全 文 ：第 ww卷 第 |期
u s s {年 | 月
林 业 科 学
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乌兰布和沙漠东北部土壤水分植被承载力 3
田有亮 何炎红 郭连生
k内蒙古农业大学林学院 呼和浩特 stsst|l
摘 要 } 根据乌兰布和沙漠东北缘的自然环境特点和植物生理生态特征 o基于水量平衡原理建立土壤水分动态
模型 o模拟计算该区植被在不同叶面积指数下的土壤水分动态变化和保证植物生存前提下的土壤水分亏缺值 o评
价该区土壤水分植被承载力 ∀结果表明 }自然条件下乌兰布和沙漠东北缘土壤蒸发占降水的比例在流动沙地和半
固定沙地大于 ys h o固定沙地为 ww1{ h ~在叶面积指数低于 t1z °u#°pu时 o土壤水分亏缺水平较低 o叶面积指数继
续升高时 o土壤水分亏缺大幅度增加 ∀从而确定该区土壤水分植被承载力为叶面积指数 t1z °u#°pu ∀
关键词 } 乌兰布和沙漠 ~土壤水分亏缺 ~土壤水分植被承载力 ~叶面积指数
中图分类号 }≥txu1z 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{ls| p sstv p sz
收稿日期 }uss{ p st p sw ∀
基金项目 }国家自然科学基金重点项目kvsuvsu|sl ∀
3 何炎红为通讯作者 ∀
Σοιλ Ωατερ Χαρρψινγ Χαπαχιτψ οφ ςεγετατιον ιν τηε Νορτηεαστ οφ Υλαν Βυη ∆εσερτ
׬¤± ≠²∏¯¬¤±ª ‹¨ ≠¤±«²±ª Š∏²¬¤±¶«¨ ±ª
k Φορεστρψ Χολλεγε o Ιννερ Μονγολια Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ηοηηοτ stsst|l
Αβστραχτ } ׫¨ º¤·¨µ§¼±¤°¬¦¶¬± ¶²¬¯ º¬·«§¬©©¨µ¨±·¯ ¤¨©¤µ¨¤¬±§¨¬¨¶¤±§·«¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ§¨©¬¦¬·√¤¯∏¨ ¬±·«¨ ³µ¨µ¨ ∏´¬¶¬·¨·²
¤¶¶∏µ¨ ·«¨ ³¯¤±·¶∏µ√¬√¤¯ º¨ µ¨ ¶¬°∏¯¤·¨§¤±§¦¤¯¦∏¯¤·¨§∏¶¬±ª·«¨ §¼±¤°¬¦¤¯ ¶²¬¯ º¤·¨µ°²§¨¯¥¤¶¨§²±·«¨ º¤·¨µ¥¤¯¤±¦¨ ·«¨²µ¼o
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√¨ ª¨·¤·¬²± º¤¶t1z °u#°pu ¬±·«¬¶¤µ¨¤q
Κεψ ωορδσ} ˜¯ ¤± …∏« ⁄¨ ¶¨µ·~¶²¬¯ º¤·¨µ§¨©¬¦¬·~¶²¬¯ º¤·¨µ¦¤µµ¼¬±ª¦¤³¤¦¬·¼ ²©√¨ ª¨·¤·¬²±~¯¨ ¤©¤µ¨¤¬±§¨¬
乌兰布和沙漠是我国八大沙漠之一 o其东北部占总面积的 tΠv o水分条件相对较优越k姬宝霖 ot|||l o农
业开发历史悠久 o沙漠化防治措施以植被建设为主k刘树华等 ot||y ~苏建平等 ousswl ∀科学利用有限的水资
源进行植被建设是该区生态环境建设必须考虑和深入探讨的问题 ∀土壤水分植被承载力是土壤水资源利用
的一个重要研究内容 o近年来我国北方少雨地区的多年生人工林 !草地等出现了以土壤旱化为主要特征的大
面积退化 o土壤水分植被承载力研究愈来愈受重视k郭忠升等 oussw ~马焕成等 ousstl o计算评价方法也颇多 ∀
郭忠升等kussv ~usswl认为 }土壤水分植被承载力是指在较长时期kt至多年l内 o植物在可利用土层内的土
壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时 o所能维持特定植物群落健康生长的最大密度 o即雨水资源中补
给土壤的部分水量所能维持植物健康生长的植物个体最大数量 ~马焕成等kusstl以土壤有效水分总量与树
木单株水分消耗量的比值计算土壤水分最大承载力 ∀目前 o土壤水分植被承载力的单位仍沿用传统承载力
单位 ) ) ) 植株密度k⁄¤√¬§ot||| ~邓波等 oussv ~郭忠升等 oussv ~马焕成等 ousst ~高西宁等 oussu ~ ∂ µ¨³¯¤±¦®¨
ετ αλqot||u ~周杨明等 oussu ~闫俊华等 ousst ~王俭等 oussx ~•¤§¨µ¶°¤ ετ αλqoussyl ∀维持水分平衡是干旱半
干旱地区森林植被生态系统稳定的最重要条件k余新晓等 ot||yl o如植被过度消耗土壤水分 o植被生态系统
水分平衡被破坏 o土壤退化 o进而导致环境条件恶化 o因而土壤水分承载力研究实质是以植被生态系统水分
平衡为基础研究植被与水资源之间的相互关系 o即在植被维持或改善环境水资源前提下研究土壤水分对植
被的最大负荷能力 ∀
鉴于上述 o本研究从 ussv年开始测定该区的土壤物理特征和水分变化 o同步调查植被特性和植物生理
生态特征等 o应用水量平衡原理建立了土壤水分动态模型 o探讨了该区土壤水分植被承载力 o为解决植被建
设中水资源与植被之间的矛盾提供理论依据 o对于该区生态建设和恢复也具有重要的理论与实践意义 ∀由
于乌兰布和沙漠植被组成以灌木为主 o地下根系存在交叉联结 o不易区分出独立的植株个体 o且稳定的植被
生态系统是植被结构和数量的统一 o所以本研究选择与蒸腾耗水直接相关的叶面积指数作为评价土壤水分
植被承载力的指标 ∀
t 试验地概况
试验地位于我国西北干旱荒漠区的东缘 o地处内蒙古自治区境内 o黄河中游后套平原的西南部 o介于狼
山与黄河之间 o属于乌兰布和沙漠东北部的典型地段ktsyβs|χ ) tszβtsχ ∞owsβs|χ ) wsβxxχ ‘l ∀地势呈西北
高东南低 o海拔 t svs ∗ t szz °∀属亚洲中部温带荒漠气候 o寒冷 !干燥 !多风 o兼有大陆性季风气候区的降雨
特点 o降雨量集中在夏秋季节 o降雨量小而持续时间短 o蒸发量大 o如 usss ) ussy年的年均降水量为 tsx °° o
年均蒸发量为 v swt °°∀试验地下伏地面为古河床冲积平原 o地带性土壤为灰漠土 o上覆近代风成沙丘 ∀土
壤干燥贫瘠 o土壤质地在样地之间和垂直层次上变化较小 o土壤水分的变化在各年度间较小 o月变化较大 o明
显与降雨相关 ∀土壤水分的垂直变化主要发生在 {s ¦°以上的土壤层中k叶冬梅等 oussxl ∀
试验地属于荒漠化草原向草原化荒漠过渡地带 o荒漠植被占主导地位 o以干旱性灌木 !半灌木和沙生植
物为主 o优势种有白刺k Νιτραρια τανγυτορυµl !沙冬青k Αµ µοπιπταντηυσ µονγολιχυσl及油蒿k Αρτεµισια ορδοσιχαl等 ∀
植被稀疏 o结构简单 o植被盖度 !生物量与叶面积指数呈直线正相关k何炎红等 oussx¤l ∀
试验地由北到南依次为流动沙地kt1xv ®°ul !半固定沙地ks1ux ®°ul和固定沙地ks1ts ®°ul ∀流动沙地
呈链状 !格状沙丘 o丘间低地占流动沙地面积的 t{1x h o白刺呈灌丛状着生 o沙丘一般高 v ∗ z ° o个别在 z °
以上 o流动沙地的地下水埋深 w1x ∗ tt1x °∀半固定沙地的地貌特点为白刺灌丛沙堆与粘质土丘间低地相间
分布 o白刺灌丛沙堆一般高 t ∗ v ° o地下水埋深 v1z ∗ ts °∀固定沙地为沙土覆盖的粘质土平地 o主要植物
