干旱草原區(qū)達(dá)茂旗天然植被生態(tài)需水量研究

劉華琳，焦 瑞，徐曉民

水科部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

達(dá)茂旗干旱草原區(qū)的水資源有著天然不足的問題，而且隨著人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，對(duì)水資源不合理開發(fā)和利用，使林草和植被出現(xiàn)退化，使河流和湖泊消失，而土地也出現(xiàn)沙化，生態(tài)環(huán)境的惡化已影響了干旱草原區(qū)的人類生存與生活。要保持生態(tài)環(huán)境就要做好植物群落的建設(shè)，而植物保持正常的生長與更新就要消耗水量，對(duì)植被需水計(jì)算方法的研究涉及了生態(tài)、環(huán)境學(xué)、氣象學(xué)等多種學(xué)科。

1 干旱草原區(qū)達(dá)茂旗天然植被需水的概念

達(dá)茂旗草原屬于我國內(nèi)蒙古自治區(qū)的包頭市下轄旗，有著一望無際的草原，擁有1.66萬平方公里天然草場與66.2萬畝耕地。達(dá)茂旗的土地面積大，不過很多土壤都是十分粗糙，而且含沙量過大，土層過薄，土壤的物理結(jié)構(gòu)不佳，長期處于內(nèi)陸的半干旱氣候區(qū)，有著降雨量稀少和風(fēng)蝕、沙化等情況嚴(yán)重的現(xiàn)狀。達(dá)茂旗天然草場中可利用草場有1493183公頃，由南至北實(shí)現(xiàn)了干草原到荒漠、草原化荒漠等植被帶的分布，而干草場又占總草場的33%。早在1995年就有了基本生態(tài)需水量概念，可以保證質(zhì)量與數(shù)量的水環(huán)境維持，保證生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，而且可以保護(hù)物種多樣性與生態(tài)的完整性。我國最早就是對(duì)西北干旱和缺水問題開展的研究，以生態(tài)需水量這個(gè)概念與計(jì)算進(jìn)行了大量的研究工作。在人口日益增加的情況下，干旱草原區(qū)的水資源也日益短缺，使有限水資源進(jìn)行河流基流的維持，對(duì)天然與人工綠洲的耗水量穩(wěn)定，更側(cè)重于植被的生態(tài)需水，使生態(tài)水資源保持生態(tài)水平與生態(tài)系統(tǒng)平衡，還會(huì)隨生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化。

生態(tài)用水量有著目標(biāo)性的特點(diǎn)，而且不同地區(qū)存在不同生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)，需要進(jìn)行不同生態(tài)功能的維持，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)用水量自然也不相同，所以，生態(tài)用水量屬于空間變量。而且生態(tài)需水量與耗水量、用水量是不同的，是客觀時(shí)空的變量，是草原生態(tài)系統(tǒng)可以發(fā)揮出生態(tài)功能需要的水量，而用水量是實(shí)際供給的水量，耗水量是實(shí)際消耗的水量。一般需水量會(huì)大于用水量，而用水量會(huì)大于耗水量。

水科部牧區(qū)水利科學(xué)研究所對(duì)生態(tài)需水量的研究工作是針對(duì)西北干旱區(qū)進(jìn)行的，而林地與草地的計(jì)算方法多是面積定額或者植株定額等方法，本文以干旱草原區(qū)達(dá)茂旗天然植被生態(tài)需水量進(jìn)行研究，按照區(qū)域生態(tài)的植被種類對(duì)草場進(jìn)行研究，對(duì)植被土壤的含水率進(jìn)行測定，來進(jìn)行耗水量的計(jì)算，如表1、表2所示。

本研究針對(duì)各區(qū)域不同地下水埋深對(duì)植被面積進(jìn)行分類，在此分類基礎(chǔ)上計(jì)算生態(tài)需水量，得到植被全年最低需水量。表1表2顯示植被的種類和用水量，隨著植被生長狀況、分布范圍的變化而變化。據(jù)此可以預(yù)測未來規(guī)劃年份的植被需水量。

表1 草原植被的種類

表2 牧草的需水量

2 干旱草原區(qū)植被需水量計(jì)算的方法

干旱區(qū)植被生態(tài)的需水量計(jì)算，要按照植被具體的類型和所處地區(qū)、生態(tài)環(huán)境及水文地質(zhì)條件等情況，確定計(jì)算方法，不同計(jì)算方法有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，可以靈活選擇。

以面積定額法為例，確定干旱草原區(qū)達(dá)茂旗植被面積，對(duì)生態(tài)需水的定額進(jìn)行計(jì)算，確定生態(tài)需水量，對(duì)生態(tài)需水量和進(jìn)行生態(tài)需水總量的統(tǒng)計(jì)，其計(jì)算公式為：

