植物根系吸水模型研究进展

植物根系吸水模型是当前生态水文和陆面过程建模领域最为活跃的研究方向,是研究流域水文、生态、环境以及水资源可持续利用等科学问题中最为关键的部分,研究植物根系吸水的物理和生理机制及其影响因素,是建立植物根系吸水模型的基础.本文通过对植物根系吸水模型研究的回顾,讨论了水分和盐分胁迫在根系吸水中的作用、根系吸水的多维模型、根系吸水在陆面过程中的作用等问题,指出植物根系吸水模型发展所面临的问题并展望了未来的发展方向.     

西北干旱区典型固沙植物夜间耗水及其影响因素

利用热平衡包裹式Flow32茎干液流仪和环境要素监测系统研究了河西走廊中段典型固沙植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、白刺(Nitraria tangutorum)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)夜间液流活动特征,分析影响3种植物夜间耗水的主要环境因素及其利用途径。结果表明:(1)梭梭、白刺、沙拐枣茎干夜间液流密度在前半夜(20:00~0:00)较大且迅速降低,在后半夜(0:00~6:00)仍有微弱液流密度且波动较大;梭梭、白刺、沙拐枣的夜间液流密度差异极显著,平均夜间液流密度依次为3.73、1.12、6.07g·cm-2·h-1,且在典型降雨天气条件下3种植物夜间液流活动明显减弱。(2)在观测期间,总夜间耗水量与基茎显著相关,但3种植物夜间耗水分配在不同月份间差异不显著;梭梭、白刺、沙拐枣夜间耗水对日总耗水贡献率变化范围分别为1%~30%、0.1%~16%和1.5%~20%。(3)饱和水汽压差和风速仅能解释梭梭、沙拐枣、白刺夜间液流密度24%、25%、27%的变化,3种植物夜间液流主要用以茎干补水。     

典型固沙植物梭梭生长季蒸腾变化及其对环境因子的响应

蒸腾是植物重要的生理活动之一, 受到多个环境要素的综合影响。该文利用热平衡包裹式茎干液流仪Flow32监测系统, 对河西走廊中段绿洲—荒漠过渡带主要固沙植物梭梭(Haloxylon ammodendron)生长季的蒸腾过程进行连续监测, 并分析了其对环境要素的响应。结果表明: (1)梭梭茎干液流速率随枝直径的增加而增加, 液流密度随枝直径的增加而降低, 梭梭液流密度日变化呈多峰特征, 整个生长季液流密度变化比较稳定。(2)主成分分析表明第1、2、3主成分能够分别解释环境信息49%、15%、12%的变化, 第一主成分中水汽压亏缺、光合有效辐射及气温反映了大气的蒸腾需求。(3) S型模型对液流密度日变化模拟精度达到0.86, 考虑时滞效应后模拟精度提高至0.9, 降水天气条件下模拟精度降低至0.65。(4)液流密度对主要环境要素存在非对称响应, 同光合有效辐射呈逆时针环状, 同水汽压亏缺、蒸腾需求指数呈顺时针环状。     

黑河流域树木液流秋末冬初的峰值现象

应用3套综合环境观测系统,分别布设在黑河上游祁连山区、中游绿洲边缘和下游荒漠河岸林系统,对青海云杉、樟子松、二白杨、白榆、沙枣和胡杨液流量进行了长期观测,最长观测时间为2 0 0 2年夏季到2 0 0 5年初。观测结果表明,不管是常绿树种还是落叶树种,树木液流量均会在秋末冬初出现一个峰值,而此时中下游地区的峰值大于夏季。出现这个峰值的时间,正是当地落叶树种的落叶期,也是生长季节向非生长季节过渡的特殊时期,在这个特殊的生长阶段,北半球中高纬度四季分明地区现有的不同树种的观测结果均表明,有这样一个峰值的存在,但在峰值相对大小上有差异。不同地区的观测结果表明,同一地点不同树种液流量大的周期波动具有一致性,而不同地点同一树种大的周期波动互异,这种大的周期波动与当地气候环境条件有关,我国西北干旱区出现秋末冬初液流量大于生长季节的现象,正是由于当地恶劣的气候环境条件所造成的。秋末冬初出现的液流量峰值现象,类似动物冬眠前的准备,是树木为应对严寒的冬季和漫长的早春而采取的生理措施。     

