中国林科院森环森保所在环境和冠层条件对华北落叶松林的林下蒸散影响方面取得进展

旱区大规模造林（如黄土高原）虽然增加了植被覆盖和缓解了土壤侵蚀或荒漠化等生态环境问题，但也同时引起了径流减少和土壤干化等新问题。在黄土高原，植被覆盖已接近或超过水资源承载力，危机区域供水安全；且气候变化和继续造林将可能进一步加剧林水矛盾，因而亟需开展基于林水协调的森林管理。森林蒸散是森林生态系统水分损失的主要途径，理清森林蒸散及其分量随环境条件和林分结构的变化对于开展变化环境下的林水协调管理尤为重要，但目前研究多集中于森林蒸腾和冠层截持，对林下蒸散关注较少。作为森林蒸散的主要组分，林下蒸散在比较稀疏的旱区森林中可占总蒸散的50%以上，因此，深入理解和准确预测林下蒸散对林地环境和冠层条件的响应非常必要。
华北落叶松是中国北方主要的造林树种。在六盘山区，华北落叶松林下蒸散占总蒸散的27~41%，且气候变化和林分结构变化（生长、自然干扰（雪灾）和管理（间伐））正显著影响其蒸散数量和组分变化。为定量刻画华北落叶松林下蒸散对林地环境和冠层条件的响应，中国林科院森环森保所生态水文研究团队依托宁夏六盘山森林生态系统国家定位观测研究站，利用蒸渗仪对华北落叶松林下蒸散开展了为期2个生长季（2019和2021年）的定位观测，并同步观测气象、土壤含水量和冠层结构等条件，分析林下蒸散系数对土壤含水量和冠层叶面积指数的响应，并构建多因素耦合模型评估林地环境和冠层条件变化对林下蒸散的影响。
结果表明，林下蒸散主要受潜在蒸散、土壤含水量和林冠叶面积指数的影响。随林冠叶面积指数增加，林下蒸散系数缓慢降低，两者呈衰减的幂函数关系；随土壤含水量增加，林下蒸散系数先快速增加，后缓慢增加，两者呈增长的对数函数关系（图1）。借助阶乘方程将上述响应关系耦合，并基于实测数据拟合得到考虑潜在蒸散、土壤含水量和冠层叶面积指数影响的林下蒸散模型，可较好的模拟林下蒸散变化（R2=0.81）。基于模型得到：
（1）蒸渗仪内、外土壤含水量的不同将导致蒸渗仪评估的林下蒸散与实际林下蒸散存在较大差异（图2）。当蒸渗仪内土壤体积含水量低于0.215时，蒸渗仪评估的林下蒸散会低于实际林下蒸散；当蒸渗仪内土壤体积含水量高于0.215时，蒸渗仪评估的林下蒸散会高于实际林下蒸散。因而，需将林地土壤含水量带入构建的林下蒸散模型以降低误差。
（2）潜在蒸散、土壤含水量和林冠叶面积指数对林下蒸散的影响程度在不同条件下存在差异。如，在给定的土壤体积含水量下，随林冠叶面积指数的降低，潜在蒸散对林下蒸散的影响将增强；在给定的潜在蒸散下，随土壤含水量的增加，林冠叶面积指数对林下蒸散的影响将增强。预测结果可用于指导旱区林水管理（特别是通过间伐降低森林蒸散耗水的森林管理）。
该研究得到了国家自然科学基金和中国林业科学研究院基本科研业务费专项资金项目联合资助，以“Environmental and canopy conditions regulate the forest floor evapotranspiration of larch plantations”为题发表在《Forest Ecosystems》。论文第一作者为刘泽彬副研究员，通讯作者为王彦辉研究员。（文/图：刘泽彬）
中国林科院森环森保所 2022-10-24

关键词 环境  冠层条件  华北落叶松  林下蒸散  森林蒸散  图片