牛曉棟，江　洪，2，方成圓，陳曉峰，孫　恒（.浙江農(nóng)林大學(xué)浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江臨安3300；2.南京大學(xué)國(guó)際地球系統(tǒng)科學(xué)研究所，江蘇南京20093）

?

天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)水汽通量特征

牛曉棟1，江洪1，2，方成圓1，陳曉峰1，孫恒1
（1.浙江農(nóng)林大學(xué)浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江臨安311300；2.南京大學(xué)國(guó)際地球系統(tǒng)科學(xué)研究所，江蘇南京210093）

摘要：利用渦度相關(guān)技術(shù)研究了2013年7月至2014年6月浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)水汽通量變化特征，結(jié)合氣象要素的觀測(cè)，進(jìn)一步分析了凈輻射對(duì)水汽通量的影響。結(jié)果表明：浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)全年水汽通量基本為正值，各月水汽通量日變化趨勢(shì)基本呈單峰型曲線，7月水汽通量峰值最大（0.115 g·m(-2)·s(-1)），1月最?。?.029 g·m(-2)·s(-1)）。四季的水汽通量平均日變化中，峰值的大小為夏季＞春季＞秋季＞冬季。生態(tài)系統(tǒng)全年蒸散量為721.25 mm,在相近緯度的不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)中處于較低水平，全年蒸散量占降雨量的51.46%，各月蒸散量均小于降雨量。生態(tài)系統(tǒng)全年凈輻射為3 305.65 MJ·m(-2)·a(-1)。季節(jié)尺度上，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水汽通量與凈輻射進(jìn)行回歸分析，顯示四季的相關(guān)性都極顯著。夏季相關(guān)系數(shù)（R2）最大，為0.500，其次為春季（0.318），秋季（0.232），冬季最低（0.125）。圖6表2參28

關(guān)鍵詞：森林生態(tài)學(xué)；水汽通量；渦度相關(guān)；典型常綠落葉闊葉混交林；凈輻射；天目山

水和水的循環(huán)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)具有特別重要的意義，水的主要循環(huán)路線是從地球表面通過(guò)蒸散進(jìn)入大氣圈，同時(shí)又不斷地從大氣圈通過(guò)降水而回到地球表面［1］。水汽通量是生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程的重要特征參數(shù)，同時(shí)又是潛熱輸送的載體，是能量平衡的重要影響因子以及水量平衡中的組成部分［2］。森林作為地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在全球水循環(huán)和能量再分配中都發(fā)揮著重要作用［3］。森林水汽通量主要指林下土壤表面蒸發(fā)、植被蒸騰和樹(shù)冠截留水分蒸發(fā)3個(gè)部分的總和，是森林植被水分狀況的重要指標(biāo),熱量耗散的一種形式,同時(shí)又是影響區(qū)域和全球氣候的重要因素。目前，渦度相關(guān)技術(shù)已在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水通量和能量交換的觀測(cè)，并取得了很好的成效。該方法已經(jīng)成為國(guó)際通量觀測(cè)網(wǎng)（FLUXNET）的標(biāo)準(zhǔn)方法［4-5］。中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（ChinaFLUX）也已經(jīng)利用該技術(shù)開(kāi)展廣泛觀測(cè)［6-9］。在中國(guó)不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)中也建立了多個(gè)基于渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)的通量觀測(cè)站［10-14］，但是主要是開(kāi)展碳通量和能量通量的觀測(cè)，對(duì)于水汽通量的研究較少，對(duì)中國(guó)中亞熱帶地區(qū)典型常綠闊葉林的水汽交換特征的研究更鮮有報(bào)道［15-16］。浙江天目山地處中國(guó)東南沿海丘陵山區(qū)中亞熱帶北緣，北亞熱帶南緣，其氣候具有中亞熱帶向北亞熱帶過(guò)渡的特征。擁有典型的中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)［17］。研究浙江天目山森林生態(tài)系統(tǒng)的水汽通量的特征對(duì)評(píng)價(jià)亞熱帶地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)和能量平衡具有重要意義。本研究以2013年7月到2014年6月的通量觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，初步分析了浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)的水汽通量的動(dòng)態(tài)變化特征，旨在為森林生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)蒸散分量的分解研究奠定基礎(chǔ)，并為深入認(rèn)識(shí)中國(guó)中亞熱帶地區(qū)典型常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)的水文和氣象功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［18］。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江天目山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站（30°18′30″～30°24′55″N，119°24′47″～119° 28′27″E），面積為4 284.0 hm2。主峰仙人頂，海拔為1 506 m，其中林地面積為4 261.1 hm2，占99.5%，森林覆蓋率98.1%。林地面積中喬木林3 711.3 hm2，占88.7%；竹林面積474.8 hm2，占11.3%。海拔600 m以下為紅壤帶，600～1 200 m為黃壤帶，1 200 m以上為棕黃壤帶。氣候具有中亞熱帶向北亞熱帶過(guò)渡的特征，受海洋暖濕氣流的影響較深，形成季風(fēng)強(qiáng)盛，四季分明，氣候溫和，雨水充沛，光照適宜且復(fù)雜多變的森林生態(tài)氣候。自山麓至山頂，年平均氣溫為14.8～8.8℃，最冷月平均氣溫3.4～-2.6℃，極端最低氣溫-13.1～-20.2℃，最熱月平均氣溫28.1～19.9℃，極端最高氣溫38.2～29.1℃，無(wú)霜期235～209 d，年雨日159.2～183.1 d，年霧日64.1～255.3 d，年降水量1 390.0～1 870.0 mm，年太陽(yáng)輻射4 460～3 270 MJ·m-2，相對(duì)濕度76%～81%。

