论文部分内容阅读
随着全球土地利用/覆被变化生态环境响应研究的推进，植被对生态系统水文循环过程的影响和调节作用越来越受到水文循环的生物圈方面(IGBP/BAHC)、人地圈计划(MBP)、千年生态系统评估(MA)的重视。在人类和生态系统日益严峻的需水平衡中，亟待综合分析研究水圈-生物圈中最富有主动性的自我调节能力。 太湖流域近30年来社会经济发展迅速，土地利用/覆被变化剧烈，生态系统内部水量平衡问题突出，洪涝灾害频繁发生，本文从太湖流域不同土地利用/覆被类型对生态系统内部水分运移过程的影响角度出发，通过野外定点连续和定期监测水汽通量，分析不同土地利用/覆被类型的生态系统耗水过程，并基于SWAP模型，系统比较不同土地利用/覆被类型生态系统耗水量及其分量大小，最后借助GIS手段，估算太湖流域近30年水分盈亏状况，评估流域土地利用/覆被变化对生态系统耗水的影响，为建立流域合理的水土资源管理模式提供科学依据，论文主要结论如下: 1.太湖流域1985～2010年土地利用变化最为显著的是耕地面积大幅减少，相比1985年减少了31.81％;建设用地大幅增加，和1985年相比增加了167.08％，其中建设用地增加量的96.39％由耕地转化而来;园地面积2010年相比1985年增加了161.92％;林地面积变化量较小，2010年和1985年相比减少3.70％。 2.采用涡度相关法和静态箱/红外气体分析仪法，获得流域林地、园地和耕地蒸散发特征，结果表明，从各自监测期间总体来看，林地（2011年10月～2012年6月）监测期间总蒸散量为420.24mm，占总降雨量58.62％，非生长季节（2011年11月～2012年2月）总蒸散量为108.03mm，明显低于生长季节(2012年3月～2012年6月)总蒸散量250.27mm;茶园（2012年3月25日～2012年12月20日）最大日蒸散量7.17mm出现在春季4月23日，之后日蒸散量总体呈现不断下降的趋势;耕地（2011年12月1日～2012年11月12日）监测期总蒸散量为549.59mm，占总降雨量85.18％，由于稻麦轮作方式而呈现明显的双峰型。从日变化来看，林地、园地和耕地蒸散量呈以12:00～14:00为峰值的单峰型，但峰值大小在不同生长阶段各不相同。 3.林地蒸散量和净辐射、气温的相关性R2分别为0.25、0.44，而耕地分别为0.54、0.40。可知净辐射和气温对两种类型的蒸散量影响程度均较大，但程度不一致。实际水汽压和耕地、林地的蒸散相关性R2都在0.25左右，而风速、土壤含水量与不同土地利用类型的蒸散作用均不密切。油菜和小麦的蒸散速率和作物的高度变化趋势基本一致，并且与作物高度呈显著正相关性(R2≈0.67)。茶株高度影响修剪前后蒸散速率的变化趋势，并且茶园剪掉的枝、叶覆盖在茶株间，增加了株间土壤的荫蔽，降低了土壤的蒸发作用，从而影响了蒸散作用。 4.基于SWAP模型，模拟太湖流域林地、园地和耕地生态系统耗水量，结果表明，林地、园地和耕地生态系统年总耗水量分别为969.83、905.45、796.78mm。由于各种植被所处的生长阶段不同，不同土地利用/覆被类型生态系统耗水量年内变化不一:在降雨量最充沛的7月份，耗水量大小顺序为:林地＞园地＞耕地;在雨量最小的11月，林地＜园地＜耕地。从调洪缓枯的角度来讲，林地的生态系统水量调节能力相比茶园和耕地较好。 5.不同土地利用/覆被类型生态系统耗水量年内变化及其各分量变化区别较大，林地生态系统耗水量年内变化呈现典型的以6～8月耗水量为峰值的单峰型，植被蒸腾量占据耗水量的87.80％，在林地生态系统调节水量过程中起着重要作用;茶园生态系统耗水量年内变化较平缓，茶株蒸腾(69.17％)和株间蒸发(25.69％)占据耗水的94.86％;耕地呈现明显的麦季（1月～5月）和稻季（6～11月）两个时段耗水特征，在耗水各分量方面，作物蒸腾和棵间蒸发占据了耗水量的94.73％，分别为61.28％和33.45％。 6.太湖流域近30年耗水量的时空分布具有以下特征:年耗水总量空间分布规律基本和植被覆盖度的空间分布特征具有很大的相关性，耗水量较大的区域对应着植被覆盖度较高的区域，耗水量较小的区域对应着植被覆盖度较低区域，流域的年截留量和年蒸散量的高值区分布与年总耗水量一致，主要分布在浙西山区的林木分布区，与植被覆盖度有关;太湖流域1985～2000年以及2000～2010年耗水量显著减少的的区域明显多于流域耗水量增多的区域，1985、2000、2010年流域平均年总耗水量分别为1068.83、1041.47、960.19mm，流域耗水量不断减小，减小幅度随着建设用地的增加幅度加大而加大。流域耗水量年内呈现明显的季节变化，每年的1、2、11和12月是流域耗水量的低谷时期(18.95～47.46mm)，7、8和9月为流域耗水量的高峰时期(93.03～166.14mm)。 7.太湖流域年水分盈余大约为224～333mm，以浦东浦西区、苏锡常区、杭嘉湖区较大，并且近30年来随着建设用地的增多，流域水分盈余量增加。不同土地利用/覆被类型生态系统水分盈亏不同，浙西区山地的林木能够消耗掉降水总量，年水分亏损在-556～-63mm之间，让更多的水分返回大气层，有利于降低整个流域的产水量;其他区域分布的园地，年水分亏损在-63～0mm之间。流域广大的耕地、水域和建设用地区域年水分盈余分别为0～359mm、359～671mm、671～1214mm，耗水量均小于降水总量。