基于蒸散氣候學模型的隴中東植被蒸散耗水量研究

摘要：為了研究黃土高原地區植被恢復過程中的耗水量，以隴中東地區平涼市為例，采用蒸散氣候學經驗模型方法，對該地區不同類型植被生長期（4—10月）的蒸散耗水量進行了分析，結果表明：不同類型植被生長期（4—10月）的蒸散耗水量存在明顯差異，喬木林gt;灌木林gt;草地，草地蒸散耗水量隨著覆蓋度增大而增加；研究區7—8月所有類型植被蒸散耗水量均達到最大值；在空間分布上該地區植被蒸散耗水量的差異主要表現在東西差異上，東部涇河流域喬木林、灌木林和草地蒸散耗水量比西部葫蘆河流域分別高出23.11、21.81和17.91mm，南北差異則不大。

關鍵詞：蒸散氣候學經驗模型；蒸散耗水量；林草植被；隴中東地區

中圖分類號：S157文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.03.021

引用格式：沙小燕，王輔，何倩，等.基于蒸散氣候學模型的隴中東植被蒸散耗水量研究［J］.中國水土保持，2025（3）：78-81.

黃土高原地區水土流失嚴重，是世界生態環境最脆弱的地區之一[1]。近年來，隨著植被恢復等一系列生態修復工程的實施，黃土高原地區水土流失治理程度不斷提高，區域生態環境得到了一定程度的改善。但水分仍是制約黃土高原大部分植被恢復的主要原因[2-4]，只有充分考慮植被恢復與水資源之間的關系[5-7]，才能更好地推進植被恢復與重建，實現資源的可持續利用與發展。

相關研究表明，大規模植被恢復會造成區域水分蒸散發增加，進而導致土壤有效儲水量減少，徑流量減少，因此隨著生態需水量的增大，植被恢復與水資源的矛盾會日益凸顯[8]。黃土高原大規模植被恢復產生的生態水文效應必然會對區域水量平衡產生影響，進一步加劇區域水資源短缺的態勢。土壤-植物-大氣系統（SPAC）是地球表層中能量循環和物質轉化最為強烈的活動系統，在這一系統中水的運動最為活躍，而植被蒸騰、土壤蒸發在水分運動過程中又有著極為重要的作用，是水量平衡和能量平衡的重要組成部分，同時又與植物的生理活動及植被生產力的形成有著密切的關系[9-12]。本研究以黃土高原隴中東地區的平涼市為例，以植被蒸散耗水量為研究對象，采用蒸散氣候學經驗模型方法，對不同類型植被生長期（4—10月）的蒸散耗水量進行分析。

1研究區概況

平涼市位于甘肅省東部，地理坐標為34°54′～35°43′N，107°45′～108°30′E。以六盤山為界，平涼市西部為葫蘆河流域，屬隴中黃土丘陵溝壑區，包括莊浪、靜寧2個縣；東部為涇河流域，屬隴東黃土高塬溝壑區，包括崆峒、涇川、靈臺、崇信、華亭5個縣（市、區）。受大陸性季風氣候的影響，春旱少雨，夏秋季多東南風且雨量大而集中，冬季多西北風且干旱少雨雪，屬溫帶半濕潤半干旱氣候區。多年平均氣溫9℃；多年平均降水量533.1mm，主要集中在6—9月，期間降水量約占年降水量的69.5%，降水區域分布較明顯，總的趨勢是自東向西、自南向北遞減；多年平均干旱指數為1.65。

區域內主要土壤類型有黑壚土、黃綿土、黃砂土，受降水和熱量變化影響，植被分布具有明顯的經度和緯度差異性變化特征，呈明顯的帶狀分布，表現為中南部種類繁多、西北部較少，植被覆蓋狀況從東南到西北部逐漸稀疏。根據調查數據[10-11]，截至2019年底，全市森林面積為354702.23hm2，其中喬木林、灌木林分別為305166.14hm2、49536.09hm2，森林覆蓋率達33.8%，活立木蓄積量達1006.16萬m3；全市草地面積為68572.19hm2，占土地總面積的6.23%，其中天然牧草地為9414.79hm2、人工牧草地為89.56hm2、其他草地為59067.84hm2。平涼市林草覆蓋率達50.57%，其中關山以東的山塬區和河谷川地區植被較好，林草覆蓋率為51.31%～78.95%，關山以西莊浪、靜寧兩縣的丘陵區和河谷川地區植被較差，植被覆蓋率僅為18.84%～35.47%。

2基礎數據來源與處理

2.1氣溫數據

采用1971—2000年4—10月的多年平均月均氣象統計資料，統計結果見表1。

2.2降水量

平涼市各行政區植被生長期多年月平均降水量見表3。

2.3數據選取與處理

植被的蒸散耗水量包括林草地地表土壤水分蒸發量與植物體內水分的蒸騰量。根據平涼市植被的生物學特性，90%以上的植被蒸騰主要發生在植被生長期（4—10月）內；植被休眠期（11月至翌年3月）地表土壤的水分蒸發雖然仍在進行，但這一階段土壤蒸發量很少，同時冬季和初春降水對土壤水分的補充完全可以達到水量平衡，土壤蒸發量可以忽略不計。因此，本研究中主要選取植被生長期（4—10月）的蒸散耗水量進行研究。

利用MicrosoftExcel2019軟件進行數據整理及作圖。

2.4經驗模型

本研究采用蒸散氣候學經驗模型[13-16]得到地表蒸散量數據，公式為

式中：Ea為地表蒸散量，單位mm；Q為降水量，單位mm；w為植物水利用系數，無量綱，喬木林取2.0，灌木林取1.5，高覆蓋度草地（覆蓋度gt;0.5）取0.5，中覆蓋度草地（覆蓋度gt;0.2～0.5）取0.3，低覆蓋度草地（覆蓋度gt;0.05～0.2）取0.2；Ep為地表潛在蒸散量，單位mm。

