地下水埋深对幼龄梭梭功能性状的影响

地下水是干旱荒漠区潜水灌丛植物的重要水分来源,为认识地下水埋深对潜水植物功能性状的影响,利用蒸渗仪群配备的全自动补水仪设置两组地下水埋深(2和3.5 m),测定幼龄梭梭生长季同化枝水力性状、气体交换特征和根系形态参数.结果表明:与地下水埋深2 m相比,地下水埋深3.5 m处理幼龄梭梭黎明前同化枝水势、饱和膨压渗透势和根...     

生态模型在农田蒸散及土壤水分模拟中的适用性评价

为评价生态模型在农田蒸散及土壤水分运动模拟中的适用性,利用2013—2015年南京农业气象测站观测数据,评估了BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模拟冬小麦农田生态系统逐日蒸散及与土壤水分动态的可靠性,并进一步开展了植被冠层蒸腾和农田土壤蒸发分离。模拟结果表明:BEPS适用于研究冬小麦农田蒸散量及土壤水分运动规律;由于考虑了叶片聚集指数和冬小麦根系垂直分布递减系数随生育期变动的参数化改进,BEPS分别可以解释2013—2014年和2014—2015年两个生长季农田生态系统蒸渗仪实测蒸散量变化的83%和74%,参数化改进前后模型效率ME相当(前:0.8,后0.74),标准差RMSE(前:1.50,后1.05),平均偏差MBE(前:0.5,后0.35),误差减小;两个生长季中,土壤蒸发占冠层上方总蒸散的比例随生育进程而变化,全生育期发散比平均值分别为34%和29%;BEPS模拟的0~40 cm土层深度土壤水分随时间变化趋势与实测值基本一致,可以解释78%以上的土壤水分实测值变化,并能快速地响应降水变化。本研究表明,生态模型可以用于模拟冬小麦农田蒸散和土壤水分变化,并有助于厘定农田冠层中难以区分的植被蒸腾和土壤蒸发的比例关系,可为进一步开展气候变化背景下的区域蒸散发评估及与之相联系的农田节水管理奠定基础。     

羊草草原不同退化阶段群落蒸散量比较

运用微型蒸渗仪法对重度、中度和无退化羊草草原群落的日蒸散量进行了测定,并对其与土壤含水量、日均气温、大气湿度等因子的相关关系进行了分析。结果表明:各群落的日蒸散量均随着生长季推移逐渐增大,于6月中旬至7月中旬达到最大,而后逐渐降低;表层土壤含水量和日均气温是影响群落日蒸散量的主要因子,这2个因子与群落日蒸散量的回归关系极显著;群落生长季的累积蒸散量随着羊草草原群落的退化程度加深逐渐降低,且该值均低于生长季累积降水量。     

土壤-植物-大气连续体水热动态模拟的研究

本文从能量平衡原理和质量守恒定律出发,描述了土壤-植物-大气连续体中的热量转换和水分输送,模拟了系统中水分和热量的动态变化过程,并用所建立的模拟模型计算了冬小麦群落的冠层温度、叶水势及系统的潜热与显热变化关系,结果表明该模型有一定的可靠性。     

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。     

基于稳定同位素的干旱半干旱区SPAC水分运移过程研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)是生态水文学的重点研究对象,其水分运移过程对于干旱半干旱区生态植被建设和水资源综合管理具有重要意义。氢氧稳定同位素较高的灵敏性和准确度有助于揭示这一过程。介绍了氢氧稳定同位素在土壤-大气界面、土壤-地下水界面、土壤-植物界面和植物-大气界面水分补给传输过程中的应用,包括土壤水分来源和蒸发;水分补给入渗机制和滞留时间;植物水分来源和水力再分配;蒸散发分割和叶片吸水的相关研究,同时明确了氢氧稳定同位素技术在应用过程中存在的一些不确定性以及未来亟需加强的方面,以期为利用稳定同位素技术对生态水文过程的研究提供参考依据。     

