中国西北干旱区GSPAC中水分运移规律研究

蒸腾速 率(ug/cm2 .s)

日均蒸腾速率的年变化 ：
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 170
190 图
210
230
250
270
棉花单位叶面积月蒸腾 量的年变化 （10月只按12
天计算）：在6-10月12日内， 棉花月蒸腾量呈单峰型变化， 8月蒸腾量最大，其次是7月， 可见，棉花主要耗水期在 7 、 8月，尤其是8月。6月底7月 初是额济纳棉花的主要灌水 期。
1999.8.21 图不同年龄胡杨下叶面蒸腾速率的日变化
2
1999.8.21 图 不同年龄胡杨上叶面蒸腾速率的日变化
160
蒸 腾 速 率 ( u g / c.ms )
140 120 100 80 60 40 20 0 8 10 12 14 杨叶 柳叶 16 18 20
2
时间 图 胡杨不同形状叶子蒸腾速率的日变化
1、天然植物的耗水规律
天然乔木胡杨的耗水规律 ：幼龄（<15a）、老龄（>50年）、其 余为中龄

胡杨蒸腾速率的变化
各个年龄的胡杨的蒸腾速率的日变化曲线都呈单峰型，均在 晨7点为最小值，下午3点达最大值。 胡杨年龄不同，日蒸腾作用不同。 不同年龄的胡杨，上、下叶面的蒸腾速率的日变化不同， 其中上叶面的变化更接近总蒸腾速率的变化，下叶面的稍稍 复杂一些。 上下叶面的蒸腾速率的日变化幼龄胡杨的最为有序。中龄 胡杨和老龄胡杨的就复杂的多。 胡杨叶形不同（杨形叶和柳形叶），其叶面蒸腾速率既有年 变化，又有日变化，既有共同点，又有不同点。
Tr = 0.0028rs - 0.3128rs + 12.757 rs - 244.43rs + 2213.6 rs - 7532.9
5
4
3
2
0.998
0.999


胡杨柳形叶和杨 形叶的气孔阻力 对蒸腾速率变化 的影响也不同 柳形叶蒸腾速率 随气孔阻力的变 化符合
Tr = 23.459rs
-1.004
17
19
9
11
13
15
17
19
1999.8.21 图 老龄胡杨气孔阻力与蒸腾速率的日变化
1999.8.21 图 幼龄胡杨气孔阻力、蒸腾速率的 日变化

蒸腾速率随气孔阻力 的日变化呈多项式变 化（定量）
160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 7
气孔阻力(s/cm) 蒸腾速率(ug/cm 2 .s)
35 30 25 20 15 10 5 0 5 6 7 8 9 10 月 份 /月 图 3.51 榆 树 蒸 腾 量 的 年 变 化
(mm) 腾量 蒸
(mm) 量 腾 蒸
3、农作物（棉花）耗水规律
从6月23号到10月5号棉花生 长期内日均蒸腾速率呈单峰 型变化，在 8 月 25 日左右其 日均蒸腾耗水强度达到最大 值。

