疏勒河流域冲积平原天然植被生态需水量研究

杨占荣

疏勒河流域冲积平原天然植被生态需水量研究

杨占荣

甘肃省疏勒河流域水资源利用中心, 甘肃 酒泉 735211

本文旨在分析和研究疏勒河流域冲积平原地带天然植被历史生态需水量，并对该区域未来天然植被生态需水量进行有效预测。使用阿维里扬诺夫经验公式对相关数据进行演算和推演。结果发现，随着甘肃省对于疏勒河流域整体的生态环境治理，未来十年该区域的冲积平原地带的生态环境也将会产生良性变化，其天然植被面积以及天然植被生态需水量也将相应增长。本研究结果能够为合理配置疏勒河流域水资源、实现区域环境有效治理推动其生态系统和谐发展、做出重要贡献。

疏勒河; 冲积平原; 植物需水量

水资源是维持生态环境系统良性循环的重要因子，也是为植被提供生长能量的能量中枢。Gleick PH是首位提出了生态需水量概念的学者。生态需水量即能够满足生态系统正常运转所需要的水资源含量[1]。植被指某一地区所覆盖的植物群落，其生长与当地的生态环境系统具有密切的联系。而植被生态需水量是指保证生态系统内植被正常发育并发挥其生态功能的水消耗量[2]。植被生态需水研究对于保护植物群落、维护生态环境系统物质循环、以及区域水资源的合理配置具有重要的作用。当前，国内外学者针对植被生态需水问题开展了大量的研究。植被耗水分为三种，分别为同化耗水、蒸腾耗水以及土壤蒸发耗水[3,4]。同化耗水和蒸腾耗水是植物在新陈代谢过程中必须消耗的水量。由于同化耗水在植被耗水量中占比较极小，因此，在较为干旱的地区植物的生态需水量大多为蒸腾耗水和土壤蒸发耗水，可视为该地区的植被生态需水量[5]。在植被耗水量的计算方面，仪器观测法是较为常用的计算方法之一。但是该方法对于观测地点要求较高，所以针对流域范围内植被耗水量更倾向于使用蒸散发模型[6]。尽管当前对于植被生态需水问题研究相对成熟，但是仍缺乏对于干旱区内陆河流域以及流域内部的指定区域如绿洲等植被生态需水量的研究。疏勒河流域属于干旱区内陆河流域，在其中部的冲积平原地带地势平坦开阔，存在特殊地理生态环境即绿洲。通过分析和研究疏勒河流域冲积平原地带天然植被历史生态需水量，能够有效预测该区域未来天然植被生态需水量，从而为合理配置疏勒河流域水资源、推动其生态系统的和谐发展做出重要贡献。

1 研究方法

1.1 研究区域

疏勒河流域位于我国甘肃省河西走廊西部，是西北干旱区典型的内陆河流域，属于大陆性荒漠型气候。整体流域面积4.13×104km2。年均降水量为47mm至63mm，年均蒸发量为2897mm至3042mm。冲积平原地带位于疏勒河流域中游，昼夜温差大，地势平坦开阔，呈带状分布大片绿洲。在行政区域上分属敦煌、瓜州和玉门三个地区。受人类活动影响，疏勒河流域冲积平原地带的生态环境逐渐恶化，盐碱地和沙漠面积日趋增加。同时，出于人类经济生产需要，对于水需求量不断增加，导致冲积平原地带植被缺乏水资源，导致其天然植被出现萎缩和退化等问题。受地形、土壤、地下水等因素的影响，冲积平原地带天然植被优势物种有胡杨（）、沙枣（）、柽柳(）、骆驼刺（）、白刺（）、罗布麻（）、芦苇（）和花花柴（Bunge）等。

1.2 计算公式

疏勒河流域冲积平原地带天然植被生态需水量计算将选择阿维里扬诺夫经验公式。依据孙栋元等[7]对于干旱内陆河流域平原区生态环境需水的计算方法，在时间上将按月份提取相关数据。在空间上，将选取该区域的植被优势物种。其计算公式如下：

公式1中，W是区域内天然植被年度生态需水量；A为区域内种生态区的总面积；ET是维持该区域植被正常生长所需要的水含量，即种生态区月的潜水蒸发量，需要依据阿维里扬诺夫经验公式计算得到（见公式2）。公式2中，为该区域地下水深度，max为该区域地下水极限埋深。E20为种生态区月的常规自然气象蒸发值。和均为经验系数。公式1和公式2中，1,2,…,；1,2…,12。

