內(nèi)陸河流域中游綠洲農(nóng)田能水平衡研究.pdf

1、我國的西北地區(qū)是全球最典型的干旱地區(qū)之一，光熱資源充足，但水資源嚴(yán)重短缺并由此引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。現(xiàn)代綠洲是一個(gè)自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的復(fù)合系統(tǒng)。近年來，隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自然綠洲正在逐步被以農(nóng)田為主的人工綠洲所代替，維護(hù)綠洲的穩(wěn)定和健康發(fā)展是西北干旱區(qū)對抗荒漠化和干旱化的主要手段之一。充分利用充足的光熱資源，合理配置水土資源，建立自然資源合理配置的高效綠洲是開發(fā)西北干旱區(qū)農(nóng)業(yè)的重要科學(xué)途徑之一。因此，研究綠洲生態(tài)系統(tǒng)的水熱狀況

2、，分析水熱資源的平衡，在調(diào)節(jié)水熱資源的基礎(chǔ)上充分提高水資源的利用效率，在理論上可加深對干旱區(qū)SPAC理論的認(rèn)識(shí)和理解，在實(shí)踐上可促進(jìn)水資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的改善。 本研究選擇在西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域中具有代表性的黑河流域，在流域中游的張掖綠洲建立農(nóng)田能水平衡研究觀測點(diǎn)，通過對典型作物農(nóng)田能水平衡方面的試驗(yàn)和測定，掌握區(qū)域農(nóng)田水熱分布狀況，分析其水熱平衡變化規(guī)律，通過與區(qū)域內(nèi)草地和荒漠下墊面能水平衡特征的對比以及對農(nóng)田能水平衡的

3、模擬，為更好地了解該地區(qū)農(nóng)田能水平衡規(guī)律，認(rèn)識(shí)能水過程機(jī)理，尋求該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的水熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式奠定基礎(chǔ)。 1.綠洲農(nóng)田水量平衡規(guī)律 綠洲農(nóng)田系統(tǒng)水量平衡中，灌溉是水分的主要輸入項(xiàng)，占水量收入的70-90﹪，降水只是農(nóng)田水分收入的一個(gè)補(bǔ)充。蒸散是農(nóng)田水分消耗的主體，占水分總收入的80-90﹪。2004年間作農(nóng)田作物生長期水分平衡中，灌溉量和降水量分別為815mm和84mm，蒸散量約為740mm，深層滲漏量約160mm

4、。滲漏量與灌溉次數(shù)和灌溉間隔時(shí)間關(guān)系密切。先進(jìn)灌溉方法的使用是未來綠洲農(nóng)田節(jié)水的關(guān)鍵。 影響農(nóng)田蒸散的因素中，作物生物學(xué)特性和種植結(jié)構(gòu)是內(nèi)部控制性因素。2004年小麥一玉米間作農(nóng)田蒸散量約為740mm，而2005年玉米凈作條件下蒸散量約為510mm。氣象條件和土壤水分狀況作為外部因素對農(nóng)田蒸散起著影響和限制作用。氣象條件中，氣溫、輻射和地溫等與蒸散的關(guān)系密切，而風(fēng)速和濕度與蒸散關(guān)系不密切。土壤層含水量大，水分脅迫小，蒸散量大。

5、 近50a來，由于人為和自然因素的影響，黑河流域作物需水量和灌溉需水量呈現(xiàn)下降趨勢。在未來氣候變化情景下，黑河流域灌溉需水量有較大變化?，F(xiàn)有種植結(jié)構(gòu)條件下，未來溫度上升1℃時(shí)，黑河干流中游地區(qū)每年增加作物灌溉量0．15×108m3，相當(dāng)于國家給黑河中游干流區(qū)分水量的2.4﹪。當(dāng)溫度上升4℃時(shí)，每年因氣溫升高而增加的灌溉需水量將占到分水量的10﹪，灌溉水利用系數(shù)以0．65計(jì)，增加的灌溉引水量將占到分水量的16﹪，黑河分水計(jì)劃將面臨更

6、大挑戰(zhàn)。 2.綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)輻射收支和能量平衡規(guī)律 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的輻射收支平衡結(jié)果表明，作物生長期內(nèi)太陽輻射的分配中，凈輻射約占51﹪，地面有效輻射占32﹪，反射輻射約占17﹪。作物生長期內(nèi)熱量的分配以潛熱通量為主，占60-75﹪；感熱通量次之，為15—30﹪；土壤熱通量約占10﹪。不同生長階段輻射和熱量分配比例差異較大。 3.不同下墊面能量一水分平衡對比研究 在太陽輻射相差不大的情況下，由于地表植被的

7、不同，反射輻射和地面有效輻射的差異造成了農(nóng)田、草地和荒漠下墊面輻射平衡特征有很大差異。作物或牧草的生長期，荒漠下墊面與農(nóng)田和草地下墊面在熱量分配上體現(xiàn)出了截然不同的特征。 潛熱是綠洲能量消耗的主體，草地和農(nóng)田年潛熱通量分別占各自凈輻射收入的65﹪和72﹪。在作物或牧草的主要生長季節(jié)，草地和農(nóng)田潛熱通量的消耗分別是荒漠的4倍和5倍。感熱是荒漠能量消耗的主體。從年總量上看，年感熱通量總量占荒漠凈輻射年總量的76﹪。熱量分配上的差異造

8、成了綠洲的“冷島效應(yīng)”。 農(nóng)田、草地和荒漠不同下墊面水分來源不同，其水分平衡特征特別是蒸散特征也有很大區(qū)別。在參考作物蒸散構(gòu)成中，農(nóng)田70﹪的蒸散量來源于以凈輻射為主導(dǎo)作用的輻射項(xiàng)，而草地和荒漠近70﹪的蒸散量來源于以風(fēng)和水汽壓差為主導(dǎo)的空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)。綠洲蒸散量遠(yuǎn)大于荒漠，體現(xiàn)了綠洲的“濕島效應(yīng)”。 4.綠洲農(nóng)田能水平衡的模擬研究 SHAW模型可較好地模擬深層土壤溫度和土壤水分；在能量平衡中，對凈輻射、潛熱通量、