基于渦度相關(guān)系統(tǒng)的橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散研究

張曉娟 ，吳志祥 ，楊 川

（1. 農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，海南 儋州 571737；2. 海南大學(xué) 環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院，海南 ?？?570228）

基于渦度相關(guān)系統(tǒng)的橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散研究

張曉娟1，2，吳志祥1，2，楊 川1

（1. 農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，海南 儋州 571737；2. 海南大學(xué) 環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院，海南 ?？?570228）

基于農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物觀測實(shí)驗(yàn)站橡膠林渦度相關(guān)系統(tǒng)2013—2014年定位觀測資料，分析了海南島西部儋州地區(qū)橡膠林生態(tài)系統(tǒng)不同時(shí)間尺度蒸散量及其環(huán)境影響因子。結(jié)果表明：（1）橡膠林生態(tài)系統(tǒng)全年日蒸散變化特征為單峰型，雨季平均日蒸散量大于旱季，雨季平均日蒸散為3.69 mm/d，旱季平均日蒸散為1.45 mm/d。2013—2014年不同年份相同月份月累積蒸散量相差不大，2013年總蒸散量大于2014年。2013年1—2月，2014年1—3月降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸散量，橡膠林嚴(yán)重缺水。（2）日尺度上，蒸散與凈輻射(Rn)、氣溫(Ta)、飽和水汽壓差(VPD)呈正相關(guān)。相關(guān)性分析表明，日尺度上，凈輻射(Rn)、氣溫(Ta)、飽和水汽壓差(VPD)、5 cm土壤含水率(VWC)均是影響蒸散的主要環(huán)境因子。（3）月尺度上，蒸散隨氣溫(Ta)升高先略有減小，再增大；蒸散隨凈輻射(Rn)、飽和水汽壓差(VPD)的增大而增大。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，凈輻射(Rn)、5 cm土壤含水率(VWC)為影響蒸散的主要環(huán)境因子。（4）年尺度上，橡膠林生態(tài)系統(tǒng)水分供應(yīng)充足。尤其在橡膠林的主要生長季（5—10月），降雨量遠(yuǎn)大于蒸散量。年尺度上，環(huán)境因子對蒸散影響規(guī)律不明顯。

蒸散；渦度相關(guān)；橡膠林；海南島

蒸散（Evapotranspiration, ET）是陸地生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是能量平衡的主要構(gòu)成[1]，同時(shí)蒸散還是影響區(qū)域氣候的主要因素[2]，它受環(huán)境（地形、溫度、光照、土壤、降雨等）及生物（植被種類、群落結(jié)構(gòu)等）多方面因素的影響[3]。了解各種影響因素對蒸散的作用機(jī)制有助于了解生態(tài)系統(tǒng)與氣候的相互作用關(guān)系，從而為預(yù)測全球氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響提供依據(jù)[4-5]。森林是在陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，第八次全國森林資源清查結(jié)果顯示全國森林面積為2.08×108hm2，人工林面積0.69×108hm2，人工林占全國森林面積1/3[6]，我國人工林是森林生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，也為區(qū)域氣候調(diào)節(jié)起著重要的作用。因此學(xué)者們對人工林做了多方面的研究，包括能量平衡[7-10]、水量平衡等方面[11-14]。

蒸散研究方法有水量平衡法、能量平衡法、波文比法、蒸滲儀、渦度相關(guān)法等[9,15]，其中渦度相關(guān)法作為植被與大氣間物質(zhì)及能量交換長期連續(xù)觀測最有效方法[16-18]，因此也逐漸成為森林蒸散研究主要方法之一[19-22]。由于我國不同地區(qū)氣候條件不同，森林種類多，因此渦度相關(guān)法對森林蒸散研究結(jié)果也不同。但對于橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散，以往較多的是利用水量平衡法[23]，利用渦度相關(guān)法對橡膠林蒸散研究較少[24]。

橡膠林一方面作為我國熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，另一方面也是熱帶地區(qū)主要人工林之一，對區(qū)域小氣候形成具有重要作用。因此對橡膠林蒸散與環(huán)境因子相互作用機(jī)制的研究，既可以更好的了解橡膠林對區(qū)域氣候的作用，又可以預(yù)測氣候變化對橡膠林生產(chǎn)力影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

