基于树干液流测定值的马占相思树冠层气孔导度计算及数值模拟

来源 :中国科学院华南植物园 中国科学院华南植物研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iceqi77
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作为陆地生态系统的主体,森林在集水区生态系统管理中的重要作用是毫无疑问的。而冠层气孔导度是森林生态系统响应环境变化的敏感性指标,可被用来监测水分胁迫、空气污染和CO2浓度等环境因子的变化及其对森林生态功能的影响。   本研究采用常规观测、理论计算及模型模拟相结合的方法,以鹤山站马占相思林为研究对象,从马占相思人工林的冠层气孔导度日变化、季节变化规律,以及冠层气象因子、土壤水分对冠层气孔导度的影响因素等方面着手,对鹤山马占相思人工林的冠层气孔导度对环境因子的响应规律进行了较深入的研究,并建立Jarvis经验模型以模拟不同季节马占相思树冠层气孔导度的变化,并对模型的准确性和预测性进行了验证,旨在为揭示环境因子在冠层水平上对森林生态系统水分利用的影响机理提供理论依据。   在2005年1月至12月,利用Granier热消散式探针对马占相思(Acaciamangium)的树干液流值(sap flow)进行了连续测定,计算出整树的蒸腾,并由Penman-Monteith方程得出马占相思的冠层气孔导度值,构建了不同季节马占相思整树冠层气孔导度对环境因子的响应模型,并通过尺度扩展到林段冠层水平。通过上述研究,得出以下主要结论:   除了在气温和太阳辐射水平较低的冬季以外,马占相思树干液流与冠层蒸腾之间存在显著的时滞效应,通过错位相关分析发现,时滞为1小时。   马占相思冠层气孔导度是控制整树蒸腾的主要因素,冠层气孔导度在各个季节的日变化基本均呈单峰曲线,日变化曲线的最大峰值为7月份最高,4月份、10月份次之,1月份最低。马占相思树冠层蒸腾速率呈现由早晨日出后迅速增加,至中午前后达到一天中的最大值、而后再降低的日变化规律。而冠层气孔导度则是在日出后迅速增加,在上午9、10点左右达到最大值,其后再降低的规律。   太阳总辐射、水汽压亏缺和气温是影响冠层气孔导度的三个重要因素,而土壤湿度对冠层气孔导度的影响不显著。在VPD值较高时(>0.5kPa),冠层气孔导度随着太阳辐射的增加呈现一条趋向饱和值的曲线,而在较低的VPD(<0.5kPa)环境下,太阳辐射对冠层气孔导度无明显影响。在日变化过程中,冠层气孔导度在日出后随着太阳辐射的增加而迅速增加,但太阳辐射达到一定水平以后(>200W m-2),水汽压亏缺则成为控制气孔张开的主要因素。冠层气孔导度随着水汽压亏缺的增加呈负指数函数下降的趋势。温度也是影响气孔张开的重要因素,在本研究中马占相思叶片气孔张开的最适宜温度为28℃。   在全年度各个季节,使用包括了太阳总辐射、水汽压亏缺和气温三个变量的Jarvis模型可以较好地模拟马占相思冠层气孔导度对环境因子的响应特征,但是在冬季模型拟合效果相对较差,而不同季节、不同样树的模型参数一般有较大差别。   马占相思树北方位的液流与四个方位的平均液流密度显著相关,通过尺度扩展可以计算出马占相思林段冠层蒸腾和气孔导度。马占相思林段冠层气孔导度对环境因子的响应呈现与单株水平相似的规律。   建立在整树和林段冠层尺度的模型模拟结果都表明:在全年的大部分时段,环境变量对模型精确度的影响程度依次为:水汽压亏缺>太阳总辐射>气温;而在气温较低的冬季,影响程度依次为:水汽压亏缺>气温>太阳总辐射。
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