根據HAMON模型經驗公式計算得出Ep，公式為

式中：d為日照時數，單位h，取值12h；ρTRHOSA為月平均氣溫條件下的飽和蒸汽密度，單位g/m3；PTESA為溫度T條件下的飽和蒸氣壓強，單位MPa；T為月平均氣溫，單位℃。

3結果分析

3.1植被類型及縣域差異對蒸散耗水量的影響

不同類型植被生長期的蒸散耗水量差異較大，圖1為不同區域不同類型植被生長期蒸散耗水量分布狀況。由圖1可知，平涼市境內喬木林蒸散耗水量平均為216.55mm，灌木林平均為202.33mm，草地平均為164.09mm，其中高覆蓋度草地平均為168.09mm，中覆蓋度草地平均為164.13mm，低覆蓋度草地平均為160.06mm。不同類型植被生長期蒸散耗水量存在明顯的差異，喬木林高于灌木林，灌木林高于草地。草地生長期蒸散耗水量隨覆蓋度增加而增大，高覆蓋度草地大于中覆蓋度草地，中覆蓋度草地大于低覆蓋度草地。

從縣域尺度上來看，喬木林蒸散耗水量按大小依次為靈臺縣234.35mm、涇川縣232.85mm、崇信縣227.18mm、崆峒區217.46mm、莊浪縣204.28mm、華亭市203.89mm、靜寧縣195.80mm，極差為38.55mm；灌木林蒸散耗水量按大小依次為靈臺縣219.00mm、涇川縣217.68mm、崇信縣212.32mm、崆峒區203.17mm、莊浪縣190.65mm、華亭市190.60mm、靜寧縣182.86mm，極差為36.14mm；草地蒸散耗水量按大小依次為靈臺縣177.47mm、涇川縣176.09mm、崇信縣171.55mm、崆峒區164.50mm、華亭市156.45mm、莊浪縣154.88mm、靜寧縣147.72mm，極差為29.75mm。

3.2植被蒸散耗水量在流域尺度上的變化分析

表4為流域尺度上植被生長期蒸散耗水量。由表4可知，涇河流域不同植被類型的蒸散耗水量均比葫蘆河流域的高，其中喬木林蒸散耗水量高23.11mm，灌木林蒸散耗水量高21.81mm，草地蒸散耗水量高17.91mm。平涼市植被生長期蒸散耗水量在流域尺度上呈現從涇河流域向葫蘆河流域減少的特征，流域間差異明顯。

3.3植被蒸散耗水量的空間分布特征

表5為植被生長期蒸散耗水量空間差異。由表5可知，研究區植被蒸散耗水量總體上東部高于西部、南部高于北部。東部喬木林、灌木林和草地生長期蒸散耗水量平均值分別比西部平均高23.11、21.81、17.91mm，而南部喬木林、灌木林和草地生長期蒸散耗水量分別比北部平均高2.06、1.90、2.32mm。因此，研究區植被蒸散耗水量的差異主要表現在東西差異上，南北差異不大。

3.4植被生長期蒸散耗水量月際變化

受氣溫、降水等因素的影響，植被生長期內不同月間的蒸騰速率不同，植被蒸散耗水量差別較大。表6為平涼市不同類型植被生長期逐月蒸散耗水量。由表6可知，4月萌芽生長階段和10月落葉進入休眠階段的蒸散耗水量均較低，主要原因為：4月植被處在萌芽期尚未形成完整的枝葉，而10月已經落葉，從而導致葉面積指數急劇下降，蒸騰作用大幅下降，大大減少了蒸散耗水量。5月、6月隨著氣溫逐漸升高、降水逐漸增加，大部分植被快速生長，植被自身的蒸騰作用和土壤蒸發都大大增強，蒸散耗水量大大增加，因此4月到6月植被蒸散耗水量呈逐月增加的變化過程，其中喬木林、灌木林和草地分別增加了74.34%、73.96%和74.37%。7—8月所有類型植被蒸散耗水量均達到最大值，經計算，7月和8月兩個月各類型植被蒸散耗水量差異不大，喬木林、灌木林和草地7月實際蒸散耗水量比8月分別高出2.58、2.40和1.94mm。大部分區域植被的蒸散耗水量從9月開始出現明顯的下降，與8月相比較喬木林、灌木林和草地蒸散耗水量平均下降25.27%、25.05%和23.91%；10月植被蒸散耗水量快速下降至生長期蒸散耗水量最小值。

4結論

1）研究區不同類型植被生長期（4—10月）的蒸散耗水量存在明顯差異，喬木林gt;灌木林gt;草地，草地蒸散耗水量隨著覆蓋度增大而增加。

2）研究區7—8月所有類型植被蒸散量均達到最大值；在空間分布上植被蒸散耗水量的差異主要表現在東西差異上，東部涇河流域喬木林、灌木林和草地蒸散耗水量比西部葫蘆河流域分別高出23.11、21.81和17.91mm，南北差異并不大。

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（責任編輯楊傲秋）

收稿日期：2024-08-11

基金項目：2023年甘肅省青年基金項目（23JRRL0006）；2021年平涼市科技計劃項目（平科任自〔2021〕2號）

第一作者：沙小燕（1995—），女（回族），甘肅天水人，碩士，主要從事土壤侵蝕過程與機理方面的研究工作。

通信作者：王輔（1969—），男，甘肅靜寧人，高級工程師，學士，長期從事黃土高原水土保持與生態環境建設研究工作。

E-mail：1039714213@qq.com