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西北干旱区主要乔灌树种适宜植被盖度及空间分布

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中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1526-1543页

作者：张中典贾小旭祝萍黄明斌任利东邵明安信阳师范大学地理科学学院信阳464000 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 中国科学院黄河三角洲现代农业工程实验室北京100101 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

植被建设是干旱区土壤侵蚀防控和退化生态系统修复的有效途径.然而,植被盖度过高会导致水分过度消耗和可用水量减少,进而威胁生态系统健康及其服务功能.确定适宜植被盖度是维持干旱区植被生长与水分消耗之间平衡的关键,但仍缺乏对整个... 详细信息

植被建设是干旱区土壤侵蚀防控和退化生态系统修复的有效途径.然而,植被盖度过高会导致水分过度消耗和可用水量减少,进而威胁生态系统健康及其服务功能.确定适宜植被盖度是维持干旱区植被生长与水分消耗之间平衡的关键,但仍缺乏对整个西北干旱区的定量研究.本文以西北干旱区主要外来乔木(刺槐和樟子松)和灌木(柠条和沙棘)树种为对象,利用改进的Biome-BGC模型,模拟了246个气象站点长时段(1961~2020年)实际蒸散量(ETa)、净初级生产力(NPP)和最大叶面积指数(LAImax)的动态变化,采用多年平均LAImax表示适宜植被盖度.改进后的模型采用Richards方程模拟多层土壤非饱和水流,基于ETa观测资料对土壤和植物生理生态参数进行校验.结果表明,改进后的模型能较好地模拟四种植物ETa的动态变化.各树种多年平均ETa、NPP和LAImax空间分布格局与年均降水量(MAP)相似.黄土丘陵沟壑区(MAP:210~710mm)刺槐和沙棘适宜植被盖度分别为1.7~2.9和0.8~2.9,风沙区(MAP:135~500mm)樟子松、柠条和沙棘适宜植被盖度分别为0.3~3.3、0.5~2.6和0.6~2.1,西北荒漠区(MAP:90~500mm)沙棘适宜植被盖度为0.4~1.7.将模拟的LAImax与遥感观测的实际LAImax对比,发现近51%的乔灌林地实际LAImax超过了适宜植被盖度,表明这些地区的植被可能存在过度种植,尤其在黄土丘陵沟壑区较为严重.本研究为西北干旱区生态恢复提供了关键的植被盖度阈值,在植被超载地区应谨慎开展进一步的植树造林,并采取措施对超载植被进行科学管理,以维持干旱区可持续的生态水文环境.

关键词：适宜植被盖度水分平衡叶面积指数 Biome-BGC模型干旱区

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干旱条件下南方红壤丘陵地区水分平衡

农业工程学报 2013年第12期29卷 110-119页

作者：杨艳昭张伟科封志明杨格格杨玲中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 邯郸学院地理与旅游系邯郸056005 中国科学院大学北京100049

全球变暖背景下近些年中国南方地区干旱气候事件频发,水土资源匹配态势并不乐观。论文以吉泰盆地为案例区,采用标准化降水指数,系统诊断吉泰盆地近50a的干旱态势,识别干旱的类型与强度;构建水分平衡模型,重演历史干旱气候条件下南方红... 详细信息

全球变暖背景下近些年中国南方地区干旱气候事件频发,水土资源匹配态势并不乐观。论文以吉泰盆地为案例区,采用标准化降水指数,系统诊断吉泰盆地近50a的干旱态势,识别干旱的类型与强度;构建水分平衡模型,重演历史干旱气候条件下南方红壤丘陵地区耕地、林地等主要用地类型的水分平衡。研究表明,1960-2010年,吉泰盆地近30%的年份发生了干旱,频率较高。其中,轻旱发生的频次最高,特旱位居其次,吉泰盆地干旱大多发生于伏秋期间;无旱气候条件下,吉泰盆地水分平衡量约为448mm,自然降水整体可以满足林地和耕地等主要用地类型的水分需求,水分盈余是其平衡关系的基本特征,盈余量整体呈现河谷、平原低于丘陵、山地的空间格局;轻、中、重和特旱气候条件下,吉泰盆地耕地水分平衡量由无旱态势下的盈余转为亏缺,林地的水分盈余量下降幅度在37.87%～77.80%;轻、中、重旱气候条件,吉泰盆地的水分平衡量较无旱时依次下降了55.07%、70.28%和96.08%;在特旱气候条件下,缺水量达72mm;随着干旱程度的加剧,吉泰盆地水分盈余量降低、亏缺量增加。

