全 文 ：收稿日期 }t||| p s| p uz ∀
基金项目 }本研究获得海外青年合作基金kv||u{sszl !国家基金kv|zssttul !中日合作项目k||su{vl的资助 ∀
第 vz卷 第 t期u s s t年 t 月
林 业 科 学
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¤± qou s s t
鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林蒸散研究
闫俊华 周国逸 黄忠良
k中国科学院华南植物研究所 广州 xtsyxsl
摘 要 } 运用 ° ±¨°¤±蒸散力公式和理论上导出的计算森林生态系统蒸散公式 o对亚热带地带性群落鼎湖
山季风常绿阔叶林的蒸散力和蒸散逐日进行计算 o其结果表明 }鼎湖山季风常绿阔叶林蒸散力年平均为
|{z1x °° o占同期降雨量的 wz h ∀蒸散力最大的月份是 z月 o最小的月份是 u月 o这基本上与近地面层的气
温变化规律相一致 o而与同期的降雨量有所延迟 ∀林外自由水面蒸发年平均为 tt|w1x °° o干季林内蒸散力
明显小于林外自由水面的蒸发 o而湿季两者又十分接近 o因此 o两者相比可用来作为该地区划分干湿季的一
个参考指标 ∀理论公式法所计算出该系统的蒸散年平均为 |xt1| °° o与蒸散力相当 o占同期降雨量的
wx1v h ∀鼎湖山季风常绿阔叶林总径流量年平均为 ttsv1{ °° o径流系数为 s1xu ∀研究期间系统贮水量的
变化年平均为 v{1| °° ∀水量平均法所得的蒸散年平均为 |ys1t °° o与公式法计算所得的蒸散非常接近 ov
年的系统误差不到 t h o因此 o初步得出此公式是计算森林生态系统蒸散的一种值得推广的方法 ∀
关键词 } 亚热带 o阔叶林 o森林生态系统 o蒸散力 o蒸散 o水量平衡
Ες ΑΠΟΤΡΑΝΣΠΙΡΑΤΙΟΝ ΟΦ ΤΗΕ ΜΟΝΣΟΟΝ Ες ΕΡ ΓΡΕΕΝ ΒΡ ΟΑ∆2ΛΕΑΦ
ΦΟΡΕΣΤ ΙΝ ∆ΙΝΓΗΥΣΗΑΝ , ΓΥΑΝΓ∆ΟΝΓ ΠΡ ΟςΙΝΧΕ
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( Σουτη Χηινα Ινστιτυτε οφ Βοτανψ, Αχαδε µια Σινιχα Γυανγζηουxtsyxs)
Αβστραχτ : ׫¬¶³¤³¨µ¤³³¯¬¨§·«¨ ©²µ°∏¯¤¶²©° ±¨°¤±¤±§·«¨ ©²µ¨¶·¨¦²¶¼¶·¨° √¨¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± º«¬¦«¬¶§¨§∏¦¨§
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• ¤·¨µ¥¤¯¤±¦¨
蒸散是森林生态系统中水分损失的主要部分 o在森林生态系统水分平衡中占有重要的地位 ∀它不
仅是系统的水分损失过程 o也是热量耗散的一种形式 o系统中的水分量和热量供应量是决定其蒸散大
小的基础 ∀占蒸散量很大一部分的是植物体的蒸腾 o蒸腾作用既是一个物理过程 o也是一个生物过程 o
作为生物过程 o它必然受到植物生理活动的调节 ∀因此 o总的来说 o蒸散的机理过程发生于土壤2植物2
大气系统k≥°„≤l内 o是一个相当复杂的连续过程kפ±ª ⁄¨ ±ª¼¬± ετ αλ. ot|{wl ∀
有关季风常绿阔叶林蒸散问题历来受到研究者的关注k吴厚水等 ot||y ~黄忠良等 ot||{l o其研究
手段是基于估算的方法进行的 o本文试图用 v年的气象和小气候数据及理论上导出的公式对此进行研
究 o并与水量平衡法所求的结果进行比较 ∀同时 o探讨该理论公式中参数的确定 ∀
