巨菌草蒸散發(fā)影響機(jī)制的研究

劉鳳山, 林興生, 林 輝, 羅海凌, 蘇德偉, 蔡楊星, 林占熺

(福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心 福建 福州 350002)

巨菌草(Pennisetumgiganteumsp.)原產(chǎn)于北非地區(qū)，于1999年在福建農(nóng)林大學(xué)菌草研究所草圃中試種成功，屬單子葉禾本科狼尾草屬植物[1].“巨”是巨菌草最顯著的特點(diǎn)：生長(zhǎng)8個(gè)月后的株高可達(dá)4 m，莖粗為3.5 cm，共有35片葉，葉長(zhǎng)60～132 cm，地上部鮮重可達(dá)300～500 t·hm-2[1,2].巨菌草的粗蛋白和糖分含量高，可以作為食藥用菌生產(chǎn)的培養(yǎng)料和牛羊豬等家畜飼料，有助于緩解菌業(yè)生產(chǎn)中用木材培養(yǎng)食藥用菌造成的森林破壞問(wèn)題，并緩解西北干旱和半干旱地區(qū)飼料短缺造成的過(guò)度放牧問(wèn)題.經(jīng)過(guò)近20年的推廣和發(fā)展，形成了資源高效利用的以菌草技術(shù)為核心的植物、菌物和動(dòng)物三物循環(huán)的新興生態(tài)產(chǎn)業(yè).

過(guò)去10年中，利用巨菌草改善生態(tài)問(wèn)題集中在中國(guó)干旱和半干旱地區(qū)開(kāi)展，如利用巨菌草減輕黃河兩岸水土流失問(wèn)題，先后在寧夏騰格里沙漠東緣、內(nèi)蒙古阿拉善和西藏林芝等地區(qū)開(kāi)展巨菌草防風(fēng)固沙效益的研究；在內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)開(kāi)展巨菌草治理砒砂巖的研究[1,2].在新疆、青海、內(nèi)蒙古和山東等畜牧業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，開(kāi)展巨菌草作為牛羊飼料的研究，巨菌草巨大的單位產(chǎn)量極大地緩解了上述地區(qū)的草場(chǎng)壓力[1].近期，巨菌草的引種和推廣地區(qū)同樣集中在干旱和半干旱地區(qū)，如克拉瑪依[3,4]、昌吉市[5,6]、呼倫貝爾市鄂溫克旗[7]、陜西榆林風(fēng)沙草灘區(qū)[8]、河北中南部[9]等.水資源是干旱和半干旱地區(qū)的戰(zhàn)略性資源，巨菌草巨大的生物量是否會(huì)過(guò)度消耗水分成為其生態(tài)治理過(guò)程中無(wú)法回避的難題和障礙.初步研究表明，巨菌草確實(shí)比青儲(chǔ)玉米消耗了更多的水分，但是生成了更多的有機(jī)質(zhì)[10].為進(jìn)一步提高巨菌草的水分利用效率，必須深入認(rèn)識(shí)巨菌草的水分耗散規(guī)律及其影響機(jī)理.

水分耗散機(jī)理的研究主要有4個(gè)方面.(1)定量描述水分耗散過(guò)程的變化特點(diǎn)；(2)水分耗散過(guò)程中的主要控制因素分析；(3)基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的模型參數(shù)估算，通過(guò)分析參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)機(jī)理的研究；(4)結(jié)合模型和觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)整模型對(duì)某些機(jī)理過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)以揭示其主要的控制過(guò)程.本文在利用觀測(cè)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模型基礎(chǔ)之上，通過(guò)參數(shù)估算和敏感性分析方法研究參數(shù)變化對(duì)巨菌草的水分耗散過(guò)程的影響.研究結(jié)果對(duì)于協(xié)調(diào)巨菌草產(chǎn)業(yè)發(fā)展和區(qū)域水資源安全有重要意義.

