毛乌素沙地油蒿群落冠层导度特征及其对蒸散发的影响

发布时间：2020-08-31 17:17

　　冠层导度(Canopy conductance)是生态系统进行气体交换的综合参数。植物气孔运动直接控制其C02吸收及水分耗散,因而冠层导度是影响生态系统与大气之间进行碳水交换的重要变量,也是生态系统物质循环和能量交换模型中的重要参数。因此,进行冠层导度变化规律的研究,对于理解植物功能过程和环境之间的相互关系至关重要。本研究于2013-2015年在宁夏盐池毛乌素沙地,采用涡度相关法,长期监测毛乌素沙地油蒿群落能量通量、生物因子、非生物因子,通过Penman-Monteith方程反推的冠层导度数据,利用多元统计回归、主成分分析、小波分析方法,分析了毛乌素沙地油蒿群落冠层导度的动态特征及其在不同时间尺度对蒸散发的影响。主要研究结果如下:(1)研究区油蒿群落冠层导度在不同时间尺度(日际、月际、年际)存在明显的动态特征。冠层导度的日变化与光合有效辐射和水汽压亏缺的日动态一致性最高,均呈单峰曲线,其在12:00达到峰值,比光合有效辐射和水汽压亏缺的峰值分别提前1～2h和3～4h。月际尺度,冠层导度也存在单峰的变化特征,7、8、9月份的冠层导度较高。冠层导度存在年际变化,其中2013年的年均值最大,2015年的年均值最小。(2)光合有效辐射和水汽压亏缺均对冠层导度有调控作用。冠层导度对光合有效辐射的响应存在阈值,小于阈值冠层导度随光合有效辐射的增长而增加,大于阈值冠层导度随光合有效辐射的增长而下降。水汽压亏缺对冠层导度的调控存在年际差异,2013年和2014年冠层导度随水汽压亏缺的增加而降低,2015年冠层导度与水汽压亏缺之间存在阈值(1.5 kPa),小于阈值冠层导度随水汽压亏缺的增长而增长,大于阈值冠层导度随水汽压亏缺的增长而降低。(3)土壤含水量是限制该研究区冠层导度的关键因子。冠层导度对10 cm和30 cm 土壤含水量的响应存在阈值,阈值分别为0.16 m3.m-3和0.18 m3.m-3。低于阈值冠层导度维持在较低的水平,不随土壤含水量的增长而变化;高于阈值冠层导度随土壤含水量的增长而变大。冠层导度对30 cm 土壤含水量响应更敏感。在高土壤水分条件下(VWC_100.16m3.m3或者VWC_300.18m3.m-3),冠层导度对光合有效辐射、空气温度和水汽压亏缺的敏感性均高于低土壤水分条件下的敏感性。(4)蒸散发的日动态呈单峰曲线,从早晨06:00开始逐渐增大,在中午12:00达到峰值之后开始下降,到晚上20:00降低至0。2013年-2015年均为4月份蒸散发最低,2013年和2014年7月份的蒸散发最高,2015年9月份蒸散发最高。冠层导度对蒸散发的调控存在阈值(2.5 mm s-1),小于阈值时蒸散发随冠层导度的增加呈线性增长,大于阈值时两者之间不相关。(5)不同时间尺度冠层导度与蒸散发之间的相关性不同,蒸散发对冠层导度的相关性在不同时间尺度的大小为:日尺度小时尺度。研究结果揭示了毛乌素沙地油蒿群落冠层导度和蒸散发的变化规律以及在不同时间尺度(小时、日)冠层导度对蒸发散的调控,为准确认知半干旱区蒸散发动态、评价冠层导度在半干旱区蒸散发中的作用,提供较为深入的科学基础,为荒漠生态系统水文过程模型的建立提供重要参考。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S718.5
【部分图文】：

示意图,盐池县,地理位置,示意图

逦毛乌素沙地油蒿群落冠层导度特征及其对蒸散发的影响逦逡逑２．研究区概况逡逑２．１地理位置逡逑本研究在宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站（３７。４２＇３１〃邋Ｎ，逡逑１０７°１３＇３７〃艮１５３０邋0１＾１．）展开，实验站位于盐池县的东北部，毛乌素沙地西逡逑南缘。盐池县北与毛乌素沙地相连，东靠黄土高原，为典型的鄂尔多斯台地向黄逡逑土高原过渡带。地理位置的过渡性决定了研究区的区位多样性，例如生态脆弱地逡逑区、农牧交错区、风蚀－水蚀交错地区等。盐池县处于沙漠化敏感区域，抗干扰逡逑能力差，容易受到外界环境的影响，能够很好的代表北方生态脆弱区，存在重要逡逑的研究价值。逡逑

样地,通量,油蒿

方法与技术路线逡逑相关观测方法逡逑涡度相关技术测定油蒿灌木林的潜热通量和显热通量。涡度相声风速仪（ＣＳＡＴ３，Ｃａｍｐｂｅｌｌ邋Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ邋Ｉｎｃ．，ＵＳＡ）和闭路式红ＬＩ－７２００，邋ＬＩ－ＣＯＲＩｎｃ．，ＵＳＡ）组成，架设高度为６．２邋ｍ。数据测数据采集器（ＣＲ３０００，Ｃａｍｐｂｅｌｌ邋Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ邋Ｉｎｃ．，邋ＵＳＡ）每邋３０邋ｍｉｎ。逡逑究以涡度相关通量观测塔为中心，选取油蒿群落样地。气候条研究对象油蒿菊科，半灌木，固沙效果沙地主要的建群种。植株高５０？１００邋ｃｍ，主茎不明显，分枝多。主要分布在２０？４５邋ｃｍ深的土层（Ｗａｎｇ邋ｅｔａｌ．，２０１４），具有耐干沙埋等特性。本研宄样地油蒿生长状况良好，平均株高约为６０约为２６０００邋ｃｍ２，平均基径约为４．４邋ｃｍ。样地ｐＨ值约为８．６。逡逑

能量闭合,有效能量,湍流通量,截距

逦研究方法与技术路线逦逡逑入逡逑口邋0逡逑能量闭合程度分析是监测数据质量是否具有可靠性的指标。本文采用湍流逡逑通量（ＬＥ＋Ｈ）和有效能量（Ｒｎ－Ｇ）线性回归方程的斜率和截距来判定能量闭合逡逑程度，在理想能量闭合的情况下，两者线性回归直线的斜率为１，截距为０，直逡逑线过原点。图３－２和图３－３分别为２０１３－２０１５年半小时尺度和天尺度能量闭合情逡逑况，可以看出三年湍流通量和有效能量的相关系数高，且有效能量高于湍流通逡逑量。半小时尺度湍流通量和有效能量线性回归直线斜率的平均值为０．５４，截距逡逑的平均值为１．１９。天尺度湍流通量和有效能量线性回归直线斜率的平均值为逡逑０．７４，截距的平均值为－０．４８。逡逑涡度相关法的研宄中，对于能量不闭合的情况普遍存在，在亚洲、欧洲和逡逑美洲通量网的研宄中，能量不闭合率大约为２０％邋（李正泉等，２００４）。本站点之逡逑前对能量分配的研宄表明，能量不闭合主要是由于夜间湍流能量不足导致湍流逡逑能量的低估。本文主要研宄生长季白天（６：００－１８：００），因此能量平衡状况较好，逡逑该站点监测的通量数据质量可靠，为冠层导度和蒸散发的计算提供可靠保障。逡逑

【参考文献】