全 文 ：太行山石质山地石榴中幼龄林林地蒸散规律研究 3
刘志军1 3 3 　张万军1 　曹健生1 　马忠秋1 　牛健植2 　近腾昭彦3
(1 中国科学院石家庄农业现代化研究所 ,石家庄 050021 ;2 国家林业局水土保持开放实验室 ,北京 100083 ;
3 日本千叶大学环境遥感中心 ,日本千叶)
【摘要】　利用波文比2能量平衡方法测定了太行山石质山地石榴林地蒸散量的日变化和月变化 ,并且计算
出各物候期的蒸散量. 结果表明 ,石榴在中午关闭气孔 ,以减少生理蒸腾. 石榴林地蒸散量与净辐射呈显著
线性相关 ,回归方程为 Y = 0. 0029 X - 0. 1449 ,相关系数 R 为 0. 9. 石榴林地从萌芽期到落叶期的总蒸散
量为 424. 08 mm. 其中 ,开花2果实成熟期林地蒸散量最大 ,占生长季节总蒸散量的 64. 59 %. 石榴林地每年
需要补充灌溉两次 ,一次在萌芽期 ,一次在开花前期.
关键词 　石榴 　波文比 　能量平衡 　蒸散量
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 06 - 0879 - 03 　中图分类号 　S715. 4 　文献标识码 　A
Evapotranspiration in Pumica granatum stand in Lower Taihang Mountain. L IU Zhijun1 ,ZHAN G Wanjun1 ,
CAO Jiansheng1 ,MA Zhongqiu1 ,N IU Jianzhi2 , KONDOH Akihiko3 (1 S hijiaz huang Institute of A gricultural
Moderniz ation , Chinese Academy of Sciences , S hijiaz huang 050021 , China ;2 Key Open Soil and W ater Conser2
vation L aboratory of S tate Forest ry Depart ment , Beijing 100083 , China ;3 Center f or Envi ronmental Remote
Sensing , Japanese Chiba U niversity , Chinba , Japan) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,14 (6) :879～881.
Based on energy balance method , the daily and monthly variations of evapotranspiration are measured in Pumica
granatum stand in Lower Taihang Mountain. The evapotranspiration in different phenophase is also calculated.
The results indicated that Pumica granatum trees close their stoma to decrease physiological transpiration at
noon when the radiation is very intense. In Pumica granatum stand , the evapotranspiration was highly linearly
correlated with net radiation. The regression equation was Y = 0. 0029 X - 0. 1449 , and regression coefficient
can reach 0. 9. The total evapotranspiration was 424. 08 mm , 64. 59 % of which was consumed from flowering
phase to fruit maturing phase. Two essential supplementary irrigation , one in germination phase and the another
before flowering phase , should be implemented to ensure the healthy growth of Pumica granatum trees.
Key words 　Pumica granatum , Bowen2ratio , Energy balance , Evapotranspiration.
3 国家 863 项目 (2001AA242011) 、中国科学院知识创新工程项目和
中日国际合作资助项目.3 3 通讯联系人.
2001 - 01 - 18 收稿 ,2001 - 05 - 28 接受.
1 　引 　　言
与农田、草地等下垫面相比 ,森林植被下垫面粗
糙 ,外形高大 ,对近地面层气象的特征产生明显影响.
因此 ,森林蒸发散的测定比农田和草地要困难得多 ,
测定精度也低[15～17 ] .目前 ,测定森林蒸发散的方法有
10 余种 ,常用的有水量平衡法、蒸仪测定法、波文比2
能量平衡法、空气动力学方法、涡度相关法和植物生
理学方法等 ,还没有一个统一的公式或模型可以准确
地计算分布在各种自然条件下森林的蒸散量. 虽然波
文比2能量平衡方法测定精度低于蒸仪测定法 ,但因
其理论基础可靠 ,计算方法相对简便 ,因而在国内外
森林蒸发散研究中应用较为广泛[1 ,2 ,4 ,5 ,7 ,8 ,14 ] . 本文
采用波文比2能量平衡方法测定了太行山石质山地阳
坡石榴林地生长季节各物候期蒸散量的变化.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
研究地点为位于河北省太行山东坡的中国科学院太行
山生态实验站 (114°15′55″E ,37°52′45″N ,海拔 350 m) ,为北
方典型的石质山地 ,属半湿润半干旱地区 ,土壤类型为褐土.
年平均温度 13 ℃,年平均降雨量 510 mm ,年度降雨量分布
不均 ,7、8、9 月份的降雨量占总降雨量的 70 %左右. 主要植
被为刺槐、酸枣、荆条、山桃、山杏等. 部分坡地有人工栽植石
榴林地 ,在沟谷、台地等立地条件较好的地方分布有少量散
生的核桃和柿树.
