华北低丘山区人工林耗水规律及水分利用效率变化的环境影响机制

本研究以我国华北低丘山区栓皮栎-侧柏-刺槐混交人工林（国家林业局黄河小浪底森林定位站）为研究对象，采用野外试验、模型模拟与涡度相关、树干液流等现代技术手段相结合的方法开展植被和大气水碳交换过程的综合观测与模拟研究，揭示不同造林树种蒸腾耗水规律，从不同时间尺度（日、月、年）和空间尺度（叶片、林分）综合分析人工林耗水及水分利用效率的变异特征，阐明人工林耗水规律和水分利用效率的环境影响机制；进一步基于该地区水资源紧缺、易发生干旱的气候特点，分析干旱期多种环境因子对人工林耗水和水分利用效率的协同影响，揭示干旱胁迫对人工林耗水和水分利用效率的影响，在此基础上探讨人工林耗水和水分利用效率季节和年际变异的驱动机制。研究结果可为华北低丘山区合理选择抗旱节水型树种、开展生态林业工程提供水分生态方面的理论依据，也可为其它水资源紧缺地区评估林业水资源状况、实施植被恢复与重建提供科学参考。

本项目以我国华北低丘山区栓皮栎-侧柏-刺槐混交人工林（国家林业局黄河小浪底森林定位站）为研究对象，利用涡度相关方法对实验区植被和大气水碳交换过程开展观测研究，从不同时间尺度综合分析人工林蒸散耗水和碳交换的变异特征，揭示人工林蒸散耗水和碳交换的环境影响机制以及干旱对蒸散耗水的影响。进一步结合国内更多通量观测站点的多年观测数据，分析了水分利用效率的空间变异特征和控制机制。结果表明：（1）温度是驱动蒸散季节变化的主要环境因子，饱和差也是影响蒸散季节变化的重要环境要素。土壤含水量对ET季节变化的影响并不显著。年蒸散量均高于降水量，蒸散量高于降水量的部分来自深层土壤水分的供给。（2）退耦系数（Ω）与冠层导度的季节动态有很好的一致性。植被快速生长季内蒸散主要受气孔控制。干旱年份快速生长季的退耦系数、冠层导度和蒸散低于水分状况良好的年份，发生干旱时蒸散主要受气孔限制。气孔对蒸散的限制作用在大气湿度较低时较高，并且这种限制作用在发生干旱时会进一步加剧。快速生长季内辐射是影响蒸散的主要环境因子，辐射资源丰富的年份气孔对蒸散的控制程度更高。（3）生态系统WUE在空间分布上具有随纬度变化的特征。东部季风气候区内各站其生态系统其WUE（C3类植物）自北向南逐渐增大。不同生态系统间的WUE表现出变异性。C4植物（夏玉米）的WUE高于C3类植物（森林、草地及冬小麦），森林和农田的WUE高于草地；水分、温度是驱动不同生态系统间WUE差异的主要环境要素。植被长势也是影响生态系统WUE的一个重要因素。在年际尺度上，水分条件良好的生态系统，其WUE的年际变异较小；容易遭受干旱胁迫的生态系统，其WUE的年际差异在很大程度上取决于年降水量，同时温度也是一个重要的协同影响因子。