黃淮海農田防護林體系水分利用同步測算模型與應用研究.pdf

1、黃淮海平原是我國重要糧食產區(qū)，農田防護林一直是該區(qū)農業(yè)綜合治理與開發(fā)、平原綠化工程的重要內容，為農業(yè)生產提供了重要的生態(tài)保障。水資源緊缺是制約該地區(qū)農業(yè)及林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最主要生態(tài)要素。為應對水資源日益緊缺、氣候變化等諸多因素對糧食安全和林業(yè)生態(tài)建設的影響，黃淮海農田防護林體系建設與發(fā)展應以科學協調農林用水關系為前提。深入研究該地區(qū)農田防護林體系多尺度種間水分利用關系，對防護林系統模式優(yōu)化、種間調控管理、林木水分承載力及區(qū)域發(fā)展規(guī)模的確

2、定等具有重要的科學指導意義。
　　以蒸散及水分利用效率為主要指標的種間水分利用關系雖一直是農林復合系統的重要研究內容，但因復合系統結構的復雜性及模式的多樣性以及現有實測技術與模擬模型的局限性，制約研究成果的應用價值，亟待開展多尺度種間水分利用同步測算研究。鑒于地面觀測與遙感觀測在時空尺度及分辨率各具優(yōu)勢，如能將地面與遙感觀測在機理上進行融合，構建一套能夠兼顧精度與尺度的星地集成綜合模型，利用精確的地面觀測數據驅動遙感模型，獲取多尺

3、度不同組分蒸散及水分利用效率等數據，則具有很好科學價值及應用前景。目前，在農田防護林系統下墊面條件下，有關此方面的綜合模型未見公開報道。
　　本研究以地處黃淮海平原黑龍港流域的河北省饒陽縣官廳農田防護林試驗示范區(qū)為基地，研究建立農田防護林體系多尺度種間水分利用同步測算的模型，并利用驗證后的模型，分析2007年及2008年4－6月10個楊樹林網系統楊樹與小麥尺度種間水分利用關系，再結合1995年實測數據，分析兩個不同林齡階段防護林網

4、的水分效應。主要結果如下：
　?。?）基于光能利用效率和Priestley-Taylor的基本原理，研究構建了以遙感觀測為主、常規(guī)地面觀測為輔的各組分植被生產力（GPP）及蒸散耗水（ET）的同步測算模型（簡稱“星地集成水分利用模擬模型”），將GPP除以ET，可得到WUE模型。模型的空間分辨率為30m、時間分辨率為8d。
　?。?）將波段光譜性質相近、同一時間段的中等分辨率成像光譜影像數據（MODIS）和陸地衛(wèi)星（LANDSA

5、T）遙感影像數據，進行動態(tài)融合，建立了高時空分辨率的遙感數據庫，為模型運行提供數據支撐；
　?。?）利用小麥及楊樹ET及小麥GPP地面測算數據（實測值），對模型進行驗證精度進行驗證，結果表明：模擬值與實測值存在顯著的線性相關關系，其中，小麥ET實測值與模擬值相關系數為0.82，相對誤差平均值為14.9％；楊樹ET實測值與模擬值相關系數為0.833，相對誤差平均值為15.5％，小麥GPP實測值與模擬值相關系數達0.927，相對誤差平

6、均值15.62％，所構建的模型具有較高的測算精度，可滿足農田防護林體系多尺度種間水分關系及水分效應的同步測算等相關研究工作的要求。
　　（4）利用星地集成水分利用模擬模型的測算數據，分析表明：冬小麥拔節(jié)－乳熟期間，單位面積上，各楊樹林網蒸散耗水量略高于冬小麥耗水量。但實際面積上，各林網系統內冬小麥耗水量均高于林帶，二者比值（RET）在2007年及2008年分別為3.37－8.18、3.66－7.20。各網格RET值有較大的差異，在

7、10個供試網格系統間的變異率（CV）在2007年、2008年分別達0.14、0.07。該2年10個網格RET平均值分別為5.14、5.06，即在實際面積上作物蒸散耗水遠高于林帶。說明總體而言，作物耗水仍是農田防護林體系耗水的主要方式，楊樹不會與冬小麥發(fā)生激烈爭水的矛盾。在黃淮海平原農區(qū)，適度發(fā)展楊樹防護林具有可行性。
　?。?）多數網格內作物和林帶的ET和 GPP均存在顯著的對數或線性函數關系（P<0.05），表明用水量是植物生產

8、力的決定因子之一。冬小麥與林帶水分利用效率（WUE）的比值在網格間存在一定的差異，但多數網格作物高于林帶。
　　（7）就以500m×250m，主防護林方向為東-西走向，一路兩行（4×8m）的楊樹林網－小麥復合系統而言，12a林齡時，在距離林帶10m范圍內的土壤水分低于CK（簡稱負效應區(qū)）、該范圍外的土壤水分則高于 CK（簡稱正效應區(qū)）；24a林齡時在距離林帶15m范圍內為負效應區(qū)、此范圍外為正效應區(qū)。網格尺度而言，楊樹防護林具有提

9、高土壤貯水量的作用，但這種提高效應會隨著樹齡的增長而有所降低。在小麥拔節(jié)-乳熟期間，對比CK，12 a和24 a林齡防護林可使0－200 cm土層土壤貯水量分別提高7.8%，1.9%；對比CK，上述2個林齡階段，楊樹防護林網均具有降低小麥蒸散量的作用，降低值分別可達19.1%，25.0%，說明隨著樹齡的增長，防護林對農田蒸散的降低效應并未顯著下降，故對因樹木根系吸水所導致的林帶附近農田土壤水分下降的狀況，具有重要的緩解作用。