常綠落葉闊葉混交林是天目山精華植被，分布于海拔850～1 140 m。常綠喬木主要有細(xì)葉青岡Cyclobalanopsis gracilis，石櫟Lithocarpus glaber和交讓木Daphniphyllum macropodum等，落葉喬木有青錢柳Cyclocarya paliurus，化香Platycarya strobilacea，楓香Liquidambar formosana，天目木姜子Litsea auriculata和短柄枹Quercus glandulifera等。灌木有柃木Eurya japonica，箬竹Indocalamus tessellatus和馬銀花Rhododendron ovatum等。另外，混有針葉林柳杉Cryptomeria fortunei林、金錢松Pseudolarix amabilis林及黃山松Pinus taiwanensis林等，組成多種較復(fù)雜的森林類型。這些森林群落大多數(shù)處于較穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到了演替頂級(jí)［21］。土壤為山地黃壤，土層深度約100 cm，pH 5～6，枯枝落葉層厚達(dá)10～20 cm。碳通量觀測(cè)塔安裝在研究區(qū)的一塊常綠落葉闊葉混交林樣地（30°20′59″N，119°26′13.2″E）內(nèi)，海拔為1 139 m，坡度6.6°左右，坡向南偏西16，主要喬木有小葉青岡Cyclobalanopsis myrsinifolia，交讓木，小葉白辛樹(shù)Pterostyrax corymbosus，短柄枹，青錢柳，天目槭Acer sinopurpurascens，秀麗槭Acer elegantulum，糙葉樹(shù)Aphananthe aspera等，林齡為140 a，郁閉度0.7，林分密度3 125株·hm-2。林分為復(fù)層結(jié)構(gòu)，分3層，15 m以上的喬木約占3.2%，第2層8～14 m的喬木約占43.2%，其余的喬木均在8 m以下。優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為小葉青岡、交讓木和小葉白辛樹(shù)等。

1.2觀測(cè)儀器

觀測(cè)地建有40 m高的微氣象觀測(cè)塔，開(kāi)路渦度相關(guān)系統(tǒng)的探頭安裝在距地面38 m高度上，由三維超聲風(fēng)速儀（CSAT3，Campbell Inc.,美國(guó)）和開(kāi)路CO2/H2O分析儀（EC150）組成，原始采樣頻率為10 Hz，利用數(shù)據(jù)采集器（CR3000, Campbell Inc.,美國(guó)）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)在線計(jì)算并存儲(chǔ)30 min的二氧化碳通量（Fc），摩擦風(fēng)速（Ustar），潛熱通量（LE）和顯熱通量（HS）等參數(shù)。常規(guī)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，由錦州陽(yáng)光氣象科技有限公司安裝，包括7層風(fēng)速，7層大氣溫度和濕度。安裝高度分別為2，7，11，17，23，30和38 m。土壤溫度和濕度觀測(cè)深度為5，50和100 cm。土壤熱通量觀測(cè)深度為3和5 cm。另外，有2個(gè)SI-111紅外溫度儀分別置于2和23 m高處，用于采集地表和冠層溫度。常規(guī)氣象觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器隔30 min自動(dòng)記錄平均風(fēng)速、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、土壤溫度、土壤濕度等常規(guī)氣象信息。

1.3研究方法

1.3.1計(jì)算公式水汽通量（E）通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)定的垂直風(fēng)速與水汽濃度的協(xié)方差求得。公式為E=ρw′q′。其中：ρ為干空氣密度，q為比濕脈動(dòng)，w為垂直風(fēng)速；橫線表示一段時(shí)間內(nèi)的平均值；撇號(hào)表示脈動(dòng)。并規(guī)定若氣體由大氣圈進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，通量符號(hào)為負(fù)，若氣體由生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入大氣圈，則通量符號(hào)為正［2］。

