基于多源数据的黄土高原陆地水循环结构变化分析

安善涛,焦 磊,*,梁 伟,严建武,张为彬,金 朝,纪秋磊,王凤娇,杨 盼

1 陕西师范大学地理科学与旅游学院,西安 710119 2 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌 712100

黄土高原水土流失严重、生态环境脆弱,是我国水资源短缺问题最突出的区域之一[1]。近几十年来,在气候变化和人类活动的共同作用下,黄土高原水资源短缺的问题进一步加重[2]。在气候变化方面,主要受到降水、温度等气象要素变化的影响[3]。而人类活动对水循环的影响主要体现在土地利用的变化改变了自然水循环过程、社会经济的发展增加了对地下水的开采和地表水的利用等方面[4-5]。例如,为缓解严重的水土流失问题,黄土高原地区于1999年开始实施了大规模的退耕还林(草)工程[6],区域植被覆盖率明显增加[7],植被耗水量加大[1]。同时,随着社会经济的发展和人口的增长,其对水资源的需求量不断上升,人与生态系统的“水竞争”关系进一步加剧[8],最终导致黄土高原水循环发生了剧烈变化[9]。上述问题不但威胁黄土高原地区的生态安全和社会经济的可持续发展,而且影响到黄河下游水资源的可持续性[10]。

水循环是连接大气水、地表水、地下水和生态水的纽带,其中降水、蒸散发、径流和社会经济用水等作为水循环的重要组成部分,其变化时刻影响着水资源系统和生态系统的稳定与安全[8]。水循环结构是由自然和社会系统的各水文变量组成,其中包括降水、土壤储水量变化、径流、冠层截留、土壤蒸发、植被蒸腾、灌溉、采矿、制造、牲畜、发电和生活用水等,各变量的变化将引起水循环结构的变化。目前,更多的研究关注于自然水循环的变化,而考虑社会经济用水的研究相对较少。例如,Jin等的研究结果表明,在2000—2012年间黄土高原蒸散发以3.40 mm/a的速率增长[11]；Liang等的研究发现,径流呈现0.30—1.71 mm/a的下降趋势[12]；Zuo等人探究了黄土高原小流域产水量变化的原因[13]；Zhao等人基于水量平衡公式量化了毛乌素沙地储水量变化的驱动因素[14]。Lv等人从自然水循环的角度分析了黄河流域的降水、蒸散发、径流和陆地储水量的变化趋势[15]。然而,已往的研究大多从自然水循环的角度出发,仅对单个或某几个重要的水文变量进行研究,往往忽略了社会系统对水循环的影响,并且很少从自然和社会系统的角度整体分析水循环的组成及其变化趋势,缺乏对黄土高原水循环结构变化规律的认识[14]。因此,本文针对已有研究的不足,从自然和社会系统的角度出发,考虑了自然和社会用水的情况,细化了组成水循环结构的12种水文变量(分别为降水、土壤储水量变化、径流、冠层截留、土壤蒸发、植被蒸腾、灌溉、采矿、制造业、牲畜、发电和生活用水),并对各个变量进行量化分析,以探究分析水循环结构变化的规律。

1982—2010年间黄土高原地区的人类活动强度较大,重大生态工程的广泛实施导致土地利用格局、植被覆盖度等变化剧烈[16],水循环各变量变化明显[1],目前其水循环结构的变化规律尚不清楚,对该地区水循环结构变化的研究变得尤为重要。因此,本研究利用1982—2010年的降水、蒸散发、径流、土壤储水量和社会经济用水等数据,运用Mann-Kendall趋势检验和线性回归分析方法进行研究。同时考虑到数据的可获取性(最新的社会经济用水栅格数据截止到2010年),本文细化了组成水循环结构的12个水文变量,针对1982—2010年黄土高原水循环结构发生的变化,更注重于探究这29年间各水文变量的变化趋势及水循环结构的演化规律。研究结果以期对黄土高原地区的水资源科学调控、生态平衡和社会可持续发展有参考意义。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

黄土高原位于我国西北部,总面积约62.60万km2,该区域植被覆盖度低且生态环境脆弱(图1),是中国水土流失最严重的区域之一[17]。在气候特征上,大部分地区为半干旱和半湿润的气候,多年平均降水量为144—812 mm,且大部分降水集中在夏季[18]。黄土高原也是我国重要的农业产地,农业种类为旱作农业、雨养农业和灌溉农业,主要的农作物有小麦、玉米等[19]。此外,该地区有丰富的煤、天然气等自然资源[20]。

