论文部分内容阅读
山地是全球变化的敏感地带，山地水循环与水资源变化一直是山地生态学研究的热点问题之一。作为水循环的重要组成部分，山地森林生态系统蒸散发的观测和估算一直是难点。本研究以贡嘎山海螺沟流域内的阔叶林、针阔混交林和针叶林为研究对象，依托研究区内的水碳通量观测系统，(1)对以上3种森林类型不同季节的蒸散发及其组分（树木蒸腾、林冠截留蒸发和土壤蒸发）进行观测，分析其时空动态规律及影响因子，意图揭示山地生态系统中植被和气候因子共同影响下蒸散发的时空变异特征;(2)分析3种森林类型的碳通量（净生态系统碳交换量NEE，总生态系统碳交换量GPP，生态系统呼吸Reco和土壤呼吸Rs）及水分利用效率WUE的时空变异规律，意图阐明山地生态系统不同森林类型水碳间的相互关系;(3)结合气象观测，构建3种森林类型基于互补关系和水碳关系的蒸散发估算方程。得到的主要结果如下: (1)用组分分析法观测得到的阔叶林、针阔混交林和针叶林湿季的蒸散发分别为632.2mm，655.35mm和607.15mm;3种森林类型中，树木蒸腾对蒸散发的贡献率最高(47.5％～54.45)，其次为林冠截留蒸发;林冠截留蒸发对总蒸散发的贡献随海拔的升高而升高;而树木蒸腾对总蒸散发的贡献随海拔的升高而降低。用涡度协方差法分析发现，3种森林类型中湿季的蒸散发占年蒸散发的63.70％～69.13％;从蒸散发与气象因子相关分析的结果来看，能量相关的因子（如温度、净辐射等）与蒸散发的相关性要高于与水分相关的因子（如相对湿度、土壤湿度等）的相关性，说明在研究区，蒸散发的变化主要受到能量的控制。 (2)组分分析法和涡度协方差法的结果均显示蒸散发对水循环的贡献随海拔的增加而减小，而入渗对对水循环的贡献则相反。2015年的干旱显著增加了湿季的蒸散发量，但未显著地改变蒸散发占降水的比值;干旱虽未造成干季蒸散发明显的变化，但却极大地提高了蒸散发对水循环的贡献。由于湿季的降水量占到了全年的70％以上，因此在全尺度上，受湿季降水分布模式的影响，降水的减小并未显著地改变森林水分布模式。 (3)阔叶林、针阔混交林和针叶林的年净生态系统碳交换量(NEE)分别为-7.90t C hm-2yr-1，-10.35t C hm-2yr-1和-4.55t C hm-2yr-1;3种森林类型的NEE均为负值，表现为碳汇。针叶林的年总生态系统碳交换量（GPP）和生态系统呼吸（Reco）均高于其它2种森林类型。受温度，辐射和土壤水分的共同影响，3种森林湿季的碳通量（NEE、GPP和Reco）显著高于干季，约占全年的70％～80％。研究区湿季土壤呼吸平均值为511.27g C m-2，其中异养呼吸约占土壤呼吸的66％～86％;土壤呼吸温度敏感系数(Q10)的变化范围为1.96～2.92。 (4)阔叶林、针阔混交林和针叶林的年水分利用效率分别为6.29mg CO2g-1H2O、7.48mg CO2g-1H2O和8.01mg CO2g-1H2O;水分利用效率随着海拔升高而升高，意味着植物在固碳时，高海拔区域的植被相对于低海拔区域更节水。3种森林类型的水分利用效率均表现出季节的差异;其中阔叶林在湿季大于干季，针阔混交林和针叶林则相反，这说明了不同植物的光合作用和蒸散发对环境变化的响应程度不一致。 (5)基于水碳耦合关系，构建了3种森林类型月尺度蒸散发的估算方程。通过估算方程模拟的蒸散发与实际蒸散发拟合的线性回归方程斜率范围为0.932～1.125，R2值范围为0.620～0.727;利用该方法，阔叶林的模拟结果要好于其他2种森林类型。 (6)利用非线性互补方程，结合涡度通量数据和相关的气象数据，拟合得到的3种森林类型Priestley-Taylor系数(αe)范围为0.98～1.13;利用拟合得到的αe值估算的蒸散发与实测的蒸散发拟合的线性回归方程斜率都接近1(0.89～1.26)，R2值为0.71～0.92;3种森林类型的蒸散发和表观潜在蒸散发都表现出非对称性互补关系;在有阔叶树种的区域，将αe的季节变化考虑到非线性互补方程中会提高其模拟的精确度。总的来说，非线性互补方程能有效地模拟山地森林的蒸散发。