1.3 数据来源和参数计算

依据地形和气候等因素变化，不同区域阿维里扬诺夫经验公式的计算参数各有不同。本研究将选取刘普幸等[8]在疏勒河中下游绿洲实验所得参数，对于地下水极限埋深max和经验系数、取值。参数取值0.62，参数取值2.80。疏勒河流域冲积平原地带蒸发数据E20，将分别从甘肃省水文局、甘肃省气象局对敦煌、瓜州以及玉门三个区域的数据进行计算，可得月平均蒸发量（见图1）。由此，可计算出依据各地区的敦煌、瓜州以及玉门三个区域的潜水蒸发量（见图2）。由于身处干旱区降水稀少，疏勒河流域冲积平原地带天然植被主要水源是地下水，其水分来源与地下水埋深等因素息息相关。表1中详细地列出了疏勒河流域冲积平原地带主要植物、根系深度与地下水深度的生长关系。可见，不同植物种类由于其植物根系深度不同，满足其正常生长条件的地下水深度也各有不同。依据不同植被的地下水深度范围，可以计算出地下水的平均极限埋深。在较为干旱的地区植物的蒸腾耗水需要通过多年的研究计算可得。本次将选择魏乐民等[9]和李曼等[10]的研究系数作为依据，得出潜水埋深对于疏勒河流域冲积平原地带植物蒸腾耗水系数。依据《中国植物志》对我国植被类型的划分，以及疏勒河流域冲积平原地带植被分布情况，按照公式2可计算该区域维持该区域植被正常生长所需要的水含量，即潜水蒸发量。根据2021年植被类型划分情况，并依据实际调查资料确定每种植被类型的地下水埋深范围和平均埋深，并按公式（2）计算得到疏勒河中游绿洲区不用植被单位面积蒸发量（表3）。

图 1 疏勒河流域冲积平原地带多年月均蒸发量

图 2 疏勒河流域冲积平原地带地下水潜水埋深蒸发量

表1 疏勒河流域冲积平原地带主要植物、根系深度与地下水深度的生长关系

Table 1 Growth relationship between main plants, root depth and groundwater depth in the alluvial plains of Shule River Basin

表2 疏勒河流域冲积平原地带潜水埋深与植物蒸腾影响系数

Table 2 Influence coefficient of phreatic burial depth and vegetationevaporation in the alluvial plain area of Shule River Basin

表3 疏勒河流域冲积平原地带不同植被类型的单位潜水蒸发量

Table 3 Buried water evaporation amountper unit of different vegetation types in the alluvial plain of Shule River Basin

2 结果与分析

2.1 目标区域天然植被面积

通过美国国家航空航天局网站（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov）采集了2021年疏勒河流域冲积平原地带Landsat TM/ETM/OLI遥感数据。在人工解译的基础上，使用ARCGIS 10.5软件对该区域的天然植被分布情况进行分析和数据采集，具体植被类型和植被面积见表4。可知，疏勒河流域冲积平原地带的有林地代表植物为胡杨和沙枣。灌木林地代表植物为柽柳、骆驼刺和白刺。敦煌地区以疏林地和低覆盖度草地为主。瓜州地区以灌木林地和低覆盖度草地为主。玉门地区以灌木林地和低覆盖度草地为主，有林地面积相对稀少。

表4 2021年疏勒河流域冲积平原地带天然植被面积

Table 4 Area of natural vegetation in the alluvial plains of Shule River Basin in 2021

2.2 目标区域天然植被生态需水量结果

基于计算公式1，可以得到2021年疏勒河流域冲积平原地带天然植被生态需水量（见表5）。

表5 2021年疏勒河流域冲积平原地带天然植被生态需水量

Table 5 Ecological water requirements of natural vegetation in the alluvial plains of Shule River Basin in 2021

由表5可见，该区域最小生态需水量为19336.13×104m3，最大生态需水量为48049.47×104m3。从整体来看，其他林地生态需水量最小，最小生态需水量为2.60×104m3，最大生态需水量为11.57×104m3。高度覆盖草地生态需水量最高，最小生态需水量为9099.12×104m3，最大生态需水量为24017.83×104m3。按行政区域划分，瓜州地区的生态需水量最高，其次为玉门地区。敦煌地区的生态需水量最小。

2.3 目标区域未来天然植被面积变化情况

当前，疏勒河流域已经积极开展环境治理和生态保护。依据2021年印发的《甘肃省“十四五”水利发展规划》对于疏勒河流域生态的治理要求，预计该区域应实现2030年天然植被面积增长10%左右的战略目标。由于玉门地区多年来积极开展林地保护和生态治理，出台了《玉门市国土空间总体规划》（2020-2035年），故预计在2030年将增加至25hm2。预计2030年疏勒河流域冲积平原地带天然植被面积见下表6。