1.3.2數(shù)據(jù)處理采用的數(shù)據(jù)為通量觀測(cè)的30 min平均值。數(shù)據(jù)處理采用目前普遍采用的比較成熟的方法，主要包括2次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)來(lái)矯正地形以及觀測(cè)儀器的不水平，并使垂直方向的風(fēng)速平均值為0，水平方向的風(fēng)速和主導(dǎo)風(fēng)向一致，且剔除由于惡劣天氣（有降水）、湍流不充分等導(dǎo)致的不合理數(shù)據(jù)，剔除后全年還有64%的有效值；對(duì)于打雷、儀器故障等原因?qū)е碌娜笔?shù)據(jù)采取如下方法插補(bǔ)：其中≤2 h的用平均值來(lái)插補(bǔ)，即用平均日變化法（mean diurnal variation, MDV）插補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)［19］，對(duì)于缺失的數(shù)據(jù)采用相鄰幾天相同時(shí)刻的平均值來(lái)插補(bǔ)。此方法首先要確定平均時(shí)段的長(zhǎng)度，另有研究表明:白天取14 d，夜間取7 d的平均時(shí)間長(zhǎng)度所得結(jié)果的偏差是最小的［20］；＞2 h的用水汽通量與凈輻射的方程插補(bǔ)。

2　結(jié)果與分析

2.1常規(guī)氣象因子變化

觀測(cè)數(shù)據(jù)從2013年7月到2014年6月，按2014年1月，2014年2月，2014年3月，2014年4月，2014年5月，2014年6月，2013年7月，2013年8月，2013年9月，2013年10月，2013年11月，2013年12月進(jìn)行排列，構(gòu)成全年數(shù)據(jù)。由圖1可以看出：全年平均氣溫為10.6℃。月平均氣溫最高值在7月，為23.3℃，月平均空氣溫度最小值在12月，為-1.2℃。全年空氣相對(duì)濕度平均值為82.0%。空氣相對(duì)濕度平均值最大月在7月，值為92.4%。空氣相對(duì)濕度平均值最小月在1月，值為72.34%。

圖1　2013-07-2014-06氣象要素月變化Figure 1 Monthly variation of meteorological elements （2013-07-2014-06）

2.2水汽通量月均日變化特征

通過(guò)對(duì)全部時(shí)間段缺失數(shù)據(jù)的插補(bǔ)計(jì)算，得到了浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)全年逐日半小時(shí)的水汽通量數(shù)據(jù)，按月將每天同時(shí)刻的水汽通量求平均值，計(jì)算當(dāng)月平均日變化，結(jié)果如圖1所示。

圖2顯示:浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)全年水汽通量基本為正值，即從森林向大氣中釋放，是一個(gè)水汽源。各月水汽通量日變化趨勢(shì)基本呈單峰型曲線，1月，2月，7月，8月單峰型明顯，其他月份除單峰外，各有幾個(gè)小峰?？赡苁且?yàn)槎募竟?jié)每日溫度變化比較穩(wěn)定，而春秋季每日溫度變化比較大，規(guī)律性不強(qiáng)。大部分月份的中午時(shí)段會(huì)有1個(gè)明顯下降的值，如2月，5月，6月，7月，8月，10月，11月。這可能是因?yàn)橹形鐣r(shí)段溫度為1 d中最高值，光照強(qiáng)度大，植物失水較多，導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，蒸騰下降，而在森林生態(tài)系統(tǒng)中蒸散的主要形式是蒸騰［21-22］，因而水汽通量值在中午某一刻會(huì)出現(xiàn)突然的下降。各月的平均日變化一般為夜間較低，白天較高。這是因?yàn)橐归g溫度較低，光照強(qiáng)度也低，土壤蒸發(fā)和葉片蒸騰作用都較低，尤其在1月，11月，12月，夜間水汽通量值趨近于0。這是因?yàn)檫@3個(gè)月平均溫度為全年最低，植物生理活動(dòng)減弱，尤其是夜間更弱。而其他月份夜間溫度較這3月高，植物生理活動(dòng)也微弱進(jìn)行，因而水汽通量值高于0，并有小峰出現(xiàn)。

圖2　2013-07-2014-06各月水汽通量平均日變化分布Figure 2 Mean diurnal change distribution of monthly water vapor flux（2013-07-2014-06）

全年各月水汽通量最大值為0.029～0.115 g·m-2·s-1，各月差異明顯。最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在1月。峰值出現(xiàn)時(shí)間一般在11:45-14:15時(shí)段，因?yàn)槊刻爝@一時(shí)段溫度高，光照強(qiáng)度大，蒸騰作用明顯，水汽通量值也最大。

全年水汽通量最小值為-0.000 43～0.007 90 g·m-2·s-1，各月差異明顯。最大值出現(xiàn)在8月，最小值出現(xiàn)在12月?；境霈F(xiàn)在夜間或凌晨。11月，12月，1月，2月這4個(gè)月水汽通量最小值明顯低于其余月份，是因?yàn)檫@段時(shí)間生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不僅夜間溫度低，而且植物大都處于很弱的生理活動(dòng)期，葉片蒸騰幾乎停止。

