城市景观植被蒸散分割及生态需水量模拟

The urbanization is one of the most important changes to the human society, and is the inevitable trend of human development. Due to the critical roles of vegetation in maintaining city ecosystem and sustainable development, urbanization leads definitely to the increase of city vegetation. Yet how to highly effective construct city vegetation and preserve its well development is confined to the water deficit and low water use efficiency. Therefore it is necessary to make a study on partitioning evapotranspiration and estimating ecological water requirements of landscape vegetation in cities in order to ensure the ecological functions of city vegetation and fit in with the needs of urbanization transform from ‘number-growth’ to ‘quality-lifting’. In this study, Guanzhong City Group is taken as study area, and the methods of stable isotopes, thermal dissipation probe technique, PM and Hargreaves models will be used to analyze the heterogeneity of city vegetation, soil water dynamics and water use efficiency, measure/calculate the evapotranspiration of landscape vegetation, partition evapotranspiration into soil evaporation and plant transpiration, and simulate the ecological water requirements of landscape vegetation. The purposes are to elucidate the mechanism of evapotranspiration in the landscape vegetation ecosystem, efficiently configure water use of city vegetation, and to provide some theoretical basis for water management and planting arrangement under the condition of limited water resources in cities.

城市化是人类社会发生的最为重要的变化之一，基于植被在维护城市生态系统及永续发展方面的关键作用，城市化必然导致城市植被增加。如何高效建设和维护城市植被的良性发展，一直受制于水资源缺乏和利用效率低下的现状。因此，为了维持城市植被的健康生长，保证其生态功能的良好发挥，有必要开展城市植被蒸散规律及生态需水量模拟研究，以适应我国城市化由“数量增长型”向“质量提升型”转变的重大需求。本项目拟利用稳定同位素技术、热扩散探针技术和模型模拟等手段，以高速城市化发展的关中城市群为研究对象，分析城市景观植被的异质性、贮水量动态变化过程和水分利用特征，确定景观植物的蒸腾和土壤蒸发量，有效分割蒸散总量为土壤蒸发和植被蒸腾；同时，利用改进的Penman公式和Hargreaves算法预测城市景观植被的生态需水量，实现城市植被水量设计的科学化和定量化，为我国有限水资源条件下城市水分管理、园林植物配置及优化提供科学依据。

针对我国高速城市化过程中城市植被大面积增加面临的问题，如耗水量大、水分利用效率低、固碳释氧和增湿降温功能不明确等，本研究以西北农林科技大学校园内24年和29年景观植物银杏为研究对象，实时监测太阳辐射、风速、空气温度、相对湿度、降雨量等气象数据，采用热扩散探针法（TDP）对银杏树干边材液流速率进行连续动态监测，从不同时间尺度研究园林绿地中银杏的液流变化特征及其与环境因子的关系；采用微型蒸发皿测定银杏棵间土壤蒸发量，计算银杏园林的蒸腾耗水量、蒸散发及其组分占比，分析银杏树种的蒸腾耗水规律；利用便携式光合仪Li-6400对城市绿化树种银杏的光合特性研究，量化银杏的瞬时水分利用、光能利用和CO2利用效率。主要取得如下成果：（1）阐明了不同时间尺度银杏树干液流动态及其与环境因子的关系：日尺度上，银杏树干液流变化具有季节差异性，日平均液流速率表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季。银杏树干液流速率与潜在蒸散发、空气温度、太阳辐射以及饱和水汽压差呈极显著正相关（P<0.01）。（2）量化了城市绿化树种银杏的蒸腾量及蒸散组分：两种林龄的银杏绿地蒸散最大的组分均为蒸腾，且7-8月蒸腾占比最大。24年银杏蒸腾占比的变化范围为51.77%-71.92%，29年银杏蒸腾占比的变化范围为58.45%-79.24%。（3）明确了树种银杏的光合特性及树种的最佳灌溉时期：29年银杏的日均净光合速率大于24年银杏，夏季晴天16:00左右银杏水分利用效率较高，该时间段为灌溉的适宜时期。（4）评估了绿化银杏的固碳释氧与增湿降温效益：与24年银杏相比，29年银杏具有更高的生态效益，其单位叶面积固碳量最高可达12.24 g•m-2•d-1、释氧量最高可达8.90 g•m-2•d-1、增湿量最高可达2.21 kg•m-2•d-1、日降温量最高可达0.35℃。研究成果有助于实现我国城市植被水量设计的科学化和定量化，为我国有限水资源条件城市水分管理、园林植物配置及优化提供科学依据，以适应我国城市化由“数量增长型”向“质量提升型”转变的重大需求。