【摘 要】
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蒸散发（ET）是生态系统碳水循环的核心环节,水分利用效率（WUE）是表征碳水循环耦合关系的关键要素,准确模拟蒸散发过程是明确生态系统水分利用效率的基础,对揭示生态系统的碳水循环机制以及生态水文过程具有重要意义。科尔沁沙地是典型的荒漠化地区,以沙丘-草甸相间分布的地貌景观为主。受气候变化、人类活动等因素影响,水资源短缺、生态环境脆弱等问题突出,水成为限制其可持续发展的主要因素。准确估算沙丘-草甸相间
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蒸散发（ET）是生态系统碳水循环的核心环节,水分利用效率（WUE）是表征碳水循环耦合关系的关键要素,准确模拟蒸散发过程是明确生态系统水分利用效率的基础,对揭示生态系统的碳水循环机制以及生态水文过程具有重要意义。科尔沁沙地是典型的荒漠化地区,以沙丘-草甸相间分布的地貌景观为主。受气候变化、人类活动等因素影响,水资源短缺、生态环境脆弱等问题突出,水成为限制其可持续发展的主要因素。准确估算沙丘-草甸相间地区的蒸散发及水分利用效率可为荒漠化地区的荒漠化防治、防灾减灾、生态系统可持续发展、水资源合理利用等提供理论基础和科学依据。本研究选取科尔沁沙地典型的沙丘-草甸梯级生态系统为研究对象,由流动半流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、草甸玉米和草甸湿地5种群落景观组成。基于2013-2018年期间野外原位观测的水文气象数据、土壤数据、涡度相关数据,辅助以植被生态调查、土壤蒸发等现场试验,本研究拟实现如下目标:（1）修订Penman-Monteith（PM）和Shuttleworth-Wallace（SW）模型,构建适用于沙丘-草甸相间地区的蒸散发模型;（2）准确估算沙丘-草甸梯级生态系统的蒸散发及其各组分;（3）明确蒸散发各组分占比及其驱动机制;（4）估算沙丘-草甸梯级生态系统的水分利用效率,分析生态系统水分利用效率对气候环境的响应机制。本研究得出的主要结论如下:（1）Ball-Berry（BB）气孔导度模型耦合SW模型（SW-BB模型）对沙丘-草甸梯级生态系统蒸散发的模拟精度优于Stannard（ST）气孔导度模型、Jarvis-Stewart（JS）气孔导度模型耦合SW模型（SW-ST、SW-JS模型）的模拟精度。SW-BB模型在小时尺度上的R~2和IA均高于0.84和0.95,RMSE和MAE均低于0.048 mm/h和0.030mm/h;在日尺度上的R~2和IA均高于0.82和0.94,RMSE和MAE均低于0.57 mm/d和0.43 mm/d。极端干旱时期,SW-BB模型的模拟精度明显优于SW-JS模型和SW-ST模型。土壤水分在沙丘生态系统的气孔导度以及蒸散发的估算中不可忽略。PM-BB模型在植被稠密的条件下具有较好的适用性,在植被稀疏的条件下,SW-BB模型的模拟精度优于PM-BB模型。（2）沙丘-草甸梯级生态系统的蒸散发及各组分表现出明显的梯级变化,蒸散发（ET）和植被蒸腾（T）表现为流动半流动沙丘（A4）＜半固定沙丘（G4）＜固定沙丘（F4）＜草甸玉米（BC4）＜草甸湿地（C4）,ET的日均值分别为0.99 mm/d、1.57 mm/d、1.70 mm/d、2.27 mm/d、2.75 mm/d;T的日均值分别为0.24 mm/d、0.89 mm/d、1.05mm/d、1.64 mm/d、2.13 mm/d。土壤蒸发（E）大体表现为A4＞G4＞F4＞BC4＞C4,日均值分别为0.75mm/d、0.68 mm/d、0.65 mm/d、0.63 mm/d和0.62 mm/d。降水是沙丘-草甸相间地区蒸散发的主要来源,降水强度控制蒸散发强度。（3）沙丘-草甸梯级生态系统的T/ET表现为A4＜G4＜F4＜BC4＜C4,年变化分别在0.14-0.34、0.55-0.58、0.58-0.69、0.68-0.71、0.72-0.77范围内。小时尺度上,沙丘生态系统的T/ET受气孔导度和水分条件的共同影响,草甸生态系统的T/ET主要受气孔导度的影响。月尺度上,沙丘生态系统的T/ET主要受叶面积指数（LAI）和水分条件的综合控制,草甸生态系统的T/ET主要受LAI的控制。（4）沙丘-草甸梯级生态系统的水分利用效率（WUEe）表现出明显的梯级变化特征,大体表现为A4＜G4＜F4＜C4＜BC4,年变化分别在0.40-0.58 g C Kg-1H2O、0.67-0.69 g C Kg-1H2O、0.69-0.73 g C Kg-1H2O、0.77-0.87 g C Kg-1H2O、0.87-0.88 g C Kg-1H2O范围内,草甸生态系统明显高于沙丘生态系统。流动半流动沙丘生态系统的冠层水分利用效率（WUEc）最高草甸湿地最低,表明沙生半灌木-差巴嘎蒿群落对干旱环境的适应能力更强。降雨是影响沙丘-草甸生态系统WUEe的关键因素,对于供水充足的草甸湿地生态系统,降雨通过影响WUEc进而影响WUEe;对于草甸玉米以及沙丘生态系统,降雨通过影响LAI对T/ET产生影响,进一步影响WUEe。
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