增加,而蒸散发会减少;玉米 区和水稻区的多年平均净辐射、感热、蒸散发均会增加,而径流会减少。这些研究表明,农作物分布对南水北调受水 区域陆面水分能量过程有不可忽视的影响。     

拉萨地区土地利用变化

根据1990年、1995年和2000年3期西藏拉萨地区土地利用现状调查数据,利用GIS空间分析方法,系统地分析了1990年至2000年间拉萨地区的土地利用时空变化特征。得出: ① 10年来拉萨地区的土地利用类型转变主要发生在人类活动比较集中的城镇附近和河谷地区,很多地段的天然植被由人工植被所取代,植被覆盖度和生物产量明显提高,有效地改善了这些区域的土地覆盖状况,这些变化是这一期间实施的农业综合开发中旨在改变区域生态环境的人工植树造林和改良草场等人为有目的地改变土地利用类型的直接结果;② 10年内面积增幅最大的是林地,增加了2.56%;③ 土地利用类型变化最广泛的是牧草地,由牧草地变成耕地、园地、林地、居民点及水域的,其中牧草地变成林地的面积最大,占变化面积的94.09%;④ 耕地变成林地的面积占耕地移出总量的54.86%,变成居民点的占移出面积的38.25%;⑤ 水域变成林地的面积占变化面积的93.13%。     

藏北高原地气之间的水分循环

利用GAME－Tibet期间所取得的高分辨率土壤温度、含水量以及降水量资料，对藏北高原地气之间的水分循环过程进行了分析。结果表明，唐古拉山以南平坦地表7－8月份地表蒸发的水汽量可达177.1mm，占同期降水量的73．2％；唐古拉山以北平坦地表7－8月份地表蒸发的水汽量可达73.3mm，占同期降水量的57．7％。地表土壤通过蒸发不但将大量的水分输送给其上的大气，而且将热量传给了其上的大气，从而抑制了土壤温度的升高。如果仅就唐古拉山南北地表蒸发而言，引起其较大差异的原因主要是降水量的不同。     

人工牧草需水量的模拟计算及其有效性检验

 较高精度的模拟计算作物需水量对制定节水高效灌溉制度、灌溉排水规划和水资源合理配置至关重要。目前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型。任何方法计算的作物需水量用于生产实践时,都应进行模拟结果的有效性检验。基于灌溉试验数据,应用联合国粮农组织推荐的FAO-56双作物系数法模拟计算了人工牧草——披碱草、冰草的需水量。并采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法对需水量模拟值进行了有效性检验。拟合相关图法给出统计相关趋势,属定性检验; 回归分析法和残差估计误差指示法给出了模拟值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围,属定量检验。这种定性定量相结合的方法客观的检验了需水量模拟值与实测值的一致性,经有效性检验后的需水量模拟值可用于生产实践。     

以水为中心的农业生态研究——悼念黄秉维先生逝世一周年

本文概略地论述了黄秉维先生开拓以水为中心的农业生态研究的学术思想，理论渊源和方法论特征；追忆其为懈追求付诸实施的实践活动。在华北平原建立农业生态系统试验站，开展以水为中心的农业生态研究，为获取可靠数据，实验力求严谨精确，具有原创性和综合性；试验性质具有明确应用目标的基础研究。从20世纪70年代末以来，在北京和栾城农业生态系统试验站开展了下列研究：微气象学方法研究农田物质能量交换；农田净辐射与热量平衡；水分传输及其驱动力机制；气孔行为与环境因素联系；作物生态模拟和模型；瞬态作物群体光能利用率与水分利用率；水势、冠层温度与气孔活动判别土壤水分亏缺，作物水分胁迫机制及其确定与利用等，在一系列重要方面均作了尝试并取得显著进展，为中国北方农业节水及发展节水农业、旱作农业奠定了理论基础与实践途径。     

