石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算_陈乐

第３４卷第１期年月水土保持通报

Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１

，　

石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算

陈乐，张勃，任培贵

）（西北师范大学地理与环境科学学院，甘肃兰州７００７０３

摘　要：基于遥感手段并运用ＡｒｃＧＩＳ９．３软件统计获得石羊河流域１９８７，２０００及２０１０年３期各类型天　然植被面积数据，采用阿维里扬诺夫估算方法对石羊河流域各县区天然植被的生态需水量进行了估算。

９９

，，结果表明，石羊河流域１２．３４×１２．０６０及２０１０年天然植被适宜生态需水量分别为２．００９８７，２００４３×１９　３，肃南县＞天祝县＞永昌县＞民勤县＞古×１０ｍ其中各县区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为：

／但各县区林地、草浪县＞凉州区＞金川区。石羊河流域林地、草地的生态需水量基本各占总需水量的１２，

２

／（·ｍｍ）。通过对地生态需水量的百分比差异明显，流域天然植被的水分利用率介于２．７４～１６．５５ｋｈｍｇ

流域天然植被无论从总需水量还是各优势盖度的石羊河流域３期天然植被适宜生态需水量的研究发现，

需水量上均呈现减少趋势，因此确定天然植被的适宜生态需水量，对区域水资源的合理配置和科学制定生态恢复方案具有重要的现实意义和借鉴作用。

关键词：石羊河流域；天然植被；潜水蒸发；植被适宜生态需水）文献标识码：Ａ　　　　　　文章编号：８８Ｘ（２０１３２７７１０００４０１２００　－－－

中图分类号：Ｋ９０３

ｔｉｏｎｏｆＥｃｏｌｏｉｃａｌＳｕｉｔａｂｌｅＷａｔｅｒＲｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＥｓｔｉｍａ　　　　　　ｇｑ

ＮａｔｕｒａｌＶｅｅｔａｔｉｏｎｉｎＳｈｉａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ　　　　ｇｙｇ　

，，ｕｉＣＨＥＮＬｅＺＨＡＮＧＢｏＲＥＮＰｅｉ－ｇ　　　

（ｎｍｅｎｔａｌｅ，ｅｓｔ　ｓｉｔｕ，ＣｏｌｌｅｅｏＧｅｏｒａｈａｎｄ　ＥｎｖｉｒｏＳｃｉｅｎｃＮｏｒｔｈｗＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒＬａｎｚｈｏＧａｎｓｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　　　ｙ，ｇｆ　ｇｐｙ　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｒｅａｌｄａｔａｆｏｒｅａｃｈｔｅｏｆｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎｉｎ１９８７，２０００ａｎｄ２０１０ｉｎｔｈｅＳｈｉａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ　　　　　　　　　　　　　　ｙｐｇｙｇ　，ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｕｓｉｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆＡｒｃＧＩＳ９．３ｓｏｆｔｗａｒｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｌｔｈｅ　　　　　　　　　　ｇｇｇｙ　　ｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｕｎｔｉｅｓａｎｄａｒｅａｓｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｗｅｒｅｅｓｔｉ－　　　　　　　　　　　　　　　ｇｑｇ，ｍａｔｅｄ．ＢｕｓｉｎＡｖｉＬｕｂａｎｋａｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｔｔｕｒｎｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅ－　　　　　　　　　　　ｙｇｙｇｑ　　

３　

ｍｅｎｔｓｆｏｉｎ１９８７，２０ｒｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎｗａｓ２．４３，２．３４，２．０６ｂｉｌｌｉｏｎｍ００ａｎｄ２０１０，ｒｅｓｅｃｔｉｖｅｌ．Ｔｈｅ　　　　　　　　ｇｐｙ，，，，ｃｏｕｎｔｉｅｓｉｎｏｒｄｅｒｏｆｄｅｃｒｅａｓｉｎｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｗｅｒｅＳｕｎａｎＣｏｕｎｔＴｉａｎｚｈｕＣｏｕｎｔＹｏｎｃｈａｎＣｏｕｎ－　　　　　　　ｇｑｙｙｇｇ　　，，ｔｉｎｉｎＣｏｕｎｔＧｕｌａｎＣｏｕｎｔＬｉａｎｚｈｏｕａｒｅａａｎｄＪｉｎｃｈｕａｎａｒｅａ．Ｔｈｅｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒ　　　　　　　　　ｙ，Ｍｑｙｇｙｇｇｑ　

