黄土高原油松冠层气孔导度和蒸腾变化特征与模拟

油松是黄土高原重要的造林树种,模拟其冠层气孔导度和蒸腾对区域水量平衡计算和人工林可持续经营具有重要意义。基于2015-2018年TDP （Thermal dissipation probes）方法所测得液流数据,分析了黄土高原地区油松冠层平均气孔导度（g_c）与冠层蒸腾（Tr）的变化特征与影响因素,并采用Penman-Monteith公式和Jarvis型气孔导度模型模拟了其g_c和Tr的变化过程,结果表明：（1）该地区油松g_c和Tr日内变化均呈现单峰型,日均蒸腾耗水量为（1.25±0.57） mm/d,生长季（4-10月）总蒸腾耗水量均值为195.47 mm。（2）g_c的日内变化受太阳辐射（Rad）驱动（偏相关系数为0.65）,当Rad高于300 W/m²时,驱动作用减弱;g_c的日内变化受水汽压亏缺（VPD）控制（偏相关系数为-0.41）,随VPD的增加而降低;g_c的日际变化受土壤水分限制（偏相关系数为0.46）,当根区相对有效含水率（REW）低于0.45时,限制作用明显。（3）结合Penman-Monteith公式与Jarvis型模型能有效模拟黄土高原油松g_c与Tr变化,小时尺度g_c与Tr模拟的纳什效率系数（NSE）分别为0.80和0.78,日尺度Tr模拟的NSE为0.76。     

祁连山区青海云杉林蒸腾耗水估算

青海云杉(Picea crassifolia)林在祁连山区水量平衡中起着重要的调节作用,合理并准确地估算其冠层蒸腾量,对于了解该区的水分循环和水分平衡具有重大意义。以位于祁连山中段大野口关滩森林站的青海云杉纯林为研究对象,结合研究区微气象梯度观测塔自动记录的常规气象资料(气温、空气相对湿度、风速等)以及太阳辐射、大气中CO₂ 浓度、土壤热通量等,应用改进的Penman-Monteith修正式对研究区青海云杉林2008年生长季的冠层蒸腾量进行估算,并采用单变量敏感性分析法对模拟结果进行分析。结果表明:青海云杉林2008年生长季(5-9月)的总蒸腾量为148.8 mm,平均日蒸腾量为0.97 mm;冠层蒸腾量主要受太阳辐射的影响,使得日蒸腾量在典型晴天高达2.19 mm,而在阴雨天仅为0.016 mm;气温对冠层蒸腾量的作用也十分重要,随气温的变化,日蒸腾量从5月开始逐渐增大,在7月中上旬达最大值,从7月下旬到生长季结束其值逐渐减小;模型输入参数对模拟蒸腾量的影响强弱顺序为:林冠层截获的净辐射＞叶面积指数＞气温＞风速＞大气相对湿度;当模型输入参数在±10%变动时,模拟结果的变化范围均在±10%以内,说明该模型的模拟结果比较稳定。在积累了大量相关基础数据的条件下,通过该改进的Penman-Monteith修正式估算森林蒸腾耗水量仍是一种获得满意结果的便捷方法。     

青海东部人工生态公益林近自然经营的林分结构调整

依据研究区5种典型人工林近自然状况,以人工生态公益林的近自然经营管理为目标,提出林分结构调整策略与方法。主要从林分结构、物种组成、年龄及枯死木几个方面考虑选取了垂直结构、水平结构、草本盖度及其多样性、天然更新、物种多样性、组成系数、直径分布、枯木比例、健康木比例10个指标,应用基于单位圆的π值法则,采取定性与定量相结合的方法,对5种林分的近自然状态做出评价并依据评价结果提出相应改造措施。青海云杉-白桦混交林（ω_PB=0.4786）属于远近自然林分,此类林分在密度合理的情况下无需过多人为抚育;青杨-白桦混交林（ω_BP=0.2664）属于近人工林,此类林分以伐除病虫害严重的青杨、调整密度和补植青海云杉为主;青海云杉-青杨混交林（ω_PP=0.2283）属于近人工林,此类林分以伐除病虫害严重的青杨、调整密度和补植白桦为主;青海云杉-落叶松混交林（ω_PL=0.1872）属于人工林,此类林分以调整密度和补植白桦为主;青海云杉纯林（ω_P=0.0190）属于人工林,此类林分以调整密度和营造杉桦混交林为主。通过近自然度评价与分析,为当地近自然经营提供了直观可靠的依据。在进行林分结构调整时,首先通过伐除干扰木来调整林分密度,其次要营造针阔混交林分,其中以青海云杉和白桦混交林为主要目标林分。     

