三温模型—基于表面温度测算蒸散和评价环境质量的方法IV. 植被蒸腾扩散系数

作为蒸散量的测算和环境评价的一种方法,通过近年来对三温模型的研究,该文详细探讨了植被蒸腾扩散 系数（hat）,并通过实验验证了它在不同环境条件下的特性和应用前景。在该模型中,hat的表示式为 hat=（Tc-Ta）/( Tp-Ta),式中Tc、Tp和Ta分别为冠层温度、没有蒸腾（蒸腾量为零）的冠层温度和气温 。理论上,植被蒸腾扩散系数的取值范围为hat≤1,hat的取值范围可以决定植被蒸腾量的大小,该系数 越小, 蒸腾量越大。为了证明hat的这些特性,在1994～1999年的5年间,用3种作物（高粱(Sorghum bicolor),番茄( Lycopersicon esculentum)和甜瓜(Cucumis melo)）进行了5次试验。实验结果表明: hat值与感热通量比率（H/Hp）的值近似相等,二者之间回归线的斜率接近为1,截距接近0,回归系数为 r2=0.70。此外,hat值不仅能较好地反映植物根系区的土壤水分状况、也能较好地反应天气状况。在缺水 条件下,hat主要受根部区域的水分状况影响。 所以,hat可作为作物水分亏缺的指标。当植被受到其它 环境胁迫（污染、高温等）时,hat可作为评价环境质量的指标。植被蒸腾扩散系数的主要优点不仅是能 很好地反映蒸腾过程和确定蒸腾量,而且容易测得,便于遥感应用。     

民勤荒漠区植物物候对气候变暖的响应

近几十年来,全球气候普遍变暖.那么,荒漠地区的气候是不是响应了全球气候的这种变化?在全球气候变化过程中,荒漠区植物物候又是如何响应这种气候变化的呢?显然,研究荒漠地区植物物候对气候变化的响应对于深入研究荒漠植物物候与气候因子的关系以及荒漠地区的植物保护都具有重要意义.运用位于中国西北典型荒漠地区的民勤沙生植物园1974～2007年42种中生、旱生植物的物候观测资料进行分析.结果表明:研究区1974年以来气温抬升幅度大于其他文献的研究报道,春季物候期提前幅度明显大于其他国家文献报道;在气温变暖的过程中,不同月份的气温变化与年平均气温的变化趋势并不完全对应,物候期发生当月的平均气温对该物候期的影响＞物候期发生上月平均气温＞年平均气温;研究区位于中国典型荒漠化地区,属于干旱荒漠气候,春季气温升高较其他地区更加明显,这就是当地春季物候期提前幅度相对较大的原因所在,也是当地以及中国西北沙区近几十年来沙尘暴天气增多和沙尘暴发生日期提前的原因.植物物候变化既是植物对气候变化的综合反应过程,又是植物适应气候变化的过程,尤其是荒漠植物.因此,物候研究将会成为今后气候学和植物生态学研究的一个重要内容.     

三温模型——基于表面温度测算蒸散和评价环境质量的方法Ⅰ．土壤蒸发

 三温模型是近年提出的测算蒸散量和评价环境质量的一种方法,因为该模型的核心是表面温度、参考表面温度、气温,所以被称为“三温模型”。该文通过理论分析结合实验的方法, 讨论了用三温模型测算土壤蒸发量的方法及其验证。通过引入没有蒸发的参考土壤的概念, 三温模型中用下式计算土壤蒸发量：LE=Rn-G-(Rnd-Gd)(Ts-Ta)/Tsd-Ta 式中,E为土壤蒸发量,L为水汽的汽化潜热,Rn和Rnd为蒸发土壤面和参考土壤面的净辐射, G和Gd为蒸发土壤和参考土壤热通量,Ts、Tsd、Ta分别为蒸发土壤的表面温度、参考土壤表面温度、气温。试验结果表明,在参考土壤和蒸发土壤中,能量通量存在明显差异,参考土壤中的土壤热通量和净辐射通量均小于蒸发土壤,而显热通量则大于蒸发土壤;在一般情况下,参考土壤的表面温度最高,蒸发土壤表面温度次之,大气温度最低,在土壤湿润时,这些差异更为显著。 经过与大型称重式蒸渗仪的实测值比较,三温模型能较好地计算土壤蒸发量,在22 d的实验期间内,绝对平均误差仅为0.17 mm•d^-1,相关系数达r²=0.88。与热电偶测温结果相比较 ,采用红外温度计测温的结果更为精确,和实测值的绝对平均误差仅为每天0.15 mm•d ^-1,相关系数达r²=0.94,表明三温模型有较好的精度。另外,三温模型在计算土壤蒸发量时, 所需要的参数种类少（净辐射、土壤热通量、温度）,不含经验系数,不需要空气动力学阻抗和表面阻抗等参数,因此简便实用,具有较好的应用前景。     