1 材料與方法

1.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)

2015年6月22日—8月29日(DOY 173-241)，在福建農(nóng)林大學(xué)(26°5′21″N，119°14′49″E)大棚內(nèi)采用盆栽控制試驗(yàn)研究巨菌草的水分利用規(guī)律.其中大棚為四周通透、頂部覆蓋白色塑料的拱形大棚，主要防止大氣降水進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)；試驗(yàn)盆的直徑×高度為28.5 × 38.0 cm，底部密封，間隔50 cm放置在大棚地上部位方便稱重；供試巨菌草采用大小相似的種莖種植，每盆4株，發(fā)芽后選擇健壯、間隔較大的2株作為后續(xù)研究之用.試驗(yàn)包含3個(gè)灌溉處理組(每周25、50、75 mm)和1個(gè)無(wú)巨菌草的空白對(duì)照組，灌溉組4次重復(fù)，對(duì)照組3次重復(fù)，在大棚內(nèi)隨機(jī)放置，減小環(huán)境因素對(duì)巨菌草生長(zhǎng)的影響.種植巨菌草的盆栽試驗(yàn)組，損失的水分包括土壤蒸發(fā)(E)和植物蒸騰(T)，以及沒(méi)有巨菌草的空白對(duì)照組，水分通過(guò)土壤蒸發(fā)散失掉，因此，蒸散發(fā)(ET)的分離通過(guò)盆栽試驗(yàn)組減去空白對(duì)照組即可得到.巨菌草對(duì)水分的獲得和散失通過(guò)稱重法獲得，測(cè)量間隔為1～7 d不等，3個(gè)灌溉處理組獲得的ET數(shù)據(jù)分別記為M1，M2和M3.

受制于盆栽環(huán)境和生長(zhǎng)時(shí)間，試驗(yàn)期間巨菌草的高度低于2 m，每株分蘗少于3個(gè)，葉片數(shù)少于10片，根系在試驗(yàn)盆中交錯(cuò)生長(zhǎng).隨著灌溉量的增加，試驗(yàn)結(jié)束后，3種處理的鮮重分別為每盆370.6、488.6、638.6 g.詳細(xì)的測(cè)量過(guò)程和數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[10].

1.2 SiB2模型介紹

SiB2模型是在SiB(Simple Biosphere Model)基礎(chǔ)上，由Sellers et al[11]改進(jìn)的基于植物生理過(guò)程[12]的土壤—植被—大氣模式，對(duì)陸—?dú)饨缑娴腃O2、蒸散發(fā)和能量平衡有良好的模擬效果[13-15].SiB2模型運(yùn)行需要的數(shù)據(jù)包括植被的形態(tài)特征、葉片的光學(xué)和生理特性、土壤特性以及氣象數(shù)據(jù)等.植被的形態(tài)特征參數(shù)包括：植物高度(z2)、覆蓋度(vcover)、葉面積指數(shù)(LAI)、根系深度(rootd)等；葉片的光學(xué)特性包括：短波輻射反射率和透過(guò)率等；葉片的生理特性包括：氣孔導(dǎo)度、氣孔導(dǎo)度—光合作用截距(binter)、氣孔導(dǎo)度—光合作用斜率(gradm)、量子效率(effcon)、光合作用高溫抑制函數(shù)的1/2點(diǎn)(hhti)等；土壤特性包括：土壤孔隙度、飽和導(dǎo)水率、土壤濕度指數(shù)、土壤含水量等；氣象數(shù)據(jù)包括：溫度、降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度等.模型輸出包括土壤水分和蒸散發(fā)及其組成部分在內(nèi)的多種數(shù)據(jù).

在SiB2模型中，蒸散發(fā)過(guò)程包括地表蒸發(fā)和植物蒸騰等[11].地表蒸發(fā)基于地表—大氣之間的水汽壓差及對(duì)應(yīng)的空氣動(dòng)力學(xué)阻力獲得；植物蒸騰通過(guò)計(jì)算植物體內(nèi)—冠層之間的水汽壓差及對(duì)應(yīng)的冠層阻力的比值獲得.大氣環(huán)境直接影響空氣和林冠中的水分含量而影響飽和水汽壓差，大氣中水分含量降低或水分?jǐn)U散過(guò)程加快，有助于蒸散發(fā)過(guò)程.土壤水分虧缺，不僅抑制地表蒸發(fā)過(guò)程，而且由于土壤水分狀況是植物體內(nèi)水分的主要來(lái)源，從而降低植物蒸騰過(guò)程.植物高度、冠層結(jié)構(gòu)、葉片特性等是空氣動(dòng)力學(xué)阻力和冠層阻力的重要影響因素，水汽傳輸阻力的增加將抑制水分散失過(guò)程.