2.3全年水汽通量季節(jié)變化特征

通過(guò)對(duì)全部時(shí)間段缺失數(shù)據(jù)的插補(bǔ)計(jì)算，得到浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)的全年逐日半小時(shí)的水汽通量數(shù)據(jù)，按季節(jié)計(jì)算平均日變化。結(jié)果如圖3所示。由圖3可見(jiàn)：四季的水汽通量日變化趨勢(shì)一致，夜間水汽通量值低，變化小，白天水汽通量值大，變化較大。一般從早晨6:15-8:15開(kāi)始，水汽通量開(kāi)始明顯變大，到中午11:45-14:15水汽通量值達(dá)到1 d中最大，而后開(kāi)始明顯下降，在17: 45-19:15達(dá)到1 d中最小值，而后開(kāi)始趨于平緩。夏冬季節(jié)這種變化最為明顯，白天有明顯的峰值。春秋季節(jié)天氣變化無(wú)常，白天水汽通量往往有幾個(gè)小峰。四季的水汽通量值的平均日變化中，夜間水汽通量值相差不大。白天的通量值差異較大，具體表現(xiàn)為夏季＞春季＞秋季＞冬季。這是因?yàn)橄募镜臏囟容^高，光照強(qiáng)烈，植物生理活動(dòng)活躍，葉片蒸騰和土壤蒸發(fā)都為1 a中最強(qiáng)，水汽通量值也最大，夏季白天水汽通量日變化值為0.021～0.082 g·m-2·s-1，最大值出現(xiàn)在12:45，達(dá)到0.082 g·m-2·s-1。

圖3　2013-07-2014-06水汽通量各季節(jié)平均日變化特征Figure 3 Mean diurnal change distribution of quarterly water vapor flux（2013-07-2014-06）

春季和秋季的平均溫度相似，光照強(qiáng)度也差距不大，但是由于春季是1 a中植物生長(zhǎng)開(kāi)始的時(shí)期，植物生理活動(dòng)較強(qiáng)，葉片蒸騰作用較強(qiáng)，水汽通量值也較大。而秋季植物生長(zhǎng)開(kāi)始減緩，葉片蒸騰作用降低，水汽通量值和春季相比較小。其中春季白天水汽通量日變化值為0.019～0.064 g·m-2·s-1，秋季白天水汽通量日變化值為0.024～0.052 g·m-2·s-1。冬季溫度為1 a中最低，植物生長(zhǎng)也幾乎停止，葉片蒸騰作用極低，水汽通量值為全年最低，白天水汽通量日變化值為0.015～0.029 g·m-2·s-1。

2.4降水量與蒸散量

計(jì)算全年水汽通量總和可以得到微氣象塔觀測(cè)范圍內(nèi)蒸散情況。圖4是逐月蒸散量和降水量對(duì)比圖。

圖4　蒸散量與降水量的季節(jié)變化Figure 4　Seasonal variation of evapotranspiration and precipitation（2013-07-2014-06）

由圖4可見(jiàn)：浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量1 a的季節(jié)變化大致呈單峰曲線，并且和氣溫的季節(jié)變化基本吻合（圖1），8月蒸散量最高，為102.2 mm，1月最低，為23.2 mm。1 a中降水量季節(jié)變化也大致呈單峰曲線，7月降水量最高，為279.5 mm，11月降水量最低，為31.9 mm。全年各月蒸散量均小于降水量。一般來(lái)講，月降水量較大時(shí)，下月的蒸散量也會(huì)升高，這可能是因?yàn)榻邓看螅寥篮枯^高，蒸騰作用從土壤中吸水也較多，蒸散量也變大。

表1為生態(tài)系統(tǒng)各季節(jié)降水量、蒸散量以及占全年的比例。浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)期間年降水量為1 401.7 mm，夏季降水量最大，為581.7 mm，占全年降水量41.47%，春季降水量次之，占比26.83%，和夏季相比差距較大，這是因?yàn)檎憬貐^(qū)夏季有梅雨期。秋季降水量占比16.94%，冬季降水量最低，僅占全年降水量的14.76%。蒸散量方面，研究地全年蒸散量為721.25 mm；夏季蒸散量最大，為267.0 mm，占比37.01%；春季次之，為207.8 mm，占比28.82%；秋季占比22.57%，冬季占比11.6%。生態(tài)系統(tǒng)全年蒸散量占全年降水量的51.46%，與WEI等［23］指出的南方熱帶林蒸散耗水占降水量40%～50%接近。

表1　各季度降水量與蒸散量及其占全年降水量與蒸散量的比例Table 1 Contrast between evapotranspiration and precipitation at every quarter