t 研究地和集水区概况
鼎湖山位于广东省肇庆地区境内 o居于北纬 uvβtsχ o东经 ttuβvwχ ∀本区大面积是丘陵和低山 o海拔
在 tss ∗ zss °间 o最高峰鸡笼山海拔 tsss1v ° ∀气候属南亚热带季风湿润型气候 o冬夏气候交替明
显 ∀年平均温度 ut ε o最热月在 z月 o最冷月为 t月 o极端最高温度为 v{ ε o极端最低温度曾录到 p u
ε 的情况 ∀林区多年平均降雨量为 t|ss °° ow ∗ |月为主要降雨季节 ott ∗ t月为少雨季节 o年平均蒸
发量为 tttx °° o年平均相对温度为 {u h ∀灾害性天气是寒潮和台风 ∀
本研究限定在三宝峰山腰的季风常绿阔叶林样地内 o是该地区典型的地带性植被代表类型 ∀该群
落物种丰富 o结构复杂 o群落垂直结构大致可分为 x层 o包括乔木 v层 o灌木 t层 o草木 t层 ∀乔木第 t
层植物主要有锥栗k Χαστανοπσισχηινενσισ) !黄果厚壳桂( Χρψπτοχαρψα χονχιννα) !荷木( Σχηι µ α συπερβα)
和华润楠( Μαχηιλυσχηινενσισl等 o高度为 ty ∗ uz ° ~乔木第 u层植物有厚壳桂k Χρψπτοχαρψα χηινενσισ) !
黄果厚壳桂( Χρψπτοχαρψα χονχιννα) !翅子树( Πτεροσπερµ υ µ λανχεαεφολιυ µ l等 o高度为 { ∗ tx ° ~乔木第
v层植物有云南银柴k Αποροσα ψυννανενσισ) !鼎湖钓樟( Λινδερα χηινενσισ) !水石梓( Σαρχοσπερµ α λαυ2
ρι µ υν)等 o高度为 v ∗ z ° ∀灌木层有柏拉木k Βλαστυσ χοχηινχηινενσισ) !罗伞树( Αρδισισα θυινθυεγονα)
等 ,密度较大 ,但多为乔木幼树 ,真正灌木种类不多 ∀草本层有双盖蕨( ∆ιπλαζιυ µ δονιανυ µ ) !山姜
( Αλπινια χηινενσισ)等 ∀此外层间植物有附生植物石蒲藤( Ποτηοσ χηινενσισ)等 ,木质藤本植物有杖枝省
藤( Χαλαµ υσ ρηαβδοχλαδυσ)等 ∀集水区建于该样地内 o面积为 {1{ «°u o平均坡度约为 vsβ o坡向北 vwβ
东 o海拔 vss °左右 o林龄约为 wss ¤∀集水区内设有小气候观测站 ∀
u 研究方法
211 气象与小气候因素观测方法
主要采用自动气象站和小气候梯度测定仪进行测定 o观测项目包括降水 !风速 !水汽压 !空气相对
湿度 !蒸发和辐射平衡项等 ∀实际日照时间资料由肇庆市气象局提供 ∀
212 径流规律的观测方法
本项研究采用/小集水区径流场0的封闭技术 ∀把森林生态系统的边界定义在小集水区的边界以
内 o利用自然分水和人工隔离相结合 o把整个集水区的径流都汇入测流堰中 o使之成为径流的唯一出
口 ∀通过观测 o可获得较为精确的径流参数的数据 ∀
213 土壤水分
沿与等高线垂直的方向设置多个中子水分仪测量点 o用中子水分仪测定 o并配合烘干称重法进行 ∀
计算公式为 }
ς = µ ( ΡΡ • ) + χ
其中 oς是土壤含水量k°°l ~Ρ 是土壤中的中子计数率 ; Ρ • 是水体中的中子计数率 ~µ 和 χ均为常
数 o这里分别取值 tu1uzu和 p t1uy{v ∀
214 蒸散力计算方法
森林生态系统的蒸散力随其生态因子的不同而较空旷地有很大的变化 o林地土壤表面因林冠郁闭
而日照减少 o气温因此出现逆温层 o热流向下 o与弱风并行的热流运动受到限制 ∀从而使得热的乱流扩
散接近于分子扩散k周国逸 ot|{{ ~t||zl ∀但从本质上来说 o森林生态系统的蒸散与自由水面的蒸发有
{v 林 业 科 学 vz卷
