生态系统尺度水汽通量分配——以寒温带兴安落叶松林为例

目的蒸散发(ET)包括蒸发(E)和蒸腾(T), 是生态系统降雨(P)返回大气的最主要形式, 在气候变化背景下, 了解大兴安岭北部多年冻土区的寒温带兴安落叶松林的ET特征及其分配状况, 有助于进一步理解北方森林对气候变化的响应模式。方法在2015年7月10日至8月10日期间, 利用模型与野外实测的方法对寒温带兴安落叶松林蒸发(E)、蒸腾(T)及蒸散发(ET)进行研究。E包括林地蒸发(E_f)和林冠截留(E_c), 而林分蒸腾总量(T_tot)则为优势木(T_d)、中等木(T_i)、劣势木(T_s)蒸腾量之和。分析非降水和降水日的ET及其组分特征和分配, 探讨水汽通量对气象因子的响应。结果非降雨和降雨日的ET及其组分的日变化均呈单峰格局, 且非降雨日曲线的日峰值均高于降雨日。非降雨日, E_f、T_d、T_i、T_s和ET分别为10.3、25.6、15.2、10.8和66.3mm; 降雨日, E_f、E_c、T_d、T_i、T_s和ET则分别为2.2、24.3、11.2、5.1、3.8和47.8mm。非降雨日, E_f/ET为15.5%, 而T_tot/ET为78.0%, 其中T_d/ET、T_i/ET和T_s/ET分别贡献38.7%、23.0%和16.4%;降雨日, E_f/ET低至4.6%, E_c/ET则可以达到50.9%, 而T_tot/ET降低至42.2%, 其中T_d/ET、T_i/ET和T_s/ET分别为23.5%、10.6%和8.0%;表明非降雨日ET以T为主(具体为T_d), 降雨日则以E(具体为E_c)为主。观测期间94.7%的P主要以ET形式返回大气, 其中由T贡献57%, E贡献38%。总体上, 无论降雨与否, ET与23m处净辐射(R_n)的相关性均高于其与水汽压亏缺(VPD)的相关性, T_tot与二者的相关性则差异不大, 而E_f的表现则与ET相反, 说明R_n是生态系统能量循环和物质交换的最主要驱动力, T_tot同时主要受到R_n和VPD的约束, 而E_f优先受VPD的限制。结论兴安落叶松优势木的蒸腾能力强于中等木和劣势木, 以往研究多采用T_d(或包括较大径级的T_i)为林分尺度上推计算过程的基准值的方法会高估林分整体的蒸腾能力, 实际误差的大小取决于林分的分化程度以及是否降雨等因素。非降雨日的气象条件更有利于植被-大气界面的水汽交换, 降雨的发生会影响生态系统ET的分配模式。