表2是相近緯度的不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)的年蒸散量，由于森林生態(tài)系統(tǒng)的氣象因素年際差異較大，每年蒸散量也有一定差異。由表2可以看出，浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)年蒸散量?jī)H高于廣東鼎湖山常綠針闊混交林［24］，浙江臨安雷竹Phyllostachys violascens林［26］，稍低于江西千煙洲人工針葉林［24］，浙江安吉毛竹Phyllostachys edulis林［16］，遠(yuǎn)低于西雙版納熱帶季雨林［24］和湖南會(huì)同人工杉木Cunninghamia lanceolata林［25］。

站點(diǎn)　　蒸散量/mm　　森林類型　　緯度鼎湖山［25］641.20常綠針闊混交林　23°17′N西雙版納［25］1 369.40熱帶季雨林　26°56′N千煙洲［25］748.30人工針葉林　26°75′N會(huì)同［26］1 049.00杉木Cunninghamia lanceolata林　26°50′N安吉［17］744.73毛竹Phyllostachys edulis林　30°28′N臨安［27］669.84雷竹Phyllostachys violascens林　30.18°N天目山　721.25常綠落葉闊葉混交林　30°20′N

2.5凈輻射季節(jié)變化特征

通過(guò)對(duì)浙江天目山常綠落葉闊葉混交林全年凈輻射的數(shù)據(jù)分析，選取各季節(jié)典型月份（1月、4月、7月和10月）的逐日逐半小時(shí)凈輻射數(shù)據(jù)，得出凈輻射的4個(gè)典型月平均日變化。結(jié)果如圖5所示。

圖5　凈輻射的日均變化Figure 5 Diurnal variation of mean value of net radiation

1，4，7，10月凈輻射的日變化呈單峰型，和水汽通量變化比較一致，凈輻射夜間值比較低，曲線平緩，白天值變化大，值也比較大。一般從早晨6:15-8:15，凈輻射值開(kāi)始由負(fù)變正，即能量開(kāi)始由大氣進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，然后逐漸升高，到正午11:15-13:15，凈輻射值達(dá)到最高值，然后開(kāi)始下降，在17:15-18:45降為最低，趨于平緩。各月的凈輻射值由正變負(fù)和由負(fù)變正的時(shí)間不一致，7月由負(fù)轉(zhuǎn)正時(shí)間最早，由正轉(zhuǎn)負(fù)時(shí)間最遲，1月則正好相反。這和水汽通量的變化比較一致，很多研究也表明水汽通量和凈輻射之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性［28］。

2.6凈輻射與水汽通量的季節(jié)相關(guān)性

浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)全年凈輻射為3 305.65 MJ·m-2·a-1，季節(jié)尺度上水汽通量對(duì)凈輻射的響應(yīng)見(jiàn)圖6。

圖6　各季度水汽通量對(duì)凈輻射的擬合曲線Figure 6 Quarterly response of water vapor flux to net radiation

通過(guò)對(duì)白天的凈輻射與水汽通量進(jìn)行擬合和相關(guān)性分析，可以看出4個(gè)季節(jié)的水汽通量和凈輻射的相關(guān)性都達(dá)極顯著。但是4個(gè)季節(jié)的相關(guān)性系數(shù)（R2）差距較大，春夏秋冬四季的擬合的R2值分別為0.318，0.500，0.232，0.125。夏季最高，說(shuō)明就單因子來(lái)講，夏季凈輻射對(duì)水汽通量影響也是很大，凈輻射增大，溫度升高，土壤蒸發(fā)變大，氣孔導(dǎo)度變高，蒸騰作用強(qiáng)烈，水汽通量增加。冬季的凈輻射與水汽通量的相關(guān)性最低，因?yàn)槎局参锷砘顒?dòng)減弱，溫度也較低，土壤蒸發(fā)和蒸騰作用都較弱，凈輻射對(duì)于蒸散的作用不是很明顯。

3　結(jié)論

對(duì)浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)2013年7月至2014年6月水汽通量分布特征的觀測(cè)結(jié)果表明：全年各月各時(shí)刻的水汽通量基本為正值，是一個(gè)水汽源。各月的平均日變化一般為夜間較低，白天較高。各月水汽通量日變化趨勢(shì)基本呈單峰型曲線，1月，2月，7月，8月單峰型明顯，其他月份除單峰外，各有幾個(gè)小峰。大部分月份的中午時(shí)段會(huì)有1個(gè)明顯下降的值。全年各月水汽通量峰值最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在1月。

四季的水汽通量日變化趨勢(shì)一致，夜間水汽通量值低，變化小，白天水汽通量值大，變化較大。一般從早晨6:15-8:15開(kāi)始，水汽通量開(kāi)始明顯變大，到中午11:45-14:15水汽通量值達(dá)到1 d中最大，而后開(kāi)始明顯下降，在17:45-19:15達(dá)到1 d中最小值，而后開(kāi)始趨于平緩。四季的水汽通量平均日變化中，峰值的大小為夏季＞春季＞秋季＞冬季。

浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)全年蒸散量為721.3 mm，在相近緯度的不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)中，僅高于廣東鼎湖山常綠針闊混交林［24］，浙江臨安雷竹林［26］，稍低于江西千煙洲人工針葉林［24］，浙江安吉毛竹林［16］，遠(yuǎn)低于西雙版納熱帶季雨林［24］和湖南會(huì)同人工杉木林［25］。全年降水量為1 401.7 mm,全年蒸散量占降水量的51.46%，與WEI等［23］指出的南方熱帶林蒸散耗水占降水量40%～50%接近。

浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)全年凈輻射為3 305.65 MJ·m-2·a-1，凈輻射作為影響水汽通量的最主要因子，其大小直接影響了生態(tài)系統(tǒng)的水汽通量的大小，作為單因子對(duì)它與水汽通量擬合，表現(xiàn)出很好的相關(guān)性。

應(yīng)用渦度相關(guān)技術(shù)對(duì)浙江天目山常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)的水汽通量變化特征的初步研究表明，與其他地區(qū)同類研究相比［28］，研究結(jié)果具有較好的代表性，然而本研究只用了1 a的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析時(shí)間較短，深入了解天目山森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)規(guī)律及其森林水文功能還需要長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)及進(jìn)一步的分析。

4　參考文獻(xiàn)

［1］胡海英,包為民,瞿思敏,等.穩(wěn)定性氫氧同位素在水體蒸發(fā)中的研究進(jìn)展［J］.水文, 2007, 27（3）: 1 - 5.HU Haiying , BAO Weimin, QU Simin, et al.Fractionation mechanism of stable hydrogen and oxygen isotope in water body evaporating［J］.J China Hydrol, 2007, 27（3）: 1 - 5.

［2］李菊,劉允芬,楊曉光,等.千煙洲人工林水汽通量特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26（8）: 2449 - 2456.LI Ju, LIU Yunfen, YANG Xiaoguang, et al.Studies on water vapor flux characteristic and the relationship with environment factors over a planted coniferous forest in Qianyanzhou station［J］.Acta Ecol Sin, 2006, 26（8）: 2449 - 2456.

［3］張新建,袁鳳輝,陳妮娜,等.長(zhǎng)白山闊葉紅松林能量平衡和蒸散［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22（3）: 607 - 613.ZHANG Xinjian, YUAN Fenghui, CHEN Nina, et al.Energy balance and evapotranspiration in broad-leaved Koreanpine forest in Changbai Mountain［J］.Chin J Appl Ecol, 2011, 22（3）: 607 - 613.

［4］MATSUMOTO K, OHTA T, NAKAI T, et al.Energy consumption and evapotranspiration at several boreal and temperate forests in the Far East［J］.Agric For Meteorol, 2008, 148（12）: 1978 - 1989.

［5］KOSUGI Y, KATSUYAMA M.Evapotranspiration over a Japanese cypress forest（Ⅱ）comparison of the eddy covariance and water budget methods［J］.J Hydrol, 2007, 334（3/4）: 305 - 311.

［6］黃輝,孟平,張勁松,等.華北低丘山地人工林蒸散的季節(jié)變化及環(huán)境影響要素［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31（13）: 3569 - 3580.HUANG Hui，MENG Ping，ZHANG Jingsong，et al.Seasonal variations and environmental control impacts of evapotranspiration in a hilly plantation in the mountain areas of North China［J］.Acta Ecol Sin, 2011, 31（13）: 3569 - 3580.

［7］黃昆,王紹強(qiáng),王輝民,等.中亞熱帶人工針葉林生態(tài)系統(tǒng)碳通量拆分差異分析［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33（17）: 5252 - 5265.HUANG Kun, WANG Shaoqiang, WANG Huimin, et al.An analysis of carbon flux partition differences of a mid-subtropical planted coniferous forest in southeastern China［J］.Acta Ecol Sin, 2013, 33（17）: 5252 - 5265.

［8］周麗艷,賈丙瑞,周廣勝,等.中國(guó)北方針葉林生長(zhǎng)季碳交換及其調(diào)控機(jī)制［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21（10）: 2449 - 2456.ZHOU Liyan, JIA Bingrui, ZHOU Guangsheng, et al.Carbon exchange of Chinese boreal forest during its growth season and related regulation mechanisms［J］.Chin J Appl Ecol, 2010, 21（10）: 2449 - 2456.

［9］王春林,于貴瑞,周國(guó)逸,等.鼎湖山常綠針闊葉混交林CO2通量估算［J］.中國(guó)科學(xué)D輯:地球科學(xué), 2006, 36（增刊1）: 119 - 129.WANG Chunlin, YU Guirui, ZHOU Guoyi, et al.Evergreen broad-leaved mixed forest CO2fluxes in Dinghu Mountain ［J］.Sci China D Earth Sci, 2006, 36（supp1）: 119 - 129.