1.3 模型運(yùn)行

根據(jù)灌溉處理1測(cè)量的巨菌草實(shí)際生長(zhǎng)環(huán)境和動(dòng)態(tài)，調(diào)節(jié)模型的預(yù)設(shè)參數(shù)，包括土壤深度由1.5 m修改為0.38 m，根系深度由1.0 m修改為0.38 m，降水量和降水時(shí)間修改為實(shí)際灌溉量和灌溉時(shí)間，葉面積指數(shù)從種植到收獲由0.6線性變?yōu)?.0，其他時(shí)間為0.1，其他參數(shù)保持不變.在福州市2015年氣象數(shù)據(jù)(降水條件修改為實(shí)際灌溉條件)驅(qū)動(dòng)下，SiB2模型對(duì)處理1的蒸散發(fā)過(guò)程具有良好的擬合結(jié)果(圖1).線性擬合方程為：

M1=0.938 3×S1+12.616，R2=0.983 5

(1)

圖1 SiB2模型對(duì)不同灌溉處理蒸散發(fā)的模擬Fig.1 Simulations of evapotranspiration under different irrigation amounts using SiB2 model

M1、M2、M3分別表示灌溉處理1、灌溉處理2、灌溉處理3條件下測(cè)量的ET；S1、S2、S3表示利用灌溉處理1調(diào)整好的參數(shù)分別與處理1、處理2、處理3的灌溉量得到的模擬結(jié)果；AS2和AS3分別表示根據(jù)灌溉處理2和灌溉處理3的實(shí)測(cè)ET調(diào)整參數(shù)后模擬的結(jié)果.

其中，M1和S1分別表示灌溉處理1條件下實(shí)測(cè)和模擬得到的累積ET數(shù)據(jù).

模型中某個(gè)參數(shù)的敏感性分析，將該參數(shù)分為約10等份，在其他參數(shù)保持不變條件下，以2015年氣象數(shù)據(jù)(降水條件修改為實(shí)際灌溉條件)為驅(qū)動(dòng)力，分析該參數(shù)變化對(duì)DOY 177—240(第1次測(cè)量時(shí)間發(fā)生在DOY 177)期間的累積ET影響.

對(duì)于灌溉處理2和灌溉處理3，首先采用灌溉處理1得到的參數(shù)和相應(yīng)的灌溉量數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得到灌溉量變化對(duì)ET的貢獻(xiàn)，然后根據(jù)敏感性分析的結(jié)果和盆栽試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，優(yōu)化灌溉處理2和灌溉處理3的模擬結(jié)果與測(cè)量數(shù)據(jù)的相近程度.

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸散發(fā)動(dòng)態(tài)

2.1.1 灌溉對(duì)蒸散發(fā)季節(jié)動(dòng)態(tài)的決定作用 根據(jù)灌溉處理1的模擬結(jié)果，巨菌草的ET具有很大的波動(dòng)，最高值可達(dá)7 mm·d-1，最低值僅為0.5 mm·d-1；在接近70 d的生長(zhǎng)期中，巨菌草的平均蒸散量為4 mm·d-1，總蒸散量為257.55 mm(圖2).巨菌草的蒸散發(fā)過(guò)程與灌溉有密切關(guān)系，通常隨著1次灌溉過(guò)程的發(fā)生，蒸散發(fā)會(huì)有比較顯著的增加過(guò)程，在灌溉過(guò)程發(fā)生的前1 d，蒸散發(fā)處于比較低的水平.試驗(yàn)中的總灌溉量為236.27 mm，低于同時(shí)期內(nèi)的蒸散量，說(shuō)明灌溉量不足以完全供給巨菌草的蒸散發(fā)過(guò)程，土壤水分含量隨著巨菌草的生長(zhǎng)而逐漸降低.

