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湿地水分在地下水含水层-土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键.数值模型模拟已成为水分运移研究的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于湿地水分运移研究的案例仍不多见.本文以鄱阳湖典型湿地为研究区,构建垂向一维数值模型,阐释了湖泊水位显著季节性变化条件下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系.结果表明:(1)界面水分通量季节性差异大,降雨入渗地面和根系层水分渗漏均对降雨变化响应敏感,主要集中在4—6月,分别占年总量(1450和1053 mm)的65%和73%.土面蒸发和植物蒸腾年总量为176和926 mm,土面蒸发主要受气候条件影响,植物蒸腾还与植物生长特征有关,均集中在7—8月,分别占年总量的30%和47%.深层土壤向浅层根系层的水分补给集中发生在地下水浅埋时段6—8月,占年总量(609 mm)的76%;(2)湿地植物根系层水分补排受鄱阳湖水位季节性波动影响显著.除丰水期(7—9月)主要补给为深层土壤水外,退、枯、涨水期的主要补给均为降水入渗.涨水期(4—6月)和枯水期(12—3月)的主要排泄为根系层水分渗漏,丰水期以植物蒸腾排泄为主,退水期(10—11月),土面蒸发与植物蒸腾为主要排泄,且比重相当.本文定量了鄱阳湖典型湿地不同界面水分连续交换关系,区分了土面蒸发和植物蒸腾,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统地下水含水层-土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示湖泊水情变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考. 相似文献
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鄱阳湖湿地典型中生植物水分利用来源的同位素示踪 总被引：1，自引：0，他引：1
水分是维持植物生长、决定种群分布的关键因子，研究植物水分利用来源是揭示水文过程与植被演替作用机制的基础，作为中国最大的淡水湖泊系统，鄱阳湖水文情势的显著改变已直接影响到湿地生态系统的水分补给来源.本文通过测定降水、土壤水、地下水、湖水和植物茎水中δ18O、δD同位素组成，识别鄱阳湖湿地典型中生植被——茵陈蒿（Artemisia capillaris）群落的土壤水分补给来源，并应用直接对比法和IsoSource多源混合模型估算优势种茵陈蒿的主要吸水区间及水源利用比例.结果发现：（1）与降水同位素相比，湖水和湿地土壤水同位素较为富集，地下水同位素较少发生分馏；（2）湿地地下水主要受历史长期降水和湖水共同补给，土壤水在雨季4—6月和秋季9—10月主要受降水补给，夏季7—8月深层土壤水受湖水侧向入渗和地下水的共同补给，并在蒸发作用下水分向浅层土壤传输；（3）茵陈蒿主要利用0~80 cm深度的土壤水，且能够在不同土层水源间灵活转换.当土壤含水量较高时（4—5月），主要利用0~40 cm浅层土壤水，利用率约49%~68%；当浅层土壤含水量较低时（6—8月），主要利用40~80 cm深层土壤水，利用率高达74%~95%；当植物进入生长后期（9—10月），主要利用0~15 cm表层土壤水，利用率介于41%~70%.总体发现，湖水是鄱阳湖湿地中生植物群落土壤水分的重要补给来源，优势种茵陈蒿能够响应土壤含水量的变化改变吸水深度，具有较强的干旱适应能力.研究结果可为鄱阳湖湿地植被生态系统演变和科学保护提供理论参考. 相似文献
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鄱阳湖典型洲滩湿地土壤含水量和地下水位年内变化特征 总被引：3，自引：0，他引：3
湿地植被空间分布受多个水分因子共同影响,为了探求鄱阳湖典型洲滩湿地不同植被类型下地下水、土壤水的变化特征,本文选择鄱阳湖吴城湿地保护区内一个长约1.2 km的典型洲滩湿地为实验区,建立了气象-土壤-水文联合观测系统.对观测的气象、水文要素进行分析发现:(1)洲滩湿地地下水位年内呈单峰变化,季节性差异显著,最大埋深可达10 m,出现在1月份,丰水期8月份地下水位最高时可出露地表,且地下水位与湖泊水位变化具有高度一致性;(2)由远湖区高地至近湖区低地,不同植被带中地下水平均埋深变化为藜蒿带(4.76 m)芦苇带(2.87 m)灰化薹草带(1.61 m).地下水埋深小于50 cm的持续时间分别为:藜蒿带27 d、芦苇带112 d、灰化薹草带170 d;(3)土壤平均含水量沿不同植被带梯度变化为:藜蒿带最小(15.9%),芦苇样带(40.7%)和灰化薹草样带(43.7%)较大.土壤含水量年内变幅为:藜蒿带最大(2.5%~55.2%),芦苇带和灰化薹草带相对较小,分别为22.1%~48.1%和28.4%~54.1%;(4)不同植被带土壤含水量季节变化规律不同,藜蒿带土壤含水量年内呈单峰型,仅夏季土壤含水量较高,其余季节均在10%左右,而芦苇带和灰化薹草样带春、夏、秋季均维持较高含水量(42%以上),仅冬季水分含量较低. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2017,(4)