［10］趙仲輝,張利平,康文星,等.湖南會(huì)同杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)CO2通量特征［J］.林業(yè)科學(xué), 2012, 47（11）: 6 - 12.ZHAO Zhonghui, ZHANG Liping, KANG Wenxing, et al.Characteristics of CO2flux in a Chinese fir plantation ecosystem in Huitong County，Hunan Province［J］.Sci Silv Sin, 2012, 47（11）: 6 - 12.

［11］沈艷,繆啟龍,劉允芬.亞熱帶紅壤丘陵人工混交林區(qū)CO2源匯及變化［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25（6）: 1371 -1375.SHEN Yan, MIU Qilong, LIU Yunfen.CO2source/sink and its variation of artificial mixed forest in subtropical red soil hilly area［J］.Acta Ecol Sin, 2005, 25（6）: 1371 - 1375.

［12］孫成,江洪,周國(guó)模,等.我國(guó)亞熱帶毛竹林CO2通量的變異特征［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24（10）: 2717 -2724.SUN Cheng, JIANG Hong, ZHOU Guomo, et al.Variation characteristics of CO2flux in Phyllostachys edulis forest ecosystem in subtropical region of China［J］.Chin J Appl Ecol, 2013, 24（10）: 2717 - 2724.

［13］邱嶺,祖元?jiǎng)?王文杰,等.帽兒山地區(qū)落葉松人工林CO2通量特征及對(duì)林分碳收支的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22（1）: 1 - 8.QIU Ling, ZU Yuangang, WANG Wenjie, et al.CO2flux characteristics and their influence on the carbon budget of a larch plantation in Maoershan region of northeast China［J］.Chin J Appl Ecol, 2011, 22（1）: 1 - 8.

［14］蔣琰,胡海波,張學(xué)仕,等.北亞熱帶次生櫟林碳通量及其影響因子研究［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2011, 35（3）: 38 - 42.JIANG Dan, HU Haibo, ZHANG Xueshi, et al.The carbon flux and its environmental factors in a north subtropical secondary oak forest ecosystem［J］.J Nanjing For Univ Nat Sci Ed, 2011, 35（3）: 38 - 42.

［15］竇軍霞,張一平,于貴瑞,等.西雙版納熱帶季節(jié)雨林水熱通量［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27（8）：3099 - 3109.DOU Junxia, ZHANG Yiping, YU Guirui, et al.Inter-annual and seasonal variations of energy and water vapor fluxes above a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, SW China［J］.Actia Ecol Sin, 2007, 27（8）：3099 - 3109.

［16］劉玉莉,江洪,周國(guó)模,等.安吉毛竹林水汽通量變化特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34 （17）: 4900 - 4909.LIU Yuli, JIANG Hong, ZHOU Guomo, et al.Water vapor flux variation characteristic and the relationship with its environment factors in Phyllostachys edulis forest in Anji［J］.Acta Ecol Sin, 2014, 34（17）: 4900 - 4909.

［17］湯孟平,周國(guó)模,施擁軍,等.天目山常綠闊葉林優(yōu)勢(shì)種群及其空間分布格局［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 30（5）:743 - 752.TANG Mengping, ZHOU Guomo, SHI Yongjun, et al.Study of dominant plant populations and their spatial patterns in evergreen broadleaved forest in Tianmu Mountain, China［J］.J Plant Ecol, 2006, 30（5）: 743 - 752.

［18］牛曉棟，江洪，王帆.天目山森林生態(tài)系統(tǒng)大氣水汽穩(wěn)定同位素組成的影響因素［J］.浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，32（3）：327 - 334.NIU Xiaodong, JIANG Hong, WANG Fan.Stable isotope composition for atmospheric water vapor in the forest ecosystem of Mount Tianmu［J］.J Zhejiang A & F Univ, 2015，32（3）：327 - 334.

［19］于貴瑞,孫曉敏.中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測(cè)技術(shù)及時(shí)空變化特征［M］.北京:科學(xué)出版社, 2008: 174 - 175.

［20］FALGE E, BALDOCCHI D, OLSON R, et al.Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange［J］.J Agric For Meteorol, 2001, 107（1）: 43 - 69.

［21］鄭秋紅,王兵.穩(wěn)定性同位素技術(shù)在森林生態(tài)系統(tǒng)碳水通量組分區(qū)分中的應(yīng)用［J］.林業(yè)科學(xué)研究, 2009, 22 （1）: 109 - 114.ZHENG Qiuhong, WANG Bing.Applications of stable isotope techniques to determine components of CO2and H2O fluxes in forest ecosystems［J］.For Res, 2009, 22（1）: 109 - 114.

［22］WILLIAMS D G, CABLE W, HULTINE K, et al.Evapotranspiration components determined by stable isotope, sap flow and eddy covariance techniques［J］.Agric For Meteorol, 2004, 125（3/4）: 241 - 258.