圖2 巨菌草蒸散發(fā)的季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.2 Seasonal dynamic of evapotranspiration of Giant JunCao

巨菌草的蒸騰失水是蒸散發(fā)的主要組成部分，尤其在灌溉發(fā)生之后，蒸騰作用的升高幅度更大，其峰值可達(dá)6.1 mm·d-1.但蒸騰作用的低值通常不是發(fā)生在灌溉發(fā)生的前一天，即土壤水分含量最低的時(shí)候，說(shuō)明土壤水分并不是巨菌草蒸騰的唯一控制因素，不利的氣象條件會(huì)嚴(yán)重限制蒸騰作用(試驗(yàn)期內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)連陰天，相關(guān)數(shù)據(jù)未展示).土壤蒸發(fā)失水的最大值可達(dá)2.8 mm·d-1，一般出現(xiàn)在灌溉發(fā)生的同一天，而且隨著土壤水分含量的降低，蒸發(fā)速率逐漸降低.土壤蒸發(fā)失水一般比蒸騰失水過(guò)程偏低，尤其在巨菌草生長(zhǎng)后期，其差異逐漸增大.

在試驗(yàn)期內(nèi)，蒸騰占蒸散發(fā)的比例基本高于0.6，平均值為0.78.根據(jù)試驗(yàn)期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，土壤蒸發(fā)占蒸散發(fā)的比例(E/ET)為0.467，而模擬結(jié)果為0.22.實(shí)測(cè)E/ET偏高的原因，首先是盆栽試驗(yàn)中土壤蒸發(fā)的測(cè)定來(lái)自于無(wú)遮蓋的空白對(duì)照組[10]，缺少植物葉片對(duì)地面的遮蓋，造成土壤蒸發(fā)增大.另一個(gè)原因是空白對(duì)照組的灌溉量與其他處理一致，而僅靠土壤蒸發(fā)不足以完全把水分散失掉，從而造成空白對(duì)照組中土壤表面保持相對(duì)濕潤(rùn)，增大了土壤蒸發(fā).根據(jù)夏玉米的蒸發(fā)蒸騰特征，土壤水分含量增加極大的增加了土壤蒸發(fā)量[16].在生育期中，夏玉米棵間蒸發(fā)占總騰發(fā)量的比例約37%～45%[17].巨菌草的高度和葉片顯著高于玉米[10]，限制了土壤蒸發(fā)過(guò)程，降低棵間蒸發(fā)等無(wú)消耗水過(guò)程.

2.1.2 土壤水分動(dòng)態(tài) 土壤水分動(dòng)態(tài)與灌溉過(guò)程密切相關(guān)，尤其是表層的土壤水分含量，灌溉發(fā)生后，迅速升高到約60%.在灌溉間歇期，土壤水分含量呈下降過(guò)程，直至降至低于30%(圖3).深層土壤水分含量與表層土壤水分含量的變化過(guò)程類似，其含水量更高，且變化幅度較低，在土壤最深層，受土壤孔隙度和水力學(xué)導(dǎo)度等因素影響，含水量的最高值有一定的延遲，但是由于試驗(yàn)和模型中土壤深度較淺(38 cm)，延遲時(shí)間只有1 d.增加土壤深度可以延緩深層土壤中濕潤(rùn)鋒的到達(dá)時(shí)間，增加土壤的蓄水能力，從而減小土壤蒸發(fā)和蒸散發(fā)過(guò)程，但是蓄水能力的提升可增強(qiáng)灌溉后期巨菌草的蒸騰作用.在現(xiàn)實(shí)情景中，土壤深度可以達(dá)到800 cm，深層土壤的濕潤(rùn)鋒滯后時(shí)間為3～7 d[18].表層土壤水分含量是土壤蒸發(fā)的重要影響因子.隨著土壤水分含量的增加，土壤蒸發(fā)量降低，但是在75%適宜水分條件下，日變化幅度最大，干旱和充足水分條件均降低土壤蒸發(fā)的日變化幅度[16].植物的蒸騰速率與土壤含水量同樣具有很高的相關(guān)性[19].深層土壤含水量為巨菌草的蒸騰提供了相對(duì)穩(wěn)定的水分來(lái)源，為灌溉后期蒸騰的保持提供了保障.