图1 研究区示意图Fig.1 Location of study area

1.2 数据来源与处理

本研究通过获取1982—2010年黄土高原相关的水文数据以进行水循环结构的研究。数据的具体来源如下:

①降水:来源于中国气象科学数据共享网(http://data.cma.cn),并使用GIDS(Gradient plus Inverse-Distance-Squared)方法对640个降雨站点进行空间插值[21],该方法被广泛应用于气象数据的空间插值并具有良好的应用效果[22]。

②土壤储水:来源于GLDAS陆面数据同化系统中的GLDAS- 1数据集,使用NOAH模型模拟的0—2 m土壤储水数据。

③蒸散发:蒸散发数据采用Jin等的研究结果[11],其使用的模型可以较好的模拟黄土高原1982—2010年的蒸散发及其组分,具体包括植被蒸腾、土壤蒸发和冠层截留,详细的计算方法见1.4节。

④径流:来源于黄河水利委员会,使用1982—2010年贵德和花园口两个站点观测的径流量数据,将花园口站(出口站)减去贵德站(入口站)的径流量作为经过人类取用水后区域的产流量。

⑤社会经济用水数据来源于Huang等的研究[23],其使用世界粮农组织及多个国家统计的各部门取用水数据,利用全球水文模型以及时间、空间降尺度的方法重建了1971—2010年全球各部门逐月取用水的栅格数据,其分辨率为0.5度,具体包括:生活,牲畜,采矿,制造业,发电,采矿和灌溉取用水数据。

此外,归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据来源于NOAA系列气象卫星传感器的GIMMS NDVI第三代全球覆盖产品数据集；叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)数据来源于全球陆表特征数据集(GLASS),其由国家科技基础条件平台—国家地球系统科学数据中心(http://www.geodata.cn)提供；蒸散发的验证采用长武和沙坡头站的观测数据,其来源于国家生态科学数据中心；此外,还使用Zhang、程等15篇文献中的观测数据来验证模拟的蒸散发[24- 38](表1)。

表1 数据列表

1.3 分析方法

1.3.1水量平衡计算

在“自然-社会”二元水循环理论框架下,忽略水库蓄水变化的影响,根据水量平衡模型[39],利用组成水循环结构的12个水文变量(降水、土壤储水量变化、径流、冠层截留、土壤蒸发、植被蒸腾、灌溉、采矿、制造业、牲畜、发电和生活用水)建立水量平衡方程:

P=ET+Rout-Rin+ΔSW+Esociety

(1)

式中,P是降水,ET和ΔSW分别代表蒸散发及土壤储水量的变化量,Rin、Rout分别表示经人类取用水后流入、流出本区域的径流量(流入为贵德站,流出为花园口站),Esociety为社会经济用水。蒸散发的计算可由公式(2)计算获得:

ET=T+Es+Ei

(2)

式中,T为植被蒸腾,Es为土壤蒸发,Ei为冠层截留。

社会经济用水由公式(3)计算:

Esociety=ELC+DOM+LIV+MIN+MAN+IRR

(3)

式中,ELC为发电用水,DOM为生活用水,LIV为牲畜用水,MIN为采矿用水,MAN为制造业用水,IRR为灌溉用水。以上所有变量单位均为mm。

1.3.2线性回归、相关分析和Mann-Kendall趋势检验

本文利用线性回归和相关性分析方法,研究各水文变量的变化趋势及要素之间的相关关系,通过Mann-Kendall(MK)检验各变量变化趋势的显著性。MK检验中的变量可以不具有正态分布特征,因此该方法在水文变量变化趋势的检验上得到了广泛的应用[40- 41]。在检验之前,如果序列自相关性较高,则直接进行MK检验会有一定的误差[42],所以,一般应先剔除其相关性。本研究根据Zhang等使用的方法来计算自回归系数[43]。首先,计算时间序列{xi},i=1,2,…,n的一阶自回归系数。

(4)

然后剔除相关性

xi′=xi-ρ1xi-1。

将剔除自相关性后的{xi′},i=1,2,…,n序列仍记为{xi},i=1,2,…,n。

做MK检验的计算时,首先构造一秩序列sk:

(5)

(6)

假设时间序列具有随机独立特性,定义统计量:

(7)

式中,UF1=0,E(sk)、Var(sk)分为秩序列sk的均值和方差,由下式计算:

(8)

将序列x按UFk逆序排序,再按照上式计算:

(9)

通过分析序列UFk,可检测出序列x的趋势。若UFk>0,表示序列呈上升趋势；UFk<0则表示呈下降趋势。UFk为标准正态分布,在给定显著性水平α=0.05时,查表得临界值Uα/2=1.96,若|UFk|>Uα/2,表明该序列存在显著趋势。

1.3.3精度评价

本研究利用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(Relative RMSE)和偏差(Bias)等的统计指标来评价模拟的蒸散发以及水量平衡计算的结果,指标的计算方法来源于Moreira等的研究[44]。

1.4 蒸散发的计算及验证

已有研究表明,蒸散发是水文循环中除降水外最大的组成部分,陆地蒸散发约占总降水量的2/3[45],因此对蒸散发进行准确的模拟尤为重要。蒸散发的详细算法见Jin等的研究[11],该模型在黄土高原地区有很好的适用性,分别计算植被蒸腾、冠层截留和植被蒸腾,其三者之和为总的蒸散发量(见公式2),详细算法如下:

植被蒸腾(T)由公式(10)计算:

T=Ecpftfw

(10)

(11)

式中,T为植被蒸腾(mm/a)；ft为温度的限制因子；fw为水气压差的限制因子；Ecp为植物的潜在蒸散发速率(mm/a)。公式(11)中,λ为水的汽化潜热 (J/kg)；Δ为温度-饱和水汽压关系曲线斜率(hPa ℃-1)；Rnc表示冠层吸收净辐射(MJ m-2d-1)；fc表示植被覆盖度；ρ为空气密度(kg/m3),Cp表示空气比热(J kg-1·℃-1)；D表示饱和水汽压差(hPa)；ρ为空气密度(kg/m3)；ra表示空气动力阻抗(s m-1);γ表示湿度计算常数(kPa ℃-1)；η表示自然植被与参考植被最小阻抗之比。

土壤蒸发(Es)由公式(12)计算:

Es=min(Es,Eex)

(12)

Es=(fwet+fSM×(1-fwet))×Esp

(13)

(14)

Eex=S(t0.5-(t-1)0.5)

(15)

式中,Es为土壤蒸发(mm/a);Eex为土壤渗透速率(mm/a);公式(13)中,fwet为相对表面湿度；fSM为土壤水分限制因子；Esp为土壤潜在蒸发速率(mm/a)。公式(14)中:Rns为土壤吸收净辐射(MJ m-2d-1)；ras为土壤表面和参考高度之间的空气动力学阻抗；G为土壤热通量(MJ m-2d-1)。公式(15)中:S为土壤渗透量,其由土壤质地和结构决定；t为从降水后第二天开始经过的天数。

冠层截留(Ei)算法由公式(16)计算:

(16)

式中,Ei为冠层截留(mm/a)；aPT为Priestley—Taylor常数。

本研究采用长武(农田)和沙坡头(农田)站点观测数据对模拟的蒸散发进行时间序列验证(图2),R2分别为0.73、0.60,偏差分别为-12.03 mm、7.84 mm,均方根误差分别为20.41 mm、14.6 mm。利用文献观测数据对蒸散发进行验证,其R2为0.86,均方根误差和偏差分别为58.30 mm、-21.70 mm。对蒸散发的分量按比例进行验证,植被蒸腾、土壤蒸发和冠层截留的R2分别为0.77、0.76和0.69。综上所述,蒸散发的总量、分量以及年际的模拟,均有较好的模拟结果。

图2 蒸散发验证Fig.2 Evapotranspiration verification

2 结果与分析

2.1 区域水量平衡

根据水量平衡公式计算的水量与降水量的对比结果见图3。在1982—1998年间,计算水量与降水量基本一致。但在1999—2010年间,计算水量高于降水量(2003年除外),即出现水量不平衡的情况。1998年之前,降水量与计算水量之间的差值相对较小,基本在-50—50 mm之间波动。然而在1999年后,黄土高原地区计算的水量与实际降水量之间出现较大偏差并在-100—50 mm之间波动。