研究所選地點(diǎn)為農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物觀測實(shí)驗(yàn)站（19°32′47″N，109°28′30″E）。實(shí)驗(yàn)站位于海南省儋州市，當(dāng)?shù)氐匦蜗鄬ζ教?，高差較小，氣候類型為典型的熱帶海島季風(fēng)氣候。全年旱季雨季分明，雨熱同期。年平均降雨量1 607～2 000 mm，降雨主要集中在5—10月份，尤其7—9月降雨最多，由于此時(shí)段為臺(tái)風(fēng)多發(fā)月。全年溫差小，年均溫21.5～28.5 ℃。土壤類型為磚紅壤，且多為砂壤土。

實(shí)驗(yàn)站內(nèi)為2001年種植的單一橡膠人工林，品系主要為7-33-97，林分結(jié)構(gòu)單一，分為上下兩層，上層為橡膠樹構(gòu)成的喬木層，下層為當(dāng)年生及多年生草本構(gòu)成的草本層。該研究選用實(shí)驗(yàn)站2013—2014年連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，對橡膠林不同時(shí)間尺度的蒸散量及其影響因子進(jìn)行研究。

1.2 方 法

1.2.1 通量觀測方法

實(shí)驗(yàn)站內(nèi)建有微氣象觀測塔，塔高50 m，且分為多層，每層裝有相應(yīng)的觀測儀器。本研究涉及的儀器主要由開路渦度協(xié)方差系統(tǒng)（Open Path Eddy Covariance, OPEC）以及常規(guī)氣象觀測系統(tǒng)（Routine Meteorological System, RMET）兩部分組成。OPEC觀測系統(tǒng)安裝在25 m高處，系統(tǒng)包括三部分，分別為：采樣頻率都為10 Hz的三維超生風(fēng)速儀CSAT-3（Campbell Scienti fic Inc, USA）和開路紅外CO2/H2O氣體分析儀Li-7500（Li-Cor, USA），以及數(shù)據(jù)采集器CR3000（Campbell Scienti fic Inc, USA）。RMET系統(tǒng)分為地上7層（分別為1.5、6、10、15、33、41、50 m）和地下3層（分別為5、20、50 cm），對地上不同高度以及地下不同深度的常規(guī)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行長期觀測。鐵塔原始數(shù)據(jù)的采集及處理采用Campbell公司提供的Loggernet軟件完成。鐵塔儀器安裝等詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)[25]。

1.2.2 計(jì)算公式

潛熱通量（LE）用實(shí)時(shí)測定的垂直風(fēng)速與水汽濃度的協(xié)方差求得。計(jì)算公式為：

式中：ρ為空氣密度，Cp為空氣定壓比熱，q′分別為氣溫和水汽含量的脈動(dòng)量[26]。

蒸散（ET）計(jì)算公式為[7]：

式中，LE單位為w/m2，（597-0.564T）為水的汽化熱，單位為cal/g，0.43為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，ET單位為mm/d。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用英國愛丁堡大學(xué)研究的EdiRe軟件對通量觀測10 Hz原始進(jìn)行處理，最終得30 min平均值。處理流程為：（1）野點(diǎn)去除；（2）坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)；（3）通量校正；（4）數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)缺失，因此要經(jīng)過數(shù)據(jù)插補(bǔ)才能得到最終的通量數(shù)據(jù)。對于缺失窗口≤2 h的數(shù)據(jù)插補(bǔ)采用平均日變化法（Mean Diurnal Variation,MDV），對于＞2 h的缺失窗口，用非線性回歸法進(jìn)行插補(bǔ)[27-29]。利用Microsoft Of fice Excel以及SAS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子變化特征