www1：0～2 cm土層；www2：2.0～28.5 cm土層；www3：28.5～38.0 cm土層.圖3 土壤水分含量的季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.3 Seasonal dynamic of soil water content

2.2 蒸散發(fā)的敏感性分析

根據(jù)SiB2模型中對(duì)參數(shù)的分類，對(duì)蒸散發(fā)的相關(guān)因素分為形態(tài)學(xué)參數(shù)、生理學(xué)參數(shù)、土壤條件和氣象條件等，其包含的因素參考“1.2 SiB2模型介紹”小節(jié).由于模型對(duì)巨菌草蒸散發(fā)的模擬時(shí)間為1年，但是巨菌草實(shí)際生長(zhǎng)時(shí)間和模型用于分析的數(shù)據(jù)位于DOY 177—240期間，造成模型運(yùn)行的很多初始條件對(duì)巨菌草蒸散發(fā)的敏感性降低，如初始土壤水分含量等，這些參數(shù)對(duì)蒸散發(fā)具有顯著影響[20].本文只對(duì)巨菌草生長(zhǎng)期內(nèi)的蒸散發(fā)具有明顯影響的參數(shù)進(jìn)行分析.

2.2.1 巨菌草形態(tài)學(xué)參數(shù)對(duì)蒸散發(fā)的影響 形態(tài)學(xué)參數(shù)中， LAI、z2和rootd對(duì)巨菌草的蒸散發(fā)具有重要的影響.尤其是LAI，在2～10范圍內(nèi)，對(duì)蒸散發(fā)具有線性增強(qiáng)的作用(圖4a).而z2和rootd，在初期對(duì)蒸散發(fā)的增強(qiáng)作用比較明顯，后期的作用降低(圖4b、4c).

a.葉面積指數(shù)與蒸散發(fā)的關(guān)系；b.高度與蒸散發(fā)的關(guān)系；c.根系深度與蒸散發(fā)的關(guān)系.圖4 巨菌草形態(tài)學(xué)參數(shù)的敏感性分析Fig.4 Sensitivity analysis on the morphological parameters of Giant JunCao

LAI對(duì)蒸散發(fā)的增強(qiáng)主要通過(guò)提高巨菌草的蒸騰實(shí)現(xiàn).LAI增加意味著用于蒸騰作用的葉片增加，降低水分在葉片中的傳輸阻力.通過(guò)提高粗糙度和零平面位移，z2的增加有利于水分的湍流傳輸過(guò)程，增大了大氣—植物之間的水汽壓差，從而有利于土壤蒸發(fā)和植物蒸騰過(guò)程.rootd決定了巨菌草從土壤中吸收水分的能力，尤其在氣象條件有利于蒸騰的條件下，保證了巨菌草蒸騰的水分來(lái)源.

2.2.2 巨菌草生理學(xué)參數(shù)對(duì)蒸散發(fā)的影響 生理學(xué)參數(shù)中， gradm、binter、effcon和hhti對(duì)巨菌草具有顯著的影響，其中g(shù)radm、binter和hhti的增加，有利于蒸散發(fā)，effcon在0.01～0.07區(qū)間與ET成同向變化關(guān)系，到達(dá)0.08后造成ET顯著下降(圖5).

a.氣孔導(dǎo)度—光合作用斜率與蒸散發(fā)的關(guān)系；b.量子效率與蒸散發(fā)的關(guān)系；c.氣孔導(dǎo)度—光合作用截距與蒸散發(fā)的關(guān)系；d.光合作用高溫抑制函數(shù)的1/2點(diǎn)(K)與蒸散發(fā)的關(guān)系.圖5 巨菌草生理學(xué)參數(shù)的敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis on the physiological parameters of Giant JunCao