黄土高原苹果园蒸腾导度大气驱动规律比较

植物蒸腾导度是表征土壤-植物-大气连续体（SPAC）中植物-大气间水汽传导过程、反映植物水分调控能力的一类重要变量，常见有冠层导度（G_c）、冠层气孔导度（G_s）与叶片气孔导度（g_s），明确三者在反映冠层蒸腾过程时的异同或关联性对于理解植物水分利用机制具有重要意义。本研究基于对黄土高原果园苹果树生长季内树干液流（J_s）及环境因子的连续观测，计算了G_c、G_s及脱耦联系数（Ω）等变量，并与短期连续观测的叶片气孔导度（g_s）比较，分析了G_c、G_s和g_s在反映冠层蒸腾特征方面的异同及其关系。结果表明，日变化过程中G_s、g_s呈"单峰"型曲线，而G_c则呈"先增后减，午后抬升"的"双峰"型曲线。g_s与G_s存在较紧密的线性关系（R²=0.80），但与G_c的线性关系较弱（R²=0.02）。G_c、G_s均随大气水汽压亏缺（VPD）的变化呈现确定的规律，其中，上边界函数呈递减的对数函数关系，平均值则符合先增后减的Log-Normal函数关系（R²>0.95），拐点对应的VPD值分别为1.33和1.16 kPa。在一日内，G_s对VPD变化的响应过程与g_s对VPDL （基于叶片温度计算的水汽压亏缺）变化的响应过程总体一致，其一致性高于G_c对VPD变化的响应。整个生长季（4-10月）中果树的Ω平均值为0.12，随着Ω递减，G_c与G_s的线性相关性愈趋紧密，其斜率呈递增趋势，G_c越来越趋近于G_s。研究结果表明，在北方地区，基于树干液流的监测能较准确的推导整株并估算林分的冠层蒸腾导度。与实测g_s的变化过程比较，G_s比G_c具有更高的一致性，G_s可以作为描述苹果树水分利用过程响应大气驱动的更为恰当的变量。     

宁夏罗山自然保护区3种典型林分凋落物和土壤层水源涵养能力综合评估

森林凋落物层和土壤层是森林生态水文效应中的主要贡献层，对森林生态系统水土保持功能和水源涵养能力有重要影响。对比宁夏罗山自然保护区3种典型林分类型凋落物和土壤层水文效应的变化规律和水源涵养能力大小，为该地区的森林生态水文、水土保持和森林管理提供科学依据。以该自然保护区青海云杉纯林、油松纯林和青海云杉油松混交林为研究对象，运用称量、室内浸泡、环刀法和回归分析法对凋落物和土壤层的水文效应进行测定和拟合，并使用熵权法对二者的水源涵养能力进行评估。结果表明：（1）青海云杉油松混交林凋落物的总厚度和总储量显著高于青海云杉纯林和油松纯林（P<0.05），3种林分类型的半分解层的厚度和储量高于未分解层。（2）凋落物层最大持水量范围为63.29-95.08t/hm²，最大持水率范围为335.97%-353.85%，有效拦蓄量范围为34.09-63.92t/hm²，三者均为青海云杉油松混交林>云杉纯林>油松纯林。（3）3种林分类型的凋落物持水量（Q）与浸泡时间（t）呈对数函数关系，吸水速率（V）与浸泡时间（t）呈幂函数关系。（4）从3种林分类型的土壤物理性质和持水特性得出，3种林分类型的土壤层水文效应的等级排序为云杉油松混交林>油松纯林>青海云杉纯林。（5）凋落物层和土壤层的水源涵养能力大小为青海云杉油松混交林（0.43）>油松林（0.3）>青海云杉林（0.27）。综合来看，青海云杉油松混交林的凋落物层和土壤层的水源涵养能力最优，其次是纯林，说明混交林在水土保持和水源涵养方面比纯林更具优势。     

