基于GIS的新疆地区植被生态需水量研究

【摘要】：新疆地区具有典型的大陆性干旱气候特征，光照丰富，日照时数长，温度日变化大，降水量少，蒸发量大，气候特征在时空上差异显著。干旱造成的水资源匮乏又成为该地区经济建设的主要限制因素。因此，合理地开发利用有限的水资源就显得尤为重要。人类过分强调以满足经济需水为目标，严重忽视了生态系统对水资源的需求，植被生态系统是生态系统的主要组成部分，这就使得研究干旱半干旱地区植被生态需水显得十分必要，因此本研究选取西北的典型干旱半干旱地区——新疆作为研究区域。 论文利用新疆地区42个气象站的多年气象数据，采用Penman-Monteith公式进行计算，得到该区逐日和逐月尺度下的ET0值，并将两尺度ET0值与主要气象因子（温度、风速、日照时数、相对湿度）进行回归分析。ET0值结合土壤水分限制系数及植物系数，确定了新疆地区三类主要植被生态需水定额，结合植被生育周期，得出三类植被各生育阶段内单位面积需水量。借助ArcGIS软件的空间分析功能，得到了新疆地区ET0及主要植被生态需水定额的空间分布。此外，利用ERDAS9.2软件的遥感影像处理功能，解译出乌鲁木齐、哈巴河、吉木乃、阿勒泰等地的草地、灌木和乔木三类植被的面积，结合三类植被在各地单位面积生态需水数据，得出各地植被生态需水量。最后结合各地3-11月降雨数据，计算出各地植被生态缺水状况。主要得出以下几点结论： （1）逐日和逐月尺度下的ET0多年平均值分布的整体趋势大致相同，都表现为南部明显高于北部，由北向南整体大致呈现出递增的趋势。无论是逐日还是逐月尺度，ET0与温度、风速、日照时数和相对湿度的相关性都显著，两种尺度下的回归方程都合理可靠而且有效，都可以用来作为估算ET0值的经验公式。 （2）土壤水分限制系数多年平均值的变化范围变化范围较小，其空间分整体呈现出由北向南递减的变化趋势。各地植物系数在初期差别较大，中期和末期变化较小。初期阶段植物系数的空间分布规律与ET0的空间分布规律较相似，而在中期和末期阶段，植物系数的空间分布规律与风速和相对湿度的分布较相似。 三类植被在各个阶段的单位面积植被生态需水变化趋势基本一致，在初期阶段都表现为从北到南，逐渐减小，在中期阶段和末期阶段都表现为从北到南逐渐增大，全生育期的单位面积植被生态需水变化与中、末期较相似。 （3）乌鲁木齐等地植被分布都以草地为主，乔木和灌木面积占植被总面积百分比较小。植被覆盖度最大的是哈巴河县，总覆盖率达到58.2%，覆盖度最小的是吉木乃县，总覆盖率只有27.8%。北部的哈巴河、吉木乃、阿勒泰地区，植被生态需水呈现自西向东逐渐增大的趋势。在乌鲁木齐、哈巴河、吉木乃及阿勒泰四个地区，除阿勒泰地区3-11月的有效降雨不足维持该地灌木生态需水外，草地和灌木的生长没有生态缺水现象，而四个地区的乔木生长都存在生态缺水状况。 （4）在哈巴河、吉木乃、阿勒泰地区，三类植被各自的生态需水量及植被生态需水总量的空间分布大体都呈现为自西向东逐渐增大。