Page 82 - 2023年第54卷第2期

为 Ａ 强弱变化的主导因素，具有每日 ２４小时动态变化的日际周期性特征。即每日 ６∶００左右天然植
地生
被蒸腾吸用耗水强度随着气温升高、日照辐射增强而逐渐增大，至当日 １３∶００—１５∶００左右达到当日
极大值（图 ５），同期 Ａ 受其影响而呈现逐渐增大过程。这一过程中植被耗水强度是否持续不断地增
地生
大，取决于它被干旱胁迫的饥渴程度，当饥渴得到一定程度的缓解时，则植被蒸腾吸用根系层土壤水
分的强度会适当调节，以便降低不必要的体能消耗。这从夏季每日 ７∶３０—１６∶２０期间的研究区 ２０、
４０ｃｍ深度土壤含水率呈现减小过程可见，它与图 ５天然植被蒸腾吸用耗水的日际变化规律相同。另
外，从天然植被主根系层分布的主要层位（ ３０～６０ｃｍ深度）含水率日际恢复增大时段为 １９∶４０至次日
４∶５０可见，这正是天然植被蒸腾吸用耗水最弱时段（图 ６）。
天然植被蒸腾吸用耗水，必然引起根系层土壤含水率响应变化。从土壤水动力学均衡原理可知，
当地某一层位（深度）土壤水遭遇天然植被强力吸用时，其含水率必然呈现明显减小过程，同时，引发
其下伏含水率较大的层位（例如 ４０、８０ｃｍ深度）土壤水分缓慢流向强烈干旱胁迫土壤层（例如 ２０ｃｍ
深度）；一旦这种外力影响下的负压吸力减弱，则各深度土壤含水率会依次逐渐恢复趋于初始状态，
类似开采井停止抽水之后地下水水位暂短恢复过程，求得包气带水动力场新平衡 ［１２ － １３，２０］ 。
４．３ 周期性变化特征指示意义 依据旱区地下水生态功能年际周期性变化特征，可以指导进一步优化
地下水超采治理和生态输水方案。基于气候越干旱、上游出山地表径流来水量越少，地下水生态功能
“失效” 时段出现的起始时间越早和结束时间越晚的认识，应在每逢流域水文偏枯年份，高度重视
７—８月份天然绿洲区地下水生态功能的保护和管控，更严格管控中、上游区不必要用水量，或提前
１～２个月实施人工调入生态输水，如此可以降低当年天然绿洲退化程度或灾变风险。若仍然维持每年
９月之后开始生态输水，可能会付出更高的修复和保护天然绿洲代价 ［２０］ 。在天然植被强烈蒸腾吸用耗
水时段，包气带表部各深度含水率不断减小，表明地下水生态功能已处于严重退变状态 ［２０］ ，需要进一
步加强地下水超采治理和生态功能保护措施。

５ 结语

本文以每年 ３—１０月旱区天然植被生长期的年际变化周期和地下水位埋深年际周期性变化过程为
基础，基于西北内陆流域下游区降水稀少、包气带表部土壤水分严重亏缺，以致天然植被强烈依赖潜
水通过支持毛细作用输供水分维系生存状况的客观存在，以连续多年持续监测、监测频次为每 ３０ｍｉｎ
监测一次的有关地下水生态功能的多要素数据为依据，包括自地表 １０ｃｍ至潜水面不同深度的含水
率、水势、电导率和植被根系发育密度等数据，以及年内不同季节的不同类型天然植被需耗用水分生
理指标的日内变化过程小时级监测数据，从机制上建立了旱区地下水生态功能强弱变化与天然植被需
耗用之间关系。由此，本文的研究结果具备了严谨合理性和客观存在的科学性，得出以下结论：
（ １）旱区地下水生态功能作用具有 “时效性”，它取决于天然植被生存及生长的需水要求和地下
水通过支持毛细作用向天然植被根系层输供水分能力，需要二者同时满足。地下水生态功能越强，天
然植被覆盖度越高或 ＮＤＶＩ值越大。
（ ２）旱区地下水生态功能作用的时效性主要发生在每年的天然植被生长期、且强弱呈现年际及日
际周期性变化特征，每年 ４月至 ７月上旬是地下水生态功能作用逐渐增强时段，每日 ７∶３０—１９∶００是
地下水生态功能主要作用时段。
（ ３）潜水埋深小于极限生态水位深度是旱区地下水生态功能强弱年际周期性变化的必要条件，气
象、水文和农业灌溉用水影响下潜水埋深的一年四季周期性变化是旱区地下水生态功能强弱周期性变
化的主导因素，天然植被蒸腾吸用耗水的年际和每日 ２４小时变化规律是动因，二者耦合驱动旱区地
下水生态功能强弱年际和日际变化周期性形成。
（ ４）每年潜水埋深大于极限生态水位时段，地下水生态功能处于失效状态，呈现气候越干旱，每
年地下水生态功能失效时段起始越早和结束越晚。
因此，每逢流域水文偏枯年份，应加强 ７—８月份天然绿洲区地下水生态水位的保护和管控力度，

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