内陆干旱区典型旱生植物蒸腾耗水量模拟研究

内陆干旱区植物耗水量是生态恢复和水资源管理的重要依据。参照甘肃省民勤县青土湖附近气象条件、干旱区典型植物生理特征以及土壤水力特征参数,采用Tardieu-Davies模型（气孔导度模型）,计算在适宜和极限生态地下水埋深下7种典型植物生长季蒸腾耗水量,并与国内外研究成果对比,得出以下结论：适宜、极限生态地下水埋深下,7种植物生长季内平均蒸腾量分别为793、602 mm。不同植物蒸腾量差异大,适宜生态地下水位埋深下水生植物芦苇（Phragmites australis）、河岸带植被柽柳（Tamarix chinensis）蒸腾量最大,分别为1292、1147 mm;耐旱性强的荒漠植被梭梭（Haloxylon ammodendron）蒸腾量最小,为279 mm;其它植被盐节木（Halocnemum strobilaceum）（940 mm）、罗布麻（Poacynum hendersonii）（913 mm）、白刺（Nitraria tangutorum）（534 mm）、胡杨（Populus euphratica）（448 mm）蒸腾量依次减小。由适宜生态地下水埋深降低至极限生态地下水埋深时,植物蒸腾量平均减少24%。耐旱性强的梭梭、白刺减幅大,分别为53、35%;耐旱性弱的芦苇、柽柳减幅小,分别为19、13%。     

高山嵩草气孔导度对环境因子的响应模拟

以青藏高原地区高寒草甸常见建群种高山嵩草（Kobresia pygmaea）为研究对象，利用光合测定仪于2018年7-9月测定高山嵩草气体交换参数与环境因子的日变化值，利用土壤水分测量仪及环刀法、透膜法测得0-10 cm土壤水分数据作为模型变量。首先，采用3种气孔导度模型对高山嵩草气孔导度进行拟合和检验，其次，用Jarvis模型、Leuning模型和Gao模型对高山嵩草气孔导度在不同月份（7，8，9月）日变化的模拟结果进行分析，最后，总结并讨论了气孔导度对3个主要环境因子（光合有效辐射（Photosynthetically active radiation，PAR）、气温（T_air）、饱和水汽压差（Vapor pressure deficit，VPD））的响应特征。主要研究结果：（1）3个气孔导度模型都可以较好地模拟高山嵩草的气孔导度变化，Leuning模型表现最好（R²=0.726），Jarvis模型次之（R²=0.659），Gao模型准确度最低（R²=0.624）。（2）高山嵩草叶片气孔导度对3个环境因子的响应敏感度为PAR > VPD > T_air。在5-35℃气温范围内气孔导度呈现"钟形"响应，在T_air为24.83℃时达到最高值；气孔导度随着光合有效辐射强度PAR的增加（300-2100 μmol m^-2 s^-1）而增加，在高PAR时G_s增速变慢，随后出现下降趋势；气孔导度随着VPD增加（0.12-3.48 kPa）而降低。（3）三个模型均可以较好地模拟高山嵩草气孔导度对环境因子的响应特征，其中最敏感的环境因子均是VPD。Leuning模型对T_air和VPD最敏感，而Gao模型对PAR最敏感，对T_air不敏感。以上结果以期为气候变化背景下青藏高原地区植物叶片气孔导度的响应变化以及更大尺度的陆面模式中气孔导度模型的应用提供参考。     

