林地生态环境的水需求

国内外的研究一致表明，退化生态系统恢复与重建的关键在于恢复植被。因为植被是组成生态系统生物部分中最基本的成分，要维持良好的生态环境，必须保护和建设植物群落，而其正常生长和更新就必然消耗一定的水量，这正是植被生态需水的基础。目前我国对于植被生态需水的研究已有一定进展，但主要集中在水资源缺乏的干旱和半干旱地区。

林木需水量系指林木在适宜的土壤水分和肥力条件下，其正常生长发育过程中林木枝、叶面的蒸腾和其林地地面土壤蒸发的水量总和[41]，也可称为生理需水量或生态需水量[42]，即林地的蒸散量。但对于干旱、半干旱的生态脆弱地区来说，森林植被需水应是维护林地生态系统不再进一步恶化并逐步改善所需要消耗的水分。目前，林木生态需水量计算应用比较广泛的是根据林地生态系统的主要水分支出项——蒸散耗水量，同时根据不同区域林地气候条件、土壤因子的差异，并考虑林木种类的差异，来计算不同区域林地生态需水额度。张远等认为林地生态需水量包括林地蒸散量和林地土壤含水量两种形式，通过对林地土壤最小含水定额和最小蒸散定额的理论探讨，按区域生态环境保护目标要求，对林地合理面积进行规划，在GIS技术的支持下计算黄淮海地区的林地最小生态需水量[43]。陈云浩等在利用遥感资料求取地表特征参数的基础上，首先建立了两种极端条件下（裸露地表和全植被覆盖）的裸土蒸发和全植被覆盖蒸散计算模型，然后结合植被覆盖度给出非均匀陆面条件下的区域蒸散发计算方法，计算植被覆盖度和区域瞬时蒸散发，最后推算区域日蒸散发量[44]。

因此，林地生态需水量是指维持林地生态系统自身发展过程和维护生物多样性所需要消耗和占用的水资源量。林地环境需水量是指林地生态系统为保持水土、涵养水源、维持土壤水盐平衡以及保护和改善环境、发挥应有环境功能所需要的水资源量。

这里，将林地生态环境需水量划分为林地土壤含水量和林地蒸散量两部分进行计算[2]，具体计算公式如下

式中：EWQ为林地年生态环境需水量，m3；EWQj为第j月林地生态环境需水量，m3；ETQj为第j月林地蒸散量，m3；ETj为第j月林地蒸散定额，mm；SMQ为林地土壤含水量，m3；Wq为林地土壤含水定额，m3/m3；A为林地面积，m2；H为林地土壤深度，m。

显然，林地生态需水量计算的关键在于林地蒸散定额和林地土壤含水定额的确定，下面分别介绍。

1.林地蒸散定额

根据杨志峰等的研究[2]，林地蒸散定额（ET）应保持在潜在蒸散量（ETp）的60%～100%之间，即林地最小蒸散定额约为潜在蒸散量的60%，即(www.xing528.com)

其中潜在蒸散量可根据Penman公式进行计算。

下面介绍经联合国粮农组织改进的Penman公式来计算林地潜在蒸散量。该公式综合能量平衡方程和空气动力学方法，具有较好的物理学依据[45]。计算公式如下：

2.林地土壤含水定额

林地土壤含水定额（Wq）应该保持在林地土壤田间持水量（WFC）的45%～100%之间，这样才能满足林地生态系统对土壤含水量的要求[2]，因此

田间持水量是在地下水较深的情况下，土壤中保持的毛管悬着水的最大量，它主要由土壤质地决定，可采用Saxton等建立的土壤水分含量与土壤颗粒之间的经验关系式进行计算[46]，计算公式如下

式中：WFC为田间持水量，m3/m3；ψ为土壤水势，k Pa；a1～a8为常系数：a1＝-4.396，a2＝0.0715，a3＝-4.880×104，a4＝-4.285×10-5，a5＝-3.140，a6＝-2.22×10-3，a7＝-3.484×10-4，a8＝0.332；（%S）为土壤中砂粒所占百分比；（%C）为土壤中黏粒所占百分比。