圖1為橡膠林2013—2014年各月降雨量、氣溫(Ta)、飽和水汽壓差(Vapor Pressure De ficit，VPD)、凈輻射(Rn)以及5 cm深土壤體積含水率(Volume Water Content，VWC)的變化特征圖。總體講，2013—2014年各環(huán)境因子與以往觀測結(jié)果比差異不明顯。研究地降雨集中在5—10月，2014年9月份降雨量異常高，由于當(dāng)月受臺(tái)風(fēng)影響多，臺(tái)風(fēng)帶來降雨異常多。全年各月平均氣溫呈單峰型變化，都在15℃～30℃，5月平均氣溫最高，12月平均氣溫最低。雨季5—10月氣溫變化波動(dòng)較小。飽和水汽壓差(VPD)也基本呈單峰型變化，先增大后減小，5月飽和水汽壓差最大，由于該月溫度高，降雨較少，空氣濕度較小。凈輻射變化趨勢為單峰型，兩年均5月凈輻射最大。5 cm深土壤體積含水率(VWC)變化規(guī)律性差，由于其受到降雨的影響大。旱季1—3月VWC小，由于此時(shí)間段為橡膠林最缺水月份，降雨少，土壤水分得不到補(bǔ)充，且蒸散作用不斷消耗土壤存儲(chǔ)的水分。

圖1 2013—2014年橡膠林環(huán)境因子變化Fig.1 Variations of environmental factors at rubber plantation in 2013 and 2014

2.2 橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散變化特征

圖2為2013—2014年橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散（ET）的變化特征。由圖可以看出，橡膠林生態(tài)系統(tǒng)每年蒸散變化特征為單峰型，與氣溫、凈輻射的變化趨勢相似。雨季平均日蒸散為3.69 mm/d，旱季平均日蒸散為1.45 mm/d。5月份開始，生態(tài)系統(tǒng)降雨量、凈輻射、氣溫都增大，導(dǎo)致日蒸散明顯增大。全年5—8月份日蒸散最大，日平均蒸散達(dá)4.29 mm/d，一方面由于此時(shí)影響植被蒸騰及土壤蒸發(fā)的環(huán)境因子凈輻射、氣溫、降雨量等都較大，另一方面由于此時(shí)為橡膠林的主要生長期，生態(tài)系統(tǒng)生物生命活動(dòng)旺盛，生態(tài)系統(tǒng)耗水較多。雨季9—10月份較雨季其他月蒸散較小，日平均蒸散僅為2.44 mm/d，由于氣溫、凈輻射等較5—8月份減少，植被蒸騰及土壤蒸發(fā)活動(dòng)也因此較弱，另外，由于此時(shí)為海南臺(tái)風(fēng)多發(fā)月，對渦度相關(guān)儀器觀測影響較大，可能會(huì)導(dǎo)致蒸散測定結(jié)果偏小[30-31]。

圖2 2013—2014年生態(tài)系統(tǒng)蒸散（ET）的變化特征Fig.2 Variation characteristics of ecosystem evapotranspiration (ET) at rubber plantation in 2013 and 2014

2.3 橡膠林生態(tài)系統(tǒng)累積蒸散

圖3為2013—2014年橡膠林生態(tài)系統(tǒng)累積蒸散及月蒸散，由圖可以看出，2013年蒸散量高于2014年。兩年1—3月份的累積蒸散曲線基本重疊，即兩年1—3月份蒸散量基本相當(dāng)；從4月份開始，兩年累積蒸散曲線逐漸開始分開，2013年累積蒸散量高于2014年。結(jié)合月蒸散圖可以看出，旱季1—3月份兩年各月蒸散量基本相同，4月份及12月份兩個(gè)月2013年蒸散量高于2014年，11月份2014年蒸散量較大；雨季5—7月份2013年蒸散量較大，8—10月份2014年月蒸散量較大。不同年份相同月份蒸散量的差異，主要取決于當(dāng)年環(huán)境因子的差異，也因此導(dǎo)致兩年累積蒸散曲線間距離變化。

圖3 2013—2014年橡膠林生態(tài)系統(tǒng)累積蒸散及月蒸散Fig.3 Accumulative ecosystem evapotranspiration and monthly evapotranspiration at rubber plantation in 2013 and 2014