利用叶片荧光参数估算油蒿灌丛群落生态系统生产力

生态系统生产力（GEP）在全球碳循环中具有重要意义,但其准确估算仍然是一个挑战。近年来,叶绿素荧光和冠层GEP的关联成为生态学的研究热点,关系尚不清楚且存在广泛争议。于2015年对宁夏盐池毛乌素沙地荒漠灌木油蒿（Artemisia ordosica）灌丛生态系统碳交换（NEE）特征进行连续观测,使用多通道荧光监测仪对通量贡献区内油蒿叶片的实时荧光（F_s）和光下荧光（F_m''）进行原位连续监测,叶面积指数（LAI）、归一化植被指数（NDVI）以及环境因子同步观测。利用光合有效辐射（PAR）、LAI和实际光化学效率（Φ_PSII）等参数构建基于叶绿素荧光的生态系统生产力（GEP_ChlF）模型,探究叶片和冠层尺度不同参数对环境因子波动的响应,比较分析GEP_ChlF和基于涡度相关法监测生态系统生产力（GEP_EC）相关性及GEP_ChlF的适用性。研究发现,Φ_PSII和NEE日变化规律一致,Φ_PSII、GEP_ChlF和GEP_EC由PAR控制,受空气温度（T_a）和饱和水汽压差（VPD）调控,土壤含水量（SWC）和Φ_PSII呈显著正相关（P<0.01）。PAR处于400-800 μmol m^-2 s^-1时,GEP_ChlF与GEP_EC线性关系最优,斜率为0.627（R²=0.67,P<0.01）;弱光下GEP_ChlF的低估可能是由于冠层实际光能拦截率高造成;强光下GEP_ChlF显著高于GEP_EC,呈非线性关系,可能是GEP_EC基于夜间温度敏感性所拟合的生态系统呼吸（R_e）无法预测光呼吸部分所导致。GEP_ChlF具有荧光参数的特性,对环境波动更加敏感,和环境因子相关性优于GEP_EC。结果表明,高辐射、极端温度、高蒸腾和干旱是限制叶片和冠层尺度下油蒿光合过程的主要胁迫因素。本研究构建的荒漠生态系统光合过程模型GEP_ChlF能够替代GEP_EC作为一个良好的冠层尺度生态参数,所提出的空间尺度上推方法可为促进区域可持续发展提供数据支撑和决策参考。     

海拔和郁闭度对祁连山青海云杉林叶凋落物分解的影响

为了探究海拔和郁闭度对青海云杉林叶凋落物分解的影响,本文选择海拔为2850 m,3050 m,3250 m和3450 m四个梯度和高、中、低三个林分郁闭度,采用分解网袋法,研究青海云杉叶凋落物分解速率及分解过程中N、P元素变化。结果表明,质量损失率随时间在波动增大。分解速率先减小后增大,不同海拔下分解速率为K₃₄₅₀ > K₃₀₅₀ > K₃₂₅₀ > K₂₈₅₀,不同郁闭度下分解速率为K_低 > K_中 > K_高,青海云杉叶枯落物分解50%和95%所需时间约为5.3 a和22.7 a。枯落物分解过程中,N、P含量和累积系数在不同海拔和郁闭度下的变化不同,与季节变化有关。研究结果为祁连山森林生态系统地球化学循环奠定基础。     

华北山区侧柏冠层气孔导度特征及其对环境因子的响应

冠层气孔导度(g_s)是衡量冠层-大气界面水汽通量的重要生物学常数,研究其特征及对环境因子的响应,能为开展森林冠层水汽交换过程的机理性研究提供理论依据.于2014年利用SF-L热扩散式探针测定了侧柏的树干液流密度(J_s),同步监测光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)、气温(T)等环境因子,计算侧柏的冠层气孔导度特征并分析其对各环境因子的响应.结果表明: 侧柏液流密度的日变化总体呈双峰曲线,生长季高于非生长季,且胸径越大液流密度越大;冠层气孔导度日变化与单位叶面积冠层蒸腾(E_L)趋势相近,均呈双峰曲线,生长季的冠层气孔导度和蒸腾较非生长季略高.侧柏冠层气孔导度与空气温度呈抛物线关系,在10 ℃左右冠层气孔导度达到峰谷;光合有效辐射以400 μmol·m^-2·s^-1为界,小于该阈值两者呈正相关关系,大于该阈值则冠层气孔导度受其影响较小;与饱和水汽压差呈负对数函数关系,随饱和水汽压差增大而逐渐降低.较高的空气温度和光合有效辐射、较低的饱和水汽压差有利于侧柏形成较大的冠层气孔导度,进而促进冠层蒸腾.     

