长江滩地抑螺防病林生态系统能量平衡与水汽通量研究

论文摘要

长江流域丰富的土地资源——滩地,因其适宜的气候条件和生态环境,利于钉螺的孳生,导致血吸虫病流行,严重危害当地人民的身体健康,影响经济发展。多年实践证明抑螺防病林可以有效地抑制钉螺生长,防止血吸虫病的流行,越来越得到大家认同,已经成为积极响应的滩地开发模式,但是其抑螺防病林的抑螺机理目前尚未明确。有学者认为滩地环境改变,特别是滩地水分条件改变是其抑螺的根本原因。本论文以湖南岳阳市君山区“兴林抑螺”林业生态重点试验示范的抑螺防病林生态系统为研究对象,从土壤-植被-大气系统的角度出发,在典型调查的基础上,采用运用涡度相关法（Eddy covariance,EC）开路系统、树干液流（Sapflow）法进行定位观测,结合定量与定性分析方法,开展长江滩地抑螺防病林生态系统能量平衡、土壤水分动态变化、蒸腾耗水和水汽通量研究,旨在掌握抑螺防病林土壤水分动态变化特征、蒸腾耗水规律以及水汽通量格局,为全面深入探讨抑螺防病环境机制,揭示其抑螺防病机理奠定基础。主要研究结论如下:（1）长江滩地抑螺防病林生态系统,能量各平衡组分具有相似的日均变化过程规律,但不同时间尺度上,该生态系统能量平衡各组分分配比例不同,不同的季节收入量差异明显,年内的变化过程主要受季节气候的变化影响。2006年,净辐射通量全年共2471.81 MJ/m2,潜热年通量大约消耗77%的净辐射能,显热年通量占净辐射能19.79%,土壤热通量全年为负值,表现为土壤释放热量,植物体储能等部分大约占净辐射能的3.21%。不同时间尺度的能量闭合水平都较高,说明该站点的涡度相关法观测数据通量数据质量可靠,依然存在能量16%不闭合现象。（2）土壤水分具有显著的时空尺度特征,不同层次土壤水分含量变化差异显著。各层土壤水分月动态变化趋势基本一致。土壤含水量主要受3个典型因素（Vi,Ui）（i=1,2,3）的影响。在较强的降水的时候,表层在土壤水分变化中起着较为重要的作用;空气温度和土壤温度所起的作用相反,影响蒸发、蒸腾作用的辐射、降雨量、空气温湿度、风速等环境因子都可以明显改变土壤水分的状况。土壤蓄水量不仅与降水有关,而且跟林分的蒸散密切相关,进入林分生长期以后,随着林分生长活跃,林分蒸散的增强,土壤蓄水量持续减少。（3）不同生长时期、天气条件以及树干不同方向上液流速率的差异。晴天杨树液流速率日变化呈现规律的单峰曲线,表现为白天高,夜间低的昼夜节律变化趋势。雨天杨树液流速率日变化规律性不明显,不同的环境因子对树干液流的响应程度不同,光合有效辐射、空气温度与树干液流速率呈正相关,而空气湿度则与树干液流速度呈负相关。抑螺防病林生长初期（4月上旬）日蒸腾量较低,基本上在1mm以下,到7月上旬日蒸腾均值最高可达到3.0mm以上。蒸腾量季节变化过程与降雨分布时间紧密相关。（4）水汽通量具有规律的日变化进程,不同天气条件下（晴天和多云）水汽通量的日变化有明显区别。晴天水汽通量值要明显大大高于多云天气。各季节水汽通量大都为正值,表现为水汽源,且夏季大于春秋两季,冬季最小。2006年全年蒸散量占全年降水量的48.45%。环境因子在很大程度上制约着水汽通量的变化,以净辐射和土壤热通量地温对水汽通量的影响最大。晴天和多云影响水汽通量的环境因不完全相同,相同因子影响程度也不一样,晴天的相关性高于多云天气,晴天的逐步回归分析建立模型相关系数为0.92,而多云天气的为0.81。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 森林土壤水分及其与森林关系的研究
• 1.2.2 森林生态系统蒸发散的研究
• 1.2.3 蒸散研究中的尺度转换问题
• 1.2.4 森林生态系统水量平衡研究
• 1.2.5 抑螺防病林研究概况
• 1.3 研究目标与内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 第二章 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 自然状况
• 2.1.2 植被群落特征
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 试验布置与测定方法
• 2.2.2 涡度相关通量观测法与数据处理
• 2.2.3 生态系统能量平衡分析方法
• 2.2.4 土壤蓄水量的测算方法
• 2.2.5 树干液流技术测定方法
• 第三章 长江滩地抑螺防病林能量平衡特征
• 3.1 能量各分量的变化过程与特征分析
• 3.1.1 生态系统能量分配日变化特征
• 3.1.2 能量平衡分量的季节变化
• 3.2 能量平衡闭合分析
• 3.2.1 半小时尺度能量平衡闭合水平检测
• 3.2.2 日尺度上能量平衡闭合水平检测
• 3.3 小结
• 第四章 长江滩地抑螺防病林土壤水分动态变化
• 4.1 试验区降雨特征分析
• 4.2 土壤水分动态变化特征
• 4.2.1 土壤水分的物理性质
• 4.2.2 土壤水分垂直变化规律
• 4.2.3 土壤水分月动态变化
• 4.3 土壤水分与环境因子典型相关分析
• 4.3.1 土壤水分与林冠气象因子及土壤温度典型相关分析
• 4.3.2 环境因子对土壤水分显著性检验
• 4.3.3 土壤水分动态影响因素综合分析
• 4.4 土壤蓄水量的动态变化
• 4.5 小结
• 第五章 长江滩地抑螺防病林蒸腾耗水特征
• 5.1 不同生长期树干液流速率密度日变化特征与环境因子分析
• 5.1.1 生长初期树干液流速率日变化及环境影响因子分析
• 5.1.2 生长盛期树干液流速率日变化及环境影响因子分析
• 5.2 典型天气条件下液流速率的变化规律及环境因子关系
• 5.2.1 典型天气液流速率日动态变化规律
• 5.2.2 典型天气树干液流速率环境因子分析
• 5.3 不同方位树干液流速率的差异分析
• 5.4 抑螺防病林蒸腾量的测算
• 5.4.1 胸径与边材分布结构
• 5.4.2 蒸腾量的动态变化
• 5.5 小结
• 第六章 长江滩地抑螺防病林水汽通量格局
• 6.1 水汽通量变化特征
• 6.1.1 不同季节水汽通量日动态变化
• 6.1.2 不同天气条件水汽通量日动态变化特征
• 6.1.3 长江滩地抑螺防病林水汽通量年分布特征
• 6.2 环境因子对林分水汽通量的影响
• 6.2.1 净辐射对水汽通量的影响
• 6.2.2 温度对水汽通量的影响
• 6.2.3 空气湿度对水汽通量的影响
• 6.2.4 土壤热通量对水汽通量的影响
• 6.2.5 风速对水汽通量的影响
• 6.2.6 环境因子与水汽通量的回归分析
• 6.3 小结
• 第七章 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.2 讨论
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