为沙冬青 !油蒿及白刺 o地下水埋深 u1z ∗ v1x °∀
u 研究方法
211 样地调查
流动沙地设置 y个固定样地 o样地以围绕丘间低地的沙丘为界 o沙丘移动受全年风向变化的影响 o风向
不同沙丘移动特点不同 o沙丘不同坡向 !坡位的水分状况也有差异 o所以流动沙地各样地的样方设置以丘间
低地中心为基点 !沿 {个辐射方向设 u °宽样带 o土样取自沙丘顶部 !沙丘中部 !沙丘底部k沙土深 t °l和丘
间低地中心 ∀调查样地上所有白刺的生物量 o取样带上所有植物调查其他植物生物量 ∀固定和半固定沙地
典型地段各设置 t个固定样地kxs ° ≅ xs °l o对角线法设置样方 o即在对角线顶点和对角线交点各设 t块
x ° ≅ x °的样方 o土样取自每个样方的中心 o取样方内所有植物调查生物量 ∀样地植被特征见表 t ∀
表 1 样地植被特征
Ταβ .1 ς εγετατιον χηαραχτεριστιχσ οφ πλοτσ
样地
°¯ ²·
优势植物
⁄²°¬±¤±·¶³¨¦¬¨¶
覆盖度
≤²√ µ¨¤ª¨Πh
生物量
…¬²°¤¶¶Π
k®ª#°pul
叶面积指数
¨¤©¤µ¨¤¬±§¨¬Π
k°u#°pul
优势种覆盖度Π植被覆盖度
≤²√¨ µ¤ª¨ ²©§²°¬±¤±·¶³¨¦¬¨¶Π
¦²√¨ µ¤ª¨ ²©√ ª¨¨·¤·¬²±Πh
固定沙地 ƒ¬¬¨ §¶¤±§ 沙冬青 !油蒿 !白刺 Αµ µοπιπταντηυσ µονγολιχυσoΑρτεµισια ορδοσιχα o Νιτραρια τανγυτορυµ vv s1tz| t1xy {t
半固定沙地 ≥ °¨¬2©¬¬¨ §¶¤±§ 白刺 Νιτραρια τανγυτορυµ uw s1txy s1uu ||
流动沙地 • ¤±§¨µ¬±ª¶¤±§ 白刺 Νιτραρια τανγυτορυµ y s1syw s1tw |x
2 .2 样地土壤水分动态模型原理
根据水量平衡原理 o样地根系层ks ∗ tus ¦°l在 τu 时刻的土壤含水量为 Χ·uk°°l oτt 时刻的土壤含水量
为 Χ·tk°°l o时段 τ内的水分供给量 Σºk°°l与水分消耗量 Χºk°°l的关系为 Χ·u € Χ·t n Σº p Χº ∀公式为土
壤水分动态模型的基础公式 oΧ·t可作为模拟过程中的土壤水分初始值 ∀式中土壤水分主要来源于自然降
雨 o由于该区植被稀疏 o风大 o降雨量小 o场降雨持续时间短 o植被冠层截流量少 o自然降雨的 |z h以上到达
植被土壤表面 o降雨入渗土壤深度小于 tus ¦°k叶冬梅等 oussxl o所以 Σº 近似等于时段 τ内的降水量k°°l ∀
wt 林 业 科 学 ww卷
时段 τ内的土壤水分消耗量 Χºk°°l为时段 τ内的土壤蒸发量 Εk°°l !植被蒸腾量 Τk°°l与地表径流量 Ρ
k°°l的和 ∀ Ε和 Τ使用 °¨ ±°¤±2²±·¨¬·«方程k简称 ° 方程l估计k高西宁等 oussu ~ ∂ µ¨³¯¤±¦®¨ ετ αλqot||u ~
周杨明等 oussu ~闫俊华等 ousst ~程根伟等 oussv ~≥«∏·¯ º¨²µ·« ετ αλqot|{xl ∀水面蒸发 Εs k°°l为 } Εs €
k∃Αn ΧΕ¤lΠk∃ n Χl ~土壤蒸发量 Εk°°l为 } Ε € k∃ Α´ n Χ Ε¤lΠ≈∃ n Χkt n ρ¶¶Πρ¤l  ~植被蒸腾量 Τk°°l为 }
Τ€ k∃ Α¶ n Χ Ε¤lΠ≈∃ n Χkt n ρ¶³Πρ¤l  ∀式中 }∃为平均气温时的饱和水汽压曲线的斜率k®°¤# ε p tl ~ ΑoΑ¶
和 Α´ 分别为水面净辐射 !冠层净辐射和地面净辐射k°°#§ptl oΧ为干湿表常数k®°¤# ε p tl ~ ρ¤为空气动力
