本书基于国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项目“荒漠化地区大气-水文-生态过程耦合机理与生态系统健康调控研究”的系统研究成果撰写而成，以我国北方典型荒漠化地区科尔沁沙地为研究对象，采用原型观测—机理分析—模型构建—模拟预测的链条式研究思路，构建不同时空尺度下荒漠化地区蒸散发过程模拟模型，揭示地下水-土壤-植物-大气连续体系统水碳同位素特征、植被水分来源及利用效率，明晰土壤—大气界面温室气体通量与驱动机制，阐明沙丘-草甸生态系统水热碳循环及影响机理，总结梳理荒漠化地区生态水文过程观测、分析和模拟的方法与经验。本书部分插图附彩图二维码，扫码可见。
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第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 蒸散发过程 2
1.2.2 水碳同位素特征、植被水分来源及利用效率 4
1.2.3 土壤—大气界面温室气体通量 5
1.2.4 水热碳循环及影响机理 5
1.3 存在问题与发展趋势 7
参考文献 8
第2章 科尔沁沙地沙丘-草甸相间地区概况 14
2.1 自然地理特征 14
2.1.1 地理位置 14
2.1.2 地形地貌 14
2.2 气象水文条件 15
2.2.1 降水 15
2.2.2 相对湿度 15
2.2.3 蒸发 15
2.2.4 气温 15
2.2.5 风 15
2.2.6 日照时数 16
2.3 水文地质状况 16
2.4 土壤植被特征 16
2.5 主要生态环境问题 18
第3章 复杂下垫面多尺度蒸散发过程与模拟 19
3.1 灌木和乔木蒸腾耗水量规律与尺度扩展 19
3.1.1 试验方法与数据 19
3.1.2 杨树蒸腾耗水量规律 22
3.1.3 小叶锦鸡儿蒸腾耗水量规律 27
3.1.4 植株尺度蒸腾耗水量向林分尺度扩展 31
3.1.5 结论与讨论 39
3.2 复杂下垫面蒸散发模型构建与模拟 40
3.2.1 试验设计与数据获取 40
3.2.2 研究方法 44
3.2.3 蒸散发模型构建 47
3.2.4 气孔导度模型构建 49
3.2.5 模型率定与验证 50
3.2.6 敏感性分析 56
3.2.7 蒸散发、各组分化特征及其驱动机制 56
3.2.8 讨论与小结 78
参考文献 80
第4章 基于同位素的GSPAC系统碳水循环过程 83
4.1 试验设计及数据采集 83
4.1.1 同位素采样试验布设 83
4.1.2 样品采集 83
4.1.3 根系调查 85
4.1.4 土壤含水率测定 86
4.1.5 同位素测定 86
4.1.6 数据处理方法 86
4.2 不同植被水分利用的定量表达与差异性分析 87
4.2.1 水循环中不同水体同位素特征分析 87
4.2.2 不同植被的水分来源与水分利用模式 93
4.2.3 连续降水后植被用水来源与氢氧同位素特征 98
4.3 GSPAC系统稳定碳同位素特征与WUE 105
4.3.1 沙丘与草甸不同植被稳定碳同位素组成 105
4.3.2 持续干旱和连续降水后不同植被碳同位素特征 124
参考文献 148
第5章 土壤—大气界面温室气体通量及其驱动机制 149
5.1 沙丘和草甸的生态系统呼吸及土壤呼吸 149
5.1.1 材料和方法 149
5.1.2 生态系统呼吸、土壤呼吸动态变化 152
5.1.3 生态系统呼吸和土壤呼吸的影响机制 154
5.1.4 生态系统呼吸和土壤呼吸数据的关系 157
5.1.5 讨论与小结 161
5.2 土壤呼吸时空异质性机理及理论模型构建 166
5.2.1 材料与方法 167
5.2.2 梯级生态系统土壤含水率对土壤呼吸的影响 170
5.2.3 梯级生态系统地下水对土壤呼吸的影响 172
5.2.4 梯级生态系统降水对土壤呼吸的影响 173
5.2.5 梯级生态系统凝结水对土壤呼吸的影响 176
5.2.6 梯级生态系统土壤温度对土壤呼吸的影响 179
5.2.7 梯级生态系统土壤呼吸理论模型的建立 180
5.2.8 小结 182
5.3 沙丘-草甸梯级生态系统土壤温室气体通量及其影响因子 183
5.3.1 研究区概况及试验设计 183
5.3.2 土壤温室气体通量的日变化及其影响因子 185
5.3.3 土壤温室气体通量的月变化及年际变化 189
5.3.4 土壤温室气体通量对影响因子的响应 194
5.3.5 小结 197
参考文献 198
第6章 沙丘-草甸梯级生态系统水热碳循环及影响机理 207
6.1 沙丘-草甸梯级生态系统多尺度水热碳通量及其响应机制 207
6.1.1 材料与方法 207
6.1.2 沙丘生态系统水热碳通量变化规律及驱动机制 209
6.1.3 草甸生态系统水热碳通量变化规律及驱动机制 223
6.2 草甸-农田生态系统CO？和CH？通量及其控制因子 239
6.2.1 材料与方法 239
6.2.2 CO？通量和CH？通量的变化规律 240
6.2.3 CO？通量和CH？通量的影响驱动机制 243
6.2.4 讨论与小结 243
6.3 沙丘-草甸梯级生态带水热通量变化规律及驱动机制 246
6.3.1 水热通量日变化及分配特征 246
6.3.2 水热通量月变化及分配特征 248
6.3.3 水热通量季节变化 248
6.3.4 水热通量的影响驱动机制 249
6.3.5 讨论与小结 252
参考文献 254
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