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492mm。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。

涡度相关法研究土壤水分状况对沙地杨树人工林生态系统能量分配和蒸散日变化的影响

为了解位于北京大兴区林场杨树人工林在不同的土壤水分环境条件下的水汽交换过程和能量的分配差异及其与环境因子关系,运用涡度相关(Eddycovariance,EC)法开路系统、常规微气象观测系统及土壤热通量板等设施对生态系统生长季内典型水分胁迫和无水分胁迫条件下蒸散日变化、能量分配以及与各环境因子的关系进行了测定分析和比较。结果表明,在水分严重胁迫日(以7月7日为例),蒸散日变化过程为单峰曲线,全天(24h)蒸散量为2·4mm;而在无水分胁迫典型日(以7月25日为例),蒸散日变化过程呈多峰曲线,全天蒸散量为4·5mm。能量平衡分析显示,无水分胁迫条件下潜热通量(LE)占净辐射通量(Rn)的比例远高于水分胁迫条件下潜热通量占净辐射通量的比例,说明水分充足时,能量的大部分用于蒸散。水分胁迫条件下蒸散速率与各环境因子的相关性均低于无水分胁迫条件下蒸散速率与环境因子的相关性。水分胁迫条件下,蒸散速率主要与净辐射和下垫面因子关系显著,而与其它因子的相关性较小;无水分胁迫条件下,蒸散速率与下垫面土体含水量和各气象因子均表现出较强的相关性。大气温度对于两个典型日蒸散速率的影响均很小;土壤含水量与水分胁迫日的蒸散速率几乎没有相关性,反应出土壤水分含量低至对蒸散几乎没有贡献了。

永定河沿河沙地杨树人工林生态系统呼吸特征

杨树是世界上广泛采用的人工造林树种之一,也是中国人工林面积最大的树种。研究杨树人工林生态系统呼吸(Re)及其分量土壤呼吸(Rs)的时间动态格局以及强度特征,分析两者对环境因子的响应是提高人工林生态系统净生产力和促进固碳减排等人工林经营管理中考虑的首要问题。采用开路式涡度相关系统、Licor-8150土壤呼吸测定系统以及小气候测定系统连续测定了位于北京大兴区永定河沿河沙地杨树人工林的生态系统呼吸、土壤呼吸和小气候特征。研究结果表明:(1)2007—2009年该生态系统的Re年总量分别为946.68、863.58、817.30gCm-2a-1,其中Rs年总量分别为642.11、629.29、609.05gCm-2a-1,Rs年总量约占Re年总量的70%;(2)Re和Rs月总量一般在7或者8月份达到最大值,Rs的变化趋势与土壤5cm温度(Ts5)相一致;(3)Ts5是Re和Rs两者的显著影响因子,但Re与空气相对湿度(RH)的相关性最显著。此外,Rs更容易受到Ts5和0—20cm土壤平均体积含水量(vwc)两者耦合效应的限制。