拉萨地区土地利用变化情景分析

根据西藏拉萨地区1990年、1995年和2000年3个时点的土地利用数据,应用马尔科夫过程模型分析了未来20年内拉萨地区的土地利用情景变化,并与90年代制定的拉萨地区土地利用规划面积进行了对比研究。研究结果:1)10年间,土地利用类型变化最广泛的是牧草地。变化方向主要由牧草地向耕地、园地、林地、居民点及水域转变,其中变成林地的面积最大,为2338.25hm²(占变化面积的94.093%);2)拉萨地区未来20年中土地利用类型发展趋势是耕地、牧草地、水域和未利用土地面积将进一步减少,林地、园地和居民点面积将进一步增加;3)土地利用规划面积与基于马尔科夫模型的土地利用变化情景分析结果比较吻合,马尔科夫过程模型对制定该区域土地利用规划具有重要的参考价值;4)由于土地利用变化是一个复杂的过程,不仅受到众多自然因素的影响,而且受到未来土地利用政策、社会经济发展、区域内大型工程项目及其他人类活动等不确定因素的影响,从而不同土地利用类型之间的转移概率会发生变化,使得基于马尔科夫过程模型预测的精度有一定的局限性。     

黄土高原不同气候区裸地水、热特征对比

为了更好地理解陆地表面水、热通量的空间差异,利用2009年和2010年1月黄土高原陆面过程观测试验（LOPEX）的陆面过程资料,对比分析了不同气候区主要地表水、热通量特征。结果表明：半干旱区的定西在近地层气象要素、土壤湿度、动量通量、地表能量及CO2通量等主要陆面特征物理量与半湿润区的平凉、庆阳差异明显;气候背景相接近的平凉、庆阳的主要陆面特征量比较接近。虽然地形、地势、海拔、下垫面影响因子也是影响陆面特征的重要因素,但是气候背景差异愈明显,陆面特征差异也愈大,即一个地区的气候背景是陆面过程特征的主要决定因子,对陆面特征产生综合影响,而地形、地貌只对一个或几个陆面物理量有影响。     

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。     

作物生产潜力变化的区域差异——以陕西省为例

作物生产潜力变化具有明显的区域差异性，亟需针对不同地理单元实施有效应对措施和调控策略。选择陕西省三大地理单元（陕北高原、关中盆地和秦巴山区）为研究对象，运用全球生态区模型（GAEZ）分析了陕西省不同地理单元作物生产潜力变化趋势，探讨了不同作物生产潜力变化的区域差异，辨识出影响不同作物生产潜力变化的主要因素，结果显示：（1） 1980—2015年间，陕西省玉米生产潜力总量增加了150.55×10⁴ t，小麦生产潜力总量则下降了402.69×10⁴ t。（2） 关中盆地的玉米和小麦生产潜力皆最大，陕北高原次之，秦巴山区的玉米和小麦生产潜力皆最小；陕北高原和秦巴山区的玉米生产潜力皆表现出先增加后减小再增加的变化趋势，关中盆地的玉米生产潜力则先减小后增加再减小；关中盆地和秦巴山区的小麦生产潜力都呈下降趋势，陕北高原的小麦生产潜力则有所提高。（3） 土地利用变化呈现减产效应，这一效应在关中盆地尤为显著，其次为陕北高原；气候变化导致玉米生产潜力增加，使小麦生产潜力下降；气候变化对不同地理单元的影响也不相同，在陕北高原表现为增产效应，在关中盆地和秦巴山区则为减产效应。（4） 在陕北高原，气候变化的增产效应是玉米和小麦生产潜力提高的主要原因，气候变化对玉米生产潜力的影响大于对小麦的影响，耕地向草地、林地和建设用地的转化是降低作物生产潜力最主要的土地利用变化因素；在关中盆地，作物生产潜力的变化主要是受气候变化的影响，小麦受气候变化的影响较玉米为大，以建设用地占用耕地为特征的土地利用变化对玉米生产潜力的影响大于对小麦的影响；在秦巴山区，土地利用变化是玉米生产潜力变化的主要原因，而小麦生产潜力的变化主要受气候变化影响。     

黄土高原半干旱区集水农业的自然基础及最适宜集水类型的划分

黄土高原半干旱区的降水为集水农业发展提供了条件,但是,集水不仅取决于降水,还受地貌、地表组成物质、土地利用等因素制约。通过分析地貌条件和土地类型对集水的影响,提出了集水适宜度指标体系。同时,在综合分析影响集水的自然因素的基础上,划分出各集水地域类型,为确定集水有效区、集水工程规模及布局提供理论依据,使各地可因地制宜发展集水农业,避免造成不必要的损失。