黄土高原半干旱区柠条(Caragana korshinskii)树干液流动态及其影响因子

应用热脉冲技术在黄土高原神木县六道沟小流域于2006年6月13至25日测定了两种不同密度柠条(Caragana korshinskii)群落的树干液流动态.同时测量了土壤水分、太阳辐射、大气温度、相对湿度、风速、水汽压亏缺和作物参考蒸散等环境因子,并根据植物蒸腾的P-M公式,反推计算冠层导度.结果表明,除风速外,柠条树木液流与太阳辐射、大气温度、相对湿度、水汽压亏缺、作物参考蒸散均显著相关,且可用太阳辐射的线性表达式来估测.不同密度群落的日蒸腾量随叶面积指数增大而增加,叶面积指数为2.3的群落平均日蒸腾为3.83mm d-1m-2,而叶面积指数为1.1的林分平均日蒸腾1.64mm d-1m-2.冠层导度与气象因子关系复杂,当土壤水分不存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子显著相关,与水汽亏缺和相对湿度因子无相关性;当土壤水分存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子无相关关系,而与水汽亏缺和相对湿度因子显著相关.     

Assessment of transpiration estimates for Picea abies trees during a growing season

Summary The tree-trunk heat balance method with internal heating and sensing of temperature was used to estimate sap-flow rate of spruce trees in a stand in southern Sweden. Sap-flow rate values were scaled up to stand transpiration and utilised for calculation of canopy conductance. The calculated values provided the basis for a function relating canopy conductance to vapour pressure deficit, which was implemented in the Penman-Monteith equation. The stand was mostly growing in non-limiting soil water conditions (irrigation regime applied during dry periods). The whole-season transpiration was assessed by two different approaches and then compared: the sap-flow rate measurements were scaled to stand transpiration and the adapted Penman-Monteith estimate. They gave similar results: the transpiration totals differed by 3% and the coefficient of determination of the linear regression was r² = 0.89. Similarly good was the assessment for a set of rainy days. The Penman-Monteith estimate adapted in this way proved to be reasonably precise and reliable in this forest stand and usable even in wet conditions. The seasonal transpiration of the spruce stand was 392 mm according to the adapted Penman-Monteith equation. Mean daily transpiration was 1.8 mm and daily maximum transpiration was 4.8–4.9 mm as estimated by sap-flow rate measurements.     

基于树干液流及涡动相关技术的葡萄冠层蒸腾及蒸散发特征研究

针对西北干旱区绿洲经济作物葡萄树冠层蒸腾及蒸散发特征的相关问题,在甘肃省敦煌市南湖绿洲开展无核白葡萄树液流速率及蒸散发观测试验,采用基于热平衡原理的包裹式茎流计,详细分析了典型生长季7—9月份葡萄树蒸腾耗水规律,使用"单位叶面积上的平均液流速率SF×叶面积指数LAI"的方法,实现了从单株到林分冠层蒸腾的尺度扩展,并通过与涡动相关技术所测蒸散发数据对比,详细研究了葡萄地冠层蒸腾及蒸散发规律。结果表明:典型生长季中葡萄树液流速率日变化为单峰型曲线,日均耗水量从2.76 kg到10 kg不等,胸径越大的葡萄树日均耗水量越大;冠层蒸腾及蒸散发日变化曲线亦为单峰型,白天8:00—12:00与17:00—20:00期间,葡萄冠层蒸腾与蒸散发曲线均比较吻合,该时间段葡萄地蒸散发绝大部分来源于葡萄冠层蒸腾,而12:00—17:00之间由于午后太阳辐射强烈土壤蒸发量增加,葡萄蒸散发大于冠层蒸腾;典型生长季3个月中,葡萄冠层蒸腾量的变化范围在1.88—8.12 mm/d之间,日均冠层蒸腾量为6.12 mm/d,蒸散发在1.74 mm/d至10.78 mm/d之间,日均蒸散发量为7.13 mm/d;日均土壤蒸发量约为1.01 mm/d,只占总蒸散发量的14.2%,日均冠层蒸腾占日均蒸散发的比重达到85.8%,说明该生长阶段冠层蒸散发以作物蒸腾为主。     