图3 1982—2010年水量平衡计算水量与降水量的对比Fig.3 Comparison between water balance calculation water volume and precipitation from 1982 to 2010WB:由水量平衡公式计算的水量 The amount of water calculated by the water balance formula

2.2 黄土高原的自然系统水量变化分析

2.2.1降水

降水在水循环变量中下降的趋势非常明显(图4),并在1982—2010年间以0.77 mm/a速率下降(图5)。MK趋势检验结果表明,降水的UF统计量在1982—1994年间大于0(1987年除外),呈现上升趋势。1995—2010年UF统计量小于0,降水呈现下降趋势。

图4 1982—2010年各水文变量变化趋势Fig.4 Trend in various hydrological variables from 1982 to 2010

2.2.2蒸散发

从图5可以看出,1982—1988年蒸散发的UF统计量大于0,蒸散发呈上升趋势；1989—1999年UF统计量在0附近波动,蒸散发的变化趋势随之波动。但在1999年后UF统计量大于0,尤其是在2006—2010年间UF统计量超过了临界值1.96(置信度α=0.05),蒸散发呈显著上升趋势。总体上,黄土高原的蒸散发以1.96 mm/a的速率上升(P<0.05)。此外,蒸散发与LAI、NDVI的相关性分别为0.90(P<0.01)、0.74(P<0.01)(表2),这表明黄土高原区域的蒸散发与植被有显著的正相关关系。

蒸散发分量的线性回归和MK趋势检验结果详见图6。其中,植被蒸腾不仅是所有水文变量中变化趋势最大的(图4),也是蒸散发分量中变化最明显的,其以2.14 mm/a(P<0.01)的速率增加；植被蒸腾在1982—1983年呈下降趋势,1984年后呈上升趋势。土壤蒸发在1982—1984、1988—1993年呈上升趋势,在1985—1988、1994—2010年呈下降趋势。冠层截留量要小于植被蒸腾和土壤蒸发量,其在1982—2010年均呈现上升趋势。总体而言,黄土高原的植被蒸腾、冠层截留分别以2.14 mm/a、0.23 mm/a速率上升(P<0.05),而土壤蒸发以0.40 mm/a速率下降。因此,黄土高原蒸散发的显著上升主要是由于植被蒸腾与冠层截留的增加所造成的。

表2 水文变量相关性分析

图6 1982—2010年黄土高原蒸散发分量变化及MK趋势检验结果Fig.6 Changes in evapotranspiration components in the Loess Plateau and MK trend test results from 1982 to 2010

2.2.3径流

径流是所有水文变量中下降最为明显的(图4)。在1982—2010年间,其呈现1.00 mm/a下降的趋势(P<0.05)。从图5可以看出,UF统计量在1982—1984年大于0,径流呈现增加的趋势；1985—2010年,径流的UF统计量小于0,径流呈现下降的趋势。另外,通过径流与降水、NDVI、LAI的相关性分析发现(表2),径流与降水的相关性达到了0.64(P<0.01),表明径流与降水呈正相关性,而与NDVI、LAI的相关性为-0.38(P<0.05)、-0.41(P<0.05),表明与植被呈现较弱的负相关性。

2.2.4土壤储水量

土壤储水量的MK趋势检验结果表明:1982—2010年间UF统计量在0附近波动的极其明显,但UF统计量整体上小于0,总体呈现下降趋势(图5)。总而言之,土壤储水量呈现以0.46 mm/a速率下降的趋势。

2.3 黄土高原社会系统用水的变化分析

社会经济用水量的变化详见图7,其中灌溉水量最大,总体上占社会经济用水量的69.96%。1982—2010年间UF统计量均大于0,社会经济用水呈上升趋势,且UF统计量在1985—2010年大于1.96(置信度α=0.05),表明社会经济用水在1985年后呈显著增长的趋势。整体而言,1982—2010年社会经济用水量以0.50 mm/a的速率增加(P<0.05)。

图7 1982—2010年社会经济用水变化及MK趋势检验结果Fig.7 Changes in social and economic water use and MK trend test results from 1982 to 2010