212 　研究方法
　　测定对象为 10 年生坡地石榴人工林.石榴林株距 2. 5 m ,
林带间距 4 m. 在石榴林地建立铁塔 ,波文比自动观测系统
安装在铁塔上 ,高于石榴林冠高度 0. 5 m 左右 ,两个测定高
度为 3 m 和 5 m. 波文比观测系统为美国 Campell 公司生产 ,
本套系统由 1 块净辐射表、1 个风速表、2 块土壤热通量板、2
块安装在不同高度的热电偶温度计和 1 个水蒸气湿度计组
成 ,上述传感器均与数据采集器连接. 系统全天候自动观测 ,
20 min 观测 1 次 ,观测项目有 2 个高度的水汽压、空气温度、
应 用 生 态 学 报 　2006 年 6 月 　第 14 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2003 ,14 (6)∶879～881
露点温度、净辐射通量、土壤热通量和风速. 在森林地区测定
波文比的最适高度是距林冠层 0. 5 m 和 2. 5 m 处 ,不会影响
计算精度[18 ] . 观测时间为 1998 年 6 月～1999 年 12 月. 石榴
叶片蒸腾速率采用美国 CID 光合仪测定. 林地蒸散量测定
根据能量平衡原理 ,忽略平流作用、光合作用和林地内部物
理变化所消耗的能量 ,得出石榴冠层能量平衡方程 :
　　R n = L E + H + G (1)
式中 , R n 为太阳总辐射 , L E 为潜热能量 , H 为显热通量 , G
为土壤热通量 , L 为水的汽化潜热 , E 为蒸散量.
　　引入波文比β
　　β= H/ ( L E) =γ×Δt/ Δe (2)
式中 ,γ为干湿计常数 ,Δt 为两个高度温度梯度 ,Δe 为两个
高度湿度梯度.
　　联合式 (1) 、(2)得
　　E = ( Rn - G) / (L (1 +β) ) = ( Rn - G) / ( L (1 +γ×Δt/ Δe) )
式中 , E 是林地的蒸散量 ,包括林分正常生理活动耗水和林
木表面及林地土面蒸发耗水量.
3 　结果与分析
311 　石榴林地蒸散量的日变化
　　按照波文比2能量平衡法计算出石榴林地日净
辐射与蒸散量变化 (图 1) . 由图 1 可以看出 ,林地蒸
散量变化范围从 0. 002 到 0. 080 mm·min - 1 ,土壤
水分蒸散发生的主要时段为 10∶00～15∶00. 上午林
地蒸散量随着太阳辐射强度的增大而不断增大 ,在
12∶00 达到最大值. 下午虽然净辐射在继续增加 ,但
蒸散量却显著减小. 这可能是由于石榴的自身保护
机制造成的. 午后太阳辐射强烈 ,为避免过量失水 ,
石榴叶片暂时关闭气孔 ,出现午休现象 ,导致林木蒸
腾量减少 ,从而使总蒸散量减小. 同期的蒸腾速率观
测结果证明了上述推测. 图 2 为石榴叶片蒸腾速率
日变化曲线 ,叶片蒸腾速率在 12∶00 达到最大值 ,之
后迅速减小 ,下午逐渐开始恢复.
312 　石榴林地蒸散量月变化
　　按照波文比2能量平衡法计算日蒸散量 ,得到
图 1 　石榴林地净辐射 ( Ⅰ)与蒸散量 ( Ⅱ)日变化曲线
Fig. 1 Daily variation of net radiation ( Ⅰ) and evapotranspiration ( Ⅱ)
in Pumica granat um stand(J uly 24 ,1998) .
图 2 　石榴叶片蒸腾速率日变化曲线
Fig. 2 Daily variation of transpiration speed in Pumica granat um leaves
(J uly 24 ,1998) .
1998 年 7 月 1 日～31 日石榴林地蒸散量逐日的变
化.由图 3 可以看出 ,蒸散量波动的最大值为 6. 57
mm·d - 1 ,最小值为 0. 18 mm·d - 1 .
　　统计分析发现 ,太阳净辐射与林地蒸散量存在
着显著的线性关系 (图 4) ,回归方程 : Y = 0. 0029 X
- 0. 1449 , R = 0. 81.
图 3 　石榴林地蒸散量月变化曲线
Fig. 3 Monthly variation of evapotranspiration in Pumica granat um
stand(J uly ,1998) .
图 4 　石榴林地日蒸散量与净辐射关系曲线
Fig. 4 Relation curve between daily evapotranspiration and net radiation
in Pumica granat um stand (J uly ,1998) .
　　回归方程的斜率为 0. 0029 ,说明太阳净辐射每
增加或减少 1 J·cm - 2·d - 1 ,林地蒸散量增加或减小
0. 0029 mm·d - 1 . 由于净辐射与蒸散量间存在着显
著线性关系 ,可利用净辐射来估算林地蒸散量.
