强人类活动影响下农牧交错区蒸散发响应特性实验研究

The project will investigate the response characteristics of evapotranspiration to violent human activities in the farming-pastoral transitional zone.The MuUs Sandy land in Xiaojihan village of Yuyang district in Yulin will be selected as a representative ecosystem as the study area, and the Yulin eco-hydrological observation station of Tsinghua University will be used as an experiment base. New observation items of soil moisture, soil evaporation, and plant transpiration, etc will be enhanced. Based on the field observation results, we will get a series of scientific data, such as meteorology, hydrology, vegetation, soil, groundwater, and so on. On this basis, applicability of evapotranspiration models with appropriate parameterization schemes for farming- pastoral transitional zone will be compared and evaluated. The mechanism of evapotranspiration and its response to violent human activities in the farming-pastoral transitional zone will be revealed.

本项目拟进行强人类活动影响下农牧交错区蒸散发响应特性的研究。选择具有典型生态系统的陕西榆林市榆阳区小纪汗乡的毛乌素沙地作为研究区域，依托已建成的清华大学榆林生态水文观测站，增加土壤水分、土壤蒸发、植物蒸腾等观测项目，从而获取和积累气象、水文、植被、土壤、地下水等一系列科研数据；在此基础上，采用综合对比和数据分析方法，归纳适用于稀疏植被蒸散发估算模型的差异，提出适用于农牧交错区的蒸散发估算方法及参数化方案，进而揭示农牧交错区的蒸散发机理及其对强人类活动影响的响应规律。

毛乌素沙地农牧交错区生态系统较为脆弱，且受人类活动的影响剧烈，对该区域蒸散发特性的深入研究，可为研究该区域生态修复措施提供理论依据。近几十年来，国内对人类活动影响下北方干旱半干旱地区的水文特征进行了大量研究，但多集中于干旱、极端干旱地区的荒漠和青藏高原等地区、农田生态系统和草地生态系统，而对稀疏灌木自然植被生态系统条件下的农牧交错带的水文特征，尤其是关于区域蒸散发特性的研究较少，且相关研究中所用到的分析数据，大多基于各种气象水文数据的收集整理，缺乏长序列实地观测数据的支撑。基于以上研究现状和存在问题，本项目针对典型的农牧交错区域，依托清华大学榆林生态水文观测站，开展生态水文实验与观测，在此基础上对比分析不同蒸散发模型的适用性，并进行参数化方案研究，以此估算农牧交错区蒸散发并分析强人类活动的影响。项目获取和积累了研究区域2011-2019期间水碳通量、气象、水文、植被、土壤、地下水等长序列观测数据，并进行了质量控制及整编，可为其他相关研究提供数据支撑。研发了低成本一体化土壤剖面墒情监测仪，引入低功耗数据自动回传技术，采用锂电池供电，可保证在野外连续稳定运行3~5年；结合物联网传输技术及云平台组成的土壤墒情自动监测系统，可实现广阔面积土壤墒情的自动采集、无线组网及远程实时监控等功能。结合Donohue模型及PML-V2植被蒸腾产品，给出了毛乌素沙地区域植被蒸腾变化率随各环境要素的变化关系；提出了利用榆林站点数据构建MLR模型并推广到毛乌素沙地的升尺度方法，估算了毛乌素沙地GPP总量变化情况；利用SiB2模型分析了人为改变下垫面覆盖类型对蒸散量（ET）的影响，结果表明，与天然下垫面的ET相比，-22.5%（裸土），17.2%（种植苜蓿）和-2.2%（种植马铃薯）。