渭北旱塬不同种植结构农田绿水的形成、转化机理及水文生态响应研究

绿水是降水下渗到土壤中而又通过土壤蒸发和植物蒸腾散发到大气中的气态流,是水文循环主要要素, 受气候、土壤、植被和土地管理等多种因素影响,是渭北旱塬粮食生产和生态植被生长的主要水源，探讨各种种植结构农田绿水的形成、转化机理及生态响应，对渭北旱塬的粮食安全和生态环境保护具有重要的理论和现实意义。本项目选取渭北旱塬典型小流域和微观区域为对象，根据典型小流域现有种植结构类型，以野外水文监测、参数测定和历史资料（水文资料、气象资料、生产力资料）收集为基础，借助遥感技术和地理信息手段，利用能提供地形特征和植被信息的数字高程模型（DEM），进行该区域绿水循环、转化规律的水文过程及其生态水文作用研究，阐明绿水的形成、转化机理及其生态水文响应，为渭北旱塬绿水资源的可持续利用、生态环境的健康发展和当地粮食安全提供新思路和科学依据。

绿水是降水下渗到土壤中而又通过土壤蒸发和植物蒸腾散发到大气中的气态流，是水文循环主要要素之一， 具有其它水资源共有的循环再生性和可调控特性。渭北旱塬植物生长主要的用水就是绿水，探讨绿水资源的形成机理、转化规律及其生态水文响应机理，如何让有限的绿水资源既能保证当地经济发展的需要，又能满足生态环境的需求，使渭北旱塬的种植业结构朝着合理、持续、健康的方向发展,这就是本项目的立项背景和研究意义。项目选取渭北旱塬典型小流域和微观区域为对象，根据典型小流域现有种植结构类型，以野外水文监测、参数测定和历史资料（水文资料、气象资料、生产力资料）收集为基础，借助遥感技术和地理信息手段，利用能提供地形特征和植被信息的数字高程模型（DEM），进行该区域绿水循环、转化规律的水文过程及其生态水文作用研究，阐明绿水的形成、转化机理及其生态水文响应，为渭北旱塬绿水资源的可持续利用、生态环境的健康发展和当地粮食安全提供新思路和科学依据。主要研究内容包括不同种植结构下植被截留、入渗、土壤蒸发、植物蒸散发量的变化规律；不同影响因子下的入渗量及绿水量变化过程及其转化规律以及不同种植结构下的实际蒸散量的计算，进而构建绿水循环过程模型。不同植被类型蒸腾耗水量随季节呈单峰型式变化，8月份达到峰值，10月份蒸腾耗水量最小。林地7、8月份蒸腾耗水量较为接近，苜蓿6月份蒸腾耗水量略大于8月份，8月份土壤蒸发作用较6月份明显，绿水流的消耗量主要在于土壤蒸发。20世纪60年代到90年代南小河沟流域绿水总量呈下降趋势，90年代绿水总量占平均降水量88.78%，2003-2012年绿水总量占降水量99.06%。土地利用变化影响绿水总量，林地、草地面积的增加使南小河沟流域绿水比例上升。BP神经网络不仅可以模拟流域不同植被覆盖条件下的入渗过程，而且能作为绿水预测模型对绿水资源进行预测，根据预测检验结果来看，其相对误差绝对值平均值为6.81%。BP神经网络模型具有短期绿水资源预报的能力。Hydrus-1D模型能够较好模拟流域内侧柏和刺槐林的绿水水分运动过程，其绿水储存的模拟计算结果与实测值接近。该模型可以推广到流域内其他植被覆盖条件下绿水水文过程分析以及水资源量的计算中。