（R=0.876）；
蒸腾速率（ug/cm .s) 气孔阻力(s/cm)
8.27
120

杨形叶蒸腾速率 随气孔阻力的变 化符合
-0.8772
100
2
80
气孔阻力 蒸腾速率
60
Tr = 19.697rs

40 7.27 20 6.27 5.27 0 7 9.27
（R=0.919）。
13
19
7
13
19 7 时间 /时
160
蒸 腾 速 率 (ug /c m.s )
140 120 100 80 60 40 20 0 7 9 11 13 1999.8.21 图 老龄胡杨上下叶面蒸腾速率的日变化 15 17 19
2
2
上叶面 下叶面
120
.s) 蒸腾速率(ug/cm
100 80 60 40 20 0 7 9 11 13 15 17 19 1999.8.21 图 幼龄胡杨上下叶面蒸腾速率的日变化 上叶面 下叶面
呈单峰型变化，柳形叶在5、 6月份蒸腾量比杨形叶的大， 但在其它月份都比杨形叶 的小。在全生长期内，单 位叶面积上月蒸腾量在8月 份最大，在10月份最小， 几乎为0。
35 30 25 20 15 10 5 0 5月 6月
蒸腾量 多项式拟合曲线
7月 月份
8月
9月
10月
图 胡杨蒸腾量的年变化
蒸腾量 (g/cm 2 .month)
180 160
2
.s) 蒸腾速率(ug/cm
140 120 100 80 60 40 20 0 7 9 11 13 15 17 19 1999.8.21 图 中龄胡杨上、下叶面蒸腾速率的日变化 上叶面 下叶面
160 140
ms ) 蒸 腾 速 率 （ u g / c.
2
120 100 80 60 40 20 0 7 9 11 13 1 9 9 9 .8 .2 1 图 不同年龄胡杨叶面胡杨蒸腾的日变化 15 17 19 老龄胡杨 中龄胡杨 幼龄胡杨
2
140
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 7 9 11
蒸腾速率(ug/cm
.s)
老龄胡杨 中龄胡杨 幼龄胡杨 13 15 17 19
.s)
120 100 80 60 40 20 0 7 9 11 老龄胡杨 中龄胡杨 幼龄胡杨 13 15 17 19
蒸腾速率(ug/cm
Tr = 0.002 rs - 0.2002 rs + 7.1113 rs - 115 .79 rs + 881 .18 rs - 2440 .9
5
4
3
2
Tr = -3 ´ 10 -5 rs + 0.0013rs + 0.2156 rs - 13.711rs + 198.44
4 3 2
0.988
0.994
各种树木的最大蒸腾速率出现时期（蒸腾作用最强时 期）与最大蒸腾耗水期同步出现。可见额济纳盆地主 要人造植物需水期在7、8月份，要保证在这个时期的 供水，人造林才会长得更好。
70
60 50 40 30 20 10 0
蒸腾量(g/cm 2.month)
.month)
蒸腾量(mm)
10
榆树 柳树 新疆杨
主 要 植 物
天然植物：乔木、灌木、小灌木、草甸植被还有喜水禾草 人工林植物（防护林带、农田林网） 农作物
主要物理量：叶面蒸腾速率、单位叶面积月蒸腾量、 单株月蒸腾耗水量、 蒸散量 1、 天然植物耗水规律 2、人工林植物耗水规律 3、农作物耗水规律 4、作物生理生态特征对植物蒸腾耗水强度的影响 5、额济纳旗各种类型地的耗水比较
干旱地区生态环境由于水分短缺而十分脆弱，其植物常处于 非充分供水状态，因而供水量的变化极易引起其植被的变化， 进而影响脆弱的生态系统的变化 生态水文过程的了解在干旱地区很关键,是因为干旱地区水分 供应是绝对控制植物生长和生存的因素且大部分干旱地区以 可获得的水分的极大变化性为特征。 植被生态耗水是生态水文学的一个难点。干旱地区生态耗水 的研究对于维持干旱地区现状生态环境和已恶化的生态环境 的恢复提供科学依据，为确定干旱地区生态需水量提供基础 数据。

不同尺度荒漠植被变化条件下的耗水规律
荒漠植被耗水量、需水阈值和需水量 荒漠植被吸水模拟 荒漠植被与土壤水、地下水的关系等
主要研究内容


荒漠植物耗水规律 土壤水分状况与水分平衡 荒漠植物根系吸水模型 植物根区贮水量模型 荒漠植物生长与土壤水、地下水的关系
一、荒漠植物耗水规律
气孔阻力 蒸腾速率
9
11
13
15
17
19
图
1999.8.21 中龄胡杨气孔阻力、蒸腾速率 的日变化
± í ² » Í ¬ Ä ê Á ä º ú Ñ î Õ ô Ì Ù Ë Ø Â Ê Tr Ë æ Æ ø ¿ ×× è Á ¦ rs µ Ä È Õ ± ä » ¯ ¹ × Ï µ × Ï ¹ µ Ê ½ À Ï Á ä º ú Ñ î Ö Ð Á ä º ú Ñ î Ó × Á ä º ú Ñ î ¿ ö É ¾ Ï ¹ à × Ï µ µ Ê Ï ý Ê ý R 2 R 0.816 0.9033
1 3
19 7
13
19 8
12
18
图
胡杨柳叶气孔阻力、蒸腾速率的季节变化

在气孔阻力、叶面温 度、叶面相对湿度、 光合有效辐射这四个 生理生态因子中，对 蒸腾速率有明显影响 的是气孔阻力、叶面 温度。气孔阻力以反 相关对蒸腾速率产生 影响，叶面温度以正 相关对蒸腾速率产生 影响，而叶面相对湿 度和光合有效辐射对 蒸腾速率的影响比较 复杂
蒸腾量(g/cm
80 70 60 50 40 30 20 10 0 5
杜梨 锦丰梨 苹果梨 苹果 桃 沙枣
35 30 25 20 15 10 5 0
2
7 8 9 10 月份/月 图 3.46 额济非果树木单位叶面 积月蒸腾量的生长期变化
5ห้องสมุดไป่ตู้
6
7 8 9 月份/月 图 3.47 额济纳旗果树单位叶面积 月蒸腾量的生长期变化
8.27 7.27 9.27 10.11 7 13 19 7 19 8 18 8 12 18 5.27 13
图 胡杨不同形态叶子的蒸腾速率的生长期变化

