喀斯特森林生态系统蒸散通量的构成及其生理生态调控：基于贵州茂兰的定位研究

The dense forest grows above Karst rocks is amazing natural scenery both for scientists and publics. The forest vegetation was well protected in Maolan, Guizhou. This vast primary Karst forests was regarded as the best one all around the world. The evapotranspiration of these forests leave us a series of questions need to be answered. i.e. how many waters evaporated in the atmosphere annually, this amount of water account for what proportion of precipitation, how about the role of transpiration in total evapotranspiration, how stomatal regulation exert to improve water use efficiency, etc. We are going to make this proposal after a long-term ecological research work in the Maolan’s primary forests. The evaporation term, which is a critical component in hydrological cycles, will be fully quantified. Along with other measurements, we will try to give a well explanation on how plant get accustom and adapted to the Karst water environment. This study will not only provide solid data and theoretical support for the ecological restoration work in the area but also will promote the sustainable forest resource utilization. Papers and young scientists will be generated and grown up in the project. Moreover, a data pool related to evapotranspiration of Karst forest will be established and opened to the public.

长在石头上繁茂的森林植被，是地球亚热带地区的一个奇观。我国的茂兰地区，喀斯特森林保护得好，原生性强，是目前全世界最具代表性的喀斯特原生森林植被。关于这些森林的蒸散仍然有许多未解之谜，比如森林蒸散的量级是多少，占总降水的比重是多少，蒸腾作用占整个蒸散总量多少，蒸腾的水分从哪里来，气孔如何通过调节提高水分利用效率，蒸散主要受到辐射能输入的影响还是气孔调节控制等等。针对这些问题，本研究拟基于在茂兰喀斯特森林中的长期的定位研究工作，以水分过程中的蒸散过程为主体，系统的对喀斯特森林生态系统的蒸散过程进行量化，并通过其他辅助监测项目，力求解明蒸散通量的环境调控及其生理生态学机理。本研究将为我国喀斯特地区植被恢复工作，提供数据和理论基础，对保护和利用喀斯特地区的森林植被资源也有重要意义。基于本研究，我们将构建喀斯特森林蒸散的数据库系统，发表相关科技论文，并培养野外工作扎实的青年科技人员。

茂兰喀斯特森林是世界上同纬度地区残存下来的连片面积最大、相对集中、原生性强的喀斯特森林生态系统，具有独特的水文过程，特别是森林蒸散通量构成与调控机制仍有许多未解之谜。项目围绕喀斯特原生林蒸散通量的构成及其时间动态、蒸散通量的生理生态调控机理和蒸散通量的模拟等开展研究。结果如下：.（1）林冠截留、林内近地层蒸散量和净辐射能具有明显的季节动态，主要冠层、亚冠层树种蒸腾、林下植被蒸腾和林地土壤蒸发均有明显的时间动态特征。喀斯特森林湿冠层蒸发量、乔木层、灌木层、草本层蒸腾量以及林地土壤蒸发量分别占年总蒸散量的34.69%、39.85%、6.44%、2.80%和16.22%；春、夏、秋、冬不同季节的森林蒸散量分别占年总蒸散量的24.19%、32.17%、31.33%和12.30%。.（2）构建了冠层、亚冠层主要树种青冈栎、猴欢喜、化香、西南桦、树参、川滇无患子、黄桤、木姜润楠蒸腾量以及乔木层、灌草层蒸腾和土壤蒸发与小气候因子的回归模型。从叶片光合、气孔导度、气孔形态等生理指标、碳氢氧稳定同位素，界面导度、Priestley-Taylor α 以及 Jarvis Ω 的变化特征，揭示了其对喀斯特森林蒸散的调控作用。冠层39.06%的边材面积贡献了乔木层总蒸腾量的43.48%，亚冠层41.04%与下层19.90%的边材面积分别仅贡献了乔木层总蒸腾量的42.26%和14.26%。.（3）采用截留量模型模拟林冠截留量，空气动力学导度模拟湿冠层蒸发量，结果显示2020-2021年林冠截留雨量模拟值为550±97 mm，湿冠层蒸发量模拟值为554 mm，模拟值与实测结果均接近。应用叶片实测气孔导度对 Penman-Monteith公式参数化和Priestley-Taylor方案修正系数ɑ模拟蒸散量，2020-2021年模拟值分别为1407.95 mm和 1799 mm，其中2021年模拟值分别为759.30 mm和724 mm，模拟值比实测值分别低4.14%和9.2%。表明这些模型均适用于茂兰喀斯特森林生态系统蒸散量的预测。.综上，项目量化了喀斯特森林蒸散通量及其构成，从“叶片-个体-林分”尺度系统揭示了喀斯特森林蒸散通量的生理生态调控机理，优化了适用于喀斯特森林的蒸散量模型，丰富了喀斯特森林生态水文过程，为区域生态监测评估与保护管理提供基础数据和理论支撑。