，ｅａｃｈｏｆｗｏｏｄｌａｎｄａｎｄｒａｓｓｌａｎｄｉｎｔｈｅｂａｓｉｎｂａｓｉｃａｌｌｔｏｏｋｕｈａｌｆｔｈｅｔｏｔａｌｗａｔｅｒｄｅｍａｎｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒｉｔｉｓｏｂ－　　　　　　　　　　　　　　　ｇｙｐ　　ｖｉｏｕｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓａｓｈａｒｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｃｅｎｔａｅｆｏｒｔｈｅｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｗｏｏｄｌａｎｄａｎｄ　　　　　　　　　　　　　　ｐｙｐｇｇｑ　，ｒａｓｓｌａｎｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｕｓｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎｗｅｒｅｂｅｔｗｅｅｎ２．７４ａｎｄ　　　　　　　　　　　　ｇｇｇ　

２

·ｍｍ）／（．Ｔｈｒｏｈｍｕｈｔｈｅｓｔｕｄｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｎａｔｕｒｅｖｅｅｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｒｅｅ１６．５５ｋ　　　　　　　　　　　ｇｇｙｇｑｇ　，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｉｏｄｓｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｎａｔｕｒｅｖｅｅｔａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄａｄｅｃｒｅａｓｉｎｔｒｅｎｄｂｏｔｈ　　　　　　　　　　　　　　ｐｑｇｇ　ｉｎｔｈｅｔｏｔａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｃｏｖｅｒａｅｄｅｒｅｅｏｆｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎ．Ｓｏｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｉｔ－　　　　　　　　　　　　　　　　ｑｇｇｇａｂｌｅｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎｈａｓａｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｍｅａｎｉｎｔｏｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆ　　　　　　　　　　　　　　ｇｑｇｇｇ　ｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｓｃｈｅｍｅｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔｆｏｒｅｃｏｌｏｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ．　　　　　　　　　　ｇ

：；；；ＫｅｗｏｒｄｓＳｈｉａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎｎａｔｕｒａｌｖｅｅｔａｔｉｏｎｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｅｖａｏｒａｔｉｏｎｓｕｉｔａｂｌｅｅｃｏｌｏｉｃａｌｗａｔｅｒｒｅｕｉｒｅ－　　　　　　ｙｙｇｇｇｐｇｑ　

ｍｅｎｔｆｏｒｖｅｅｔａｔｉｏｎ　　ｇ

３３２０１０５２１２０１０５３０　　收稿日期：－－－－　　　　　　　修回日期：

“（；生态经济学省级重点学科项目：金项目水资源约束下的黑河流域土地利用／覆盖变化模拟研究”资助项目国家自然科学基４０９６１０３８）　　

（）；西北师范大学知识与科技创新工程项目（）５００１０２１ＮＷＮＵ－ＫＪＣＸＧＣ０３０６－－－

），，，—），（：（：男汉族陕西省长武县人硕士研究生研究方向为区域环境与资源开发。Ｅ－ｍｎｌｅ２４１０＠１６３．ｃｏｍ。８８９ａｉｌｃｈｅ　　作者简介陈乐１

，。—），：张勃（甘肃省华池县人，教授，博士生导师，主要从事区域环境与资源开发研究。Ｅ男（汉族）１９ｎｂｏｗｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ６３ａｉｌｚｈａ　　通信作者：＠ｎ－ｍｇ

３２８

４卷　　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持通报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３

水　　作为中国西部生态脆弱区最关键的生态因子，不仅是干旱区生态系统构成、发展和稳定的基础，而且决定着干旱区绿洲化过程与荒漠化过程这两类极

１］

。在西北干具对立与冲突性的生态环境演化过程［

１　数据与方法

１．１　研究区概况

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东部，东起乌鞘岭，西止大黄山，介于祁连山东段与巴丹吉林、腾格里—３沙漠南缘之间，地理坐标为３９°２７′Ｎ，６°２９′

—１包括武威市的古浪县、凉州区、民１０１°４１′０４°１６′Ｅ，勤县及天祝县，金昌市的永昌县和金川区以及张掖市肃南县，共３地（市）７个区县。石羊河干流全长约

４２　

，从南向北大体分流域面积４．ｈｍ１０６×１３００ｋｍ，

为３个地貌单元，南部祁连山地、中部走廊平原、北部

旱地区，由于水资源的天然不足，加之工农业及家庭用水的增加，使得植被生态用水受到严重挤占，严重影响到植物群落的生长发育、演替更新的过程，进而导致天然植被退化、尾闾湖泊消失等生态环境问题。石羊河流域是甘肃省河西走廊３大内陆河流域之一，属于干旱、半干旱地区，是中国内陆河流域中人口最密集、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生