蒸渗仪法和涡度相关法测定蒸散的比较

为准确揭示三江源区退化高寒草甸生态系统的水分收支状况,本文利用涡度相关系统(EC)和蒸渗仪对退化高寒草甸的蒸散进行了连续观测,结果表明:两种方法测定的蒸散量年变化趋势一致,涡度相关法测定的年蒸散量为481 mm(约占降水量的86%),低于蒸渗仪法的558 mm。涡度相关法的湍流能量与有效能的闭合度(EBR)年均值约为0.78,生长季的EBR要高于非生长季;当摩擦风速(u*)0.25 m·s~(-1)时,EBR随u*的增大而增加,当u*0.25 m·s~(-1)时,EBR随u*的增大无明显变化。此外,土壤热通量相对于太阳净辐射的滞后可能也是导致能量不闭合的原因之一。随着净辐射、温度和风速的升高,涡度相关法测定的蒸散逐渐接近于蒸渗仪法的测定值,而土壤含水量对两种方法观测蒸散的影响不明显。本研究结果说明,涡度相关和蒸渗仪法测定的蒸散具有较好的相关性,但涡度相关法可能会低估该生态系统的蒸散量。     

玉米生育期土壤-植物-大气连续体水流阻力与水势的分布

根据玉米生育期的田间试验资料分析了土壤-植物-大气连续体中水势和水流阻力的分布,结果表明土壤与植物叶片之间的水势差在玉米抽雄期前达0.8—1.0MPa,到抽雄期以后达1.0—1.5MPa,叶片与大气之间的水势差则在抽雄期前后分别达80—120MPa和60—80MPa;连续体内的水流阻力主要在叶片与大气之间.建立了连续体中玉米叶片水势的动态模拟公式,模拟叶水势具有较高的精度.最后,揭示了叶片蒸腾速率与叶-气系统水势差和水流阻力的关系,当叶片与大气之间的水势差达90—100MPa之后,蒸腾速率随叶-气间水势差增加而减小.     

土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量估算模型研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热、CO2通量的准确估算对理解陆地和大气的物质和能量交换过程有着重要意义.重点阐述了基于过程的土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量模型,综述了统计模型、综合模型及基于遥感的模型的发展过程.其中水热通量统计模型包括基于温度和湿度以及基于温度和辐射的方法;CO2通量统计模型包括基于气候因子或蒸散因子以及基于光能利用率的方法.水热通量过程模型包括大叶、双源、多源和多层的水热传输物理模型;CO2通量过程模型包括叶片尺度及由大叶、双叶和多层方法扩展到冠层尺度的生理生态模型以及光合-蒸腾耦合模型.综合模型包括生物物理模型、生物化学模型和生物地理模型.统计模型形式简单,资料易得,对大范围的水热通量模拟具有指导意义;过程模型准确的揭示了水热和CO2通量传输的物理和生理过程,是大尺度综合模型的基础.未来生态系统水热、CO2通量估算模型将集成各种技术手段进行多尺度网络观测和大尺度机理模拟.     

沙漠人工植被区的蒸发蒸腾

研究于2003年6月至8月在沙坡头沙漠试验研究站的水分平衡观测场进行。利用微型蒸渗仪结合大型称重式土壤蒸渗仪测定了流沙、油蒿(A rtem isia ord osica)和柠条(C arag ana korsh insk ii)3类样地的土壤蒸发;油蒿和柠条的蒸腾利用表面覆盖油毡的大型非称重式蒸渗池和气孔计测定;同时对降水量、流沙渗漏量、0~200cm土层的土壤含水量进行了观测。结果表明:在沙漠人工植被区由于植被比较稀疏,土壤蒸发不受植株遮阴的影响,但不同样地的蒸发量是有差异的,样地和位置间的互作效应差异不显著;在沙漠区有很大比例的蒸发发生在稀少的降水事件之后。气孔计测定的蒸腾速率经单位换算统一,用多项式拟合得到日变化曲线均达到显著水平(p<0.05);将蒸渗池和气孔计2种方法测定结果方差分析表明油蒿的蒸腾均高于柠条的(p<0.05),测定方法间(蒸渗池和气孔计)差异不显著;从而说明本研究以叶面积指数和植物冠层盖度为基础进行叶片与种群间的尺度转换是可行的。2003年6月至8月期间,该区的降水量为159.1mm,渗漏量为48.5mm,裸沙蒸发量为63.0mm;油蒿样地的蒸发量、蒸腾量和蒸散量分别为54.1mm、59.0mm和119.4mm;柠条样地的蒸发量、蒸腾量和蒸散量分别为59.5mm、56.4mm和127.6mm。     

Evapotranspiration of Maize Plant in the Northern Part of the Linze Oasis

Evapotranspiration (ET) of maize plant during the developmental stages was measured with electronic weighing lysimeters. The results show that the crop ET varied with watering conditions and reached its maximum in the blooming-grouting period. The ratio ground evaporation to maize transpiration is 1:4. Influence of field micro-climate to crop ET is comprehensive, and solar radiation plays a leading role. Stomatal diffusion resistance is negative correlateff with the rate of crop ET . Leaf water potential decreases along with the acceleration of crop ET. Our preliminary conclusion is that stomatal diffusion resistance and leaf water potential would be the two important parameters of soil-plant-atmospheric water circulation.     