在全球高差最大的巴丹吉林沙漠发现了沙山斜坡上的表层径流物理沉积及化学沉积、沙山洼地罕见的地表超渗径流和沙山底部泉水溪流.根据电镜观察、能谱分析、入渗实验、含水量测定和粒度分析等资料,研究了表层径流化学沉积物的矿物和化学组成、物理沉积物的粒度组成、沙山区水分平衡、大气降水对地下水与湖水的补给条件和补给机制.超渗径流与表层径流的存在表明,该区存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.各种表层径流物理沉积与化学沉积、泉水溪流、超渗径流与含量为3~6%的重力水等8项科学证据十分可靠地从深层次上证明,该区降水通过入渗达到了沙山的底部,已经对地下水构成了补给.新生方解石和石膏等径流化学沉积物和灰黑色物理沉积物以及径流沉积扇形地演化的阶段性均指示该区大气降水对地下水的补给不是偶然的降水事件造成的,具有长期补给性.细粒层的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区具有一定有效降水能够提供水分补给源、沙层的高入渗率能够将大气降水快速转化沙层水、植被稀少蒸腾量少、沙层受蒸发影响深度小降低了蒸发对水分的消耗、沙层含有运移较快的重力水是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的5个因素,这5个因素的共同作用构成了该区大气降水向地下水的补给机制,为地下水和湖泊提供了水分补给来源.本文对国内外沙漠区水循环、地下水补给条件、补给动力和补给机制的研究具有重要参考意义. 相似文献
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黄土宽梁缓坡丘陵区次降雨对土壤水分补给效率与阈值研究 总被引：2，自引：0，他引：2
降水是干旱、半干旱地区的主要水分来源,其对土壤水分的补给直接影响到植被生长和生态系统服务的维持,但由于降雨特征和植被结构影响,有限的降水资源并未得到有效利用.研究次降雨事件对不同植被类型下土壤水分的补给效率和阈值,对于指导植被恢复、提高降水资源利用效率具有重要意义.本研究以半干旱黄土丘陵区天然荒草、小麦、红豆草、沙棘和油松5种典型植被为例,通过不同水文年降雨和土壤水分动态监测,以土层20cm土壤水分动态作为衡量降雨是否得到有效补给的判断依据,研究了次降雨事件对不同植被类型土壤水分的补给效率与阈值.结果表明:(1)降雨补给的延滞时间、补给速率和补给效率与植被类型密切相关,不同植被之间存在较大差异.(2)天然荒草土层20cm处降雨补给的延滞时间为26.4h,其次为小麦27.8h、沙棘41.8h、红豆草50.0h和油松81.8h;降雨补给速率依次为:小麦0.40mm h~(-1)、天然荒草0.30mm h~(-1)、沙棘0.17mm h~(-1)、红豆草0.14mm h~(-1)、油松0.09mm h~(-1);降雨对土壤水分补给的效率依次为:天然荒草35.1%、小麦29.2%、沙棘16.8%、红豆草11.5%、油松4.2%.(3)通过线性拟合得到不同植被具有土壤水分补给作用的降雨有效补给阈值为:小麦6.8mm、天然荒草10.5mm、沙棘20.5mm、红豆草22.6mm、油松26.4mm,由此可知天然荒草地土壤水分对降雨响应较为敏感,油松林地土壤水分则难以得到降水有效补充. 相似文献
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洪泛系统具有复杂动态的水文环境,在季节性洪水脉冲影响下,地表-地下水交互转化对洪泛区水循环和生态环境保护等方面具有重要意义.本文采用野外试验、统计分析和达西定律等研究方法,开展了鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统(河流-洲滩湿地-碟形湖)地表-地下水文学特征、相互作用和交换通量研究.数据资料显示,在地形地貌影响下,研究区洲滩地下水位明显低于碟形湖水位,但总体上略高于周边河流水位,统计结果进一步表明,在控制洪泛湿地的地下水动态方面,河流水文情势变化对地下水的影响作用要强于碟形湖水文变化.就河流-地下水转化关系而言,研究区湿地系统的地下水与周边河流水体之间存在动态转化关系,地下水对河流的补给通量以及河流对地下水的补给通量分别约为0.4和0.2 m/d.就湖泊-地下水转化关系而言,碟形湖一般来说补给周边滩地的地下水系统,但两者之间的交换通量基本小于0.1 m/d.在年尺度上,研究区地表-地下水之间的累积交换通量变化约介于7.5~48.2 m/a,其中河流-地下水的累积交换通量约是碟形湖-地下水的4~7倍,且秋、冬季的累积交换通量要明显大于春、夏季.本文研究结果可为洪泛区河湖系统的水资源联合管理、水环境整治和生态环境保护等方面提供科学支撑. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(5)
干旱区内陆河下游荒漠河岸林带蒸散耗水规律及其控制机制是内陆河流域下游水资源管理的重要科学基础.本研究对塔里木河下游两种典型河岸林群落胡杨群落和柽柳群落的地下水、土壤水和地表蒸散过程进行了连续观测.结果发现河岸林带生长季的蒸散过程季节趋势受到植被物候期的控制,非生长季蒸散微弱;蒸散日过程是大气要素综合影响的结果,与参考蒸散显著线性相关;蒸散的空间格局则受到植被叶面积指数的控制,植被盖度越大,蒸散量越大;地下水是地表蒸散的水分来源,浅层土壤水参与水循环微弱;胡杨和柽柳蒸散过程特征一致,但胡杨耗水能力高于柽柳.进一步分析表明,植物蒸腾是地表蒸散的主体,土壤蒸发占地表蒸散的比例很小;地下水位是控制干旱区荒漠河岸林水循环的关键因素,它通过影响植物生长和植被盖度来影响荒漠河岸林带地表蒸散过程和蒸散量;采用地下水位,而不是土壤含水量定量表达荒漠河岸林水分胁迫过程更为合适.基于揭示的水分运动和蒸散规律,系统描绘了一个表达干旱区内陆河下游河岸林带水循环过程控制机制的概化框架,并描述了一个简单实用,能满足内陆河水资源管理需要的荒漠河岸林需水量估算模型. 相似文献
