基于H218O分馏效应解析农作物群体蒸腾作用季节变化及其调控机制

农作物群体蒸腾作用的准确测定和估算是提高农田水分利用效率、加强农田水分管理的重要依据。拟以小麦/玉米生态系统为研究对象，以大气水汽δ18O同位素比值与通量的原位连续观测系统为基础，获得生态系统蒸散δ18O的原位连续观测数据；基于真空抽提技术进行土壤、茎秆和叶片水δ18O日和季节尺度的连续采样与分析，获得作物群体蒸腾δ18O和土壤蒸发δ18O数据。重点研究生态系统蒸散δ18O、作物群体蒸腾δ18O和土壤蒸发δ18O的季节特征及其调控机制；与涡度相关技术结合，实现作物群体蒸腾和土壤蒸发的连续拆分；并开展与蒸渗仪法、静态箱-红外气体分析法和Shuttleworth-Wallace模型等传统植物蒸腾、土壤蒸发拆分方法的综合对比研究。阐明农作物群体蒸腾作用的季节变化及其调控机制，量化作物群体蒸腾和土壤蒸发的强度和相对变化及其受环境与生物因素影响的方式与程度，为采取栽培措施抑制无效蒸发提供科学依据。

农作物群体蒸腾作用的准确测定和估算是提高农田生态系统群体水分利用效率，加强农田生态系统水分管理的重要依据。涡度相关技术和稳定同位素技术相结合可以解决直接区分农田生态系统群体蒸腾作用和土壤蒸发的难题。本项目以小麦、玉米农田生态系统为研究对象，以大气水汽δ18O的原位连续观测系统为核心手段，连续、准确确定生态系统蒸散δET、土壤蒸发δE以及植物蒸腾δT，从而连续地从农田蒸散中分离出作物群体蒸腾作用的比例。同时开展了稳定同位素方法与蒸渗仪法、静态箱-红外气体分析法和S-W模型等的综合对比研究，阐明农田生态系统蒸散、作物蒸腾和土壤蒸发的日变化和季节变化特征。结果表明：.1）对涡度相关数据的WPL 修正显著可以提高潜热通量的准确性。据此计算的玉米生长季蒸散日变化呈现早、晚低，中午高的变化特征；季节变化与LAI密切相关，呈明显的单峰变化曲线。土壤温度是农田蒸散最主要的环境控制因子，光合有效辐射、空气温度次之，在大气干旱条件下蒸散会显著增强。.2）大气水汽δD、δ18O从5月至9月，δD和δ18O慢慢增加然后减少。水蒸气δD和δ18O逐日变化曲线依赖于水汽混合比，玉米全生育期δT 为-5.75 ±0.93 (-7.51 ~ -2.65)、δET为-10.06 ±2.30 (-19.60 ~ -3.93)、δE为-39.10 ±6.07 (-51.47 ~ -24.81)；植物蒸腾占蒸散的比例变异范围为53.6~99.8%，平均值(±标准偏差)86.5±8.1%，土壤蒸发占蒸散的比例变异范围为0.2~46.4%，平均值(±标准偏差) 13.5 ±8.1%。.3）相对湿度（h）强烈影响农田生态系统δE，特别是在h > 95%的高相对湿度环境条件下Craig-Gordon模型并不适用。自主研发的静态箱法直接测定农田E、T、ET，植物蒸腾对农田蒸散的贡献远远大于土壤蒸发。静态箱法与涡度相关法测得的NEP和ET具有良好的一致性，两种方法结合有望实现农田水碳通量各个组分的连续拆分。.4）稳定同位素法、静态箱法、S-W模型法、蒸渗仪法、包裹式径流计法等测定的农田E、T比例具有一致性，对于阐明农田作物群体蒸腾作用的季节变化及其控制机理，量化土壤蒸发和植物蒸腾的强度和相对变化及其受环境与生物因素影响的方式与程度，为采取栽培措施抑制无效蒸发具有重要意义。