环境及生态因子对黄土高原典型农田生态系统鲍恩比的影响研究

摘要

鲍恩比能够综合反映陆面气候状态的物理特性,是有效刻画生态系统水热分配的关键参数之一。本研究利用安装在定西和庆阳的涡动相关系统开展了黄土高原半干旱和半湿润农田生态系统能量分配特征观测试验,研究了生态环境因子对鲍恩比的影响机理,揭示了干、湿条件下生理生态因子对水热交换的响应规律。结果表明,处于半干旱区的定西年内感热通量是可利用能量的主要消耗项,即使在降水较为集中的季风期,其鲍恩比依旧在1附近波动。对于半湿润地区的庆阳而言,夏季潜热通量在能量分配中占主导地位(鲍恩比平均为0.71),其余三季感热在能量分配中起支配作用(鲍恩比为1.15—5.85)。从影响陆面水热交换的气象因子来看,鲍恩比随饱和水汽压差的增大而增大,随降水量和土壤湿度的增大而显著减小。干旱条件下,鲍恩比与半湿润区饱和水汽压差的相关更高(R2=0.44);湿润条件下,则与半干旱区的饱和水汽压差相关更好(R2=0.38),且生长季半干旱区的鲍恩比为半湿润区的1.5倍。半湿润区干、湿条件下降水量与鲍恩比均显著相关,干旱条件下R2达到0.79;但半干旱区仅在干旱条件下降水量与鲍恩比存在显著的相关(R2=0.40)。土壤含水量在半湿润区与鲍恩比的相关更显著,且干旱条件下鲍恩比随土壤含水量的降低而增大的幅度更大。从影响生长季鲍恩比的生态因子来看,Priestley-Taylor系数与鲍恩比满足幂函数规律,在黄土高原农田生态系统具有显著的相关,半湿润区和半干旱区R2分别为0.62和0.72。另外,黄土高原农田生态系统鲍恩比随归一化植被指数的增大而减小,半湿润区二者关系更显著(R2=0.40),但半干旱区鲍恩比对归一化植被指数变化的响应更迅速。冠层气孔导度与鲍恩比呈负指数关系,半干旱区鲍恩比随冠层气孔导度的增大而减小的趋势比半湿润区更明显。该研究对揭示黄土高原典型农田生态系统陆面特征及改进陆面过程参数化关系具有重要参考意义。