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植被类型及淹水带来的干湿交替过程是影响温室气体排放的重要因素.本文通过原状土柱模拟实验,模拟西洞庭湖水文节律变化对不同土壤—植被系统温室气体排放的影响.利用静态箱—气相色谱法研究不同植被—土壤类型(芦苇湿地、灰化苔草湿地和刚砍伐的杨树林湿地)在季节性淹水条件下的CO_2、CH_4和N_2O的排放通量变化,并探讨了在水位变化的情况下,不同植被—土壤类型对全球增温潜势的贡献.结果表明:在不同的水文条件下,芦苇湿地的CO_2排放通量均显著高于苔草和杨树林湿地;淹水过程导致3种植被类型覆盖湿地CO_2排放通量显著降低,甲烷排放通量升高,其中芦苇湿地CH_4排放通量升高显著,苔草和杨树林湿地CH_4排放通量升高不明显;水文变化及植被类型对N_2O排放通量的影响不显著;不同植被类型湿地对全球增温潜势的贡献为:芦苇杨树林苔草,分别为16191.3、3405.6和1883.1 kg/hm~2.本研究结果表明在西洞庭湖湿地恢复过程中,不再人为增大芦苇湿地面积,将杨树林湿地恢复为苔草湿地,更有利于降低湿地恢复过程中温室气体的排放. 相似文献
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基于MODIS数据的博斯腾湖流域植被变化及其与气候因子的关系 总被引：1，自引：0，他引：1
以博斯腾湖流域为研究区,基于2001-2016年时间序列的MODIS NDVI数据分析了研究区植被的时空变化趋势,并结合流域气象站点的气温、降水、日照时数和相对湿度数据分析了植被生长季累积NDVI和16天NDVI与气候因子之间的响应特征.结果表明:(1)流域植被覆盖变化呈改善趋势,生长季累积NDVI年变化率为0.014 a-1,16天NDVI变化率均为正值,植被改善趋势显著区域主要分布在高山草原湿地和农业灌溉区边缘的新增农田.(2)植被生长季累积NDVI主要受降水和相对湿度影响,植被总体生产力与水分条件关系最密切,生长季逐16天NDVI与同期气温和日照时数在植被生长初期和末期关系显著,而与降水没有显著的相关性,说明植被短期瞬时长势对热量条件更为敏感.(3)在植被生长不同阶段对气候变化具有不同的滞后效应,其中植被生长初期和末期对气温有0.5~1个月的滞后,生长盛期对降水有0.5~3个月的滞后、日照时数有1.5~2.5个月的滞后、相对湿度有0.5~2.5个月的滞后,揭示了植被不同生长阶段水热条件对其生长韵律的控制差异. 相似文献
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在地震地下流体观测研究中,基于氢氧同位素示踪技术研究地下水补给源及循环过程是常用的技术方法之一。本文给出了九江地震台2号观测井水、大气降水、周边水库水及高山泉水等样品的氢氧同位素测定结果,表明地下水δ~(18)O测值介于-7.59‰～-6.09‰,平均值-6.99‰,δD测值介于-45.22‰～-39.69‰,平均值-42.32‰,变异异数分别为0.09、0.16;大气降水δ~(18)O测值介于-13.00‰～-1.27‰,平均值-4.74‰,δD测值介于-96.13‰～-4.74‰,平均值-46.87‰,变异异数分别为0.40、0.56,与降水相比,地下水氢氧同位素变化更为稳定。大气降水氢氧同位素2017年5～10月表现为明显的降水效应,2018年11～4月表现为明显的温度效应,而地下水氢氧同位素并未表现出明显的降水效应和温度效应。氢氧同位素及过量氘揭示地下水在下渗补给前经历了明显的蒸发分馏作用,并与围岩进行~(18)O交换,δ~(18)O与δD计算得出的补给高程分别约为647、440m。九江台观测井的观测层地下水为大气降水成因的构造裂隙水,属于大气成因型且循环过程为较稳定的裂隙水补给并形成承压自流井。 相似文献
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In arid northwestern China, as many inland areas around the world with arid or semi-arid climate, inland river flow recharges groundwater; vegetation pattern depends on the water table, which characterizes the landscapes of oasis, transition zone and desert, within different distances from an inland river. The water table conditions play an important role in water and land management—a high water table causes salinization within the oasis while a low water table causes desertification around the oasis. This study applies a theoretical-empirical method to calculating critical groundwater depths including the depth of critical groundwater level causing salinization (DCGS) and the depth of critical groundwater level causing desertification (DCGD); the calculations are validated with field observations in the Luocheng Irrigation District located in the middle reach of the Heihe River, an inland river of the northwestern China. Specifically, the calculated DCGS is 1.29 m for the case study area and the range of water table