西北干旱区河西走廊荒漠绿洲土地覆盖类型与蒸散的关系研究——基于Landsat 8和ZY3数据融合

蒸散是地表水热平衡的重要分量,也是陆地生态过程与水文过程之间的重要纽带,尤其在干旱区地-气相互作用、碳循环、水循环等过程所包含的物质与能量交换中占有极其重要的地位。基于Landsat 8遥感影像和资源三号影像(ZY3)的高分辨率植被信息,利用SEBS模型对西北干旱区河西走廊中段临泽绿洲北部区域地表蒸散量进行了估算,并用绿洲内部和绿洲-荒漠过渡带两个通量塔涡动相关数据对模型进行评估,分析了不同土地覆盖类型对蒸散量空间分布的影响。结果表明:(1)SEBS模型模拟值与实测日蒸散值之间拟合效果较好,且在均一地表时(绿洲农田区)估算精度更高(R~2=0.96,P0.001),RMSE、MAE分别为0.84 mm/d、0.56 mm/d;(2)从季节变化来看蒸散量与作物生长密切相关,夏季灌溉和降雨使得研究区水分充足,植被覆盖度高,蒸散量相应增加,在绿洲地区可达5.95 mm/d,而冬季最小仅为0.52 mm/d;(3)从蒸散量的空间变化来看,水体蒸散值最大,其余依次为农田、防护林、裸地和灌木丛,说明除水体外,随着植被覆盖的增大,蒸散量也逐渐增加。通过ZY3影像的高分辨率植被信息与Landsat 8影像热红外数据融合,提高了SEBS模型对该区域蒸散量的模拟效果,增进了我们对绿洲下垫面与大气间水热交换规律、水文过程、生态-水文相互作用的深入理解。     

典型荒漠植物沙拐枣茎干液流密度动态及其对环境因子的响应

采用热平衡包裹式茎干液流仪和微气象监测系统,模拟中国西北河西走廊中段荒漠生态系统典型固沙植物沙拐枣2014年6—9月茎干液流变化过程.结果表明： 沙拐枣茎干液流密度日变化呈宽幅单峰型,其峰值滞后于光合有效辐射峰值约30 min,提前于气温和水汽压亏缺峰值约120 min,其日变化与这3个环境因子日变化之间存在非对称性响应.观测期间,茎干液流密度变化与大气蒸腾需求密切相关,光合有效辐射、气温和水汽压亏缺是影响沙拐枣茎干液流密度的主要气〖JP2〗象因子.构建的基于茎干液流密度与气象因子响应关系的模型,能够比较准确地模拟不同天气条件沙拐枣液流密度的变化,而且经过时滞校正模型模拟精度进一步提高,但是该模型对低液流密度和夜间液流密度存在低估,这主要与植物的生理特征有关.     

西北干旱区泡泡刺灌丛的降雨再分配特征及影响因素分析

定量分析植被冠层对降雨再分配过程的影响,是认识陆地生态系统水文循环的重要环节。然而,由于干旱区天然植被分布稀疏、形态结构特殊,其降雨再分配过程的测算较为困难,相关研究较少,特别是关于荒漠低矮灌丛的降雨再分配研究鲜有报道。本文以河西走廊中段临泽绿洲—荒漠过渡带的天然建群种泡泡刺灌丛(Nitraria sphaerocarpa)为研究对象,基于3年逐个单次降雨事件的观测数据分析了生长季泡泡刺灌丛的降雨再分配特征及主要影响因素,量化了泡泡刺灌丛覆盖下实际进入土壤的有效降雨量及其空间分布特征。结果表明:(1)生长季泡泡刺灌丛的平均穿透率、树干茎流率和冠层截留损失率分别为87.89%、1.61%和10.50%;(2)降雨量是影响泡泡刺灌丛降雨再分配特征的关键气象因素,其与穿透雨量、树干茎流量、冠层截留损失量之间具有显著的统计关系(P<0.001);(3)与干旱区其他稀疏植被相比,泡泡刺灌丛的穿透率和集流率较高,冠层截留损失率较低,与其特殊的植被形态特征有关,相关分析的结果表明,泡泡刺灌丛的穿透雨量与植被面积指数和株高呈显著的负相关关系(P<0.001),树干茎流量与树干倾角呈显著的正...