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植被群落蒸散发是湿地水文过程与生态过程的重要组成部分,是近年来湿地水文与生态学方面研究的重点。目前,对于蒸散发计算、测定等方面都进行的广泛的研究,建立了不同尺度下、不同维度下的理论与方法体系。但是,想要进一步明确区域尺度上的蒸散发计算方法及其影响因素,就需要选择一种能够综合响应外界条件变化对植被群落各种参数作为研究对象,并建立一种有效的蒸散发计算的尺度转换方法。本研究选择了植被密度条件作为植被群落响应外界条件变化的基础,基于植被气孔导度向冠层导度转换的方法实现植被群落蒸散发由点向面的尺度转换。以白洋淀背景密度为基准,分别设置背景密度的80%,60%,40%和20%共计5个密度梯度,分别记为D-10,D-8,D-6,D-4和D-2。并以此方法为基础,计算了白洋淀区域的芦苇群落在不同密度条件和不同管理目标的条件下,其植被群落蒸散发量与分布面积的动态关系,为白洋淀区域的植被管理与水资源调配提供了更加准确的技术支持与更加多样的方案选择。主要的研究结论如下:
(1)不同密度芦苇群落的太阳辐射强度、温度、蒸腾速率、气孔导度的年内的日变化进程较为类似,整个日变化进程呈现明显的单峰形式。密度条件对各个参数的日进程形式影响不明显,但各个月份间的差异较为明显,夏季要明显大于春季与秋季。不同密度下植被群落内湿度条件的日进程呈现“U”型的变化规律,其他变化规律与其他参数与密度条件的关系类似。
不同密度条件下的芦苇群落叶面积指数从5月份开始不断增大,在8月份达到年内的最大值,年内变化呈现单峰的形式,叶面积指数的增大与减小的速度都较为迅速。
综合以上不同密度下,芦苇的气孔导度与生理条件、外部环境条件存在较为显著的线性关系(R=0.761)。
(2)基于气孔导度转换计算方法、IRGA-LC测定方法和蒸发桶测定方法结果的对比研究,IRGA-LC测定方法与蒸发桶测定的相对误差在3.2%~16.4%之间,平均误差为8.2%;基于气孔导度转换的蒸散发计算方法与蒸发桶测定方法的最大相对误差为196%,平均误差在40%左右。在密度较高的条件下,基于气孔导度转换的方法的平均相对误差较小,但当植被密度减小时,基于气孔导度转换的蒸散发计算方法相对蒸散发桶测定方法平均误差达到了60%以上。
对于植株密度较高,总蒸散发量较小的植被群落,基于气孔导度转换方法具有较好的适用性。对于密度小、蒸散发能力强的植被群落该方法的适用性较差,需要在实际应用中进一步调整参数。
(3)芦苇群落的蒸腾鼍与蒸发量的年内变化规律均呈现明显的单峰变化过程,春秋季节较小,夏季较大。高密度的芦苇群落的蒸散发、蒸腾量年内变化较为剧烈,低密度的芦苇群落的棵间土壤蒸发量年内变化较为平缓。
除了D-2以外,其他密度条件芦苇群落蒸腾量占植被群落蒸散发耗水量的绝大部分,总量上远大于土壤蒸发耗水,最大值可以达到91.7%。蒸散发总量减小而且与密度的变化过程呈现非线性关系。D-10与D-8以及D-6、D-4与D-2条件下的植被蒸散发量相对接近。D-8至D-6的变化中,在密度条件由D-8至D-6的变化中,植被群落的冠层结构特征发生了较为明显的改变,由封闭变为开放,土壤蒸发的作用地位改变,蒸散发量具有较为明显的变化。
(4)以不同的生态目标与监测数据为基础,将白洋淀湿地生态需水量划分为理想、中等、最小三个等级。在年内(5~9月份)间,白洋淀湿地的月均生态需水量有理想等级至最小等级,密度由D-10至D-2不断减小,而植被群落蒸散发需水量在湿地总需水量中所占的比例则反而不断增大,反映了植被系统在生态系统中的基础性作用。
(5)分别计算了基于目前芦苇分布面积的现状条件下,基于不同芦苇分布面积的生态恢复目标下,三个不同等级下白洋淀湿地的生态需水量,并根据白洋淀水量-水位对应关系,将生态需水量转换成为管理目标的生态水位。白洋淀湿地生态需水量介于6.98~0.85×108m3之间,对应生态水位波动应在7.00~9.40m之间。
(6)在不同的水资源状况下,计算了通过调节植被的密度与分布面积的动态关系,实现白洋淀湿地生态需水量的动态管理,为白洋淀生态系统调节与植被群落管理提供了新的思路、方法和措施。白洋淀水位与6.1~10.4m波动时,在不同可以调节芦苇分布密度的不同使之面积介于159~11984h㎡之间,在满足湿地生态系统生态需水量的同时,实现植被群落生态效应的最大化。