Integrating Remote Sensing and Ground Methods to Estimate Evapotranspiration

Evapotranspiraton (ET) is the second largest term in the terrestrial water budget after precipitation, and ET is expected to increase with global warming. ET studies are relevant to the plant sciences because over 80% of terrestrial ET is due to transpiration by plants. Remote sensing is the only feasible means for projecting ET over large landscape units. In the past decade or so, new ground and remote sensing tools have dramatically increased our ability to measure ET at the plot scale and to scale it over larger regions. Moisture flux towers and micrometeorological stations have been deployed in numerous natural and agricultural biomes and provide continuous measurements of actual ET or potential ET with an accuracy or uncertainty of 10–30%. These measurements can be scaled to larger landscape units using remotely-sensed vegetation indices (VIs), Land Surface Temperature (LST), and other satellite data. Two types of methods have been developed. Empirical methods use time-series VIs and micrometeorological data to project ET measured on the ground to larger landscape units. Physically-based methods use remote sensing data to determine the components of the surface energy balance, including latent heat flux, which determines ET. Errors in predicting ET by both types of methods are within the error bounds of the flux towers by which they are calibrated or validated. However, the error bounds need to be reduced to 10% or less for applications that require precise wide-area ET estimates. The high fidelity between ET and VIs over agricultural fields and natural ecosystems where precise ground estimates of ET are available suggests that this might be an achievable goal if ground methods for measuring ET continue to improve.     

Assessing the performance of a cold region evapotranspiration landfill cover using lysimetry and electrical resistivity tomography

In order to test the efficacy ofa cold-region evapotranspiration (ET) landfill cover against a conventional compacted clay (CCL) landfill cover, two pilot scale covers were constructed in side-by-side basin lysimeters (20m x 10m x 2m) at a site in Anchorage, Alaska. The primary basis of comparison between the two lysimeters was the percolation of moisture from the bottom of each lysimeter. Between 30 April 2005 and 16 May 2006, 51.5 mm of water percolated from the ET lysimeter, compared to 50.6 mm for the the CCL lysimeter. This difference was not found to be significant at the 95% confidence level. As part of the project, electrical resistivity tomography (ERT) was utilized to measure and map soil moisture in ET lysimeter cross sections. The ERT-generated cross sections were found to accurately predict the onset and duration of lysimeter percolation. Moreover, ERT-generated soil moisture values demonstrated a strong linear relationship to lysimeter percolation rates (R-Squared = 0.92). Consequently, ERT is proposed as a reliable tool for assessing the function of field scale ET covers in the absence of drainage measurement devices.     

基于涡度相关法和树干液流法评价杨树人工林 生态系统蒸发散及其环境响应

 运用涡度相关(Eddy covariance)开路系统、树干液流(Sap flow)、土壤水分以及微气象观测系统, 于2006年生长季(5~10月)对北京大兴区永定河沿河沙地杨树(Populus euramericana)人工林生态系统的水量和能量平衡进行了连续测定; 分析了该系统能量平衡闭合水平及其组分分配特征, 不同水分条件下蒸发散及其各组分变化过程和分配特征, 以及影响蒸发散的主要环境因子; 并对组分求和法、土壤水分平衡法与涡度相关法测得该生态系统生长季蒸发散总量的结果进行了对比。结果表明: 生长季内该生态系统的能量闭合水平较高, 能量平衡各组分在不同土壤水分环境条件下所占比例变化较大; 在水分充足的条件下, 潜热通量在可利用能量分配过程中占优势, 显热通量在水分胁迫条件下占可提供能量的比例比潜热通量大。雨季到来之前, 土壤蒸发与植被蒸腾强度相差较小; 进入雨季后, 土壤深层水分得到补偿, 植被蒸腾显著增强而土壤蒸发强度减弱。涡度相关法所得的总蒸发散量与基于树干液流法等组分求和法得到的蒸发散结果较接近, 分别为513和492 mm。土壤水分平衡法的观测结果略高于前二者的观测结果, 雨季研究界面以下的土体也有水分交换是该方法高估蒸发散的主要原因。与环境因子的响应关系表明, 蒸发散以及蒸腾的变化过程对净辐射的响应程度比对饱和水汽压差高; 水分条件较好情况下, 蒸发散以及蒸腾的变化过程与水汽压差关系不明显, 说明水分充足时, 水汽压差不是蒸散强弱的限制因子。     