学阻力 o与界面层特征 !风等有关 ~ ρ¶¶和 ρ¶³是气孔阻力和土壤蒸发水分传输阻力 ~ Ε¤为空气干燥力k°°#
§ptl oΕ¤ € Χ³ΘΠkΚΧl ≅ ∆Πρ¤ oΚ为蒸发潜热 oΘ为空气密度 oΧ³为空气比热 o∆为饱和蒸汽压亏缺 ∀
213 样地土壤物理特征及植被特征观测
土壤含水量采用干燥法测定 o使用环刀取样k钢制环刀 o直径 x ¦° o容积为 tss ¦°vl o取样深度根据土壤
类型等差异有所不同 o丘间低地及固定 !半固定沙地粘土一般为 tus ¦° o流动沙丘 !白刺灌丛沙包沙土一般为
tss ¦°o沙丘下黏土一般 ws ¦°∀每隔 us ¦°取一个样 o由上到下依次为表层 !us ¦°土层等 ∀除表层取样深
度距地表 s ∗ x ¦°外 o其他土层均为取样环刀中心距地表的深度 ∀v ∗ x个重复 ∀ussv ) ussx年 o每年 w ) |
月的每月中旬测定 t次 ∀
土壤密度 !田间持水量 !最大持水量均采用环刀法测定 ∀
土壤水势kΩ¶l使用 ‹•2vv×露点计测定 o并建立土壤水势绝对值与体积含水量k ξl的关系曲线 o黏土为
Ω¶ € s1tzx ξ p s1{{ o沙土为 Ω¶ € s1ssw ξ p t1wtt ∀土壤饱和水分传导力k Κ¶l使用 u{ssŽµ Š¨ ³¯«渗透仪测定 o黏土
为 s1sss tuw ¦°#¶¨¦p t o沙土为 s1ssv xzu ¦°#¶¨¦p t ~非饱和导水率k Κl计算使用 u{ssŽµ Š¨ ³¯«渗透仪计算公
式 Κ€ Κ¶¨ kΑ7 °lkΑ由 Š¨ ³¯«渗透仪测定得到 o7 ° 为土壤基质势l ∀土壤蒸发水分传输阻力 ψk§#°°ptl与体
积含水量 ξ的关系由土壤蒸发试验获得 o粘土为 ψ€ t1zy ≅ tsp y ξ p t1ws o沙土为 ψ€ {1ss ≅ tsp tw ξ p t1w{ ∀
植物生物量 !叶面积以及地径 !高生长 !冠幅等测定时间与土壤含水量一致 ∀ussv ) ussx年 o在每年 { )
|月测定 t次植被覆盖度 ∀称重法测定生物量 o白刺和沙冬青等阔叶植物利用剪纸法k廖宝文等 ot||sl测定
叶面积 o油蒿叶面积kΣl计算公式为 Σ € w ≅ Π≅ ς≅ Λo式中 } ς为使用排水法测定的叶体积k¦°vl oΛ为叶
长度k¦°l ∀
植物蒸腾速率 !光合速率 !气孔导度等使用 Œ2ywssk美国 o¬2≤’• 公司l光合测定系统进行测定 o植物水
势使用压力室法测定 ∀ussv ) ussx年的 w ) tt月份 o每月中旬选取 u ∗ v个晴天 o测定时间为 z }ss ) t| }ss o
每隔 u «测定 t次 ∀在使用 ° 方程计算植被蒸腾量k°°l时 oρ¶³使用每月的日进程最小值k气孔导度最大
值l o并根据气孔导度与光 !植物早水势等关系k何炎红等 oussx¥l进行修正 ∀
214 土壤水分亏缺量计算方法
维持植物生存的最低土壤含水量k萎蔫点l为土壤水分临界值 Χ¶k°°l ∀当土壤含水量k Χ·ul小于 Χ¶时 o
植物将会死亡 ∀当 Χ·u ∴ Χ¶时 o不存在真正的水分亏缺 o所以令其为零 ∀土壤水分亏缺量k ∆¶l计算方法为 }
当 Χ·u  Χ¶时 o ∆¶ € Χ·u p Χ¶ ~当 Χ·u ∴ Χ¶时 o ∆¶ € s ∀在没有植物生长时 o设 Χ¶ € s o因为 Χ·u ∴s o所以 ∆¶ €
s ∀从模拟开始到模拟结束这段时间内的土壤水分亏缺总量 Ω⁄k°°l为 } Ω⁄ € p Ε ∆¶ ∀
土壤水分动态模型模拟的时间步长为日 o但在一些子模型中 o如产流和下渗模型等 o则以小时为单位 ∀
以月和年为时间单位表示的模拟结果是日值的累加值 ∀本文使用 usss ) ussx年模拟结果的平均值来研究
沙地植被的水分平衡特征和土壤水分植被承载力 o考虑到土壤水分变化的垂直差异 o把土壤分 u层k表层