２］

。因此，在有限的水态环境问题最严重的流域之一［

阿拉善高原，高寒草甸、灌丛草甸、森林灌丛、绿洲植被及荒漠草原等为区内主要的植被类型。流域深居内陆腹地，具有干旱少雨，蒸发量大的气候特征。上游祁连山和中部走廊区年降水量分别为３００～６００和下游民勤地区极其干旱，年降水量小０～３００ｍｍ，１５

于１全流域年蒸发量介于１００～２６０５０ｍｍ，２０ｍｍ。　　流域水系自东向西由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河８条河流组成，河流补给主要来源为山区大气降水和地下水，多年平均

］９　３［出山径流量为１．ｍ２。０６６×１

资源条件下，科学合理地确定区域在生态保护目标下的天然植被生态需水量，遏止天然植被生态系统进一步退化萎缩，是目前石羊河流域所面临的急须解决的关键问题。

生态需水研究是目前恢复生态学、水文学及水资源学研究的热点领域

［３］

，该研究越来越受到众多学者

的关注。针对生态需水的研究源于美国２０世纪４０年代，其目的为了获取维持鱼类生存所需的河道基流，之后扩展到研究河岸带生态需水，直到现在开展

］４７－

。国内的流域尺度、区域尺度上生态需水的研究［

１．２　植被生态需水研究机理

植被是生态系统中最基本的成分，是自然环境最

１４］

，又是水土流失和土壤荒漠化直观、最准确的反映［

对生态需水的研究起步较晚，主要是针对生态脆弱的西北干旱和半干旱地区，重点对植被生态需水概念和计算方法展开的定性分析、定量计算的研究。众多学者出于不同的研究目的对生态需水展开了卓有成效

］８１０－

基于不同的研究对象阐述了的研究，一些学者［］１３１１－

对内陆各自对生态需水概念的理解，另一些学者［

的主要调控者，也是最容易受到破坏的部分。植被是退化生态系统恢复的关键所在，确定合理的植被生态需水量又是该研究的基础，因其正常的生长必然消耗一定的水量。中国西北干旱地区水资源短缺，植被退化严重，生态环境恶劣，对植被生态需水的研究便显得尤为重要。因此，近年来，干旱区植被的生态需水问题已成为植被生态恢复和重建研究领域的热点

］１６１５－

。问题［

干旱区的植被需水量进行了大量的估算研究，但由于对生态需水定义的不统一导致植被需水量界定标准存在异同。通过阅读大量文献并结合本文的研究目的，总结认为生态需水是指使生态系统达到某种生态保护目标，发挥期望的生态功能或维持某种生态系统平衡所客观需要的水资源量，其内涵包括维持生态系统结构和维持生态过程与生态服务功能两部分的需水。

本文基于潜水蒸发理论，结合遥感技术及３软件统计获得石羊河流域１０及ＡｒｃＧＩＳ９．９８７，２００　重点对适宜２０１０年３期各类型天然植被面积数据，生态需水情景下的天然植被生态需水量进行了估算研究，以期得到石羊河流域天然植被最为合理的生态需水量，为区域水资源的合理配置、高效利用及生态安全提供科学依据。

植被生态需水是指在一定的时空尺度上和生态保护目标下，维持植被生态系统的稳定，使其发挥生态环境功能所需要的水资源量，具有上限值和下限值，超过这个阈值都会导致生态系统的退化和破坏。限制干旱区天然植被健康生长的主要因素有水分和

１７］

。干旱区的有效降水量不足以满足天然土壤盐分［

植被的正常生长所需，地下水是天然植被蒸腾和地表土壤蒸发的主要来源。植被的生长态势也受到潜水埋深的影响，当潜水埋深过浅时，因地表蒸发强烈，土壤表层盐分不断积累，使得土壤中盐分的浓度超过植物根细胞中细胞质浓度，植物生长形成所谓的“生理干旱”从而导致枯萎死亡；而潜水埋深过深时，植物根系层土壤从潜水层获得的水分补给就会显著减少，以

第１期石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算　　　　　　陈乐等：

３２９

至于不能满足植物生长对水分的要求，致使植被衰败死亡，进而发生土壤荒漠化。

１８］

通过对黑河流域下游天然植被生态需张丽等［

即联合国粮农组织（提出的受破坏非完全覆盖ＦＡＯ）的天然植被生态需水计算方法，该方法需要的参数较多，在基础资料薄弱的地区应用较为困难。（４）水量

］１６

，比较适合于区域较大尺度的生态需水估平衡法［

］２３

，）基于生物量的生态需水计算法［适合单纯算。（５

水的研究认为，干旱区每种天然植被类型都有其适宜生长的潜水埋深变动范围，植被盖度与地下水埋深存在一定的关系。因而决定了天然植被需水量有最小生态需水、适宜生态需水和最大生态需水３种情景之分。当地下水分供应量低于天然植被的最小生态需水量或超出其最大生态需水量时，都将使天然植被生态系统受到破坏而退化，达不到应有的生态效用。只有当可供利用的水资源量达到适宜生态需水量时，生态系统才能健康良好地生长，发挥其最佳的生产潜力。１．３　计算方法

