依赖地下水生态系统的生态水文研究评述

变化环境下的地下水水文情势变化直接影响到地表生态的格局与过程,是引起生态系统结构与功能演变的关键因素.针对依赖地下水生态系统,评述了其生态水文研究的主要进展:依赖地下水生态系统的生态水文识别,变化环境条件下依赖地下水生态系统的水文响应,依赖地下水生态系统的生态需水规律,以及依赖地下水生态系统的生态水文模拟4个方面.总体而言,随着依赖地下水生态系统研究的深入,目前研究已经从单一关注地下水与生态系统交互作用,过渡到多要素耦合驱动、多时空过程相互影响的研究阶段,将地表水与地下水以及二者与地表生态的交互作用纳入到统一的研究框架中.未来重点研究领域与方向包括:依赖地下水生态系统的识别与演变机制研究;依赖地下水生态系统的分类及其空间绘图;依赖地下水生态系统的生态需水规律;依赖地下水生态系统的生态水文要素与过程综合模拟.上述研究的开展将为生态系统的保护与恢复提供切实的理论与实践支撑.

新疆开孔河流域地下水依赖型植被生态系统的遥感识别

在干旱-半干旱地区,识别地下水依赖型植被生态系统(GDVEs)的位置和范围,对水资源和生态环境保护至关重要。针对传统识别方法的不足,以新疆开孔河流域为研究区,探索基于遥感技术的GDVEs识别方法。选取相对干旱年为研究期,基于植被指数、土壤湿度和潜在蒸散发,利用叠加分析和自然间断点分级法,确定开孔河流域GDVEs的空间分布,利用湿地分布、河流影响带及野外实地调查数据对识别结果进行验证。结果表明:开孔河流域GDVEs较高和高潜力区主要位于博斯腾湖周围和孔雀河下游荒漠平原区,主要为湿地生态系统和荒漠河岸林植被生态系统,约占天然植被区面积的10.3%;验证表明,本文提出的GDVEs识别方法可在西北干旱内陆河流域推广。

基于遥感和地理信息系统测定南非西开普省依赖地下水的生态系统

在确定地下水提取的限制范围时，研究依赖地下水的生态系统（GDE）的位置至关重要。结合遥感与地理信息系统（GIS）模型，以绘制南非Sandveld地区内GDE概率等级图。利用陆地卫星TM识别可能存在GDE地区，并采用地理信息系统协助对这些地区的描绘。建立了3种GIS模型：GIS模型，基于地形特征来预测地貌湿度潜力（landscape wetness potential）（LWP模型）；改进LWP模型以突出地下水产生的地貌湿度潜力（获得的GglWP模型）；并把研究区内钻孔的地下水测量值与数字高程模型数据相结合，获得地下水高程模型。对从陆地卫星获得的生物量指标进行分类并结合GIS模型，随后对河流与湿地内的GDE进行野外验证。在3种用于测试研究区内GDE的模型当中，LWP模型提供的模拟结果最为准确。

干旱内陆区依赖地下水的生态系统研究:以敦煌盆地为例

在干旱内陆盆地生态水文学研究中,地下水的生态价值日益受到重视。论文以敦煌盆地为研究区,综合潜水埋深和水文地球化学调查、天然植物样方调查以及高空间分辨率遥感技术,从地下水属性变化对天然植物生长的影响以及依赖于地下水的植被生态系统制图等两个方面,开展了依赖地下水的植被生态系统研究。结果表明,以地下水潜水埋深和矿化度为代表的地下水属性与天然植被组成的系统是复杂的非线性系统,由多个相互作用的属性构成;当该系统远离平衡态时,控制系统状态的是多种地下水属性的组合,属性组合的微小涨落可能导致系统状态的较大差异;该系统状态的变化不具有等比例变化特征。植被覆盖度随潜水埋深和矿化度变化具有随机性、确定性和混沌特征。综合考虑研究区植物对地下水的依赖程度、植物对地下水的利用方式、地下水的排泄方式,以及植物群落空间分布格局,结合野外调查数据,完成了研究区依赖地下水的植被生态系统制图。结果表明,研究区除部分河、湖沿岸的植被生态系统外,其余2270.5km^2面积都高度依赖地下水,占总面积的88%。

估算干旱区地下水依赖型植物蒸散发的White法评述

日尺度上的地下水位波动是干旱区地下水依赖型植物蒸散消耗地下水的直接证据与指示。White通过分析日尺度地下水位波动与植被蒸散之间的关系,提出了利用地下水位观测数据来计算植被蒸散速率的方法,简称White法。该方法由于计算简单,所需数据少,在干旱区河岸林蒸散定量方面得到了广泛的应用。本文通过系统回顾White法的提出、"四大假设条件"及其在实际应用中的不足,梳理了近年来对White法不断修订的总体思路,总结了各种形式White法的特点、使用条件以及存在的主要问题;在此基础上,提出了White法进一步改进的方向。当前,结合地表蒸散发的多尺度观测与模拟,White法不仅可以用来估算区域尺度地下水蒸散,而且能够为定量解析干旱区植物的水分利用来源提供验证与参考。

从根系垂向分布认识地下水依赖型植物的干旱适应性--以中国干旱区为例

根系垂向分布是植物与环境相互作用的综合结果。由于对植物细根垂向分布状况及其与环境因素复杂相互作用关系仍缺乏足够认识,导致对气候变化影响下植被动态预测存在很大的不确定性。本研究以柽柳(Tamarix ramosissima)和胡杨(Populus euphratica)两种干旱区河岸带地下水依赖型植物为对象,通过对根系剖面和根系分布数据文献收集整理,并结合根系与环境要素关系等方面,探讨和解析了干旱区植物对干旱环境的适应能力。研究结果表明,柽柳和胡杨两种植物根系具有强向水性(依赖地下水)和灵活的水分利用策略,使得它们可以在极端干旱环境中生存。根系分布特征的差异决定了两种植物发育环境的不同,即柽柳相比胡杨拥有更高的根系可塑性,使其具有更高效的水分利用,从而保证了其在更加复杂多样的气候、土壤等环境条件下生存。地下水依赖型植物根系剖面形态差异大,反映了其具有较强的根系适应能力,从而具有较宽的生态位和较强的生态韧性。因此,在地球系统模式中,亟需发展基于物理过程的根系动态方案,以克服当前模型普遍存在对植物根系塑性刻画不足的问题,从而提升未来气候变化情景下植被响应预测能力。