关键词：干旱水分降雨水分平衡标准化降水指数吉泰盆地

基于CoupModel的黄土丘陵沟壑区荒草地水分平衡模拟

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农业机械学报 2013年第5期44卷 79-88页

作者：王力王全九卫三平西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 山西省吕梁市水利局吕梁033001

应用土壤-植被-大气系统水热传输模型CoupModel,在野外定位观测试验的基础上对陕北黄土丘陵沟壑区阴、阳坡荒草地SVAT系统水分传输进行了模拟。结果表明,土壤含水率和土壤温度模拟值与实测值有较高的一致性;阳坡荒草地的土壤蒸发量较阴... 详细信息

应用土壤-植被-大气系统水热传输模型CoupModel,在野外定位观测试验的基础上对陕北黄土丘陵沟壑区阴、阳坡荒草地SVAT系统水分传输进行了模拟。结果表明,土壤含水率和土壤温度模拟值与实测值有较高的一致性;阳坡荒草地的土壤蒸发量较阴坡高,阳坡荒草地植被蒸腾量低于阴坡荒草地,说明阴、阳坡荒草地在大气-土壤界面和植被-土壤界面水分交换差异明显;干旱年大气降水主要消耗于土壤蒸发和植被蒸腾,蒸散量超过了同期降水量,输入草地系统的降水满足不了水分的支出,土壤水库处于负补偿状态。丰水年,试验地约有20%降水储存于土壤中,系统的水分收入大于支出。黄土丘陵沟壑区阳坡和阴坡是水热条件不同的立地类型,阳坡用于土壤蒸发的水分较多,土壤储水量低,因此阳坡植被配置应当考虑盖度较高、可以降低土壤蒸发的植被类型。

关键词：黄土丘陵沟壑区土壤蒸发植被蒸腾水分平衡 CoupModel

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岩石边坡植被护坡系统的水分平衡及控制

岩石力学与工程学报 2013年第9期32卷 1729-1735页

作者：张俊云西南交通大学土木工程学院四川成都610031

通过对植被护坡系统水分动态平衡的分析,提出岩石边坡植被护坡系统根层土壤贮水量的基本要求。采用现场降雨试验等方法研究岩石边坡植被护坡系统水分运移的规律,对影响植被护坡系统水分平衡的根层土壤初始贮水量、植被截留量、坡表径流... 详细信息

通过对植被护坡系统水分动态平衡的分析,提出岩石边坡植被护坡系统根层土壤贮水量的基本要求。采用现场降雨试验等方法研究岩石边坡植被护坡系统水分运移的规律,对影响植被护坡系统水分平衡的根层土壤初始贮水量、植被截留量、坡表径流量、边坡坡角、坡表蒸散量及根层土壤萎蔫贮水量等因子进行分析。试验结果表明:若客土配比合理,其渗透性能良好,客土能在较短的时间内获得较大的贮水量,客土中添加适量保水剂、泥炭可明显减缓客土层水分的蒸散,此外,客土中添加保水剂还可降低客土的萎蔫持水量,使客土层中更多的水分成为可供植物利用的有效水;覆盖良好的坡面植被对降雨的截留量不可忽视;为提高降雨的入渗量,须选择适宜的边坡坡角。研究成果可为岩石边坡植被护坡系统的水分平衡及控制提供依据。

关键词：边坡工程植被护坡系统水分平衡客土

覆膜方式对一膜两年覆盖旱地玉米籽粒产量、水分利用效率和土壤水分平衡的影响

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应用生态学报 2018年第6期29卷 1935-1942页

作者：谢军红张仁陟李玲玲柴强罗珠珠蔡立群齐鹏甘肃省干旱生境作物学重点实验室兰州730070 甘肃农业大学农学院兰州730070 甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070

