植被生态稳定的临界水文条件研究

Groundwater is main source for vegetation in arid and semiarid region. The depth to groundwater determines the stability of vegetation ecosystem. Groundwater declines by over development and the maintain for vegetation is dispeared in some areas which casued vcegetation degradetion and soil sandy. The reasonal depth to groundwater should be stuided for vegetation stability.There is minor study on theory and method for groundwater maintaining vegetion based on physical process and mechenism..Accroding to theoretical discussion and test verification, the mechenism of groundwater maintaining vegetation is analyzed and the physical process of it is discripted. Based on the theory of evaporation from phreatic water for vegetation roots, the capillary rise height is taken as key technical problem and the model of threshold depth to groundwater for maintaining vegetaion is built based on soil particle model.The threshold depth to groundwater maintaining vegetation in arid and semiarid region is proposed through model calculation and test verification.The research results are basic support for water resources development and ecosystem protection.

天然植被稳定是支撑脆弱的干旱与半干旱区经济社会可持续发展的生态基础。地下水是此类地区地表植被的主要补给来源，其埋深影响到生态系统的盛衰甚至存亡。地下水位持续下降，对植被的补给作用严重削弱甚至消失，导致植被退化乃至土壤沙化。为维持地表植被生态稳定，需根据科学的潜水埋深划定水位控制红线。从物理过程和成因机理上对地下水补给植被的研究目前还缺乏系统的理论知识与成熟的计算方法。.本项目以理论分析与试验实证相结合，深入探讨地下水补给植被的作用机理，对地下水补给植被的物理过程进行理论描述，分析植被生态稳定的临界水文条件；根据地下水潜水蒸发供给植被根系吸收的原理，确定潜水活动影响是解决地下水埋深的关键技术难题，通过分析包气带土壤透水性，建立地下水补给植被的临界埋深计算模型；通过模型计算和试验验证，提出地下水补给植被的临界埋深成果表。研究成果将对水资源合理利用与生态保护提供重要支撑。

对我国广大的干旱区与半干旱区，地下水对植被的补给是区域特有的生态水文问题。以植被生态稳定的临界水文条件为目标，开展地下水补给植被的临界埋深研究，是保障干旱区绿洲不萎缩、半干旱区草原不退化沙化的关键与核心，对干旱区与半干旱区水资源开发利用、生态保护与红线制定具有重要的理论与实践意义。.在干旱区与半干旱区水分条件与植被分布关系分析的基础上，深入探讨区域地下水补给植被的作用机理；分析维持该地区植被生态稳定的临界水文条件；构建地下水补给植被的临界埋深计算模型；通过理论分析、模型计算和试验验证，提出干旱区与半干旱区不同土壤和植被类型区地下水补给植被的临界埋深成果表。为干旱与半干旱区水资源合理开发利用与生态保护提供理论基础与技术支撑。.研究主要成果如下：.1. 阐述了干旱区与半干旱区生态水文作用机理。阐述了区域水文循环的自然属性和人工干扰下水循环改变及其生态效应的变化，提出了区域地下水支撑的非地带性植被群系的分布与组成；提出区域生态安全与生态保护调控的关键目标是确定维持植被生态稳定的临界水文条件，也即地下水补给植被的临界埋深。.2. 构建了地下水补给植被的临界埋深计算方法。通过地下水补给植被的基本原理与物理过程剖析，将临界埋深的计算聚焦于植被根系作用层与潜水活动层；针对潜水活动层厚度（也即毛管水最大上升高度）确定的难点，构建了基于土壤孔隙度与有效粒径的有效孔径计算模型，为毛管水最大上升高度的理论计算提供支撑。.3. 开展了临界埋深的计算与验证分析，提出了干旱区与半干旱区7大土壤类型区、6大非地带性植被群系组的临界埋深成果表。.本研究提出的临界埋深成果表，可作为干旱区与半干旱区各地水资源合理开发利用与生态保护的技术支撑与依据。同时，结合当地实际土壤与植被调查，可采用本研究构建的计算方法，提出更加详细与精确的地下水临界埋深，作为生态保护的地下水位控制红线。成果对指导干旱区与半干旱区水资源合理开发利用与生态保护意义重大。