黄土高塬沟壑区绿水的水文过程及其对土地利用和气候变化的响应

Green water is an important source of water to maintain the rainfed agriculture and terrestrial ecosystem water use in the gully region of the Loess Plateau, which is the effective evaporation of plant growth is the productive green water. The implementation of the reforestation measures in the region by increasing the forest vegetation coverage, reducing runoff and evaporation, increasing transpiration and inland water cycle, which is the practice of transferring precipitation to the green water. But only in the basis of conversion precipitation into blue and green water, further research of the hydrological process and the separation of the green water, which can be improved the utilization efficiency of green water. At present the green water research cannot very good separate the effective evaporation, that is, the productive green water in the domestic and foreign, and the response mechanism of green water on climate change and land use is shortage. The project is based on the typical small watershed in the gully region of Loess Plateau, by the field monitoring, combined with the historical data, using the distributed hydrological model, the temporal and spatial distribution pattern of green water in gully region of the Loess Plateau will be researched and isolated the productive green water, the response mechanism of green water on climate change and land use in the gully area of the Loess Plateau will be revealed, which can be provided a theoretical basis for achieving the maximum precipitation transfer to productive green water and water vapor cycle, determining to improve the utilization of green water potential and the sustainable utilization of green water resources, exploring the reasonable vegetation restoration and management mode based on the green water resources carrying capacity.

绿水是维持黄土高塬沟壑区雨养农业和陆生生态系统用水的重要水源，其中植物生长的有效蒸发是生产性绿水。该区域正在实施的退耕还林还草工程，就是通过增加森林植被的覆盖率，减少洪水径流和蒸发，增加蒸腾和内陆水汽循环，增加降水向绿水转移的实践。但只有在降水转化为蓝绿水的基础上，进一步开展绿水的水文过程及分离研究，才有利于提高绿水的利用效率。目前关于绿水的水文过程，以及绿水对气候变化和土地利用共同作用下的响应机理研究不够。项目以黄土高塬沟壑区的典型小流域为例，在野外定点监测的基础上，结合历史遥感数据，应用分布式水文模型，研究黄土高塬沟壑区绿水的水文过程并进行生产性绿水的分离，揭示绿水对气候变化和土地利用的响应机理，为黄土高塬沟壑区能最大限度地实现降水向生产性绿水转移和水汽循环、确定通过水汽转换提高绿水利用的潜力以及保障未来绿水资源的可持续利用，寻求基于绿水资源承载力的植被合理恢复与管理模式提供理论依据。

绿水是维持黄土高塬沟壑区陆生生态系统用水的重要水源。“退耕还林还草”工程显著改变了黄土高塬沟壑区的水文情势，增强区域土壤-植物-大气间垂直水分交换，加速了降水向绿水的转化，这对该区域内的生态系统恢复无疑有着重要的积极作用。由于对植物生长的有效蒸发为生产性绿水，因此，需要准确描述绿水的水文过程，实现绿水的分离，才能提高绿水资源的利用效率，提升雨养农业健康发展和陆生生态系统的恢复质量。在变化环境作用下，黄土高塬沟壑区绿水的变化将更加复杂，因此，揭示变化环境下绿水的响应机理，也是保证绿水资源可持续利用的重要前提。项目选取黄土高塬沟壑区典型流域和生态系统为研究对象，以野外现场监测、测定和历史资料（水文、气象资料、土地利用等资料）为基础，建立了绿水分离评估方法以及不同尺度绿水循环过程模拟模型，系统评价了绿水要素评估方法、实现了绿水流的分离评价，阐明了绿水对土地利用和气候变化的响应机理，并对未来绿水变化情况进行了预测。研究结果显示，水量平衡法、微气象学法、土壤储水亏缺法等可分别应用于绿水总量、绿水流及绿水储存的评估；建立的Hydrus、MIKE SHE模型可用于微域、流域尺度绿水循环过程的模拟。在微域尺度，生产、非生产性绿水均与生长季内降雨成极显著线性关系，且气候变化对生产性绿水的影响程度大于非生产性绿水。MIKE SHE模型的模拟结果显示，气候变化对绿水变化的贡献率达到71.5%，表明气候变化是流域尺度绿水变化的主要原因。预测结果表明，未来的绿水资源量能够大体上维持草地和耕地的植被正常生长（主要会在4-6月份发生缺水），但不能满足林地植被正常生长的需水要求。项目研究成果为提高黄土沟壑区绿水利用的潜力以及保障未来绿水资源的可持续利用，寻求基于绿水资源承载力的植被合理恢复与管理模式等提供了重要的基础依据。