表1為2013—2014年橡膠林月降雨量與蒸散量，兩年各月蒸散量對比可以看出，雖然不同年份相同月份蒸散量有差異，但相差不大。由于不同年份相同月份影響蒸散的環(huán)境因子存在差異，但總體在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因此蒸散量也在一定的范圍內(nèi)變化。兩年旱季各月蒸散量小于雨季，且雨季5—8月份蒸散量最大，均占到年總蒸散量的50%以上，此時(shí)不僅溫度、光照、降雨量等各種因素都較大，而且生態(tài)系統(tǒng)生物生命活動(dòng)最活躍，蒸散耗水較多；雨季9—10月份蒸散量相對較少，由于此時(shí)氣溫、凈輻射都減小，生物生命活動(dòng)也相對減弱，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)蒸散減少。

表1 2013—2014年橡膠林生態(tài)系統(tǒng)月降雨量及蒸散Table 1 Precipitation and evapotranspiration of rubber plantation ecosystem in 2013 and 2014

結(jié)合降雨量對比兩年蒸散，對于旱季，2013年1—2月份，2014年1—3月份降雨很少，降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸散量，為橡膠林嚴(yán)重缺水月份。2013年氣候較特殊，從3月份開始降雨增多，降雨量開始大于蒸散量。對于雨季，兩年的降雨均集中在5—10月份，與以往的研究結(jié)果一致，除2014年6月份降雨量稍小于蒸散量外，其他各月均降雨量均大于蒸散量，尤其2014年9月份，降雨量達(dá)1 192.1 mm，因?yàn)樵撛屡_(tái)風(fēng)天氣多次出現(xiàn)，使得當(dāng)月降雨量異常大。

2.4 環(huán)境因子對橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散的影響

圖4為橡膠林日蒸散及月蒸散對環(huán)境因子的響應(yīng)曲線，由圖可以看出，除月蒸散隨氣溫升高先略有減小，再增大外，其他都與凈輻射(Rn)、氣溫（Ta）、飽和水汽壓差（VPD）呈正相關(guān)。蒸散與氣溫相關(guān)性最好，其次是凈輻射，飽和水汽壓差相關(guān)性最差。不同年份間對比可以看出，2013年蒸散量隨環(huán)境因子變化曲線斜率較大，即2013年蒸散對環(huán)境因子變化的響應(yīng)更敏感。

圖5 日累積及月累積蒸散量在不同土壤含水率取值范圍的平均值及頻率分布，無論日蒸散量還是月蒸散量，隨著土壤含水率的增加，蒸散量先增大后減小由此可知，土壤含水率在一定范圍內(nèi)是橡膠林蒸散的限制因子。由頻率分布圖可知，對于橡膠林生態(tài)系統(tǒng)71%時(shí)間內(nèi)，土壤日平均含水率保持在15%～24%范圍內(nèi)，且在此范圍內(nèi)日蒸散量也較大。

圖4 環(huán)境因子對蒸散的影響Fig.4 Response of diurnal and monthly ET to environmental factors

圖5 日累積及月累積蒸散量在不同土壤含水率取值范圍的平均值及頻率分布Fig.5 Average values and distributing frequency of diurnal and monthly ET over different value ranges of soil water content

表2為環(huán)境因子與蒸散相關(guān)性分析結(jié)果，并對各環(huán)境因子與蒸散量進(jìn)行逐步回歸分析，日尺度及月尺度回歸方程均達(dá)到極顯著水平，其回歸方程如下：

日尺度回歸方程為：ET=0.173Rn+0.142Ta+1.656VPD+0.088VWC-4.479，R2=0.716 6；

月尺度回歸方程為：ET=0.783Rn+ 2.871VWC-111.411，R2=0.904 4。

由相關(guān)性分析及回歸方程可知，日尺度上，凈輻射、氣溫、飽和水汽壓差、土壤含水率均是影響蒸散的主要環(huán)境因子；當(dāng)時(shí)間尺度擴(kuò)展到月尺度時(shí)，氣溫及飽和水汽壓差對蒸散的影響作用減小。可能由于海南島月平均溫度及平均飽和水汽壓差差異較小，從而也導(dǎo)致其對蒸散的影響小。

表2 環(huán)境因子與蒸散相關(guān)性分析?Table 2 Correlation analysis of environmental factors and evapotranspiration

