豫西植被蒸散量研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇豫西植被蒸散量研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
豫西黄土丘陵区历史时期的森林植被为森林草原镶嵌的乔木林、灌木林和草本植被群落，分布远较现在为广。土石山区和薄层黄土丘陵区为乔木林植被，厚层黄土丘陵区的植被以灌木林和草本植被为主，沟坡底部和谷坡中下部有乔木林植被分布。水分短缺是豫西黄土丘陵区植被恢复的主要制约因素，恢复与重建该区域植被的关键问题是如何合理利用好水资源。根据豫西黄土丘陵区多年的气象数据和植被水文观测和调查资料，研究了植被生长期的蒸散耗水量和各个气候植被区的水分亏缺量。选择合适的方法计算植被蒸散耗水量，对于准确计算生态需水量和恢复与重建豫西黄土丘陵区林草植被工作具有重要的现实意义。
1 植被蒸散量估算
1．1 植被的主要耗水时段及特征
豫西黄土丘陵区冬季水体和土壤的冻结期长达90～120d，植被一般有120～150d处于枯落期，此期间日蒸散强度较小，主要为土壤蒸发。根据各地主要乔木树种杨树、旱柳、白榆以及果树等的自然物候资料记载，其芽开放至展叶期和秋叶变色至落叶始期，大致分别与日平均气温≥10 ℃的初日和终日相接近。在生长季节各月内，植被耗水量变化较大，生长季初期（4、5月）及末期（9、10月）耗水量通常较小，中期（6、7、8月）耗水量较大，当生长季节内耗水量为单峰趋势时，6、7、8月均有可能为最大耗水月，而耗水量为双峰趋势时，6、8月是耗水量出现峰值的2个月份，7月耗水量较小。植被蒸散耗水受当地水汽饱和差的影响，又受土壤水储量丰亏的制约，同时也因植被的种类、树龄、生长速度等因素而有所不同。
1．2 植被蒸散量估算
1）积温法张宝等（1959）根据谢良尼诺夫（Г．Τ．Селянинов）的水热指数 Kd，即：Td≥10 ℃的积温法，结合我国各地的自然植被分布特征，提出用经验公式计算可能蒸发量，来表征半干旱缺水地区植被长期的可能蒸散量［3］。由式（1）计算出豫西黄土丘陵区各地市可能蒸散量E 值，见表1。2）Penman公式法近20年来，各国学者开始运用Penman公式估算森林或草原植被的蒸散量［4］。1979年，联合国粮农组织（FAO）对Penman公式又作了进一步修正，利用修正后的Penman公式计算出豫西黄土丘陵区各地市潜在蒸散量ET 值，见表2。3）水量平衡法在自然状态下，植被生态系统的水量平衡方程式可表达为：式中：Wt＋1为t时段末期土壤中水量（mm）；Wt为t时段初期土壤中水量（mm）；P 为该时段降水量（mm）；K为该时段内地下水补给量（mm）；R 为该时段地表径流量（mm）；D 为该时段深层渗漏量（mm）；ET 为该时段植被的蒸散量（mm），包括植被蒸腾和土壤蒸发。根据资料分析，植被土壤最小含水率定额约占田间持水率的40％～50％［5］。取占田间持水率的50％作为植被土壤最小含水率定额，并取土壤最大含水率定额为土壤田间持水率，计算深度为0～100cm。除沟谷、川道等地区外，在豫西黄土丘陵区的大部分地区，地下水的埋深一般在50～100m以下，很难上移补充土壤水分。对于林草植被，降水通常是土壤水分的主要来源。因此，水量平衡方程式中的地下水补给项和深层渗漏项可以忽略不计。
查河南省水文水系图，三门峡、洛阳、郑州、济源和焦作多年平均径流深分别为100．9、100．1、91、142．3mm。由式（2）计算出豫西黄土丘陵区各地市植被年蒸散量，见表3。
2 植被的设计蒸散量
2．1 林地的蒸散量