目前研究植被生态系统需水量的计算方法较多，但各种计算方法的应用前提和侧重有所不同，归纳起（来主要有以下几种：直接计算１）面积定额法（

［１９］

，适用于基础条件较好，可通过实验容易获得法）

）基于遥感技术的植被靠降水支撑的地带性植被。（６

］２４

，适用于大区域、长时间尺度。生态需水量计算法［

石羊河流域处于干旱缺水区，天然植被和土壤的实际蒸散近似地等于潜水蒸发量，因此，选用最具代——阿维里扬诺夫公式进行植表性的潜水蒸发模型—

被生态需水量估算，其计算模型如下：

ｎ

ｍ

Ｗ＝∑∑ＳＥｉＫｉｉｊｊｊ

ｉ＝１ｊ＝１

ｂ

Ｅ＝ａ（ＨｍａＥφ１－Ｈ／２０ｘ）×

（）１（）２

——天然植被生态需水量；——第ｉ式中：Ｗ—ＳＥｉｉｊ，ｊ—时段第ｊ个研究区天然植被面积和蒸发强度；——植被系数；——经验系数；Ｈ———地下水Ｋｉａ，ｂ—ｊ—

——地下水蒸发极限埋深（；Ｈｍａ；埋深（ｍ）ｍ）ｘ———常规气象蒸发皿蒸发值，石羊河流域各县区ＥΦ２０—）；］见表１根据文献［选取适合于石羊的ＥΦ２５—２６２０（河流域天然植被潜水蒸发参数ａ为０．ｂ为７６２，１．５２８；Ｈｍａｘ取５ｍ。

ｍｍ

永昌县２０００．６　　

肃南县８．４１８２　

）潜水蒸发法（蓄水定额的区域和植被类型。（间接２

［２０］

，适用于降水量少、植被生长主要依赖于计算法）

地下水的干旱地区，可以用该方法估算干旱区植被的

］２２１２－

，）基于植物蒸散发量的计算法［天然需水量。（３

表１　石羊河流域各县区常规气象蒸发皿蒸发值

地区名称蒸发值ＥΦ０２

凉州区１９６４．６　　

民勤县２６４３．９　　

天祝县１５４５．２　　

古浪县１８１２．１　　

金川区２０９４．２　　

植被系数Ｋ值的确定。植被系数Ｋ是指在相同

的土壤和气候条件下，相同时期内植被生长条件下的潜水蒸发量Ｅｇ与裸地的潜水蒸发量Ｅ之比。植被系数主要受潜水埋深、水面蒸发强度和植物的长势、生育阶段等的影响。由于有植被生长条件下的潜水蒸发比。随着潜水埋深的裸地的潜水蒸发量要大，所以Ｋ＞１增大，植被根系对潜水蒸发的影响越来越小。当潜水

［２７］

。埋深趋于无穷大时，植被系数Ｋ将趋向于１

水位的研究是确立生态需水量的基础，它涉及到水分

１］２６］

。根据粟晓玲［及胁迫下的植物适应机理等问题［

２８］

张长春等［的研究，石羊河流域各种天然植被适宜

生长的潜水埋深变动范围：有林地２～３ｍ，灌木林地

疏林地３．高覆盖度草地３～３～４ｍ，５～４．５ｍ，中覆盖度草地为４～４．４．５ｍ，５ｍ。本文采用文献

［］所得的植被系数Ｋ与潜水埋深Ｈ之间的拟合公２７

－０．５０７２Ｈ　　

，式：计算得出石羊河流域各Ｋ＝１＋２．０３１７ｅ　

干旱区内陆河流域植物恢复和生长的合理地下

。如表２所示）植被类型的植被系数Ｋ（

表２　石羊河流域天然植被的植被系数Ｋ取值

植被类型植被系数Ｋ　

有林地１．５７　

灌木林地４１．３　

疏林地１．２７　

高盖度草地１．２５　

中盖度草地１．２０　

低盖度草地１．０８

１．４　数据获取

０及２０１０年３期遥感９８７，２００　　基于石羊河流域１

影像人工解译的土地利用覆盖趋势，运用Ａ．３ｒｃＧＩＳ９　。其中，统计得出各类型天然植被的覆盖面积（表３）天然植被分为林地与草地两种类型，林地指以生长乔

木、灌木为主的林业用地，可分为有林地、疏林地和灌木林地；草地是指以生长草本植物为主，覆盖度在包括以牧为主的灌丛草地和郁５％以上的各类草地，

闭度在１按盖度分为高、中、低０％以下的疏林草地，

３３０

４卷　　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持通报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３