着同样的过程 ∀采用 ° ±¨°¤±自由水面蒸发力理论公式 o根据林地的环境条件 o对公式中有些参数重新
进行确定 o则森林生态系统蒸散力理论公式为 }
Εs = Ρs ∃ + ϖεαϖ + ∃ (t)
ktl式中 oΕs是森林生态系统蒸散力k°°r§l ~ϖ为干湿温度表湿度常数 o等于 s1yt °¥r ε ~εα是 ° ±¨2
°¤±称为空气干燥力的参数k°°r§l o由下式推算 }
εα = s .uz(εσ − εδ)(t .s + s .ss| ς) (u)
kul式中 oς为林内风速k°r¶l ~εδ 为林地 u °高处的实际水汽压k°¤l ~εσ为林地 u °高处在当时温度
下的饱和水汽压k°¤l o如用 Τ表示绝对温标 ,则 εσ满足下式 }
εσ = tvu .{| ¬¨³ t .xu + xwvs tuzv .v −
t
Τ
ktl式中 o ∃是在平均湿球温度 τ ε 时的饱和水汽压曲线的斜率k°¥r ε l o∃ € xwvsεσ/ t .{ Τu ; Ρs 是有
效辐射量k°°r§ot°°r§€ x|≤¤¯r¦°u§l o由下式推算 }
Ρs = (t − α) Ρα s .us + s .yw νΝ − ΕΤ
w(s .xy − s .s|u εδ) s .ts + s .|s νΝ (v)
kvl式中 oα为反射率 ,无量纲量 ; ν/ Ν是日照率 ,实照时间与可照时间的比值 ,无量纲量 ; Ε为斯蒂芬 )
玻尔兹曼常数 o其值为 u1stxux ≅ tsp | °°rk度lw ~Ρα 为假定无大气存在情况下的最大可能辐射量
k°°r§l o由下式算出 }
Ρα = z .zy|x σΘu( Ξs¶¬±Α¶¬±∆ + ¦²¶∆¦²¶Α¶¬±Ξs) (w)
kwl式中 oσ为太阳常数 o取值为 t1|x ≤¤¯r¦°u °¬±~Θ是以日地平均距离的分数所表示的日地距离 o约等
于 t ~Ξs为中午到日落或日出的时间长度 o它通过日落或日出到中午的时角大小k弧度l来表示 ~Α表示
当地的地理纬度(弧度) ; ∆表示太阳赤纬k弧度l o可在天文年历中查算 ∀
215 蒸散计算方法
在众多计算蒸散的方法中 o存在的问题仍然不少 ∀一些公式的经验性都是十分明显的 o有的是对
公式形式直接进行假定 o使之适合于研究者所针对的范围 o有的对公式的微分形式假定 o并在此基础上
推导出公式的形式等 ∀周国逸通过逻辑推论 o导出了一个计算森林生态系统蒸散的公式k周国逸 o
t|{{l o理论较为严格 ∀公式为 }
Ε = Εs t + ρΕs − t +
ρ
Εs
ΝΠ
Πu− Π−t
+ Ν+t tΝΠ
Πu− Π−t
+ Ν+t
式中 oΕ表示蒸散 ; Εs 是蒸散力 ; ρ为系统中能用于蒸散的贮水量 ; Π是系统中大气相对湿度 ; Ν是一
个表征系统对防止液态水输出能力的常数 ∀
v 结果与分析
311 影响蒸散力的因子分析
v1t1t 反射率 根据自动小气候梯度测定仪测定的辐射数据计算得出的各月反射率见表 t ∀
从表 t可以看出 o鼎湖山季风常绿阔叶林年总辐射为 vvvu1y o年反射辐射为 vw|1| o年反射
率年为 s1tsx o反射率最大的月份是 t月 o最小的月份为 z月 o这与当地的月气温变化恰恰相反 ∀反射
率的月变化比较明显 ot月份反射率约为 z月份的 u1wx倍 o干季kts ∗ v月l略高于湿季kw ∗ |月l ∀
v1t1u 日照率 日照通过对植物生命活动的作用而影响植物的蒸腾 o因此 o日照时间的长短是影响蒸
散力的一个重要因子 ∀由于日照时间受到云量 !天文等多种因素的影响 o通常用实照时间与可照时间
的比值即日照率来反应日照时间的综合特征 ∀
|v 第 t期 闫俊华等 }鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林蒸散研究