在生理參數(shù)所選擇的研究區(qū)間內(nèi)，hhti對(duì)ET的影響表現(xiàn)出逐漸緩和的過(guò)程，這與環(huán)境因素有密切關(guān)系，隨著hhti的增加，福州地區(qū)大于hhti的氣溫條件逐漸減少.因此，選擇的hhti越大，高溫對(duì)光合作用的抑制作用越弱；如果選擇的hhti超過(guò)福州地區(qū)的最高氣溫，則hhti對(duì)ET的貢獻(xiàn)降低為0.氣孔導(dǎo)度的開(kāi)閉與大小受gradm和binter的控制，兩者增大意味著氣孔對(duì)水分傳輸?shù)淖枇档?，更有利于水分從葉片蒸騰到大氣中.氣孔的開(kāi)閉同時(shí)受到植物對(duì)CO2吸收的影響，effcon表達(dá)了在光合作用中每吸收1個(gè)光量子所固定的CO2分子數(shù)，植物固定足夠的CO2之后會(huì)關(guān)閉氣孔，減少水分散失，從而降低ET.

2.3 巨菌草ET對(duì)灌溉的響應(yīng)機(jī)理

敏感性分析方法得到了多種參數(shù)對(duì)巨菌草ET的影響.但是從模型的角度考慮，任何一種被該模型準(zhǔn)確模擬的植物，其ET對(duì)植物本身、氣象和土壤等因素的響應(yīng)，應(yīng)該具有相似的結(jié)果.因此，敏感性分析得到的結(jié)果需要試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐，從觀測(cè)的角度獲取各種參數(shù)對(duì)巨菌草ET的準(zhǔn)確影響規(guī)律.

根據(jù)盆栽試驗(yàn)中3種灌溉量對(duì)ET的影響規(guī)律，調(diào)整模型參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的優(yōu)化模擬，從參數(shù)調(diào)整的角度表明灌溉量對(duì)ET的作用機(jī)制.以灌溉處理1校準(zhǔn)的參數(shù)模擬灌溉量2(S2)和灌溉量3(S3)的ET，模擬結(jié)果顯著偏低(圖1).只有通過(guò)提高巨菌草高度和LAI以及生理學(xué)參數(shù)，才能準(zhǔn)確匹配灌溉量增加后ET的變化規(guī)律.在灌溉處理2條件下，對(duì)模型參數(shù)的數(shù)值做如下調(diào)整：z2從3.5變?yōu)?.0，LAI最大值從3.0至6.0，effcon從0.05至0.07，hhti從308～310，gradm從9.0～11.0，binter從0.08變?yōu)?.15，驅(qū)動(dòng)模型得到的累積ET規(guī)律(NS2)與實(shí)測(cè)ET規(guī)律的線性方程為：

M2=1.059 4×NS2-12.658，R2=0.997

(2)

在灌溉處理3條件下，對(duì)模型參數(shù)的數(shù)值做如下調(diào)整：z2從3.5變?yōu)?.5，LAI最大值從3.0變?yōu)?.0，effcon有0.05變?yōu)?.07，hhti：308～310，gradm：9.0～15.0，binter從0.08變?yōu)?.25，驅(qū)動(dòng)模型得到的累積ET規(guī)律(NS3)與實(shí)測(cè)ET規(guī)律的線性方程為：

M3=1.115 8×NS3- 26.985，R2=0.990 6

(3)

因此，灌溉量對(duì)ET的影響，是通過(guò)增強(qiáng)巨菌草的高度、葉面積指數(shù)、根系以及調(diào)整氣孔導(dǎo)度、光合作用、高溫響應(yīng)等多種因素實(shí)現(xiàn)的.隨著灌溉量的增加，巨菌草處于相對(duì)充分的水分條件下，氣孔對(duì)葉片水汽的傳輸阻力降低，高溫天氣下氣孔的開(kāi)張時(shí)間和幅度增強(qiáng)，更加有效的積累有機(jī)物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)巨菌草地上和地下部分的增長(zhǎng).