313 　石榴林地各物候期的蒸散量变化
　　按照波文比2能量平衡法计算日蒸散量、累计各
物候期日蒸散量 ,得到 1999 年各生长季节蒸散量
(表 1) . 由表 1 可见 ,石榴整个生长季节总蒸散量为
088 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
424. 08 mm , 其中萌芽2现蕾期占总蒸散量的
19. 2 % ,现蕾2开花占总蒸散量的9. 02 % ,开花期2果
实成熟期蒸散量最大 ,占总蒸散量的 64. 59 % ,成熟2落叶期占总蒸散量的 7. 18 %. 本区年平均降雨量
为 510 mm ,从表面上看 ,已经超过了石榴林地总蒸
散量 ,满足了林木生长需要 ,不需要人工补灌. 但是
降雨分布的不均匀性使一些时段的降水成为无效
水. 石榴生长季节需水特性与实际降雨的不同步性 ,
决定了必需根据蒸散规律确定最佳灌溉时期 ,以保
证林木正常生长.
表 1 　石榴林地各物候期蒸散量及多年平均降雨量变化3
Table 1 Evapotranspiration and average yearly rainfall in different
phenophases in Pumica granatum stand
物候期
Phenophase
日期
Date
蒸散量
Evapotran2
spiration (mm)
年均降雨量
Average yearly
rainfall (mm)
A 4. 05～5. 15 81. 47 16. 5
B 5. 16～5. 31 38. 24 11. 7
C 6. 01～9. 28 273. 90 406. 5
D 9. 29～10. 20 30. 47 10. 83 年平均降雨量为 1985～1999 年中国科学院太行山生态实验站统
计值 Average yearly rainfall is calculated according to the data from
1985 to 1999 ,which is provided by Hilly Ecological Experimental Sta2
tion of Chinese Academy of Sciences. A :萌芽2现蕾 Germination phase2
bud phase ; B :现蕾2开花 Bud phase2flower phase ; C : 开花2果实成熟
Flower phase2fruit maturity phase ; D :成熟2落叶 Maturity phase2deci2
dous phase.
　　在石榴的萌芽期 ,石榴没有大量叶面积的蒸腾
消耗 ,需水量相对较少. 但此时土壤水分状况对石榴
当年叶面积的尽早形成和花芽分化程度有决定性的
影响. 且此时正值太行山区春旱时期 ,1～4 月份多
年平均降雨量占全年降雨量的 8. 3 %. 土壤水分也
经过一个冬季的消耗 ,满足不了石榴对水分的需求.
需要对土壤和果树进行补充灌溉. 此时灌水还可防
止晚霜和倒春寒的危害. 现蕾2开花期的石榴生殖生
长与枝条的营养生长同步 ,需消耗大量的水分. 现蕾2开花期的半个月时间里 ,蒸散了 38. 24 mm ,多年平
均降雨量只有 11. 7 mm ,水分亏缺 26. 54 mm. 此时
灌水可提高坐果率. 在开花2果实成熟期 ,气温高 ,地
温也在上升 ,土壤蒸发量大. 枝叶生长量大而迅速 ,
石榴花芽陆续分化 ,幼果与新梢争水的矛盾激烈. 此
时也是果树整个生育期需水量最大的时期. 此期蒸
散量为 273. 90 mm ,而正常年份雨量为 406. 5 mm ,
从表面上看 ,已经满足了石榴对水分的需要. 但是由
于本地区的雨水主要集中在 7、8、9 月. 6 月份雨量
少 ,多年平均降雨量为 42. 6 mm ,石榴的蒸散量大 ,
为 79. 49 mm ,亏缺 36. 89 mm ,仍需要补充灌溉. 本
次灌溉可结合现蕾2开花期水分亏缺 ,在现蕾2开花
期一次性补足花期前后所需水分. 落叶期的石榴蒸
散量显著减小 ,成熟2落叶期蒸散量为 30. 47 mm. 在
正常年份 ,雨季储存的雨水能够支持林木渡过冬季
休眠期. 但是如果出现极端低温天气 ,需要提前灌
水 ,提高地温 ,以保证安全越冬. 本区石榴林地每年
需要补充灌溉两次 :萌芽期和开花前期.
　　林木蒸腾量是树木的生理水分与环境水分的重
要参数[9 ,10 ] . 在今后的研究中 ,应将波文比2能量平
衡法与整株容器测定法、离体快速称重法、气孔计
法、热脉冲和热扩散等方法相结合 ,准确区分出林分
蒸腾量与土壤蒸发量[3 ,6 ,11～13 ] .
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作者简介 　刘志军 ,男 ,1974 年生 ,博士生 ,助研 ,主要从事
干旱、半干旱山区林业生态工程植物材料选育技术与林地蒸
发散研究 ,发表论文 5 篇. E2mail :lzj1600 @163. net
1886 期 　　　　　　　　　　　刘志军等 :太行山石质山地石榴中幼龄林林地蒸散规律研究