SIMULATING SEASONAL AND INTERANNUAL VARIATIONS OF ECOSYSTEM EVAPOTRANSPIRATION AND ITS COMPONENTS IN INNER MONGOLIA STEPPE WITH VIP MODEL

 利用内蒙古羊草草原(Leymus chinensis)生态系统通量观测站的气象数据、野外实测和MODIS叶面积指数(Leaf area index, LAI), 应用基于生态系统过程的VIP(Vegetation interface process)模型, 以半小时为步长, 模拟分析了羊草草原生态系统2003～2005年(分别为平水年、平水年和干旱年)蒸散及其分量的变化过程。通过与通量数据对比, VIP模型能够很好地模拟羊草草原生态系统的蒸散过程(R² = 0.80), 在峰值大小和变化趋势上, 模拟值与实测值有较好的一致性。模拟结果显示: 3年蒸散量分别为337、338和223 mm; 在降水相对充沛的2003和2004年, 蒸腾量为192和171 mm, 而降水相对较少的2005年, 蒸腾量仅为96 mm; 年平均蒸腾和蒸发对蒸散的贡献基本持平; 生长季蒸散占全年的83%, 6月开始, 蒸腾大于蒸发, 蒸散和蒸腾的月总值均在7、8月达到最大值,两月蒸散占全年的43%。LAI是影响蒸散的主要因素, 其次是降水, 而净辐射对蒸散的影响较小。在生长季, 蒸发的季节变化平缓, 蒸散的差异主要体现在蒸腾的差异。     

黄河三角洲湿地蒸散量与典型植被的生态需水量

蒸散量（ET）是黄河三角洲湿地水资源的主要消耗项,包括植被蒸腾、水面蒸发以及裸土蒸发等。植被生态需水是为了保证植被生态系统能够健康维持并确保其生态服务功能得到正常发挥而必须消耗的一部分水量。准确地估算湿地蒸散量、研究植被生态需水量对于保护湿地生态环境是十分必要的。应用MODIS的地表反射率、地表温度数据与常规气象数据以及土地利用/覆盖图,利用蒸散量的遥感估算模型SEBS模型估算了晴天条件下的黄河三角洲湿地日蒸散量,采用HANTS算法插补了非晴天条件下的日蒸散量,从而得到2001～2005年的该湿地年蒸散量的时间序列,并对蒸散量进行验证和分析。结合该地区典型植被生态需水量与植被蒸散耗水量,估算了2001～2005年的生态补水量。结果表明：与实测值相比,遥感估算月蒸散量的均方差RMSD为16.4mm,平均绝对百分比误差MAPD是11.9%,两者基本一致。黄河三角洲湿地的蒸散量在空间分布上以水体及周围地区、滨海滩涂、黄河故道以及黄河两岸沼泽湿地等的蒸散量较高,居民地蒸散量较低。蒸散量的年际变化不大,季节变化呈单峰型,以5、6、7月份蒸散量最大,月蒸散量在110～120mm之间。2001～2005年期间,每年至少有40%面积的芦苇沼泽和60%面积的芦苇草甸水分供应不足,植被的正常生长受到影响,尤其2002年较为严重,2004年以后情况有所改善。2002年芦苇的生态补水量最大,在9.9&#215;10^7～3.19&#215;108m^3之间,而2004年的生态补水量最小,在3.0&#215;10^7～2.39&#215;108m^3之间。     

遥感数据支持下不同地表覆盖的区域蒸散

将地表能量平衡系统(SEBS)扩展成遥感日蒸散估算模型,利用MODIS遥感数据估算了黄淮海地区的区域蒸散,并在地理信息系统的支持下分析了不同地表覆盖下的区域蒸散统计分布特征.在缺乏各地表覆盖类型相应蒸散量实测值进行对比的情况下,以2001年4月17日估算的日蒸散量为例,通过各地表覆盖类型日蒸散量间的相互对比分析表明,SEBS估算的区域日蒸散量具有一定的合理性.分析结果表明：在黄淮海地区,荒地具有最低的蒸散量;森林、灌木、草地等地表覆盖类型具有中等的蒸散量;而水体、湿地以及耕地具有较高的蒸散量.可能由于包含绿地和水面,城镇用地的蒸散量也较高.土壤含水量的空间差异性导致森林、灌木、草地和耕地等地表覆盖类型的蒸散量具有明显的空间差异性.耕地蒸散量的空间差异性可以为制定合理、高效的农田灌溉计划提供指示作用.SEBS遥感日蒸散模型的局限性在于有可能低估水体和湿地等地表覆盖类型的蒸散量.     

