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北京地区杨树人工林能量和水量平衡研究

刘晨峰  
【摘要】: 2005年至2006年生长季内,运用涡度相关(Eddy covariance,EC)法开路系统、树干液流(SAPFLOW)法和土壤水分平衡法以及常规微气象观测系统在不同的空间和时间尺度上对北京大兴区沙地杨树人工林生态系统的能量平衡和水量平衡及其影响因子进行了研究。评估了生长季内水分胁迫和无水分胁迫条件下能量平衡及其组分的分配特征和闭合水平;蒸散及其各组分在不同的水分环境条件下的变化过程和分配特征,以及蒸散与主要环境因子的响应关系,确定出该林地在不同的环境条件下制约实际蒸散水平的主要限制因子。对土壤水分平衡法、树干液流法与涡度相关法对该生态系统在生长季内蒸散总量及其组分测定的结果进行了对比分析。旨在了解该生态系统在不同的土壤水分环境条件下水汽交换过程和能量的分配差异以及对环境因子的响应程度。 研究结果显示:该生态系统在生长季尺度上的能量闭合水平较高,能量平衡的各组分在不同的土壤水分环境条件下所占比例变化较大,显热通量(Sensible heat,H)在水分受限期间占可提供能量的比例比潜热通量(Latent heat,LE)大,水分条件较好的情况下潜热通量占净辐射通量(Net radiation,Rn)的比例远高于水分胁迫条件下,说明水分充足时,能量的大部分用于蒸散。雨季到来之前,土壤蒸发水平与植被蒸腾水平相差不大,雨季后土壤深层水分得到补偿,显著增强了植被蒸腾水平,相应的土壤蒸发强度减弱。涡度相关法所得的总蒸散量与基于独立方法得到的蒸散各组分之和结果很接近,土壤水分平衡法的观测结果略高于前二者,雨季充沛的降雨使得研究界面以下的土体也有水分交换是该方法高估蒸散的主要原因。土壤水分环境较好的条件下,林分总蒸散以及蒸腾的变化过程对净辐射和饱和气压差的响应较干季敏感。 应用MIKE SHE模型对生态系统2006年水分平衡研究中的蒸散、土壤水分含量以及林区灌溉对地下水位变化的影响等方面进行过程模拟,并与实测值进行分析比较以验证模型的模拟效果。结果表明,该模型在研究区一干湿季分明的中国北方杨树人工林生态系统的应用中能给出合理的模拟结果,模拟结果指示出降雨对于当地地下水基本没有补偿作用,也无法自然提供水分供林木生长用,而实测地下水位的逐年下降则是由当地大面积的抽水灌溉、生活用水等原因造成的。


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