［23］WEI Xiaohua, LIU Si, ZHOU Guoyi, et al.Hydrological processes in major types of Chinese forest［J］.Hydrol Proc, 2005, 19（1）: 63 - 75.

［24］于貴瑞，王秋鳳.植物光合、蒸騰與水分利用的生理生態(tài)學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010: 351 - 357.

［25］趙梅芳,項(xiàng)文化,田大倫,等.基于3-PG模型的湖南會(huì)同杉木人工林蒸發(fā)散估算［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008（3）: 158 - 162.ZHAO Meifang, XIANG Wenhua, TIAN Dalun, et al.The evapotranspiration estimation of planted Chinese fir in Huitong of Hunan Province based on the 3-PG model［J］.Hunan Agric Sci, 2008（3）: 158 - 162.

［26］藺恩杰,江洪,陳云飛.太湖源雷竹林水汽通量變化及其對(duì)凈輻射的響應(yīng)［J］.浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 30 （3）: 313 - 318.LIN Enjie, JIANG Hong, CHEN Yunfei.Water vapor flux variation and net radiation for a Phyllostachys violascens stand in Taihuyuan［J］.J Zhejiang A & F Univ, 2013, 30（3）: 313 - 318.

［27］吉喜斌,康爾泗,趙文智,等.黑河流域山前綠洲灌溉農(nóng)田蒸散發(fā)模擬研究［J］.冰川凍土, 2004, 26（6）: 713 -719.JI Xibin, KANG Ersi, ZHAO Wenzhi, et al.Simulation of the evapotranspiration from irrigational farmlands in the oases of the Heihe River Basin［J］.J Glaciol Geocryol, 2004, 26（6）: 713 - 719.

［28］顏廷武,邢兆凱,尤文忠,等.遼寧冰砬山長(zhǎng)白落葉松林能量平衡和蒸散的研究［J］.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 40（4）: 449 - 452.YAN Tingwu, XING Zhaobin, YOU Wenzhong, et al.Energy balance and evapotranspiration in Larix olgensis forest in Bingla Mountain of Liaoning Province［J］.J Shenyang Agric Univ，2009，40（4）: 449 - 452.

Water vapor flux features of an evergreen and deciduous broadleaf mixed forest in Mount Tianmu area

NIU Xiaodong1, JIANG Hong1,2, FANG Chengyuan1, CHEN Xiaofeng1, SUN Heng1
（1.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, Zhejiang, China; 2.International Institute for Earth System Science, Nanjing University, Nanjing 210093, Jiangsu, China）

Abstract:Evapotranspiration（ET）is an important component of ecosystem water and energy balances, and subtropical evergreen and deciduous broadleaf forests play an important role in regional water cycles and budgets.To enhance prediction of climate change impact on the terrestrial ecosystem an improved understanding of the water and energy fluxes between vegetation and the atmosphere is needed.In Mount Tianmu area of Zhejiang Province, a subtropical evergreen and deciduous broadleaf mixed forest observation tower was set up in December 2012 with a three dimensional ultrasonic anemometer, a H2O/CO2infrared analyzer, and conventional meteorological instruments for measuring a multi-layer gradient of temperature and humidity, windspeed, and radiation.Based on data observed from July 2013 to June 2014, water vapor flux features of the ecosystem were analyzed, and the net radiation responses to water vapor flux were determined.Results showed that annual water vapor flux was positive with distinct diurnal and seasonal variations.The maximum monthly water vapor flux occurred in July with a maximum daily 0.115 g·m(-2)·s(-1); the lowest was in January with a maximum of onlybook=217,ebook=380.029 g·m(-2)·s(-1).The maximum quarterly water vapor flux occurred in summer, and the lowest was in January.The annual total ET was 721.25 mm（about 51.5% of the annual precipitation）.The annual net radiation （Rn）for this ecosystem was 3 305.65 MJ·m(-2).Also, Rnwas the main driving force of ET and was a key factor in energy balance.Thus, water vapor flux being positive meant that the ecosystem was the source of water vapor.［Ch, 6 fig.2 tab.28 ref.］

Key words:forest ecology; water vapor flux; eddy covariance; typical evergreen and deciduous broadleaf mixed forest; net radiation; Mount Tianmu

作者簡(jiǎn)介：牛曉棟，從事生態(tài)系統(tǒng)碳水通量及大氣水汽穩(wěn)定同位素觀測(cè)研究。E-mail: 764854761@qq.com。通信作者：江洪，教授，博士生導(dǎo)師，從事全球變化生態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水循環(huán)等研究。E-mail: jianghong_china@hotmail.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61190114，41171324）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20110091110028）；科技部國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)項(xiàng)目（2005DKA32300）；浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目（2010R50030）

收稿日期：2015-01-13；修回日期：2015-04-23

doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.005

中圖分類號(hào)：S718.51

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-0756（2016）02-0216-09