不同参考温度取值对三温模型反演植被蒸腾精度的影响

参考温度的参数化过程一直是三温模型反演蒸散发及其蒸发、蒸腾组分的关键和难点。该研究基于典型城市草坪的波文比与热红外观测数据, 对三温模型植被蒸腾子模型中涉及的输入变量进行敏感性分析和误差分析, 确定对三温模型反演植被蒸腾精度最为关键的变量, 而后量化和对比输入变量参数化方法对三温模型计算草坪蒸腾的影响, 由此确定最佳的参考温度取值。结果表明: 1)参考叶片温度选择为整个纸片温度的最大值时反演效果最好(R² = 0.91, 均方根误差(RMSE) = 0.078 mm·h^-1); 2)采用植被冠层温度的最大值为参考温度时, 直接假定了植被最高温度冠层蒸腾为0 (实际存在一定的蒸腾速率), 所以容易低估实际蒸腾量, 造成三温模型反演精度略低于取值参考叶片温度最大值的方法, 但反演效果仍然较好(R² = 0.87, RMSE = 0.080 mm·h^-1)。因此, 考虑到参考叶片设置的局限性, 如果在实际应用中无法或者没有实际测量参考叶片温度时, 使用植被最大温度为参考温度也可达到较好的反演效果。     

镉胁迫下铵态氮对红树植物秋茄(Kandelia obovata)生理生态特征的影响

城市红树林湿地面临重金属污染和营养元素过量输入的环境问题。其中,镉(Cd)污染具有较高的生态风险,而铵态氮(NH_4~+-N)是红树林湿地沉积物中氮素的主要赋存形态。本论文采用盆栽实验研究了镉(Cd)胁迫下铵态氮(NH_4~+-N)对红树植物秋茄(Kandelia obovata)生理生态特征的影响,包括生物量、叶光合参数(净光合速率P_n,气孔导度G_s,胞间CO_2浓度C_i和蒸腾速率E)、叶丙二醛(MDA)和可溶性糖含量以及根系活力。结果表明:(1)在单Cd胁迫下,秋茄生物量和蒸腾速率(E)显著降低,但根系活力在较高的单Cd胁迫下显著增加;(2) Cd胁迫下,低浓度NH_4~+-N显著增加秋茄根生物量,但对地上生物量(Cd3处理的叶和Cd1处理的茎除外)和光合作用(P_n、G_s和E)的促进作用不显著;高浓度NH_4~+-N显著抑制了生物量和光合作用(P_n、G_s和E);(3)在Cd1处理下,根系活力随NH_4~+-N胁迫的增强呈先升高后降低的趋势;在Cd2和Cd3处理下,NH_4~+-N显著降低了根系活力;(4) Cd胁迫下,低浓度NH_4~+-N对叶MDA(表征氧化损伤)和叶可溶性糖含量(表征渗透调节)的抑制不显著,高浓度NH_4~+-N显著降低了MDA和可溶性糖的含量。因此,较低浓度的NH_4~+-N能够缓解Cd对秋茄地下根的毒害,对地上部分的缓解作用有限;高浓度NH_4~+-N会与Cd产生协同的复合胁迫,加重对秋茄的毒害。     

深圳湾不同生境湿地大型底栖动物次级生产力的比较研究

以深圳湾红树林为例,于2010年1—12月每月1次对红树林和3种对照生境(芦苇鱼塘,基围鱼塘和光滩)的大型底栖动物进行了采样调查,并对其次级生产力、P/B值(次级生产力与生物量的比值)、优势种和生物多样性进行了计算与分析。结果表明,不同生境大型底栖动物群落次级生产力和P/B值差异明显,芦苇鱼塘、基围鱼塘、光滩和红树林生境的次级生产力分别为:6.81、147.50、74.70和105.78 g.m-.2a-1;P/B值分别为:1.10、1.53、1.41和3.58 a-1。红树林生境的次级生产力较高,仅次于基围鱼塘,P/B值显著高于其他3种生境,周转速率最快。结合大型底栖动物优势种和生物多样性的季节变化分析表明,红树林生境大型底栖动物生物多样性最丰富,生态系统抵抗力和恢复力最高,生态系统最稳定。由此说明城市化地区红树林生境对大型底栖动物周转速率和物种多样性有明显促进作用,可以增加生态系统营养的保持力和生态系统的稳定性,对于缓解城市化对湿地生态系统造成的威胁具有重要作用。     

塔克拉玛干沙漠耐旱,耐盐植物种的选择

塔克拉玛干沙漠耐旱、耐盐植物种的选择刘家琼,邱国玉,石庆辉,李风琴（中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠试验研究站,７３００００）ＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＤｒｏｕｇｈｔ－ＲｅｓｉｓｔａｎｔａｎｄＳａｌｔ－ＴｏｌｅｒａｎｔＰｌａｎｔＳｐｅｃｉｅｓｉｎｔｈｅ...     