表3為橡膠林生態(tài)系統(tǒng)2013—2014年蒸散量及環(huán)境因子變化情況，由表可知，兩年的降雨量均大于蒸散量，即年尺度上橡膠林水分輸入大于水分輸出，尤其2014年降雨量是蒸散量的兩倍多。由此得出，在年尺度上，橡膠林生態(tài)系統(tǒng)水分供應(yīng)充足。對于橡膠林主要生長月份5—10月份的研究可以看出，兩年此時(shí)段的蒸散量均達(dá)全年的70%以上，即橡膠林生長期耗水較多，但此時(shí)也是海南島雨季，2013年5—10月降雨量占全年降雨量69%，2014年5—10月降雨量占全年降雨量85%，為橡膠林提供了足夠的水分，保證橡膠樹的正常生長。

2013年與2014年對比，無論是全年還是雨季，2013年蒸散量大于2014年，降雨量則2013年小于2014年。由圖4可知，日尺度上蒸散與凈輻射、氣溫、飽和水汽壓差均呈正相關(guān)，月尺度上除氣溫外，蒸散隨著凈輻射、飽和水汽壓差的增大而增大，表3的結(jié)果與此不符，可能由于時(shí)間尺度的變化會(huì)導(dǎo)致不同年份各環(huán)境因子間差異不明顯，從而導(dǎo)致年尺度上環(huán)境因子對蒸散的響應(yīng)不明顯。

表3 2013—2014年橡膠林生態(tài)系統(tǒng)年蒸散及環(huán)境因子變化Table 3 Variation of evapotranspiration and environmental factors at rubber plantation in 2013 and 2014

2.5 橡膠林與其他森林生態(tài)系統(tǒng)對比

橡膠林生態(tài)系統(tǒng)年蒸散量與其他森林生態(tài)系統(tǒng)對比結(jié)果如表4所示。隨著緯度的減小，森林生態(tài)系統(tǒng)年蒸散量整體呈增大趨勢，因?yàn)殡S著緯度的減小，太陽輻射及溫度等影響蒸散的主要環(huán)境因子逐漸增大，導(dǎo)致蒸散量的增大。相近緯度不同森林類型的年蒸散量有差異，由于森林的蒸散量既受環(huán)境因素的影響，也受生物因素影響，不同森林種植林木不同，不同樹木生長需水量不同，影響蒸散的生物因子（林分結(jié)構(gòu)、林分密度、葉面積指數(shù)等）也不同，例如，有研究表明降低林分密度可以減少蒸散量[3]；此外，不同森林形成不同的小氣候，也會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)蒸散。

表4 不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)年蒸散比較Table 4 Annual evapotranspiration in different forest ecosystems

表4中熱帶雨林蒸散量(1 545 mm)最大[36]，其次是熱帶季雨林(1 369.4 mm)[40]。一方面由于兩種森林所處地理位置氣候條件優(yōu)越，生態(tài)系統(tǒng)植被蒸騰及水分蒸發(fā)作用強(qiáng)；另一方面由于兩種森林均為天然林，天然林較人工林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，植物種類多，植物蒸騰作用旺盛，蒸騰作為蒸散的最大分量[3]，因此蒸散量也大。

研究地2013—2014年平均年蒸散量為939 mm，低于西雙版納熱帶季雨林(1 369.4 mm)[40]，雖然西雙版納緯度較高，溫度及太陽輻射等影響蒸散的環(huán)境因子較小，但由于橡膠林為單一人工林，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，生物種類少，耗水相對較少。橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量遠(yuǎn)高于鼎湖山常綠針闊混交林(641.2 mm)[40]，可能由于兩種生態(tài)系統(tǒng)蒸散受環(huán)境因子影響較多，雖然鼎湖山森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生物種類較多，但由于其生物蒸騰作用受環(huán)境因素的制約，導(dǎo)致其蒸散量小于橡膠林生態(tài)系統(tǒng)；也可能因?yàn)橄鹉z樹生長需水量較多。

