六盘山华北落叶松林分蒸腾特征及其影响因素

【目的】林分蒸腾作为土壤-植物-大气连续体的关键过程,是森林生态系统中重要的水分输出项,可占森林总蒸散的50%以上,探究林分蒸腾对环境因子的响应规律可为科学指导造林及林水综合管理提供理论依据和数据支持。【方法】以国家林业和草原局宁夏六盘山定位站为依托,在2016年生长季(5—9月),对六盘山半湿润区的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林的树干液流进行观测,经尺度上推得到林分蒸腾量,并同步观测林外大气因子和林内土壤含水量,分析林分蒸腾对大气因子和根系层(0~60 cm土层)土壤含水量的响应。【结果】①研究期间,林分日蒸腾变化范围为0.005~1.866 mm/d,平均值为1.042 mm/d。不同月份的林分日蒸腾平均值从大到小依次为:6月(1.325 mm/d)、5月(1.099 mm/d)、7月(1.077 mm/d)、8月(1.009 mm/d)、9月(0.717 mm/d)。②通过各大气因子与林分日蒸腾的相关系数矩阵发现,影响林分日蒸腾的主要大气因子为太阳辐射强度(R_n)、饱和水汽压差(D_VPD)及空气相对湿度(H_RH),相关性从大到小依次为R_n(0.784)、D_VPD(0.754)、H_RH(-0.704)。③借助因子分析可将影响林分日蒸腾的大气因子降维成气候波动因子(44.9%)、蒸腾驱动因子(35.2%)和空气运动因子(15.7%)3个综合指标,其中构成蒸腾驱动因子的3个载荷因子(R_n、D_VPD和H_RH)均与林分日蒸腾显著相关,且蒸腾驱动因子与林分日蒸腾的拟合效果(R²=0.688)优于潜在蒸散(T_PET)与林分日蒸腾的拟合效果(R²=0.649)。④通过多元回归拟合及偏相关系数的可比性得出,太阳辐射强度(R_n)和饱和水汽压差(D_VPD)二者对林分日蒸腾的贡献率可达93%,其中R_n的贡献率为54.2%,D_VPD的贡献率为38.8%。⑤基于脱耦联系数与林分蒸腾的日内变化曲线得到,R_n主导蒸腾的时间一般在太阳升起到净辐射最高的上午11:00,而D_VPD主导蒸腾的时间一般是下午和夜间。⑥在土壤湿润条件下[根系层平均土壤相对可利用水分(W_REW)>0.38],林分日蒸腾与≥40~60 cm土层W_REW显著正相关(P<0.01),与其他土层W_REW不相关或显著负相关。在土壤干旱条件下(根系层平均W_REW≤0.38),林分日蒸腾与≥20~40和≥40~60 cm土层W_REW显著正相关(P<0.01),与0~10和≥10~20 cm土层W_REW显著负相关。【结论】影响华北落叶松林分日蒸腾的大气因子主要是R_n和D_VPD,且在日内尺度上二者主导蒸腾的时段不同;本研究中提出的蒸腾驱动因子在反映大气因子对林分蒸腾综合影响上优于潜在蒸散(T_PET);在土壤湿润条件下华北落叶松林蒸腾耗水主要利用深层(≥40~60 cm土层)土壤水分,而在土壤干旱条件下华北落叶松蒸腾耗水将利用≥20~60 cm土层的土壤水分。     

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