内蒙古太仆寺旗退耕草地植物种类变化与水分收支

2008年和2009年(均为枯水年),在半干旱区内蒙古太仆寺旗农田-草地生态系统国家野外站开展观测实验,通过观测蒸散发(波文比系统)、土壤水分(烘干称重法)、降水量,以及植被土壤特征调查,基于水量平衡理论,对比研究了3块天然草地、3块不同退耕时间草地共6个样地的水分收支,旨在定量地评估退耕草地的水分收支,为采取科学措施促进退耕草地尽快向天然草地过渡提供依据。结果表明:1)随着退耕时间增加,植被盖度逐渐增加,但是群落中科、属、种的数量趋于减少,且优势种从一年生的中旱生草本植物逐渐转变成多年生的旱生草本植物;2)植被蒸腾是草原植被主要的耗水途径,随着退耕时间增加,退耕草地的蒸散发量呈增加趋势,其最大值在4.5–5.8 mm·d–1之间;3)退耕草地土壤含水量平均值为0.09 m3·m–3,其水分剧烈变化主要发生在距地表60 cm内,且随退耕时间增加土壤含水量减少,而天然草地土壤含水量平均值为0.06 m3·m–3,其水分剧烈变化发生在距地表20 cm内;4)随退耕时间增加,退耕草地与天然草地的土壤水分与蒸散发在数值上差距逐渐缩小;5)退耕草地水分收支基本平衡,但在极枯年份(降水量174 mm)的生长季,降水不能满足蒸散发需求,呈现水分亏损。退耕草地逐步向天然草地过渡,但是退耕草地的土壤水分在逐渐减少,呈现"生境干旱化现象"。今后应加强对草地的封育与监测,促进植物群落向水分利用效率更高、更适应半干旱环境的方向演替。     

深圳湾红树木榄根系生物量及空间分布格局

采用分层挖掘法,对深圳湾乡土种红树植物木榄不同活力和径级根系生物量及相关底泥性质的空间分布格局进行了研究。结果表明:木榄人工林平均总根系生物量为61.23 t·hm~(-2),其中活根生物量占86.42%,死根占13.58%。在活根中,粗根(直径10 mm)所占比例最高(84.57%),其次为细根(2~5 mm,5.84%)、极细根(2 mm,4.94%)和中根(5~10 mm,4.66%)。木榄总根系生物量从基部到树冠落水线处递减,生物量分别为77.54 t·hm~(-2)(基部)、22.88 t·hm~(-2)(中部)和16.15 t·hm~(-2)(边缘);基部直径10 mm的活根生物量为中部和边缘活根生物量的5倍以上;随着水平距离的增加,2 mm根系生物量占相应距离处活根生物量的比例增加。垂直分布以中下层(20~60 cm)居多,分别占相应水平距离处总根系生物量的80.89%(基部)、73.41%(中部)和71.76%(边缘);总根系生物量分布主要受水平距离的影响(P0.05)。底泥含水量、容重、p H和电导率的变化范围分别为30.66%~35.86%、1.23~1.40 g·cm-3、5.75~7.01 S·m~(-1)和0.22~0.37 S·m~(-1),其中底泥容重与不同活力根系生物量呈显著负相关(P0.05),是影响木榄根系生物量及其空间分布的主要环境因子。该研究结果为福田红树林地下碳分配、储量及周转速率等进一步研究提供了科学依据。     

白刺沙堆退化与土壤水分的关系

近几十年来,我国西北干旱区白刺沙堆退化严重,导致固定沙丘活化,流沙掩埋绿洲,造成了严重危害。如何尽可能长期保持白刺沙堆的稳定、防止白刺沙堆活化成为绿洲保护和沙漠化防治急需解决的问题。在多年野外观察的基础上,提出了"土壤水分收支不平衡所导致的土壤水分减少是白刺沙堆退化的主要原因"的研究假设。但是,由于缺少长期的野外观测试验,这个假设一直未被很好地证明。为了证明这个假设,在甘肃民勤的绿洲外围选择了雏形、发育、稳定和死亡四个退化阶段的白刺沙堆,于2008年1月至2012年6月利用中子水分仪和土壤烘干称重法对土壤水分进行了长期观测。结果表明:各样地的土壤含水量均呈现出2008年最大,2009年和2011年次之,2010年最小的趋势。年内变化是春季土壤含水量最低,夏季逐渐增加,随后逐渐减小。在不同发育阶段,雏形阶段的土壤含水量最大,且降水容易下渗。稳定和死亡阶段的白刺沙堆土壤含水量很低,降水难以下渗,只有大的降水事件发生时,水分才可以下渗。因此,稳定和死亡阶段白刺沙堆的土壤水分经常在植物的凋萎点之下,是造成白刺沙堆退化重要原因。证明了"土壤水分减少是白刺沙堆退化的原因"的研究假设。研究结果对今后的植物固沙实践活动会有积极的参考意义。