3 結(jié)論與討論

3.1 橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散特征

橡膠林生態(tài)系統(tǒng)全年日蒸散變化特征為單峰型，與顏廷武等[19]在遼東山區(qū)次生林研究結(jié)果一致，與常博[41]等利用小型蒸滲儀對祁連山草地的研究結(jié)果也相似。雨季平均日蒸散為3.69 mm/d，大于華北低丘山地人工林夏季蒸散量2.19 mm/d[36]，旱季平均日蒸散為1.45 mm/d，由于海南雨季氣候條件更優(yōu)越，森林蒸散作用更強(qiáng)。雨季5—8月份平均日蒸散量最大，日平均蒸散達(dá)4.29 mm/d，5—8月份蒸散量占到年總蒸散量的50%以上，9—10月份較雨季其他月蒸散小，日平均蒸散僅為2.44 mm/d。海南島是典型的熱帶島嶼季風(fēng)氣候，5—8月份光照強(qiáng)度、溫度都高，因此蒸散耗水更多，9—10月份光照強(qiáng)度、溫度等都有所下降，蒸散作用較弱。

2013—2014年相同月份蒸散量相差不大，旱季月蒸散量小于雨季。全年蒸散主要集中在雨季（橡膠林主要生長季），雨季蒸散量占全年總蒸散量的70%以上，顏廷武等[19]對遼東山區(qū)天然次生林的研究發(fā)現(xiàn)，生長季的蒸散量占全年蒸散的73.5%，與本研究結(jié)果一致。由于森林主要生長季氣候條件好，光照、溫度、水分等都供應(yīng)充足，蒸騰作用及蒸發(fā)作用都旺盛。橡膠林不同年份相同月份月蒸散量不同，導(dǎo)致從4月份開始2013年累積蒸散量大于2014年，且兩年累積蒸散差值不斷變化，這可能是由于不同年份影響蒸散的環(huán)境因子存在差異，從引起蒸散量的不同。

旱季，2013年1—2月份，2014年1—3月份降雨很少，降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸散量，橡膠林嚴(yán)重缺水，其他月份降雨均能補(bǔ)充蒸散耗水；雨季，兩年降雨量均較多，與以往的研究結(jié)果一致[23]，除2014年6月份降雨量稍小于蒸散量外，其他各月均降雨量均大于蒸散量，橡膠林水分供應(yīng)充足。

3.2 橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散與環(huán)境因子

2013—2014年各環(huán)境因子與以往觀測結(jié)果比差異不明顯。日尺度上，蒸散與凈輻射(Rn)、氣溫（Ta）、飽和水汽壓差（VPD）呈正相關(guān)，與黃輝等對華北低丘山地人工林研究結(jié)果一致[36]；月尺度上，蒸散隨氣溫升高先略有減小，再增大；蒸散隨凈輻射、飽和水汽壓差的增大而增大。無論日尺度還是月尺度，蒸散與Ta相關(guān)性最好，其次是Rn，與VPD相關(guān)性最差。土壤含水率（VWC）在一定范圍內(nèi)是橡膠林蒸散的限制因子，觀測的兩年內(nèi)有71%時(shí)間，橡膠林土壤日平均含水率保持在15%～24%范圍內(nèi)，且在此范圍內(nèi)日蒸散量也較大。

通過相關(guān)性分析得，日尺度上，凈輻射(Rn)、氣溫（Ta）、飽和水汽壓差（VPD）、5cm土壤含水率（VWC）均是影響蒸散的主要環(huán)境因子；月尺度上，僅凈輻射(Rn)與5 cm土壤含水率（VWC）為影響蒸散的主要環(huán)境因子。由于海南島為熱帶季風(fēng)氣候，導(dǎo)致月尺度上Ta、VPD差異不明顯，從而導(dǎo)致其對蒸散的影響不明顯。

年尺度上，橡膠林生態(tài)系統(tǒng)水分供應(yīng)充足。在橡膠林的主要生長期5—10月份，降雨量大于蒸散量，為橡膠樹提供了足夠的水分，保證其正常生命活動(dòng)。年尺度上，環(huán)境因子對蒸散影響不明顯，一方面由于尺度變化導(dǎo)致年間環(huán)境因子差異性較小，此外也可能由于觀測的年限少，未能反應(yīng)出規(guī)律性。