温室大棚内作物蒸发蒸腾量计算

以彭曼-蒙特斯（Penman-Monteith）方程为基础,引进作物冠层高度,对方程中与风速有关的空气动力学项进行修正,推导出适合于温室大棚计算作物蒸腾量的简单方法.对推导公式进行理论分析,并应用气象资料给予验证计算.结果表明,修正后的Penman-Monteith计算精确度较高,与实测值较为吻合,相对偏差为4.7％～17.1％,平均相对偏差为11.1％.该公式适于在温室大棚中用于作物蒸腾量的计算.     

玉米农田蒸散过程及其对气候变化的响应模拟

应用基于生理生态学过程的EALCO模型,对玉米农田生态系统的蒸散(ET)过程进行了模拟,在模型检验基础上,使用该模型模拟了玉米农田生态系统ET过程对未来气候变化的响应。结果表明,EALCO模型中能量与水过程的动态耦合机制使模型能够较好地模拟农田蒸散过程,基于涡度相关法的观测值与模型模拟值在小时、日尺度上均吻合较好,模型可以解释67%的日蒸散的变化特征。对土壤蒸发与冠层蒸腾的分别模拟显示,生长季土壤蒸发约占ET的36%。温度的升高会引起ET与冠层蒸腾的增加,同时土壤蒸发减少;ET对降水减少的响应较为敏感,主要表现在土壤蒸发的下降。大气CO2浓度升高对冠层蒸腾影响显著,该情景下冠层蒸腾下降幅度最大。研究所假设的2100年气候情景下,该农田生态系统生长季蒸散将减少,然而相对于降水的减少而言,蒸散的减少量较小,即水分支出项相对增加,因此,发生土壤水分匮乏的可能性加大,这可能会加剧该地区的暖干化趋势,给作物产量及生态环境带来威胁。     

宁夏六盘山人工林和天然林生长季的蒸散特征

为了系统地认识森林生态系统结构对蒸散特征的影响,2009年5-10月,应用热扩散技术和传统水文学方法,对六盘山香水河小流域华北落叶松人工林和华山松天然林的蒸散及分量进行对比研究.结果表明: 华北落叶松人工林生长季总蒸散量为518.2 mm,是同期降雨量的104.6%,远高于天然林蒸散量420.5 mm.两种林分总蒸散量在其垂直层次上的分配比例相近,表现为冠层蒸腾量>草本+土壤层蒸散量>灌木蒸腾量,但林分各组成分量占总蒸散量的比例明显不同.其中,人工林冠层月均截留量和蒸腾量为19.6和25.2 mm,分别是天然林的1.2和1.9倍;人工林灌木层月均蒸腾量为 4.4 mm,占天然林的23.4%;人工林草本+土壤层月均蒸散量为37.1 mm,是天然林的1.8倍.采用Penman-Monteith方程对林分的实测蒸散量进行对比检验,两种方法对林分蒸散量的估计值基本接近.
     