s ∗ us ¦°和 us ∗ tus ¦°l进行模拟 ∀
模型运行需要的降雨和其他气象数据使用 ¬2twss自记气象站测定数据 o入渗等土壤水分运动参数根据
达西定律计算 ∀
v 结果与分析
311 模拟与实测的蒸散量与土壤储水量比较
根据 ° 方程计算 usss ) ussx年的水面蒸发 o回归分析其与气象站实测水面蒸发量的关系k表 ul o二者
呈显著直线相关k Π s1stl o直线斜率k βl接近 t o截距小于回归标准差 o相对误差最大为 tt1x h kusss年l o
xt 第 |期 田有亮等 }乌兰布和沙漠东北部土壤水分植被承载力
说明可运用 ° 方程计算该区的水面蒸发 ∀
表 2 模拟与实测水面蒸发量回归分析 ≠
Ταβ .2 Ρεγρεσσιον αναλψσισ βετωεεν σιµ υλατεδ ανδ αχτυαλ ωατερ συρφαχε εϖαπορατιον
项目 Œ·¨° 年份 ≠ ¤¨µusss usst ussu ussv ussw ussx
实测水面蒸发量 „¦·∏¤¯ º¤·¨µ¶∏µ©¤¦¨ √¨¤³²µ¤·¬²±Π°° u {xs v uy|1| u {u|1t u |{u1u u |{u1u u |{u1u
模拟水面蒸发量 ≥¬°∏¯¤·¬²± º¤·¨µ¶∏µ©¤¦¨ √¨¤³²µ¤·¬²±Π°° u |zs1{| v u{w1zz u {zs1t{ v syy1sv v ssx1zt v swy1sw
α p tu1sx p vs1wt wu1t| p w1v{ u1wx ty1|t
β t1st t1tt s1{t s1|| s1|{ s1|t
Ρ s1{u s1|x s1|z s1|w s1|x s1|x
≥⁄ ttw1vw yv1u{ vu1wu xy1wv xu1zx xw1y{
≠回归方程为 ψ€ α n βξ ∀¬±¨ ¤µ¨´ ∏¤·¬²±¬¶ψ€ αn βξ q下同 ׫¨ ¶¤°¨ ¥¨ ²¯º q
为了比较模拟与实测土壤蒸发量的差别 o使用了 {个土壤蒸发器k直径 us ¦° o高 us ¦°l oussw p sz p
tw ) s{ p ts o对流动沙地的沙土进行了土壤蒸发试验 o初始土壤含水量见表 v o其中 uv1w h为最大持水量 o其
他 y个级别土壤含水量的变化范围与试验地 us ¦°层土壤含水量变化范围基本一致k叶冬梅等 oussxl ∀持续
干旱下土壤蒸发量变化如图 t所示 o随持续干旱天数增加日蒸发量逐渐降低 o最终接近于 s ∀初始土壤含水
量影响蒸发量大小和蒸发天数 o如初始土壤含水量为 y h时的蒸发天数大于 uu §o而 v h时仅约 tu §∀从图 t
和表 v看出 o模拟与实测土壤蒸发量呈显著直线相关k Π s1stl o说明可利用土壤蒸发量模拟值代替实测值
进行样地土壤水分亏缺的长期连续模拟 ∀
图 t ussw p sz p tw ) s{ p ts土壤蒸发量变化
ƒ¬ªqt ≤«¤±ª¨ ²©¶²¬¯ √¨¤³²µ¤·¬²±©µ²° ∏¯¼ otw·² „∏ª∏¶·ots ¬± ussw
yt 林 业 科 学 ww卷
表 3 模拟与实测土壤蒸发量回归分析
Ταβ .3 Ρεγρεσσιον αναλψσισ βετωεεν σιµ υλατεδ ανδ αχτυαλσοιλ εϖαπορατιον
项目
Œ·¨°
土壤初始含水量 ׫¨ ¬±¬·¬¤¯ ¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·Πh
uv1w t v w x y |
¤ p s1xxu p s1tw| p s1xvt p t1{zx p s1|vt s1tt s1u
¥ t1suz t s1zzz t1sst s1yty s1|vu t1s{|
Ρ s1|v s1| s1{x s1{v s1|t s1{x s1{{