胡杨的蒸腾量的生长 期变化：在生长期内蒸
蒸腾量(mm)
腾量呈单峰性变化，在8月 份达到最大值，10月份达 到最小值。

胡杨不同形态叶子单 位叶面积上月蒸腾量 的生长期变化：二者都
6
5
7 月份/月
9
图 3.48 杜梨蒸腾量的年变化
35 30 25
35 30 25
(mm) 腾量 蒸
20 15 10 5 0 5 6 7 8 9 10 月 份 /月 图 3.49 新 疆 杨 蒸 腾 量 的 年 变 化
20 15 10 5 0 5 6 7 8 9 10 月 份 /月 图 3.50 苹 果 梨 蒸 腾 量 的 年 变 化
160 140 120
8.27
气 孔 阻 力 (s/cm)
蒸 腾 速 率 (ug/cm .s)
2
100 80 60 40 20 0 5.27
气孔阻力 蒸腾速率
7.27 6.27
9.27
7
13
19
7
13 图
13 19 7 13 时间/时 胡杨杨叶气孔阻力、蒸腾速率的季节变化
19 7
19
8
12
18
140
70 60 50 40 30 20 10 0
蒸腾速率 (ug/cm2 .s)
杨叶
柳叶
7月 8月 9月 10月 月份/月 图 胡杨不同形态叶子日均蒸腾速率的 生长期变化
5月
6月
160 140 120 杨形叶 柳形叶
蒸腾速率(ug/cm 2.s)
100 80 60 40 20 0 7 7 6.27 19 7 13 19 7 时间/时 13 12
中国西北干旱区GSPAC中 水分运移规律研究
朱永华
2005.10.11
选题意义

1999年Baird 与Wilby的《生态水文学》一书，标志着交叉学 科-生态水文学的形成。在此书中对干旱地区的生态水文研究 进行了论述，但其干旱地区只指地中海地区和美洲西南地区。

生态水文学重点研究生态系统与水文过程之间的相互作用关 系，以揭示水文过程对生态系统的影响和作用以及生态系统 对水文过程的影响。土壤是植物与各种水分的联系纽带。
气孔阻力(s/cm) 蒸腾速率ug/cm 2 .s)
气孔阻力（rs）

120 100 80 60 40 20 0 7
气孔阻力 蒸腾速率
120 100 80 60 40 20 0 7 9
气孔阻力 蒸腾速率
总趋势是气孔阻力越 大，蒸腾速率越小。 但要精确来看：在此 总趋势下存在许多波 动。
11
13
15



干旱地区生态水文过程研究现状
J. Wainwright， M. Mulligan, 和J. Thornes, 在1999年论述了干 旱地区的生态水文过程——干旱地区植物如何适应少而且高度 国 变化的降雨条件及植物如何影响干旱地区的径流和由水引起的 外 侵蚀作用。考虑了研究尺度问题。但他们讨论的干旱地区只指 地中海地区和美洲西南部地区。 已取得一些重要的成果（刘昌明和窦清晨，1992；刘昌明， 1997；王根绪和程国栋，1998；莫兴国等，1999；赵文智和程 国栋，2001；武强等，2001，等） 中 实际上，中国干旱地区的生态水文过程研究才刚刚开始，有许 国 多问题还不清楚，如：
150 100 50 0 5 7 9 月份/月 图 胡杨单位叶面积月蒸腾量的生长期变化 柳叶 杨叶
2、人工林植物耗水规律研究

人工林植物指柳树、杜梨、新疆杨、榆树、沙枣和苹果梨树等。


额济纳主要人工林树木单位叶面积月蒸腾量的 年变化
进行了非果树木与果树木的对比研究

额济纳几种人工林（杜梨、榆树、苹果梨、新 疆杨）的单株生长季节蒸腾耗水量的变化规律：
蒸腾量 (g/cm 2 .month)
时间/天 棉花日均蒸腾速率的生长期变化
60 50 40 30 20 10 0 6 7 8 9 10 月份/月 图 棉花单位叶面积月蒸腾量的生长期变化
4、作物生理生态特征对植物蒸腾耗水强度的影响（气孔 阻力、叶面温度、光合有效辐射、叶面相对湿度）
140
气孔阻力(s/cm) 蒸腾速率(ug/cm 2 .s)