就社会经济用水各分量而言,采矿用水在1982—1986年呈下降趋势,1987—2010年呈上升趋势,且在1988后显著上升的趋势(置信 度α=0.05)。制造业用水在1982—1986年呈下降趋势,1987—2010年呈上升趋势,且在1989—2002年显著上升(置信度α=0.05)。牲畜用水在1982—1990年呈上升趋势,1991—2010年呈下降趋势,且在1993年后开始显著下降(置信度α=0.05)。发电用水在1982—1986年呈下降趋势,1987—2010年呈上升趋势,且1989—2007年显著上升(置信度α=0.05)。生活用水在1982—1990、2000—2010年呈上升趋势,1991—1999年呈下降趋势,且2003年后显著上升(置信度α=0.05)。灌溉水量占社会经济用水量的69.96%,其在1982—1997年呈上升趋势,1998—2010年呈下降趋势。

2.4 水循环结构的演变

蒸散发、径流、社会经济用水和土壤储水量变化分别除以水量平衡公式计算的总水量,得到各水文变量占水循环的比例变化结果(图8)。结果表明,1982—2010年间,蒸散发所占的平均比例最大,具体为80.95%,并以每年0.16%的速率增加。MK趋势检验分析发现,蒸散发所占水循环的比例在1982—1984年呈下降趋势,1985年后呈现上升趋势。此外,蒸散发所占的比例在1982—1997年大部分小于距平值,而在1998年后几乎均大于距平值,未来蒸散发所占的比例还可能进一步持续增加。

图8 1982—2010年水循环结构比例变化及MK趋势检验结果Fig.8 Changes in the ratio of water cycle structure and MK trend test results from 1982 to 2010

径流占水循环的平均比例较小,仅为4.00%；并且径流所占比例下降的速率最为明显,以每年0.24%的速率减少(P<0.01)(图8)。径流占水循环的比例在1982—1984年呈上升趋势,而在1985—2010年呈下降趋势。1982—1990年间,径流所占比例的距平值均大于0(1987年除外)；1991—2010年其距平值几乎均小于0(2003年除外)。以上结果表明,径流在水循环中所占的比例呈现逐渐减小的趋势。

社会经济用水占水循环的平均比例为15.27%,并以每年0.06%的速率增加(图8)。其UF统计量的变化结果表明,社会经济用水在水循环中所占的比例在1982—1984、1988—1990年呈现下降趋势,在1985—1987、1991—2010年呈现上升趋势。

土壤储水量变化年际波动非常明显。其所占的平均比例为-0.24%,并以每年0.02%的速率减少,表明土壤储水的变化量呈下降趋势(图8)。其UF统计量的变化结果表明,1982—1984年期间土壤储水量变化呈上升趋势,而在1985—2010年间整体上呈现下降趋势。

3 讨论

3.1 水循环变量变化的原因分析

降水是陆地水补给的主要来源,而本研究中降水呈现以0.77 mm/a速率下降的趋势,表明陆地水的补给量正在逐渐减少。降水是径流的主要来源,降水量的大小直接影响径流量的多少。径流作为社会系统中人类用水的主要来源,呈现以1.01 mm/a速率下降的趋势(P<0.01),这直接导致了可利用水资源量的减少。另外,植被也是影响产流的重要因素,其通过冠层截留、根系改变土体构型、增强土壤入渗来影响径流的产生[46- 47]。本研究中蒸散发呈1.97 mm/a的上升趋势(P<0.01),土壤储水量呈0.46 mm/a的下降趋势；根据相关性分析结果以及前人的研究分析,其可能是由于植被恢复造成的[1]。黄土高原地区在1999年前后大规模实施退耕还林(草)工程,不仅导致区域的蒸散发显著上升[11],而且消耗了大量的土壤水分[48],并且使得径流明显降低[12]。这也导致蒸散发在水循环中占据的比例越来越高,而径流和土壤水储量在水循环中占据的比例越来越低。

1982—2010年间,社会经济用水量呈显著上升的趋势(置信度α=0.05),并且在水循环中占据的比例越来越高。其中灌溉用水占据了大部分的社会经济用水量,如果不对农业灌溉用水合理利用,未来水资源的压力将不断上升[49]。本研究发现,灌溉用水在1998—2010年期间呈下降趋势,且Yang等的研究也发现河套灌区的灌溉水量呈下降趋势[50],下降的原因可能是采用了更高效的灌溉技术[51],使得1998年后灌溉用水降低。此外,在过去的几十年间黄土高原的人口和国内生产总值均发生了剧烈增长,人口从1988年的8653万人增加到2013年的12541.50万人[52],国内生产总值从1990年的64.10亿元剧增到2010年的27427.00亿元[53]。随着人口和经济的增长,黄土高原的社会经济用水量还会继续增加,“自然-社会”系统的“水竞争”问题将越来越严重[8]。