其中W代表著植被生態(tài)的需水總量，Wi代表植被的類型，而i代表著生態(tài)的需水量，Ai代表植被的類型，i面積ri是植被的類型，i是生態(tài)的需水定額。按上式計(jì)算得全年達(dá)茂旗天然植被現(xiàn)狀生態(tài)需水量為5.281×108m3，年內(nèi)生態(tài)需水量變化規(guī)律為：從各月份來看，植被生長關(guān)鍵期(4月～9月)需水量為4.45×108m3，占全年需水量的84%，尤其是在5、6、7月這三個(gè)月，植被生長的旺盛時(shí)期，蒸騰量大，生態(tài)需水量多，占全年的50%；其余月份植被蒸騰較小，生態(tài)需水量也相對(duì)較少。

使用面積定額法更適用在基礎(chǔ)條件好地區(qū)、植被類型，例如：有著人工綠洲和農(nóng)田系統(tǒng)的需水量是計(jì)算，可以計(jì)算出植被的生態(tài)需水量，還能確定出不同類型的植被需要的水定額，明確單位時(shí)間和單位面積植被類型的水量消耗。計(jì)算出地區(qū)土地類型與植被類型，生態(tài)需水的定額，計(jì)算出系統(tǒng)生態(tài)的需水量。

很多因素都會(huì)影響植被的耗水量，植被生態(tài)的需水定額很難測定，一般是按照實(shí)際測定對(duì)不同類型植物蒸散量和水分供給量，結(jié)合植被系數(shù)確定出不同植物的類型。因?yàn)閷?shí)測數(shù)據(jù)不能正確體現(xiàn)出植被生態(tài)的需水差異，所以，要了解不同植被生態(tài)的需水就要根據(jù)不同區(qū)域和土地類型及植被等差異，進(jìn)行相應(yīng)生態(tài)需水定額的計(jì)算。

干旱地區(qū)達(dá)茂旗草原水資源的供需矛盾日益突出，而且植被的退化在干旱區(qū)也越來越嚴(yán)重，很多植被已經(jīng)有了生態(tài)需水量計(jì)算的方法，卻不具備長序列數(shù)據(jù)的支持與實(shí)踐的驗(yàn)證，而且評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，導(dǎo)致應(yīng)用者不能確定計(jì)算結(jié)果。所以未來基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和體系的建設(shè)需要進(jìn)一步加強(qiáng)，才能計(jì)算出生態(tài)需水量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。

很多先進(jìn)的技術(shù)都對(duì)植被的生態(tài)需水量進(jìn)行了計(jì)算，而且證明了具有科學(xué)性與先進(jìn)性，受到影像資料分辨率與實(shí)效性影響，在數(shù)值的提取上并不成熟。只有結(jié)合野外實(shí)踐工作與調(diào)查，才能得到更豐富的資料，建立起計(jì)算的模型，實(shí)現(xiàn)完善的計(jì)算，得到可靠的計(jì)算結(jié)果。而且未來使用3S0技術(shù)，使信息的提供能夠更好的完成對(duì)植被和生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測，做出實(shí)時(shí)的評(píng)價(jià)。

在宏觀的角度研究，可以了解植被的生態(tài)需水研究成果，在微觀的角度分析，對(duì)植被耗水規(guī)律研究成果并不多見，而且不同植物、類型植被經(jīng)過不同環(huán)境的演替，都會(huì)形成不同生理特征，具有差別極大的耗水機(jī)理，又由于水分來源各不相同，同區(qū)域同植被也會(huì)有不同的生態(tài)需水，所以計(jì)算要按照不同情況進(jìn)行區(qū)別，以不同分布、蓋度、地下水位、水分補(bǔ)給等情況，對(duì)生態(tài)需水量進(jìn)行綜合補(bǔ)給，按照不同研究類型，進(jìn)行試驗(yàn)和研究，確定植被生理和耗水的規(guī)律，建立起科學(xué)的、合理的生態(tài)需水理論體系與計(jì)算方法。

3 結(jié)論

綜上所述，干旱草原區(qū)達(dá)茂旗的植被需水量會(huì)受到資源的開發(fā)和利用的影響，供水不足時(shí)，就會(huì)發(fā)生退化，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境被破壞。所以，一定要做好天然植被生態(tài)需水量的計(jì)算，使用水分循環(huán)水量的平衡方法，對(duì)植被的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行水分來源和轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，能夠有效提高干旱地區(qū)草原水分的用效利用，也能得出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，是有利于干旱草原區(qū)天然植被生態(tài)需水量研究工作的。

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