覆盖度草地。有林地指郁闭度＞３０％的天然林地和人工林，以沙枣林为代表；灌木林地指郁闭度＞４０％，高度在３ｍ以下的矮林地和灌丛林地，以梭梭、柽柳为代表；疏林地指郁闭度１０％～３０％的稀疏林地。高覆盖草地一般水分条件较好，草被生长茂密；中覆此类草地盖草地指覆盖度２０％～５０％的天然草地，一般水分不足，草被较稀疏；低覆盖草地指覆盖度

此类草地水分缺乏，草被稀５％～２０％的天然草地，

疏，牧业利用条件差。分析可知，石羊河流域天然植被不论从总面积还是从植被盖度上都呈退化趋势，有林地、０年天然植被退化趋势尤为显著，２０００—２０１

灌木林地及中盖度草地面积减少趋势明显，其中民勤县天然植被退化最为严重，而金川区的天然植被状况有小幅好转态势。

２

ｈｍ

表３　石羊河流域各县区天然植被面积

地区

年份１９８７　

民勤县

００２０　２０１０　１９８７　

凉州区

２０００　２０１０　１９８７　

古浪县

２０００　２０１０　１９８７　

天祝县

２０００　２０１０　１９８７　

金川区

２０００　２０１０　１９８７　

永昌县

２０００　２０１０　１９８７　

肃南县

２０００　２０１０　１９８７　

合计

２０００　２０１０　

天然植被面积

有林地２８３６　　２２８６　　１１６１　　３７３４　　３３９８　　３０１１　　２１２３　　１８１３　　１４５６　　５３２０６　　１８９３５　　４３４６３　　

６８　６７　１１５　６５４２　　５８８１　　４１９８　　３３０２７　　３７２３７　　２９１３９　　１０１５３６　　９７７１５　　８２５４３　　

灌木林地５５９７　　４６８１　　４５０６　　４５０５　　４０２１　　３４９０　　２７９０　　２４２７　　１６１７　　３８３８８　　３５７４８　　２８３０１　　２１５　１９２　２２９　９８７４　　９８２７　　８２９２　　３４２６６　　３２７０７　　２８３７２　　９９７９３　　９３０６８　　７４８０７　　

疏林地１００９４　　１０３４９　　８４６５　　３６１６　　３９０８　　４３５２　　５４９６　　５６６６　　５０１３　　２５０８６　　２７６７６　　２９３１３　　５１４　５７６　８０２　８２７０　　８７９８　　８２９２　　１５２７５　　１７３０１　　１９１７０　　６８３５１　　７４２７４　　７５４０７　　

林地小计２２６８５　　２０７８１　　１４１３２　　１１８５５　　１１３２７　　１０８５３　　１０４０９　　９９０６　　８０８６　　１１６６８０　　１１５３１７　　１０１０７７　　

７９７　８３５　１１４６　　２４６８６　　２４５０６　　２０７８２　　８２５６８　　８２３８５　　７６６８１　　２６９６８０　　２６５０５７　　２３２７５７　　

高盖度草地７３６０　　６３５９　　２６２６　　９８０２　　６８２０　　１８２０　　１３６３５　　１０２５４　　２９３２　　３９９２４　　４１３５５　　５５８１７　　６８２　１８６　０　３７２２６　　３３１９２　　２７２３２　　７１５０８　　７００２６　　７５１７２　　１８０１３７　　１６８１９２　　１６５５９９　　

中盖度草地６１７８１　　５１９７０　　１９８９９　　６３４６４　　６１３７７　　４４２７７　　５９７１３　　５５５０６　　５０３９３　　９５８１７　　９３１５７　　１０９２３９　　１２６７　　５２２　５５４　６８０２５　　６１９５９　　５４３６３　　９３４２４　　９１７０１　　１０９０５８　　４４３４９１　　４１６１９２　　３８７７８３　　

低盖度草地１５３８９５　　１６１１７１　　９５５９３　　５２４０５　　５５７９７　　４７１７１　　１６１７４１　　１５７１５６　　１４４３７１　　９４３７　　１０５９３　　１６７６５　　１７５３８　　１７９２０　　３５１５１　　１１８５４６　　１２６１３１　　１２０２１０　　２０８０２　　２３５２７　　４１７９１　　５３４３６４　　５５２２９５　　５０１０５２　　

草地小计２２３０３６　２１９５００　１１８１１８　１２５６７１　１２３９９４　９３２６８　２３５０８９　２２２９１６　１９７６９６　１４５１７８　１４５１０５　１８１８２１　１９４８７　１８６２８　３５７０５　２２３７９７　２２１２８２　２０１８０５　１８５７３４　１８５２５４　２２６０２１　９２１１５７９　　１１３６６７９　　４１０５４４３　　