表6 预计2030年疏勒河流域冲积平原地带天然植被面积

Table 6 Expected Area of natural vegetation in the alluvial plains of Shule River Basin in 2030

2.4 目标区域未来天然植被生态需水量变化情况

基于计算公式1以及2030年疏勒河流域冲积平原地带天然植被预计面积，可以计算出2030年该区域天然植被生态需水量变化情况（见表7）。预计2030年，整体疏勒河流域冲积平原地带最小生态需水量为21271.38×104m3，最大生态需水量为52857.27×104m3。按行政区域划分，敦煌地区最小生态需水量为2868.52×104m3，最大生态需水量为6931.13×104m3；瓜州地区最小生态需水量为10973.18×104m3，最大生态需水量为26503.25×104m3；玉门地区最小生态需水量为7429.68×104m3，最大生态需水量为19422.89×104m3。

表7 预计2030年疏勒河流域冲积平原地带天然植被生态需水量

Table 7 Expected ecological water requirements of natural vegetation in the alluvial plains of Shule River Basin in 2030

3 讨论

本文使用阿维里扬诺夫经验公式对疏勒河流域冲积平原地带天然植被生态需水量进行计算。依据孙栋元等[7]对于干旱内陆河流域平原区生态环境需水的计算方法，以月份为单位提取了变化数据。研究发现，随着甘肃省对于疏勒河流域整体的生态环境治理，未来十年该区域的冲积平原地带的生态环境也将会产生良性变化，其天然植被面积以及天然植被生态需水量也将增长。该研究结果与李曼等[10]、魏乐民等[9]，岳东霞等[11]以及叶红梅等[12]对于疏勒河流域天然植被生态需水量的研究结果和趋势变化相同。与李肖杨等[13]和张爱民等[14]针对类似干旱区内陆河流域天然植被生态需水量结果类似。本研究对于指导疏勒河流域，尤其是冲积平原地带的生态环境保护，实现《甘肃省“十四五”水利发展规划》具有重要的研究意义。同时，能够为促进贯彻落实《甘肃省水利“四抓一打通”实施方案》、以及《甘肃省疏勒河流域水资源利用中心“四抓一打通”工作方案》的具体工作提供理论依据和参考，实现生态环境、水资源配置，以及经济发展三方面可持续发展的重要目标。

4 结论

本文重点研究了我国疏勒河流域冲积平原地带天然植被历史生态需水量，并对该区域未来天然植被生态需水量进行了预估计算。依据2021年的计算结果可知，该区域最小生态需水量为19336.13×104m3，最大生态需水量为48049.47×104m3。从整体来看，其他林地生态需水量最小，高度覆盖草地生态需水量最高。按行政区域划分，瓜州地区的生态需水量最高，其次为玉门地区。敦煌地区的生态需水量最小。由于对2030年疏勒河流域冲积平原地带的生态环境变化为预估，在具体时期仍应考虑到人类活动情况、区域水循环路径、区域水文情势。为计算生态需水量而选取的区域潜水蒸发模型的参数为平均参数，与现实中不同天然植被的生态需水量会略有偏差。本研究结果能够为合理配置疏勒河流域水资源、推动其生态系统的和谐发展做出重要贡献。

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Research on Ecological Water Requirement of Natural Vegetation in Alluvial Plain of Shule River Basin

YANG Zhan-rong

735211,

The purpose of this research is to analyze the historical ecological water demand of natural vegetation in the alluvial plains of the Shule River Basin, and to effectively predict the future ecological water demand of natural vegetation in this region. The relevant data are calculated and deduced using Veriyanov empirical formula. The resultsreveals that with the overall ecological environment management of the Shule River Basin in Gansu Province and the ecological environment of the alluvial plains in this region will also undergo benign changes in the ne×t ten years.The area of natural vegetation and the ecological water demand of natural vegetation will also increase change accordingly. The results would make an important contribution to the rational allocation of water resources in the Shule River Basin, the effective governance of the regional environment, and the harmonious development of its ecosystem.

Shule River Basin; alluvialplain; vegetation water rquirement

Q945.17

A

1000-2324(2022)04-0568-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.04.011

2021-11-04

2022-01-05

杨占荣(1967-),男,本科,高级工程师,主要从事区域农业生态用水研究. E-mail:zl×877897@126.com