以挖掘黄土高原半干旱区全膜双垄沟播玉米节本增效技术,探讨一膜两年覆盖系统土壤水分平衡为目标,通过大田定位试验,量化研究了一膜两年覆盖条件下,全膜沟垄作(F_1M)、全膜平作(F_2M)、半膜平作(F_3M)和不覆膜平作(F_4M,对照)玉米的产... 详细信息

以挖掘黄土高原半干旱区全膜双垄沟播玉米节本增效技术,探讨一膜两年覆盖系统土壤水分平衡为目标,通过大田定位试验,量化研究了一膜两年覆盖条件下,全膜沟垄作(F_1M)、全膜平作(F_2M)、半膜平作(F_3M)和不覆膜平作(F_4M,对照)玉米的产量、经济收益、水分利用效率和土壤水分平衡.结果表明:2年全膜沟垄作、平作的生物产量较对照平均增加32.8%和32.9%,籽粒产量增加60.8%和51.7%,水分利用效率和降水利用效率平均增加59.8%、35.9%和87.6%、64.4%.新覆膜全膜沟垄作、平作属于高产高投模式,其总产值较对照增加51.0%、41.2%,产投比较对照降低15.1%和16.2%;一膜两年覆盖全膜沟垄作、平作属于节本增效型生产模式,其总产值较对照增加40.8%和42.2%,产投比增加40.3%和42.2%.在606.5 mm的低降水条件下,一膜两年覆盖全膜沟垄作、平作的总耗水量分别达731.3和746.8mm,土壤水分亏缺分别达124.8和140.3 mm,较对照增加22.7%和38.0%.一膜两年覆盖使全膜沟垄作、平作休闲期土壤水耗水量较对照降低了28.6%和30.0%,休闲效率较对照增加178.9%、148.3%.这说明全膜沟垄作、平作具有明显的增产和提高水分利用效率的作用,该技术结合一膜两年覆盖技术能实现节本增效,但在推广应用时需考虑低降水条件下的土壤水分亏缺问题.

关键词：黄土高原半干旱区玉米农作系统一膜两年覆盖产量水分平衡

油纸绝缘水分平衡样品的制备及水分评估频域特征量提取

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电工技术学报 2015年第18期30卷 196-202页

作者：高竣廖瑞金王有元吕彦冬杨丽君刘捷丰汪可重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 阿尔斯通电网技术中心有限公司上海201114 中国电力科学研究院北京100192

为了推动介质响应技术应用于现场电力变压器油纸绝缘状态评估,需要在实验室可靠地建立不同水分含量且水分平衡的油纸绝缘介质响应数据库。本文提出了一种不同水分含量油纸绝缘水分平衡样品的制备方法,深入分析了油纸水分迁移过程中与平... 详细信息

为了推动介质响应技术应用于现场电力变压器油纸绝缘状态评估,需要在实验室可靠地建立不同水分含量且水分平衡的油纸绝缘介质响应数据库。本文提出了一种不同水分含量油纸绝缘水分平衡样品的制备方法,深入分析了油纸水分迁移过程中与平衡后的频域介质响应,然后从中提取了反映纸板水分含量的频域特征参量,并初步给出了油纸绝缘水分平衡后的纸板水分含量与特征参量之间的量化关系,最后通过Karl Fischer滴定法验证了制备方法的可靠性。结果表明：随着绝缘纸板水分含量的增加,复电容的实部C′在10^-3-100 Hz范围内明显增大,介质损耗tan？曲线与复电容虚部C″曲线均向高频方向移动;介质损耗因数tanδ、复电容实部C′、虚部C″在特征频率处（f=10^-3Hz、10^-2Hz、10^-1Hz、100Hz）均与绝缘纸板的水分含量存在明显的函数关系;本文所提出的方法可以较准确地制备出不同水分含量且达到水分平衡的油纸绝缘样品。

关键词：频域介质响应油纸绝缘水分平衡介质损耗因数特征频率

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纤维素老化对油纸绝缘水分平衡的影响

中国电机工程学报 2012年第31期32卷 100-105,224页

作者：王伟马志青李成榕汪鑫高压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

为研究纤维素老化对油纸绝缘水分平衡的影响,分析了绝缘纸板的纤维素结构及其吸湿机制,制备了不同老化程度的纸板试样,观测了不同老化程度绝缘纸板的微观结构及比表面积,测量了纸板的稳态含水量及降温过程中的水分迁移量。研究结果表明... 详细信息