在一个水文年（1—12月），豫西黄土丘陵区通过水量平衡方程式计算的蒸散量在454～550mm 之间，采用积温法计算的可能蒸散量在720～768mm 之间，而采用 Penman法计算的潜在蒸散量在940．7～1 017．8mm之间。如认为水量平衡得出的林地蒸散量为实际蒸散量时，则认为林地实际蒸散量均低于可能蒸散量和潜在蒸散量。Penman认为，在水分供应不充分的条件下，实际蒸散量与潜在蒸散成正比，即式中：ETa为实际蒸散量（mm）；ET0为潜在蒸散量（mm）；K 为蒸散比系数。其中 K 可以近似地认为是实际土壤含水率与田间持水率的百分比，土壤水分状况良好时，可取大些。当林地土壤含水率为最小含水率定额时，最小蒸散量定额是潜在蒸散量的50％。同时，林地的最大蒸散量定额是潜在蒸散量。因此，林地的适宜蒸散定额介于潜在蒸散量的50％～100％之间［5］。引入设计蒸散量的概念，以50％～60％的潜在蒸散量定义为林地的设计蒸散量，用于推求林地设计生态需水量。
2．2 灌木、草类植被的蒸散量
根据文献［6］的分析结果，半干旱区旱生灌木正常生长的蒸散量仅为乔木林同期的1／2～2／3，将乔木林设计蒸散量的2／3计为灌木的设计蒸散量；在天然状况下，草类植被实际蒸散量实测资料较少，因此，将灌木设计蒸散量的2／3计为草类植被的设计蒸散量。
2．3 植被的设计蒸散量
依据上述原则确定蒸散比系数 K 值，三门峡取0．5，洛阳、郑州取0．55，济源、焦作取0．6，由式（3）计算出各地市乔木林、灌木林和草类植被设计蒸散量，见表4。
3 植被对降水量的消耗与盈亏分析
3．1 植被对降水量的消耗
豫西黄土丘陵区各地市从西到东多年平均降水量554．9～654．3mm，年降水量分配主要受东西环流季节性变化的影响，4—10月降水量约占全年降水总量的86％～88％。降水基本是豫西黄土丘陵区植被－土壤生态系统中唯一的水分来源，植被蒸散量则是主要的输出项。豫西黄土丘陵区各地市多年降水量和设计蒸散量在一个水文年内（12月）的变化规律如图1—图4所示。
3．2 植被耗水与降水的盈亏分析
以设计蒸散量和多年平均月降水量为基础数据，豫西黄土丘陵区各地市植被耗水与降水的盈亏分析计算结果见表5。从图1—图4和表5可以看出，全年降水量基本能满足其灌木林需水量要求，而灌木林一般为水土保持灌木林。因此，上述地区1—5月期间的少量缺水对灌木林产生的影响较小。从降水量和草类植被需水量对比分析的结果看，年降水量完全满足草类植被耗水的要求，并能产生较高生物产量。在豫西黄土丘陵区各地市，全年降水量能满足乔木林耗水的的需求，而上半年（1—6月）表现为缺水，下半年（7—12月）表现为丰水。1—6月乔木林缺水量占总需水量的百分比见表6。
从表6可以看出，豫西黄土丘陵区各地市乔木林上半年降水量的亏缺值在67．5～107mm 之间，占全年乔木林需水量的13．3％～19％。同时，年降水量最大的济源、焦作地区，由于降水的时空分布不匀，1—6月乔木林的缺水值也最大，1—3月乔木林缺水28．4mm，占年需水量的5．0％，4—6月乔木林缺水78．5mm，占年需水量的14％。4—6月正值林木发芽和小叶期，4—6月期间缺水对乔木林的生长发育或经济林的生物量积累将产生较大的影响。
4 结 论
1）分别采用积温法（E）、Penman公式法（ET）以及水量平衡法对豫西4地市的植被蒸散量进行了估算。在目前植被蒸散量实测资料不易获得的情况下，豫西黄土丘陵区大致可用E 值作为植被基本正常生长情况下的适宜耗水指标，以ET 值作为植被良好生长下的最大耗水指标，这2种植被的耗水量指标都是以气象条件为基本资料估算出的半经验值。在园林管理、灌溉工程的设计以及造林规划时，采用水量平衡法估算植被蒸散量是比较合理的。2）采用蒸散比系数 K 值确定了豫西4地市不同植被的设计蒸散量。在大尺度水平情况下，植被群落的结构和分布与年降水量成正相关的关系；在区域尺度水平情况下，植被的结构和分布还与年降水量的时空分布特征密切相关。3）豫西黄土丘陵区全年降水总量能满足乔木林的耗水需求，而上半年（1—6月）表现为缺水，下半年（7—12月）表现为丰水。全年月降水量基本能满足灌木林和草类植被的需水量要求，并能产生较高生物产量。因此，在半干旱和半湿润的黄土丘陵地区，推行林、灌、草复合配置模式有实际意义。