２　结果与分析

２．１　天然植被生态需水量估算

由于每种植被类型都有其适宜生长的潜水埋深变动范围，由式（可知，蒸发强度Ｅ随着潜水埋深２）

）。由于石羊河流域天然植被面积萎缩、表４盖Ｗｍａｘ（

度退化的因素，除金川区生态需水量呈增加趋势外，其他各县区生态需水量均有减少趋势。石羊河流域０及２０１０年天然植被总生态需水量分别介１９８７，２００

９９９９

，，于１．８０×１１．２６×１６６×１００００３０×１～３．～３．

９９　３

天祝和肃南两县１．０９×１ｍ。其中，２５×１００～３．

Ｈ的增大而减弱。本文基于遥感解译所获得的石羊

河流域各类型天然植被３期的面积数据，并利用潜水）蒸发公式（分别在各植被类型的最大埋深、平均埋１深及最浅埋深３种情景下，计算得出１０及９８７，２００２０１０年石羊河流域各县区天然植被的最小生态需水

适宜生态需水量Ｗｏ量Ｗｍｉｎ、ｔｉ和最大生态需水量ｐ

的天然植被生态需水量几乎占到全流域总生态需水量的５这主要是由于两县的天然植被面积７％左右，较大及植被盖度高所造成的，而金川区因天然植被面积小、盖度低，致使天然植被生态需水量仅占全流域的０．９％。

第１期石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算　　　　　　陈乐等：

表４　石羊河流域各县区生态需水量估算

３３１

４　３

１０ｍ

年份

生态需水状况最小

适宜最大最小

民勤县１８７４４　　３４９０６　　５５６８２　　１７５０８　　３２６１８　　５１５１２　　９５８０　　１７９０９　　２８７９４　　

凉州区９２９５　　

１７５７２　　２８１６０　　８８６５　　１６４７０　　２６２８９　　７０５０　　１２６０１　　１９８１９　　

古浪县１２７８１　　

２１８１４　　３５３２３　　１０５２０　　２００７８　　３２４１２　　９０５８　　１６５１８　　２６３１７　　

天然植被生态需水量天祝县３８４８１　　

６５７５２　　９７４４５　　３７６７３　　６４８０４　　９６５２６　　３４３０４　　６１９３４　　９４９１７　　

金川区９２０　

１７７３　　２７３６　　８６０　１５９６　　２５１９　　１５６８　　２８３３　　４４１４　　

永昌县１６９７１　　

３４９４２　　５７１１４　　１６３３３　　３３３６７　　５４４３７　　１３９９０　　２８６３２　　４６８６４　　

肃南县３４６９３　　

６６２４３　　１０３１６３　　３４２１５　　６５３７８　　１０２０１８　　３３７０９　　６５８６１　　１０４２６８

合计１３０３８２　

２４３００２　３７９６２３　１２５９７４　２３４３１１　３６５７１３　１０９２５９　２０６２８８　３２５３９３　

１９８７

２０００适宜最大最小

适宜最大

２０１０

２．２　天然植被适宜生态需水量估算由植被生态需水机理可知，当植被获得地下水补给量过多或者过少时，均不利于植被的健康生长，只有地下水补给达到植被生长所需的适宜生态需水量时，植被才能发挥其最佳的生态效益。当潜水埋深处于变动范围的平均水位时，由式（计算得到石羊河１）。流域各县区６种植被类型的适宜生态需水量（表５）其中石羊河流域１０及２０１０年天然植被适宜９８７，２００

９９９

，，生态需水量分别为２．２．３４×１２．０６×１０００４３×１３

，各植被类型生态需水量排序依次为有林地＞中ｍ

盖度草地＞高盖度草地＞低盖度草地＞灌木林地＞疏林地。通过３期天然植被需水量对比可知，林地、草地适宜生态需水量都呈持续减少趋势，其中有林地、灌木林地和中盖度草地生态需水量减少趋势显著。在适宜生态需水情境下，石羊河流域林地、草地／的生态需水量基本各占总需水量的１但各县区的２，林地、草地生态需水量百分比差异明显，其中金川区、古浪县林地、草地生态需水量比明显低于全流域，而天祝县的林地需水量占明显优势，其他各县区的林地、草地生态需水量比基本与全流域持平。