≥⁄ s1|vx s1sxz s1usy s1tsw s1txw s1u{t s1uyu
刘奉觉等kt||zl和巨关升等kusssl对不同蒸腾耗水测定技术进行比较 o指出虽然不同测算方法估计的
蒸腾量有差别 o但方法之间具有密切相关性 o°¨ ±°¤±2²±·¨¬·«方程模拟与脉冲法 !整树容器法等的误差较小 ∀
为了验证模拟计算结果的准确性 o比较了固定沙地蒸腾量模拟值和基于 ¬2≤’• ywss测定值推算的蒸腾量 o
图 u指出 u种蒸腾量呈显著直线相关k Π s1stl o回归系数接近于 t o亦说明可以利用 °¨ ±°¤±2²±·¨¬·«方程
模拟蒸腾过程代替实际蒸腾过程进行植物蒸腾耗水的长期连续模拟 ∀
图 u 实测与模拟蒸腾量
ƒ¬ªqu „¦·∏¤¯ ¤±§¶¬°∏¯¤·¨§·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±
土壤含水量影响自然降雨在土壤
中的分配 !土壤蒸发 !植物蒸腾等水分
运动过程 o同时又受这些水分运动过
程的影响 o可见模拟土壤储水量的准
确性受多种因子的综合影响 ∀图 v以
流动沙地为例比较了土壤储水量变化
模拟情况与实测情况的差别 o可以看
出 o二者很相近 os ∗ tss ¦°储水量相
对误差小于 tv h o这说明利用土壤水
分动态模型进行土壤储水量模拟结果
的精度是可以接受的 ∀
图 v 模拟与实测土壤储水量
ƒ¬ªqv ≥²¬¯ º¤·¨µ¶·²µ¤ª¨ ¥¼ ¶¬°∏¯¤·¬²± ¤±§ °¨ ¤¶∏µ¨° ±¨·
通过上述对样地土壤水分动态模型中所获得的主要参数k土壤蒸发 !植物蒸腾和土壤含水量等l实测和
模拟值的比较 o对模型参数进行率定 o进而应用该模型对 usss ) ussx年沙地土壤储水量变化进行了模拟 o以
y年平均值来说明乌兰布和沙漠的土壤水分 !蒸散组成等特点k表 wl ∀
从表 w中看出 o各样地的土壤蒸发量均大于植物蒸腾量 o随着植被覆盖度和叶面积指数k表 tl增加 o土
壤蒸发占降雨的比例 !土壤储水量均呈下降趋势 o而蒸腾占降雨比例呈增加趋势 ∀该模拟结果与何炎红等
kussx¤l实际测定的结果基本一致 ∀
312 土壤水分亏缺( Ω∆)与叶面积指数的关系
从图 w可以看出 o当叶面积指数在一定范围内ks ∗ t1z °u#°pul增加时 o土壤水分亏缺 Ω⁄变化较小而
且近于 s o表明土壤水分能满足植被的需求 ~但当叶面积指数继续增加时 oΩ⁄呈指数型快速增加 o表明土壤
水分已经不能满足植被需求 ∀土壤水分亏缺与叶面积指数的关系曲线有明显的临界点 o即由 Ω⁄变化较小
zt 第 |期 田有亮等 }乌兰布和沙漠东北部土壤水分植被承载力
表 4 乌兰布和沙漠的土壤水分和蒸散特点 ≠
Ταβ .4 Σοιλ ωατερ ανδ τηε εϖαπορτρανσπιρατιον ιν Υλαν Βυη ∆εσερτ
项目 Œ·¨° 固定沙地 ƒ¬¬¨ §¶¤±§ 半固定沙地 ≥¨ °¬2©¬¬¨ §¶¤±§ 流动沙地 • ¤±§¨µ¬±ª¶¤±§
年土壤水分亏缺值 „±±∏¤¯ ¶²¬¯ º¤·¨µ§¨©¬¦¬·Π°° s1sx| s1sy| s1w|y
s ∗ us ¦°土壤储水量 ≥²¬¯ º¤·¨µ¶·²µ¤ª¨ ¬± s ∗ us ¦°Π°° t| us1z uy1|
us ¦°以下土壤储水量 ≥²¬¯ º¤·¨µ¶·²µ¤ª¨ ¥¨ ²¯º us ¦°Π°° y|1y {s1v tys1w
年蒸腾量 „±±∏¤¯ ·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±Π°° wv1t ts1v y1|
年土壤蒸发量 „±±∏¤¯ ¶²¬¯ √¨¤³²µ¤·¬²±Π°° wz1t yw1x zv1{