3.2 水量不完全平衡的原因分析

黄土高原地区的水量计算结果表明,根据水量平衡公式计算的结果未能与降水量完全平衡,其主要原因是因为本文未考虑地下水、水库蓄水的变化及其跨区域调水的影响。由于缺乏地下水的观测数据,本研究只考虑了0—2m的土壤储水量变化,并未考虑更深层土壤储水、地下水的变化以及水库蓄水变化,然而社会经济用水中有很大一部分来自于地下水以及水库蓄水(如:生活、灌溉、采矿等用水)[54],这是造成水量不平衡的重要原因。如:Xie等的研究表明,在2005—2014年间，黄土高原的地下水枯竭率在从(-6.50±0.70) mm/a上升到了-15.00mm/a,在人类活动的影响下使得地下水的消耗日益加重[55]。此外,跨区域调水也是影响水量不平衡的重要因素,如:为缓解关中水资源短缺的问题,陕西省实施的“引汉济渭”调水工程,其增加了关中地区渭河的径流量以及社会经济消耗的水量[56]。目前,利用多源数据进行水量平衡的研究仍是一个巨大的挑战,且Oliveira和Paulo等人基于多源遥感数据的研究结果也表明,未来实现水量的完全平衡研究仍是一个重要而艰难的方向[44,57]。

3.3 对后续研究的启示

本研究存在一定的不足。首先,本文采用了大量的遥感及观测数据,不同数据源对研究结果造成了一定的不确定性。此外,研究区并非是一个完整闭合的流域,使用花园口和贵德站之差只能近似计算流入流出区域的水量,其对研究结果产生了一定的影响。另外,本研究并未考虑地下水、水库蓄水以及更深层土壤储水的变化,也未考虑到异地调水以及虚拟水流动的情况,这些均是水量平衡的影响因素。但本文以新的视角细化了黄土高原水循环的结构组成,量化了各个水文变量及其结构的变化趋势,可为水资源的管理提供参考。在未来的研究中,可进一步细化流入、流出黄土高原区域的径流量,此外还应考虑地下水的变化以及异地调水、虚拟水流动等的情况。

4 结论

本文细化了组成水循环结构的12个水文变量,分别为降水、土壤储水量变化、径流、冠层截留、土壤蒸发、植被蒸腾和社会经济用水,并探讨了黄土高原水循环组成及结构的演变趋势,主要得出以下结论:

(1)在自然系统中,蒸散发的增长速率最明显,其以1.97 mm/a的速率上升(P<0.01),尤其在1999年后呈显著上升趋势,其直接原因是植被蒸腾和冠层截留的增加导致的；而降水、径流、土壤储水量均呈下降趋势。

(2)社会系统用水整体呈0.50 mm/a的上升趋势(P<0.01),其中灌溉用水占主体,并在1997年后呈下降趋势。此外,生活、发电、制造、采矿用水均呈上升趋势,而牲畜用水呈下降趋势。

(3)就水循环结构而言,蒸散发、社会经济用水占水循环的平均比例分别为80.95%、15.27%,并呈现每年以0.24%、0.04%速率的上升趋势,其在水循环中占据的比例逐渐升高。径流、土壤储水量变化占水循环的平均比例相对较小,分别为4.00%、-0.24%,其呈现每年以0.24%、0.04%(P<0.01)速率的下降趋势,其在水循环中占据的比例总体上均呈现下降的趋势。

总之,黄土高原地区蒸散发的增加以及径流与降水的减少,直接导致水循环结构发生变化。随着社会经济用水的增长,地区水资源供需关系将进一步恶化,合理利用水资源以及水资源的科学调控应为当前的首要目标。本研究能够为黄土高原水资源的科学管理与可持续利用提供一定的理论支撑。

致谢：感谢国家生态科学数据中心资源共享服务平台,提供陕西长武农田生态系统和宁夏沙坡头荒漠生态系统国家野外科学观测研究站的观测数据支持。