在盆栽試驗(yàn)中，巨菌草的高度沒(méi)有達(dá)到4.5 m，葉面積指數(shù)也沒(méi)有超過(guò)8.0，因此，模型的部分參數(shù)設(shè)置并不精準(zhǔn)，使用該參數(shù)的原因主要是盆栽試驗(yàn)在塑料大棚中開(kāi)展，其大氣溫度、飽和水汽壓差等氣象條件增強(qiáng)了蒸散發(fā)過(guò)程，為達(dá)到觀測(cè)數(shù)據(jù)的量級(jí)，需要使用較大的巨菌草參數(shù)以降低該效應(yīng)；該數(shù)據(jù)也有利于將研究結(jié)果應(yīng)用到大田中，巨菌草在自然條件下生長(zhǎng)的土壤環(huán)境越好，根系發(fā)育就更完善，地上部的分蘗和莖葉更發(fā)達(dá).而且，觀測(cè)試驗(yàn)表明，灌溉量增加，巨菌草的高度、葉片生物量等有極顯著增加[10]，巨菌草生長(zhǎng)后的氣孔導(dǎo)度和蒸騰作用成增加的趨勢(shì)[21]，支撐了本文的研究結(jié)論.

3 結(jié)論

巨菌草對(duì)水分的耗散是其在生態(tài)治理過(guò)程中的重要問(wèn)題.本文基于蒸散發(fā)觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)優(yōu)化SiB2模型參數(shù)研究巨菌草的耗散過(guò)程及影響因素.結(jié)果表明：

(1)在研究時(shí)間段內(nèi)，巨菌草蒸散發(fā)在0.5～7 mm·d-1區(qū)間波動(dòng)，平均蒸散量為4 mm·d-1，總蒸散量為257.55 mm；巨菌草蒸騰作用是蒸散發(fā)的主要組成部分，峰值可達(dá)6.1 mm·d-1；土壤蒸發(fā)作用的峰值可達(dá)2.8 mm·d-1.

(2)灌溉是蒸散發(fā)的關(guān)鍵控制因素，灌溉的發(fā)生通常伴隨著土壤蒸發(fā)和巨菌草蒸騰量的快速升高，隨后逐漸下降.但是蒸騰作用同時(shí)受氣象條件和深層土壤水分影響，成為巨菌草蒸騰作用與灌溉節(jié)奏不匹配的重要因素.

(3)敏感性分析表明，植物高度、葉面積指數(shù)和根系深度等形態(tài)學(xué)參數(shù)和氣孔導(dǎo)度—光合作用截距、氣孔導(dǎo)度—光合作用斜率、量子效率、光合作用高溫抑制函數(shù)的1/2點(diǎn)等生理學(xué)參數(shù)是蒸散發(fā)的主要影響因素，改變了巨菌草蒸散發(fā)在生長(zhǎng)期內(nèi)的累積過(guò)程.

(4)通過(guò)對(duì)比參數(shù)調(diào)整前后對(duì)灌溉處理2和灌溉處理3的蒸散量的模擬效果，發(fā)現(xiàn)灌溉量增加對(duì)蒸散發(fā)的影響機(jī)理是多方面的，不僅僅通過(guò)增強(qiáng)形態(tài)學(xué)特征增加蒸騰，生理過(guò)程的改善是更重要的過(guò)程.

本文的局限性在于觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于福州地區(qū)棚內(nèi)盆栽試驗(yàn)，其氣候條件與西北干旱和半干旱地區(qū)有較大的差異，得到的蒸散發(fā)數(shù)據(jù)無(wú)法直接用于指導(dǎo)巨菌草的大田管理和生態(tài)治理.模型的參數(shù)設(shè)定受到觀測(cè)數(shù)據(jù)的制約，模擬的結(jié)果僅具有一定的指導(dǎo)意義.同時(shí)，巨菌草生理特征對(duì)灌溉量的響應(yīng)沒(méi)有明確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐.因此，需要進(jìn)一步在多地區(qū)開(kāi)展巨菌草田間蒸散發(fā)的觀測(cè)試驗(yàn)，并系統(tǒng)收集相關(guān)資料，尤其注重蒸發(fā)、蒸騰、株高、葉面積和相關(guān)生理特征扥數(shù)據(jù)的收集，并對(duì)試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程的土壤和氣象等環(huán)境條件加以認(rèn)真對(duì)待.