基于Shuttleworth-Wallace模型的科尔沁沙地流动半流动沙丘蒸散发模拟

陆面蒸散发在气候调节和维持区域水量平衡中起关键作用.量化蒸散发及其各组分项,对深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义.本研究基于科尔沁沙地流动半流动沙丘2017年生长季气象监测系统的原位监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型对沙丘蒸散发进行模拟,在此基础上,对蒸散各组分进行拆分,并利用涡度相关对模拟蒸散发值进行验证.结果表明: 整个生长季模型模拟蒸散发值为308 mm,涡度相关实测值为296 mm,偏差较小,证明S-W模型适用于该地区的蒸散发模拟.蒸散发整体呈生长旺盛期>生长后期>生长初期,分别为192、71和45 mm,分别占总量的62.3%、23.1%和14.6%.日尺度上模型模拟值与实测蒸散发值一致性较高,模型模拟精度大体表现为: 晴天>阴天>雨天,且阴雨天模型模拟值较涡度相关实测值偏低.经拆分,土壤蒸发和植被蒸腾分别为176和132 mm,分别占总量的57.1%和42.9%,表明沙地水分利用效率较低.持续干旱和降水后,蒸散发规律明显不同,且土壤蒸发对降水的敏感性强于植被蒸腾.     

Water use of a multigenotype poplar short‐rotation coppice from tree to stand scale

Short‐rotation coppice (SRC) has great potential for supplying biomass‐based heat and energy, but little is known about SRC's ecological footprint, particularly its impact on the water cycle. To this end, we quantified the water use of a commercial scale poplar (Populus) SRC plantation in East Flanders (Belgium) at tree and stand level, focusing primarily on the transpiration component. First, we used the AquaCrop model and eddy covariance flux data to analyse the different components of the stand‐level water balance for one entire growing season. Transpiration represented 59% of evapotranspiration (ET) at stand scale over the whole year. Measured ET and modelled ET were lower as compared to the ET of reference grassland, suggesting that the SRC only used a limited amount of water. Secondly, we compared leaf area scaled and sapwood area scaled sap flow (F_s) measurements on individual plants vs. stand scale eddy covariance flux data during a 39‐day intensive field campaign in late summer 2011. Daily stem diameter variation (?D) was monitored simultaneously with F_s to understand water use strategies for three poplar genotypes. Canopy transpiration based on sapwood area or leaf area scaling was 43.5 and 50.3 mm, respectively, and accounted for 74%, respectively, 86%, of total ecosystem ET measured during the intensive field campaign. Besides differences in growth, the significant intergenotypic differences in daily ?D (due to stem shrinkage and swelling) suggested different water use strategies among the three genotypes which were confirmed by the sap flow measurements. Future studies on the prediction of SRC water use, or efforts to enhance the biomass yield of SRC genotypes, should consider intergenotypic differences in transpiration water losses at tree level as well as the SRC water balance at stand level.     

基于WaSSI模型的珠江流域水-碳耦合模拟

流域水循环和碳循环通过植物光合作用与蒸散发(ET)过程紧密相联,两者在流域尺度上的耦合模拟研究是实现水、碳资源综合管理的重要基础。本研究通过对WaSSI(供水压力指数)生态水文模型进行适当改进,建立并验证了珠江流域水-碳耦合模拟模型(WaSSI-PRB),将珠江流域划分为1715个子流域,选定1980—2004年为率定期、2005—2016年为验证期,并对径流、蒸散发和总初级生产力(GPP)等3个关键水-碳通量的模拟结果进行验证。结果表明: 西江、北江、东江的水文控制站,径流模拟纳什效率系数(NSE)和决定系数(R²)在率定期均达0.80以上,在验证期均达0.75以上;相较于MODIS、PML、SSEBop、VPM等大尺度遥感数据产品,WaSSI-PRB模型能更好地模拟ET和GPP的时空分布特征。总体而言,WaSSI-PRB模型在珠江流域具有较好的适用性,可作为量化分析流域水-碳平衡及其对变化环境响应关系的一种有效工具。