额济纳绿洲生态耗水多尺度实验与尺度转换研究

This paper took regional ecological water consumption as the main study objective, by Using heat pulse, bowen ratio and methods such as GIS to individual tree-stand-regional ecological water consumption and conversion method for ecological water consumption study on different scales. The main research were as follows.（1）set up models of water consumption for single wooden to study on liquid circulation of temporal and spatial variation and characteristics of water consumption of main tree wood of Populus euphratica in the OASIS, set up sapwood area diameter at breast height and fluid flow models in the different sample sites to achieve individual tree stand water conversion to forest water consumption by making fluid flow as constant.（2）Establish the evapotranspiration model under different coverand water conditions on the basis of evapotranspiration of main shrub community determinated by bowen-ratio at the Ejina Oases.（3）To study the Oasis eco-environment effect on the plant distribution by determination of evapotranspiration of sparse vegetation on the Gobi（4）extract plant type and coverage, calculate the area of a variety of types combined with remote sensing data analysis technology and modify the parameters a and b on the regional model (Averiyanov equation) on the basis of observations and experimental data, Final Anti-performance of evapotranspiration of vegetation and calculate the Oasis water consumption. The study provided adequate theoretical basis for the ecological restoration of ejina oasis and water optimization configuration of Heihe River as well as the construction of ecological environment in arid area.

本项研究以区域生态耗水实验为主要目的，通过以单木－林分－区域生态耗水实验及不同尺度生态耗水转换方法为研究内容，采用热脉冲、波文比能量平衡观测系统以及GIS等方法，对（1）绿洲主要乔木胡杨的单木液流通量的时空变化规律和耗水特征，建立单木耗水模型，同时建立不同样地林分胸径与液流边材面积的模型，以液流通量为常数，实现单木向林分尺度耗水转换；（2）对于绿洲主要灌木群落采用波文比系统测定蒸散量，建立不同覆盖度、不同水分条件下蒸散模型；（3）对戈壁上稀疏植物的蒸散量测定、确定植物分布对绿洲生态环境的；（4）在此基础上结合遥感数据分析技术，提取植物种类、盖度，计算出各种类型的面积，根据观测与实验数据对对区域模型（阿维里扬诺夫公式）中的参数a和b进行修改，反演出各种植被类型蒸散量，计算出绿洲耗水量。本项目的进行为额济纳绿洲生态恢复、黑河合理分水、提供充分真实理论依据，也将为在干旱区生态环境建设提供理论基础

蒸散发，包括土壤蒸发和植被蒸腾，是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程，也是气象和水文研究中最重要的分量之一。胡杨是具有较高的生态、经济和社会效益的树种，也是我国西北极端干旱区荒漠河岸林的主要建群种。荒漠河岸胡杨林的蒸散发研究，对于掌握胡杨林的蒸腾耗水特性及其有效保护具有重要意义。以往关于黑河下游荒漠河岸胡杨林蒸散发的研究，大多局限于单木尺度的试验观测及其向林分尺度的扩展，且蒸散发的测定往往受到时空因素的限制，通过数学模拟可以很好地解决这一问题，近年来得到广泛关注。.本项目基于黑河下游额济纳绿洲七道桥胡杨林生态-水文长期固定观测场的实测数据，运用涡度相关技术对胡杨林实际蒸散发进行了观测，分析了各环境因子的变化规律、实际蒸散发的日、各物候期的变化规律及其与环境因子的关系，通过模型对蒸散发进行了模拟，并将实测数据与各模型模拟结果进行了比较，对比分析了各模型的模拟精度，并分析了模拟精度较高的模型的参数敏感性与最优双源模型中蒸散发的区分及应用。结果表明：（1）胡杨林蒸散发日变化大致呈先升高后降低的趋势；（2）胡杨生长季内蒸散发整体上呈先升高后降低的趋势。果期和种子散播期累积蒸散发为生长季内蒸散发总量的主体部分，果期内平均蒸散发普遍高于其他生长阶段。展叶期和叶变色期内平均蒸散发最低，原因在于展叶期胡杨叶片尚未完全成形，而叶变色期叶片活性逐渐降低；（3）改进的双源SSW模型和Priestley-Taylor模型的模拟效果最好。结构相对复杂的Clumping和Shuttleworth-Wallace模型其模拟精度并不一定高于结构简单的模型，原因在于结构复杂的模型包含参数较多，各参数的准确量化较为困难，而各参数的不确定性往往又导致模拟结果的差异；（4）胡杨林植被蒸腾量占SSW模型模拟蒸散发总量的百分比（T/ET）与叶面积指数(LAI)变化趋势基本一致，均呈先升高后降低的趋势；（5）胡杨林生态系统水分利用效率（WUE）日变化总体呈“单峰型”曲线，峰值多出现于下午或者傍晚，且出现时间各有不同。