depth at the locations with saline soil is 0.5-1.2 m. The calculated DCGD for three vegetation communities, Nitraria tangutorum + Glycyrrhiza uralensis Fisch community, Tamarix chinensis + Phragmites australis community, and Alhagi sparsifolia + Phragmites communis, are 8.26, 11.26, and 13.26 m, respectively, basically within an observed range of 6.0-13.0 m in the study area. The critical depths can be used to design an engineering approach to control water tables and mitigate salinization and desertification problem for ecosystem restoration in the study region. 相似文献
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基于长序列遥感影像数据、水位日观测数据以及高精度湖盆地形数据，通过提取洞庭湖1987—2016年湿地植被信息，并构建表征水位波动的多周期水情变量，采用逐步回归分析法识别影响洞庭湖湿地植被分布格局的关键水情变量并建立其与植被面积的响应关系.结果表明：1）1987—2016年，洞庭湖湿地典型植被面积在全湖尺度上呈增加趋势，尤其是林地面积，占比由1.77%上升为7.24%.湿地植被格局演变上，东洞庭湖呈现芦苇群落挤占苔草群落空间，并推动湿地植被整体向湖心扩张的趋势.2）影响东洞庭湖苔草和芦苇分布最关键的水情变量是丰水期水位.苔草对丰水期水情存在非线性阈值响应，丰水期平均水位维持在29 m左右，最适宜苔草生长；对于芦苇，丰水期偏枯的水情条件对其生长发育起到促进作用.涨水期和退水期水文过程是影响东洞庭湖湿地植被分布的次为重要的水情因子.涨水期、退水期水位偏低的水情条件对芦苇分布面积的扩张起促进作用. 相似文献
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In the present study the initial succession of the aquatic macroinvertebrate communities of a newly created shallow lake in a wetland area was monitored during 15 months. Three different types of macroinvertebrate samples (multihabitat, associated to the Phragmites australis stands and associated to the sediment) were collected monthly from May 2004 to July 2005. Additional samples were collected in the reed stand in 2007, when the reed belt had become much taller and thicker. Colonization of the lake was fast, and the colonization sequence was mainly related to the dispersal abilities of the taxa. Habitat-specific changes in the assemblage's structure and composition were registered. The communities associated to the sediment showed a decrease in overall biomass, density and species richness along time. The density of the gastropod Physella acuta and the chironomid species Dicrotendipes pallidicornis, Polypedilum nubifer and Tanytarsus horni decreased significantly, after Chara stands declined; while the chironomid Chironomus riparius became dominant. The epiphytic macroinvertebrate communities associated with the reed stands followed a seasonal pattern, with a warm-period community dominated by the chironomid species Ablabesmyia monilis and Psectrocladius sordidellus-group, and a cold-period community dominated by the chironomid species Cricotopus ornatus and D. pallidicornis. 相似文献
