解构冠层蒸腾与截留对流域产水量的影响

冠层蒸腾和截留是影响流域产水量的重要因素，而森林生态特征则在这种影响的形成机制上扮演重要角色，包括林分密度、树种、冠层覆盖度、群落再生和演替等。从森林生态特征的角度，探讨和结构冠层蒸腾和截留对流域产水量的影响对于改善林地水量平衡进而改善区域及流域产水量具有重要的研究意义。针对北京水资源短缺的问题，为有效促进北京水源林建设以改善区域水资源，研究以北京潮河流域为研究对象，应用Sapflow观测技术，结合林地水量平衡分析和流域水文研究，探讨了不同树种及密度结构下林分蒸腾活动环境响应机制及蒸腾活动的动态变化规律；并结合水文模型模拟以及经验统计分析，从树种及密度结构的角度探讨了林分结构差异导致的蒸腾和冠层截留动态变化对流域水文水资源的影响。研究拟确定不同树种及密度的林分结构下蒸腾活动的环境响应模式，并确定冠层蒸腾和截留动态变化对流域水文的影响作用。

国内外大量的流域对比试验表明：森林采伐可以增加流域产水量，而造林和森林植被恢复则减少流域产水量。一般认为，与其它灌草或农作物相比，森林具有较大的蒸腾水量是造成以上现象的唯一因素。然而，大量的研究表明，在水分相对亏缺的地区，林份蒸腾可以维持在相对较低的水平，而林冠截留可以占到年降水量的13-40%左右。因此， 研究林冠蒸腾和截留对流域产水量的影响是开展流域水土资源管理的重要课题。本项目采TDP技术、林份水量平衡测定与流域生态水文模型研究了不同树种对环境因子的响应特征、不同树种组成以及林分密度对冠层蒸腾影响、流域尺度不同林分结构（土地利用）特征对流域产水量影响。研究结果表明：人工杨树林蒸发散影响主要环境因素主要包括植被因子、气象因子、土壤因子；净辐射与蒸腾量呈线性关系，相关系数0.10-0.40。蒸腾量与饱和水气压呈对数关系；叶面积指数与杨树蒸发散量呈指数关系；蒸散量与气象因子相关性由大到小排序为：净辐射>光通量有效密度>饱和水汽压>风速；油松林蒸腾量显著大于元宝枫林，油松林密林蒸腾量显著小于疏林，元宝枫疏林蒸腾量略大于密林，相同气象条件下，油松叶片气孔导度达到最大时的辐射值略大于元宝枫。油松、元宝枫蒸腾强度与饱和水汽压差和太阳辐射存在良好的相关性。油松和元宝枫林与VPD成指数关系，而油松蒸腾量随着VPD的增减其增长的拐点要早于元宝枫林，油松较元宝枫更能有效抵抗干燥空气环境。元宝枫林与太阳辐射呈指数关系，而油松林则与太阳辐射成线性关系。在流域尺度上，不同极端土地利用情景下的径流的变化趋势一致，但径流值的大小差异显著，具体表现为：灌木林地>草地>林地>耕地。对比2009年原始土地利用情景下的模拟径流：灌木林地情景下径流增加了158.2%，草地情景下径流增加了4.1%。其他情景下径流减少。