南方现代化温室黄瓜冬季蒸腾测量与模拟研究

 温室作物蒸腾直接影响到温室内空气温湿度,是进行温室温度和湿度优化调控所必需的信息。通过冬季温室小气候和蒸腾速率与气孔阻力的实验观测,分析了冬季南方温室黄瓜(Cucumis sativus)蒸腾速率的变化特征及其与温室小气候要素之间的定量关系,确定了南方现代温室冬季黄瓜冠层阻力rc和边界层动力学阻力ra的特征值和作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例,并采用Penman-Monteith方法模拟计算了冬季温室内黄瓜作物蒸腾速率。结果表明,冬季温室内作物蒸腾速率的日变化趋势与净辐射的日变化基本一致,在正午达一天中的最大值。而空气饱和水汽压差（VPD）的日最大值则基本出现在午后1～2 h。在我国南方温室冬季高湿的环境下（VPD<2 kPa）,作物蒸腾速率日变化主要取决于太阳辐射日变化。冠层上方的净辐射和VPD及作物冠层蒸腾速率日最大值分别在350 W·m－2、2.0 kPa和200 W·m－2以下。冬季温室作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例为46%。冬季黄瓜作物的rc和ra特征值分别为100 s·m-1和600 s·m-1。采用实际变化的rc与ra值和rc与ra的特征值计算的作物蒸腾速率和累积蒸腾量均与实测值基本一致。作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例及rc和ra特征值的确定为研制基于作物蒸腾模型的温室环境和肥水灌溉的优化控制系统奠定了基础。但研究所确定的这些特征值在其它地区和其它类型温室是否适用,尚需进一步的实验资料来证明。     

西北黑河中游荒漠绿洲农田作物蒸腾与土壤蒸发区分及作物耗水规律

利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站绿洲农田2009年小气候、湍流交换、土壤蒸发和叶片气孔导度等综合观测试验数据,应用Shuttleworth-Wallace(S-W)双源模型以半小时为步长估算了绿洲农田玉米生长季实际蒸散量,并利用涡动相关与微型蒸渗仪实测数据对田间蒸散发量和棵间土壤蒸发量计算结果进行了检验。结果表明:S-W模型较好地估算研究区的蒸散量,并能有效区分农田作物蒸腾和土壤蒸发;全生育期玉米共耗水640 mm,其中作物蒸腾累积量为467 mm,土壤蒸发累积量为173 mm,分别占总量的72.9%和27.1%;日时间尺度上,作物蒸腾和土壤蒸发分别在0—6.3 mm/d和0—4.3 mm/d之间变化,其日平均分别为2.9和1.0 mm/d;田间供水充足,作物蒸腾与土壤蒸发比值明显受作物生长过程影响,播种—出苗期、出苗—拔节期、拔节—抽雄期、抽雄—灌浆期、灌浆—成熟期,其比值分别为0.04、0.8、7.0、5.2和1.4,不同阶段的比值差异主要受叶面积指数影响。     

华北落叶松人工林蒸散及产流对叶面积指数变化的响应

定量评价林地蒸散和产流等水文过程对冠层叶面积指数(LAI)的响应,对于深入认识森林植被的生态水文过程及其发生机制,实现半干旱区林水综合管理和区域可持续发展是非常必要的。应用集总式生态水文模型BROOK90,模拟分析了不同降水年型(丰水年、平水年、枯水年)下,位于半干旱区的宁夏六盘山叠叠沟小流域内华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林的水文过程对冠层LAI变化的响应关系。结果发现:林分总蒸散量、冠层截留量、蒸腾量与LAI都呈显著的正相关关系(R~20.99,P0.01),而土壤蒸发量、产流量则与LAI均呈显著的负相关关系(R~20.99,P0.01);在不同的降水年型下,各水文过程变量与LAI的关系都可以很好地用指数函数来表达,且都存在着一个LAI阈值。当LAI低于阈值时,各水文过程变量随LAI的变化幅度较大;但高于阈值时,各变量的变化十分缓慢并趋于稳定。在不同降水年型下,各变量LAI阈值之间存在着一定的差异。一般地,丰水年各变量的LAI阈值要大于枯水年,尤其是冠层截留和土壤蒸发。在丰水年,各水文过程变量随LAI增加而变化的速率要比在平水年、枯水年更快,说明在水分充足年份中各变量的波动更多取决于LAI变化,而在水分亏缺的年份中则可能更多地受到水分条件的限制。模拟结果表明,通过减少冠层LAI(如间伐)导致的林分的降低蒸散耗水和增加产流的作用是有限的,这是由于林分蒸散降低的幅度要比LAI降低的幅度小。例如,在平水年,当LAI从4.2变为2.0(减少幅度52.4%)时,林分年蒸散仅从357.2 mm减少至333.9 mm(减少幅度6.5%)。