表 1 鼎湖山季风常绿阔叶林反射率各月的计算值
Ταβ .1 Τηε χαλχυλατεδ ρεφλεχτιον οφ µονσοον εϖεργρεεν βροαδ2λεαφ φορεστ ιν ∆ινγηυσηαν
月份  ²±·« t u v w x y z { | ts tt tu
总辐射
ײ·¤¯ µ¤§¬¤·¬²±k l txw qs tws qv t|v qt u|s qx uyw q{ t{z qv vu| qu w{s qt wyt qu vuu qs uyt q| uw{ qu
反射辐射
• ©¨¯ ¦¨·¬²± µ¤§¬2
¤·¬²± k l
vt qs tv qx v{ qy vy q| u{ qy tz qt uz qs wu qu v| qu u| qv ux qw ut qt
反射率
• ©¨¯ ¦¨·¬√¬·¼ s qust s qs|y s quss s qtuz s qts{ s qs|t s qs{u s qs{{ s qs{x s qs|t s qs|z s qs{x
表 2 鼎湖山季风常绿阔叶林日照率各月的计算值
Ταβ .2 Τηερατε οφ συνσηινε οφ µονσοον εϖεργρεεν βροαδ2λεαφ φορεστ ιν ∆ινγηυσηαν
年份
≠ ¤¨µ
月份  ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
t||v s qu| s qvx s qtv s qtt s qvu s qvu s qyu s qxs s qw{ s qxz s qws s qw|
t||w s qvw s qtz s qtv s qvs s qvy s qux s qvs s qv{ s qvy s qx{ s qzt s quy
t||x s quy s qt| s qtu s qtz s qv{ s qv| s qxw s qv{ s qyt s qv| s qxx s qyv
平均 „√ µ¨¤ª¨ s qvs s quw s qtv s qt| s qvx s qvu s qw| s qwu s qw{ s qxt s qxx s qwy
图 t 鼎湖山季风常绿阔叶林林内
气温的月变化
ƒ¬ªqt ׫¨ °²±·«¯¼ ¦«¤±ª¨¶²©¤¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨
¬± °²±¶²²± √¨ µ¨ªµ¨ ±¨ ¥µ²¤§2¯ ¤¨©¤·⁄¬±ª«∏¶«¤±
从表 u可以看出 o鼎湖山季风常绿阔叶林日照
率年平均为 s1vz o反射率最大的月份是 tt月 o最小
的月份为 v月 ∀在 t年中 o上半年的日照率明显小
于下半年 o这是因为上半年的梅雨季节带来了大量
的阴雨天气 o加上 y月有雨日多 o因而实际日照时间
较少 o日照率偏小 ∀日照率的月变化比较明显 o但年
际变化不大 ∀
v1t1v 气温与水汽压 鼎湖山季风常绿阔叶林林
内 t||v ∗ t||x年各月平均气温如图 t ∀林内年平均
气温为 t|1| ε o最热月在 z月 o气温为 uy1u ε o最
冷月是 u月 o气温为 tu1v ε ∀与同期的空旷地气温
相比 o林内最冷月较空旷地延迟 t个月 o同时 o林内
的气温较空旷地偏低 ∀其原因一方面由于林冠的阻
挡 o使到达林内的太阳辐射比空旷地少 ~另一方面由于林内空气湿度大 o为提高林内温度需要的热量也
较空旷地多 ∀
从表 v可以得出 o鼎湖山季风常绿阔叶林水汽压年平均为 utw{1{ °¤oz月份最大 o水汽压为 vtuy1x
°¤~t月份最小 o水汽压为 tt{s1| °¤∀林地水汽压各月的变化与近地面层的气温变化规律基本一致 o这
说明气温对鼎湖山季风常绿阔叶林水汽压的作用非常显著 ∀