４　３

１０ｍ

表５　石羊河流域天然植被适宜生态需水量

地区

年份１９８７　

２０００　２０１０　１９８７　

凉州区

２０００　２０１０　

古浪县

１９８７　２０００　２０１０　１９８７　

天祝县

２０００　２０１０　１９８７　

金川区

２０００　２０１０　

永昌县

１９８７　２０００　２０１０　１９８７　

肃南县

２０００　２０１０　１９８７　０００２　２０１０　

天然植被适宜生态需水量

有林地３１７８　　

６２２５　　１３０１　　３１１０　　２８３０　　２５０７　　１６３１　　１３９３　　１１１８　　３４８５０　　３３９９０　　２８４６９　　

６０　５９　１０２　５５４８　　４９８８　　３５６１　　２５５９８　　２５０９４　　２２５８４　　７３９７５　　７０９１６　　５９６４２　　

灌木林地９３４４　　

３７５２　　２０７５　　１５４２　　１３７６　　１１９４　　８８１　７６６　５１１　１０３３３　　９６２３　　７６１８　　７８　７０　８４　３４４１　　３４２５　　２８９０　　１０９１４　　１０４１７　　９０３７　　３１６８２　　２９４２９　　２３４０９　　

疏林地３３８７　　

３４７０　　２８２４　　８９４　９６０　１０６４　　１２６４　　１３００　　１１４７　　４９２３　　５４１９　　５７２１　　１３１　１４７　２０３　２０９９　　２２３１　　２０９８　　３５４７　　４０１７　　４４５１　　１６２４５　　１７５４４　　１７５０８　　

林地小计１１０５８　　

９７８４　　６２００　　５５４６　　５１６６　　４７６５　　３７７６　　３４５９　　２７７６　　５０１０６　　４９０３２　　４１８０８　　２６９　２７６　３８９　１１０８８　　１０６４４　　８５４９　　４００５９　　３９５２８　　３６０７２　　１２１９０２　　１１７８８９　　１００５５９　　

高盖度草地２４３３　　

２１０２　　８６８　２４０７　　１６７５　　４４７　３０８９　　２３２３　　６６４　７７１１　　７９８８　　１０７８１　　１７９　４９　０　９３０９　　８３０１　　６８１０　　１６３４３　　１６００５　　１７１８１　　４１４７１　　３８４４３　　３６７５１　　

中盖度草地８２３３　　

６９２５　　２６５２　　６２８４　　６０７７　　４３８４　　５４５４　　５０６９　　４６０２　　７４６２　　７２５５　　８５０７　　１３４　５５　５９　６８５９　　６２４７　　５４８１　　８６０９　　８４５０　　１０１３３　　４３０３５　　４００７８　　３５８１８　　

低盖度草地１３１８３　　

１３８０６　　８１８９　　３３３６　　３５５２　　３００３　　９４９６　　９２２７　　８４７６　　４７３　５３０　８３９　１１９０　　１２１６　　２３８５　　７６８４　　８１７６　　７７９２　　１２３２　　１３９４　　２４７６　　３６５９４　　３７９０１　　３３１６０　　

草地小计２３８４９　

２２８３３　１１７０９　１２０２７　１１３０４　７８３４　１８０３９　１６６１９　１３７４２　１５６４６　１５７７３　２０１２７　１５０３　１３２０　２４４４　２３８５２　２２７２４　２００８３　２６１８４　２５８４９　２９７９０　１２１１００　１１６４２２　１０５７２９　

民勤县

合计

３３２

４卷　　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持通报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３

定量计　　对于水资源严重短缺的石羊河流域而言，算得出单位面积天然植被的生态需水量，对石羊河流域水资源的合理配置、高效利用具有现实意义。本文在适宜生态需水情景下，计算得出各县区单位面积林）。由表６分析可得，由于地、草地的生态需水量（表６天然植被盖度的严重退化，除金川区林地外，各县区

的天然植被单位面积的生态需水量均呈减少趋势。其中，民勤县的林地单位面积需水量偏高，而肃南县林地、草地单位面积需水量均明显偏高，而古浪县、金川区的林地、草地单位面积生态需水量明显偏少，这种差异的存在可能与各县区天然植被各类型组成成分及各县区常规气象蒸发皿蒸发值ＥΦ２０不同有关。

３２

／ｍｈｍ

表６　石羊河流域各县区天然植被单位面积需水量

天然植被单位面积需水量

年份

民勤县林地

草地

凉州区林地

草地

古浪县林地

草地

３６２７６７　　７　３４９２４６　　７　３４３２９５　　６　

天祝县林地

草地

金川区林地

草地

永昌县林地

草地

肃南县林地

草地

１９８７８６９６７８５７７４０　４　　４　　９　　１　２０００７０８０４１５６１１２　４　　１　　４　　９　２０１０５４１９１　４　　９　

４３９２４６　　８　

７１４２９４０７８３８６　　　１　　３　　７４２５２０８７３０２０９　　１　　３　　７　４１３６１０７３８８８４　　１　　３　　６　

４４９２０７７８５２４１０　　１　　４　　１　４３４３０２７７９８４１６　　１　　４　　１　４０７２９５　　９　

４３１８４７０　１　　

２．３　水分利用效率

对于中国西北部这样重度缺水的地区而言，不仅要研究保证生态系统健康、稳定发展所需要的适宜生态需水量，也应从生态和经济效益方面计算它的水分利用效率，即天然植被在单位水资源条件下生产的生物量干重。其中，生物生产量的确定是根据国家“八五”科技攻关项目“草地生产力的区域分异与地面监测研究”中有关各类型草地地上生物量的统计结果，

