作物水分生产函数研究进展

作物水分生产函数(cropwaterproductionfunctions,CWPF)一般指作物产量(cropyield,Y)与蒸散发(evapotranspiration, ET)之间的函数关系,是作物模型中联系水分和生产力的关键。本文系统地梳理了近半个世纪以来CWPF的相关研究,发现CWPF受多种因素影响,不同地区获得的田间试验结果往往差异较大;常用的CWPF模型多是基于统计信息,缺少坚实的物理基础和可靠的理论支撑,在跨地区、跨物种应用时存在一定缺点。同时基于碳同化过程的机制模型和更为复杂的作物模型也因为参数过多而不易在实际中应用。在以往研究的基础上,从公开发表的41篇文献中筛选出592组田间试验数据,发现小麦产量与ET基本呈线性关系,但数据分布相对离散,而玉米、棉花、水稻因数据量较少其产量与ET关系不明显。利用生长季降水量和累计蒸发皿蒸发数据对不同地区获得的小麦水分生产函数进行了修正,发现改进后的小麦水分生产函数表现出较好的跨地区应用潜力(r2从0.36提高到0.75),并提出了进一步的CWPF修正思路。指出通过改进函数关系虽然能提高统计模型的可移植性,但发展机制模型仍是未来CWPF研究的根本出路。

稳定同位素在干旱区水分传输过程的研究进展

景观内部地下水-土壤-植物-大气界面的水分传输和不同景观界面间的水力联系是干旱区生态水文学研究的理论基础,对提高认识不同景观格局水文连通性具有重要意义。鉴于干旱区水分循环的复杂性,稳定同位素(δ2H、δ18O)在干旱区生态系统水分传输研究中广泛应用。综述了稳定同位素在干旱区植物/土壤-大气界面水分转换、植物根系-土壤界面水力联系与根系吸水过程和土壤水-地下水相互作用方面的研究。提出未来研究发展方向:加强对干旱区非稳态条件蒸散发同位素量化;优化不同生境植物根系吸水的同位素模型;基于区域地下水-土壤-植被长时间序列同位素观测,阐明干旱区不同景观界面间的水力连通性机制。

两种荒漠生境条件下泡泡刺水分来源及其对降水的响应

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙质和砾质生境下泡泡刺的水分来源季节动态特征以及对不同降雨事件的响应程度.测定了两种生境下泡泡刺茎水和不同水源(降水、土壤水和地下水)的氧稳定同位素(δ^(18)O)值,结合Iso Source模型计算了不同水源对泡泡刺水分来源的贡献比例.结果表明:两种生境下泡泡刺茎水δ^(18)O值及其水分来源都存在显著的季节变化特征,沙质生境下泡泡刺在降水较少的春季和秋季主要利用地下水,其贡献率可达50%以上;而砾质生境下的泡泡刺无法利用深达11.5 m地下水,其水分来源受降水控制,具有较大的季节变异性.两种生境下的泡泡刺对降水响应显著,但是降水过后,随着土壤含水量的快速减小,沙质生境下的泡泡刺转而以丰富的地下水为主要水分来源,而砾质生境下的泡泡刺只能利用降水入渗至较深层土壤的较少水分.因此,两种生境下泡泡刺不同的水分利用策略是导致其生长特征差异的主要原因,同时也表明泡泡刺具有较强的自我调节和适应能力.

荒漠区包气带土壤物理特征及其对地下水毛管上升影响的模拟

以巴丹吉林沙漠边缘荒漠区域为研究对象,选取两种典型的沙丘土壤剖面(沙壤土和砂土混合,均一砂土)进行土壤物理特征分析,并在此基础上模拟了不同土壤因素对毛管水上升过程的影响,探讨毛管水上升变化与土壤物理性质的关系,试图揭示地下水-毛管水-土壤水之间的相互作用过程.结果表明:研究区地下水毛管上升主要受土壤容重和土壤黏粒含量的影响,并且毛管水上升高度在地下潜水层以上为沙壤土的剖面中能够达到152 cm;地下潜水层以上为砂土的剖面中为120 cm.砂土中毛管水补给区域各土层水分分布更为均匀,并且从潜水面至地面方向土壤含水量呈递减趋势,沙壤土中毛管水补给区域土壤水分变异较大.借助Hydrus-3D模型能够较好模拟多因子影响下的土壤毛管水运动过程.潜水面以上土壤结构变化显著影响毛管水上升和剖面水分分布状况,但毛管水上升是否受季节性蒸发变化的影响以及毛管水与植物需水的关系有待进一步探究.