文档介绍：基于SPAC系统干旱区水分循环和水分来源研究方法综述
摘要土壤-植物-大气连续体(SPAC)是研究植物水分利用与循环的核心,也是干旱区植被恢复研究的重要方向。水分循环方面,本文从土壤水分、植物蒸腾和根系DNA检测三个方面进行阐述,对土壤水分的研究主要涉及热惯量法、中子仪法和时域反射仪法,植物蒸腾则从枝叶尺度、单木尺度、林分尺度和区域尺度四个层面进行分析;不同水分来源方面,重点介绍了稳定同位素方法在研究植物不同水分来源中的应用。
关键词 SPAC系统;蒸腾耗水;热技术法;稳定同位素;模型
中图分类号 S-3
Research Methods on Water Cycle and Water Sourcesin Arid Lands
Based on SPAC System
Abstract: Soil-Plant-Atmosphere Continuum (SPAC) is the key research on plant water use and cycle, which is also the important direction of restoration in arid lands. On water cycle, the paper illustrated it from three aspects containing soil moisture, plant transpiration and root DNA detection. The study on soil moisture was mainly related to the thermal inertia method, neutron probe method and the time domain reflectometry method while plant transpiration was expressed on four scales: the foliage scale, the single wood scale, stand scale and regional scale. On different water sources, the application of stable isotope method was introduced in the study of different water sources in plants.
Key words: SPAC system; transpiration consumption; thermal technology; stable isotope; model.
水资源问题是21世纪人类面临的重大问题之一(Gong and Jin,2013)。目前针对干旱区水文学方面的研究已经取得众多进展(朱金兆等,2009;Ficklin et al.,2012)。近十年来,水分沿地下水到土壤水经植物向大气的传输过程,以及植物水分利用不同来源问题,已成为干旱区水文学研究的前沿课题(Kapanigowda et al.,2012;Price et al.,2012)。干旱区水分研究是以土壤-植物-大气连续体(Soil-Plant-Atmosphere-Continuum,简称SPAC)为基础,而相关水分来源的研究也是SPAC十分重要的组分。SPAC最早由澳大利亚水文与土壤学家Philip在1966年提出,他在总结和分析前人成果的基础上,将过去分散研究的土壤水分运动、能量输送、作物水分传输等视作一个SPAC连续体,用连续的、动态的观点去研究SPAC系统中水分、热能传输的物理学和生理学机理及其调控理论。
水分亏缺是干旱区植被恢复重建的关键因子(Patanè and Cosentino,2010)。目前,有关干旱区水分循环和水分来源的研究方法有很多,包括土壤水、地表径流、自然降雨的测定以及植被的蒸腾研究(Vaze et al.,2010; Welcker et al.,2011;Wang et al.,2012),但很少有将水分研究放入整个SPAC系统中,对其进行连续而系统的阐述与研究。本文通过对干旱地区水分循环以及不同水分来源的研究方法进行综述,从SPAC系统的角度分析各种方法的优势和局限性以及在我国北方干旱地区的应用前景,从而为我国北方干旱地区植物水分来源的研究提供理论依据和技术支持。
1 基于SPAC系统的水分循环研究方法
热惯量法与遥感监测热惯量(Thermal Inertia)是土壤重要的热特性之一,是影响地球表层温度变化的关键性因子,其数值大小往往取决于浅层土壤的物理特征(Delbo and Tanga