热脉冲技术在林地蒸散测量中的应用

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:sme_william
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定量获取蒸散量并将蒸散量分割成蒸发和蒸腾两个独立的组分对理解和模拟生态系统水文循环,指导农业生产实践具有重要意义,但是目前鲜有方法将蒸腾和蒸发直接分开测量。本论文使用相同构造的三针热脉冲探针实现树干液流和林地土壤蒸发测量,并探究黄土区两种立地条件下旱柳树干液流差异机制。试验于2014年7月至10月在黄土高原神木县六道沟小流域风沙土地和黄绵土地两种立地旱柳样地上进行。试验在风沙土地旱柳树干安装三针热脉冲探针,分别运用热比率法(HRM)、最大温度法(T-max)和单针热脉冲法(SHPP)三种方法组合获取树干液流,并使用热扩散探针对树干液流进行对比测量,对不同测量方法进行评价。同时试验在风沙土地旱柳林土壤安装由3个热脉冲探针构成的探头组和由5个探针构成的探头组利用显热平衡法(SHB)测量土壤蒸发,并运用小型蒸渗仪进行验证,试验利用热脉冲技术热比率法测得树干液流经过尺度扩展得到样地蒸腾量,两者相加即获得旱柳样地蒸散量,并用水量平衡法对比测量蒸散量。试验利用风沙土地和黄绵土地0-6 m土壤剖面含水量观测(中子仪)、2 m内含水量动态监测(FDR)、土壤蒸发(蒸渗仪)和气象因子观测,以及旱柳叶水势、根系栓塞程度和树干液流测定,分析两种立地旱柳生长差异和树干液流差异机制。试验,主要结论如下:三针热脉冲探头插入树干边材完成安装后,经历约5周树干液流进入稳定测量阶段,安装初期3种方法测得液流密度比稳定测量时高135%~220%。HRM和SHPP与热扩散法(TDP)液流密度测量结果相关性较好,R2分别达到0.93和0.91;T-max与TDP液流测量结果相关性较差,R2仅为0.73。不同方法具有不同的适用性,可以根据试验目的不同,选取不同方法或者几种方法组合进行树干液流测量。由5个三针热脉冲探针构成的探针组获得的土壤日蒸发量与蒸渗仪法测量结果具有极显著(P<0.001)的线性相关性,R2达0.53。在2014年8月18日至10月21日期间,利用热脉冲法测得风沙土地旱柳样地蒸散量为157.4 mm,其中蒸发量82.3 mm,蒸腾量75.1 mm,蒸散量测定结果比水量平衡法(135.3±23.5 mm)略高。黄绵土样地旱柳树干液流为风沙土样地的2.6倍,日液流量均与作物参考蒸散ET0有极显著线性相关关系(P<0.001),R2分别达0.58和0.52。黄绵土质地较细,田间持水量高、入渗慢;风沙土质地较粗,田间持水量低、入渗快。黄绵土土壤水分含量明显高于风沙土。风沙土地田间持水量仅为黄绵土地的1/2,2014年黄绵土地在绝大多数降雨条件下入渗不超过20 cm,而风沙土地入渗深度能达到1 m。风沙土样地蒸发是黄绵土样地的1.5倍。风沙土地旱柳叶水势显著小于黄绵土地柳树,而栓塞程度显著大于黄绵土地柳树,说明风沙土地旱柳遭受了水分胁迫。总之,土壤质地差异引起的土壤水分条件差异是造成旱柳生长状况和树干液流差异的根本原因。
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