植物蒸腾Π降水 °¨ µ¦¨±·²©·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±·²³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±Πh wt |1{ y1y
土壤蒸发Π降水 °¨ µ¦¨±·²© √¨¤³²µ¤·¬²±·²³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±Πh ww1{ yt1v zs1t
≠年降雨量平均为 tsx1u °°∀׫¨ ¤±±∏¤¯ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± º¤¶tsx1u °° q
到 Ω⁄快速增加的转折点 o根据该临界点可以确定在满足水分平衡的条件下保证植物正常生长的最大叶面
积指数k„Œ°¤¬l o由图 w可以看出 o流动沙地 !半固定沙地及固定沙地的 „Œ°¤¬基本相同 o为 t1z °u#°pu ∀
图 w 土壤水分亏缺与叶面积指数的关系
ƒ¬ªqw • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± ¶²¬¯ º¤·¨µ§¨©¬¦¬·
¤±§¯¨ ¤©¤µ¨¤¬±§¨¬
w 结论与讨论
乌兰布和沙漠植被组成以灌木为主 o不易区分出独立
的植株个体 o很难使用以承载对象个体数量为指标评价土
壤水分植被承载力 ∀在乌兰布和沙漠叶面积指数与植物覆
盖度近似直线性相关k何炎红等 oussx¤l o土壤储水量随叶
面积指数增加而减小 o叶面积指数与土壤水分消耗具有内
在的联系性 o因此本文使用 „Œ°¤¬作为评价该区土壤水分植
被承载力指标 o„Œ°¤¬愈大 o土壤水分植被承载力愈大 ∀根
据研究结果 o流动沙地 !固定沙地的植物种类组成不同 o但
其土壤水分植被承载力相同 o即在无地下水补充的乌兰布
和东北部自然条件下 o土壤水分所能承受的最大叶面积指
数为 t1z °u#°pu o这可能与流动沙地 !半固定沙地及固定沙
地下伏面土壤相同有关 ∀
流动沙地和半固定沙地的气象条件 !土壤类型 !植被组成和优势种等基本相同 o土壤水分亏缺值在研究
年限内都近似为 sk表 wl o土壤蒸发都大于植物蒸腾 o但流动沙地样地的土壤蒸发占降水比例明显大于半固
定沙地 o植被覆盖度 !叶面积指数明显小于半固定沙地 o说明流动沙地的水分资源还未被自然植被充分利用 o
在适宜情况下现有水分条件可满足流动沙地植被向半固定沙地 !固定沙地的发展 ∀对土壤水分植被承载力
而言 o流动沙地植被未达到其土壤水分植被承载力 o植被仍有扩展叶面积指数和覆盖度的潜力 o因此 o在流动
沙地进行植被建设是可行的 ∀在生产实践中 o可通过改变植物种类及其叶面积指数大小来调节植被蒸腾耗
水 o在满足植物正常生长水分需求的前提下适当提高植被覆盖度 o增强其防风固沙的生态功能 ∀
土壤水分亏缺是确定土壤水分植被承载力的基础 o其值的大小不仅受气象 !土壤等环境条件和植被特征
的影响 o亦与土壤水分临界值大小相关 ∀不同植物对土壤水分的适应性不同 o如何确定不同植物的土壤水分
临界值 o有待深入探讨 ∀
参 考 文 献
程根伟 o陈桂蓉 qussv1 贡嘎山暗针叶林区森林蒸散发特征与模拟 q水科学进展 otwkxl }ytz p yut1
邓 波 o洪级曾 o高洪文 qussv1 草原区域可持续发展研究的新方向 ) ) ) 生态承载力 q吉林农业大学学报 ouxkxl }xsz p xtu oxty1
高西宁 o陶向新 o关德新 qussu1 长白山阔叶红松林热量平衡和蒸散的研究 q沈阳农业大学学报 ovv kxl }vvt p vvw1
郭忠升 o邵明安 qussv1 半干旱区人工林草地土壤旱化与土壤水分植被承载力 q生态学报 ouvk{l }tyws p tywz1