为研究纤维素老化对油纸绝缘水分平衡的影响,分析了绝缘纸板的纤维素结构及其吸湿机制,制备了不同老化程度的纸板试样,观测了不同老化程度绝缘纸板的微观结构及比表面积,测量了纸板的稳态含水量及降温过程中的水分迁移量。研究结果表明:老化纸板的稳态含水量及变温过程中的水分迁移量均低于未老化纸板;纤维素老化后,纤维素直径下降导致的纤维比表面下降是引起纸板吸湿能力下降的原因;现有的Oommen水分平衡曲线在纸板老化的条件下不再适用,纸板的含水量可按20年等效老化负向修正27%,40年等效老化负向修正35.5%后使用。

关键词：老化水分平衡变压器油纸板纤维素

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猪粪麦秸反应器好氧堆肥水分平衡模型研究

农业机械学报 2012年第6期43卷 102-106页

作者：王永江黄光群韩鲁佳中国农业大学工学院北京100083

分别建立了基于质量守恒方程和水分蒸发一级动力学方程的猪粪麦秸好氧堆肥水分平衡模型。水分平衡质量守恒模型考虑进口气体水分含量、出口气体携水量和堆肥微生物产水量对水分质量平衡的影响,并将堆肥过程有机质降解的梯次性作为影响... 详细信息

分别建立了基于质量守恒方程和水分蒸发一级动力学方程的猪粪麦秸好氧堆肥水分平衡模型。水分平衡质量守恒模型考虑进口气体水分含量、出口气体携水量和堆肥微生物产水量对水分质量平衡的影响,并将堆肥过程有机质降解的梯次性作为影响生物产水量的重要因素。水分蒸发一级动力学模型考虑堆体自身含水率和通风速率对水分蒸发速率的影响,且堆体自身含水率在堆肥过程中呈动态变化。实验室好氧堆肥反应器验证试验结果表明,2种水分平衡模型的模拟结果与实际测量结果一致性良好,水分平衡质量守恒模型水分含量变化的实际结果与模拟结果的相对标准偏差为8.01%,水分蒸发一级动力学模型水分含量变化的实际结果与模拟结果的相对标准偏差为8.86%。

关键词：猪粪好氧堆肥水分平衡数学模型

基于实际蒸散量修订标准化降水蒸散干旱指数研究

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海南大学学报（自然科学版） 2024年第2期42卷 164-173页

作者：李伟光侯美亭周海霞张京红邹海平陈小敏海南省气候中心海南海口570203 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海南海口570203 中国气象局气象干部培训学院北京100081 海南省三沙市气象局海南三沙573199

为改进SPEI在农业干旱监测中的效果,从水分平衡的角度提出了一种修订的标准化降水蒸散指数(MSPEI).该指数通过计算降水与实际蒸散量的差值,并基于最长连续干旱时间对差值进行自适应修正,采用目视检查概率拟合曲线与Kolmogorov-Smirnov检... 详细信息

为改进SPEI在农业干旱监测中的效果,从水分平衡的角度提出了一种修订的标准化降水蒸散指数(MSPEI).该指数通过计算降水与实际蒸散量的差值,并基于最长连续干旱时间对差值进行自适应修正,采用目视检查概率拟合曲线与Kolmogorov-Smirnov检验2种方法选择适宜分布函数,最后进行标准化转换生成干旱指数.干旱指数有效性检验表明:MSPEI能够准确反映不同季节间干湿状态的差异,在湿润比例低于20%的春季,MSPEI均低于-0.5;在反映干旱趋势时,MSPEI与SPEI具有高度一致性;MSPEI与植被指数具有稳定且较高的相关性,在0.57~0.78之间;在典型干旱过程监测中,MSPEI对旱灾发生、发展和解除过程的描述更符合实际.MSPEI适应于不同气候背景,无需选择时间尺度,即可较准确地反映农业干旱演化过程.

关键词：干旱指数 SPEI 实际蒸散量 MSPEI 水分平衡