對于蒸散影響因子的研究，不同學(xué)者對不同森林的研究，得到的結(jié)果也存在差異。黃輝等[36]研究結(jié)果表明，影響蒸散主要環(huán)境因子為氣溫與飽和水汽壓差，太陽輻射僅日尺度上影響蒸散。劉晨峰等[12]的研究結(jié)果則為，凈輻射對楊樹人工林蒸散的影響高于飽和水汽壓差，且當(dāng)水分供應(yīng)充足時(shí)，飽和水汽壓差不再影響蒸散。莫康樂[11]則認(rèn)為影響永定河沙地楊樹人工林蒸散的主要環(huán)境因子為飽和水汽壓差、土壤水分以及降雨量，其中飽和水汽壓差和土壤水分主要在日尺度上影響蒸散，且在缺水時(shí)，飽和水汽壓差抑制蒸散。Hanson[42]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水分供應(yīng)充足時(shí)，蒸散主要決定于生態(tài)系統(tǒng)的可用能量，生態(tài)系統(tǒng)可用能量則由植被高度植被組成、植被蓋度、反照率、凈輻射、土壤濕度等多種因素決定[1,43]。

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Research of evapotranspiration in a rubber plantation ecosystem by eddy covariance

ZHANG Xiaojuan1,2, WU Zhixiang1,2, YANG Chuan1
(1. Danzhou Investigation & Experiment Station of Tropical Crops, Ministry of Agriculture/ Rubber Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Danzhou 571737, Hainan, China; 2. College of Environment and Plant Protection, Hainan University, Haikou 570228, Hainan, China)

Based on the locating observations of the rubber plantation in Danzhou investigation & experiment station of tropical crops,ministry of agriculture. Using the eddy covariance system, got the observation data in 2013 and 2014. This research analyzed the evapotranspiration and environmental factors of the rubber plantation in the west of Hainan island, the results showed as follows: (1)Variation characteristics of daily evapotranspiration was a single-peak. The daily evapotranspiration in rainy season was greater than in dry season. The daily evapotranspiration was 3.69 mm/d in rainy season, and the dry season’s evapotranspiration was 1.45 mm/d. There was small difference in monthly evapotranspiration of the same month in 2013 and 2014. The annual evapotranspiration in 2013 was greater than in 2014. The precipitation was far less than the evapotranspiration of the rubber plantation from January to January in 2013 and from January to March in 2014, and the rubber plantation ecosystem was severe water shortage. (2) In daily scale, evapotranspiration and net radiation (Rn), air temperature (Ta), vapor pressure difference (VPD) were positively correlated, and the correlation analysis showed that net radiation (Rn), air temperature (Ta), vapor pressure difference (VPD), volume water content (VWC) of soil were the main environmental factors affecting evapotranspiration. (3) In monthly scale, evapotranspiration with air temperatures (Ta) decreased first, and then increased;and evapotranspiration with net radiation (Rn) and vapor pressure difference (VPD) increased. The result of the correlation analysis was that net radiation (Rn) and volume water content (VWC) of soil were the main environmental factors affecting evapotranspiration. (4) In annual scale, water supply was suf ficiently in rubber plantation. In the main growing season of rubber plantation (from May to October),precipitation was greater than evapotranspiration. The in fluence of environmental factors on annual evaporation is not obvious.

evapotranspiration; eddy covariance; rubber plantation ecosystem; Hainan island

S718.57；S794.1

A

1673-923X(2017)02-0076-09

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.02.013

2016-02-03

海南省自然科學(xué)基金“橡膠樹生長水熱運(yùn)移耦合模擬研究”（807045）；中央級科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)“橡膠林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測研究”（1630022014011）；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA05050601-01-25）

張曉娟，碩士 通訊作者：吳志祥，博士，副研究員；E-mail： zhixiangwu@21cn.com

張曉娟，吳志祥，楊 川. 基于渦度相關(guān)系統(tǒng)的橡膠林生態(tài)系統(tǒng)蒸散研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(2): 76-84.

[本文編校：吳 彬]