郭忠升 o邵明安 qussw1 土壤水分植被承载力模型的初步研究 q水利学报 oktsl }|x p ||1
何炎红 o郭连生 o田有亮 qussx¤1 白刺地上生物量关系模型及其与叶面积关系的研究 q中国沙漠 ouxkwl }xwt p xwy1
何炎红 o郭连生 o田有亮 qussx¥1 白刺叶不同水分状况下光合速率及其叶绿素荧光特性的研究 q西北植物学报 oux kttl }uuuy p uuvv1
姬宝霖 qt|||1乌兰布和沙区的水资源条件与治理开发的节水措施 q内蒙古农牧学院学报 ouskul }{z p |s1
{t 林 业 科 学 ww卷
巨关升 o刘奉觉 o郑世锴 o等 qusss1 稳态气孔计与其它 v种方法蒸腾测值的比较研究 q林业科学研究 otvkwl }vys p vyx1
廖宝文 o郑德璋 o郑松发 qt||s1 海桑林生物量的研究 q林业科学研究 ovktl }wz p xw1
刘奉觉 o郑世锴 o巨关升 qt||z1 树木蒸腾耗水测算技术的比较研究 q林业科学 ovvkul }ttz p tuy1
刘树华 o黄子琛 o刘立超 qt||y1 土壤 p植被 p大气连续体中蒸散过程的数值模拟 q地理学报 oxtkul }tt{ p tuy1
马焕成 o吴延熊 o陈德强 o等 qusst1 元谋干热河谷人工林水分平衡分析及稳定性预测 q浙江林学院学报 ot{ktl }wt p wx1
苏建平 o仵彦卿 o黎志恒 o等 qussw1 黑河下游河岸绿洲区包气带土壤水分与植被生长状况的研究 q西北植物学报 ouwkwl }yyu p yy{1
王 俭 o孙铁珩 o李培军 o等 qussx1 环境承载力研究进展 q应用生态学报 otykwl }zy{ p zzu1
闫俊华 o周国逸 o陈忠毅 qusst1 鼎湖山人工松林生态系统蒸散力及计算方法的比较 q生态学杂志 ousktl }x p {1
叶冬梅 o秦佳琪 o韩胜利 o等 qussx1 乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态 !土壤水势特征的研究 q干旱区资源与环境 okvl }tuy p tvs1
余新晓 o陈丽华 qt||y1 黄土地区防护林生态系统水量平衡研究 q生态学报 otykvl }uv{ p uwx1
周杨明 o程根伟 o杨清伟 qussu1 贡嘎山东坡亚高山森林区蒸散力的估算 q山地学报 ouskul }tvx p tws1
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k责任编辑 于静娴l
5生命科学研究6uss|年征稿征订启事
5生命科学研究6是由中华人民共和国新闻出版署 !科技部批准创办的 o国内外公开发行的反映生命科学
领域中最新研究成果的综合性学术期刊 ∀本刊是被中国科学引文数据库k≤≥≤⁄l核心库及中国科技论文统
计源期刊数据库全文收录的中国科技核心期刊 o国内公开刊号为 ≤‘wv p tuyyr± o国际标准刊号为 Œ≥≥‘tssz
p z{wz o≤’⁄∞‘}≥Ž≠„ƒ∀本刊主要刊登国内外生命科学领域中的具有创造性的学术论文及少量反映国内
外重大进展或热点问题的快讯或综述性文章 o覆盖的主要学科是 }生物化学与分子生物学 !发育生物学 !细胞
生物学 !生物技术 !遗传学 !植物学 !动物学 !微生物学 !解剖学 !生理学 !基因工程 !农业工程 !病理学 !毒理学 !
药理学 !免疫学 !基础医学等等 ∀开设/研究进展与综述0 !/研究论文0等栏目 ∀本刊诚邀反映国内外生命科
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|t 第 |期 田有亮等 }乌兰布和沙漠东北部土壤水分植被承载力