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水生植物修复已经成为水体富营养化修复的重要手段,但其周期性的衰亡也给水体带来不容忽视的负效应.以府河流域丘陵地带农业区小水系自然生长的芦苇(Phragmites australis)和狭叶香蒲(Typha angustifolia)为研究对象,通过模拟实验,研究其冬季和春季腐烂分解过程的差异以及对水体营养盐水平的影响.结果表明,2种挺水植物的剩余干物质量整体上都呈现先快速下降再缓慢下降的趋势,芦苇和狭叶香蒲春季的分解速率分别为0.0251和0.0169 d~(-1),分别明显高于冬季分解速率(0.0027和0.0052 d~(-1));且腐烂分解速率与植物初始氮磷含量和氮磷比都有一定相关性.2种植物在冬季和春季磷的矿化速率都明显高于氮的矿化速率.实验水体的总氮和总磷浓度在腐解过程呈现初期迅速上升、中期迅速下降、后期缓慢下降的趋势.总体来看,芦苇和狭叶香蒲的腐烂分解受季节和初始氮磷浓度的影响较大,芦苇反应较香蒲更敏感且对水质的影响具有时效性. 相似文献
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利用Landsat系列卫星的MSS、TM和ETM+遥感数据,计算了研究区的归一化植被指数(NDVI),并以此为湿地植被活动的指标,研究1973 2011年间该湿地植被变化特征及年内季节变化特征,揭示植被活动在年内和年际变化的控制因子以及湿地植被对于气候变化、人类活动和极端干旱事件的响应特征.结果表明:(1)近40年来南四湖湿地植被各个季节的变化特征不尽相同.春季NDVI呈现先降低后增加的特征,主要先后受到研究区围垦、渔业养殖等人为活动和气候变化(增温)的影响;夏季和冬季的NDVI呈现显著降低趋势,主要受到围垦、渔业养殖等人类活动的影响;秋季NDVI的变化不显著.(2)年内季节变化方面,湿地植被面积和NDVI都呈现单峰的变化特征,从春季开始增加,在夏季末(全年的第202和205 d)达到最大值,然后开始下降,到冬季降至最低.植被的年内季节变化特征主要受到月均温度的控制.(3)干旱在一定程度上不是湖泊湿地NDVI增加的限制因子.干旱导致湖泊水位下降,滨湖滩地及湖底露出,可能会促进湿地植被生长和植被面积的扩大,使得湿地NDVI增加. 相似文献
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Evapotranspiration partitioning using a simple isotope‐based model in a semiarid marsh wetland in northeastern China 
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下载免费PDF全文 Partitioning evapotranspiration (ET) into evaporation (E) and transpiration (T) in wetlands is important for understanding the hydrological processes in wetlands and the contribution of wetland ET to local and regional water cycling and for designing effective wetland management strategies. Stable water isotopes are useful in the application of ET partitioning through the evaluation of the isotopic compositions of E (δE), T (δT), and ET (δET) obtained from observation or modelling methods. However, this approach still suffers from potentially large uncertainties in terms of estimating the isotopic endmembers. In this study, we modified the traditional isotope‐based ET partitioning methods to include leaf‐level biological constraints to separately estimate the relative contributions of T from Scirpus triqueter and Phragmites australis and the relative contributions of E from the standing surface water in a semiarid marsh wetland in northeastern China. The results showed that although the δT values of S. triqueter and P. australis were rather similar, the mean δT values of the 2 species were different from the values of δE, making it possible to distinguish the relative contributions of E and T through the use of isotopes. The simulation of leaf water using a non‐steady‐state model indicated obvious deviations in leaf water enrichment (δLb) from isotopic steady