２

，／中盖度高盖度草地生物量干重定额取２４３．６ｇｍ２２

，，／／草地１低盖度草地７有林地和２８．１．９ｇｍ３ｇｍ

２［２４］

。本文中疏林地的生物量／灌木林地３０６．５ｇｍ

干重以有林地和灌木林地的６疏林地０％确定得到，

２

。石羊河流域各县区天然植被在适宜生／１８３．９ｇｍ

态需水量情境下的水分利用效率如表７所示。石羊

河流域天然植被的水分利用率介于２．５５７４～１６．

２

·ｍｍ），／（与黄土高原植被的水分利用效率ｋｈｍｇ

２

·ｍｍ）／（相比存在１．６０５ｋｈｍ１．０５～１０．５倍左右ｇ２９］

，主要原因可能是石羊河流域深居内陆，干的偏高［

旱少雨，植被生长所需水分主要依靠潜水蒸发，因裸地蒸发而损失的水量较少，所以水分利用效率偏高。

３

／ｍｇ

表７　石羊河流域各县区天然植被水分利用效率

地区民勤县凉州区古浪县天祝县金川区永昌县肃南县全流域

天然植被水分利用效率

有林地２７４　３６８　３９９　４６８　３４５　３６１　３９６　４２４　

灌木林地

６６６　８９６　９７１　１１３９　　８４０　８８０　９６２　９８０　

疏林地５４８　７３７　９７９　９３７　６９１７２４　７９２　９７８　

高盖度草地

７３７　９８２　１０７５　　１２６１　　

—９７４　１０６６　　１０９８　　

中盖度草地

９６７　１３０２　　１４１１　　１６５５　　１２２１　　１２７８　　１３８７　　１３９６　　

低盖度草地

８３２１１２０　１２１４　１４２４　１０５１　１１００　１２０４　１０７７　

３　结论

（）对于西北干旱区天然植被而言，进行适宜生１

态需水量估算研究具有现实意义。本文在前人研究的基础上，基于阿维里扬诺夫公式重点对石羊河流域天然植被的适宜生态需水量进行了估算研究，得出０及２０１０年流域天然植被适宜生态需水量１９８７，２００

９９９　３

，，分别为２．ｍ。各县２．３４×１２．０６×１０００４３×１

川区。对３期天然植被适宜生态需水量进行对比发现，无论是全流域还是各县区的生态需水量都呈减少趋势，尤其在２０年天然植被生态需水量减０００—２０１少趋势明显，这与城市化加剧对西北生态脆弱区天然植被的破坏不无关系。

（）在适宜生态需水情境下，天祝和肃南两县的２

天然植被生态需水量占到全流域总生态需水量的而金川区的天然植被生态需水量仅占到全５７％左右，

流域需水量的０．这主要与各县区天然植被的面９％，积相差很大有关。石羊河流域林地、草地的生态需水

区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为肃南县＞天祝县＞永昌县＞民勤县＞古浪县＞凉州区＞金

第１期石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算　　　　　　陈乐等：

３３３

／量基本各占总需水量的１但各县区的林地、草地２，生态需水量百分比差异明显，这种差异的存在与各县区天然植被类型组成成分不同有关。由于石羊河流域各县区天然植被盖度的严重退化使得单位面积需水量呈减少趋势，其中，民勤与肃南县的天然植被单位面积需水量明显较高，而古浪县、金川区的林地、草地单位面积需水量则明显偏低，这可能与各县区的天然植被类型组成成分及常规气象蒸发皿蒸发值ＥΦ２０不同有关。

（）计算得到石羊河流域天然植被在适宜生３

态需水量情境下的水分利用率介于２．７４～

２

·ｍｍ），／（与黄土高原植被的水分利用５５ｋｈｍ１６．ｇ

２

·ｍｍ）／（相比存在１．效率１．６０５ｋｈｍ０５～１０．５倍ｇ

主要原因可能是石羊河流域大气降水稀左右的偏高，

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少，天然植被生长所需水分主要依靠潜水蒸发，因裸地蒸发而损失的水量较少。

（）确定合理的天然植被适宜生态需水量是干４

旱区退化植被恢复的关键所在，但天然植被生长需水具有时间差异性，本文由于数据有限而未对石羊河流域天然植被年内各个月份的适宜生态需水量进行研究，这还有待于今后进一步深入研究。

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