states for both species, especially during early mornings and evenings when relative humidity was highest. The isotopic mass balance showed that E accounted for approximately 60% of ET, and T from S. triqueter and P. australis each contributed approximately 20% to ET; this implied that the transpiration of one reed was equivalent to that of 5.25 individuals of S. triqueter. Using the estimated ratio of T to ET and the measured leaf transpiration, the total ET was estimated to be approximately 10 mm day?1. Using the NSS‐Tr method, the estimated ET was higher than the water loss calculated from the water level gauge. This indicated that the river water and surrounding groundwater were the sources of the marsh wetland, with a supply rate of 8.3 mm day?1. 相似文献
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The impact of taro (Colocasia esculenta) cultivation on the total evaporation of a Cyperus latifolius marsh 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 Total evaporation (ET) is one of the major components of the water budget of a wetland. Very little research has been conducted on the loss of water to the atmosphere from different wetland vegetation types occurring in southern Africa. This study on the ET of taro (locally known as madumbe) and sedge within the Mbongolwane wetland was conducted to assess the potential impact of madumbe cultivation on the hydrology of the wetland. Sugarcane planted on the contributing catchment outside the wetland was the other crop examined. Two field campaigns were conducted in November 2009 and January 2010 during the growing season of the madumbe crop to quantify ET rates in the Mbongolwane wetland and from sugar cane in the surrounding catchment. ET was measured over two vegetation types in the wetland, namely: madumbe (Colocasia esculenta); sedge (Cyperus latifolius) with some reeds (Phragmites australis); and sugarcane in adjacent terrestrial areas. ET from the madumbes ranged from 1.0 to 6.0 mm day?1. The daily average ET rates in November 2009 were 3.5 and 4.9 mm for the madumbe and sedge sites, respectively, and 4.0 mm for sugarcane grown in the catchment. The daily average ET rates in January 2010 were 3.3 and 3.7 mm for the madumbes and sedge sites, respectively, and 2.4 mm for the sugarcane site. The daily ET was therefore lower at the madumbe site in November 2009 and in January 2010 compared to the sedge site. An average crop factor of 0.6 was obtained from this study during the growth stage of the madumbes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献