表 3 鼎湖山季风常绿阔叶林水汽压各月的计算值
Ταβ .3 Τηεϖαπορ πρεσσυρε οφ µονσοον εϖεργρεεν βροαδ2λεαφ φορεστ ιν ∆ινγηυσηαν k°¤l
年份
≠ ¤¨µ
月份  ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
t||v tt{s qt tuzv qt txuw qu uvtu qv uy|t qs vsw| q{ vut| q| vts| qy uzyt qx t{yw qw tzzw qt ttty qv
t||w tuvx q| tv{y qs twzx qt uwxt q{ uzvs q| u|ws q| vsy| q{ vsws qx uzxs q{ t||v qw tzww q{ txxw q{
t||x ttuy q| ttyy q{ txyx qw uvuu q| uxtt qy vs{s qw vs{| qz u|xs qu uywt q| uu|u qw tvuy qu tswz qu
平均 „√ µ¨¤ª¨ tt{s q| tuzx qv txut qy uvyu qv uyww qx vsuv qz vtuy qx vsvv qw uzt{ qs usxs qs tytx qt tuv| qw
sw 林 业 科 学 vz卷
312 蒸散力
v1u1t 蒸散力计算结果 运用上述蒸散力的计算方法对鼎湖山季风常绿阔叶林蒸散力进行逐日计
算 o得出 t||v ∗ t||x年 v年间各月的蒸散力见表 w ∀
表 4 鼎湖山季风常绿阔叶林蒸散力各月的计算值
Ταβ .4 Τηε χαλχυλατεδ ποτεντιαλεϖαποτρανσπιρατιον οφ µονσοον εϖεργρεεν βροαδ2λεαφ φορεστ ιν ∆ινγηυσηαν k°°l
年份
≠ ¤¨µ
月份  ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
t||v v{ q{| vu qzx wu qyx xv qwy || qxv tsy qw{ tzs qvy tws qut tty quw |w qvv yv qss ww qzu
t||w wv qv{ vt q|x wu qyv {x q|{ ttw qyv |s qv| tts qyx ttz qs| |z qsv |w qwy {| qyz vx qtu
t||x vw qw{ vv qww wu qyz yw qzs ttv q|| tus qt{ txt qyz ttv q|{ tvt q|t z| qt| zs q{t w| q{z
平均 „√ µ¨¤ª¨ v{ q|v vu qzs wu qyx y{ qsx ts| qv{ tsx qy{ tww quv tuv qzy ttx qsy {| qvv zw qw| wv quw
从表 w可以得出 o鼎湖山季风常绿阔叶林年蒸散力为 |{z1xs °° o占降水量的 wz h ∀干季的蒸散
力年际变化不大 o湿季相反 o但从全年来看 o蒸散力的年际变化不明显 ∀这一结果揭示了该植物群落冠
层结构比较稳定 o保水 !贮水功能较好 o从而导致该森林生态系统较稳定 o这也正是鼎湖山季风常绿阔
叶林作为地带性植物群落生态功能的体现之一 ∀由于湿季既有充分的热量条件 o又有丰沛的水分供
应 o其蒸散力占全年的 y|1yt h ∀蒸散力最大的月份是 z月 o蒸散力为 tww1uv °° ~蒸散力最小的月份
是 u月 o蒸散力为 vu1zs °° o这与近地面层的气温变化规律相一致 o也就是说近地面层的气温变化对
蒸散力的影响较为显著 ∀
v1u1u 蒸散力与林外自由水面蒸发的比较 直接观测是获得自由水面蒸发量的根本途径 ∀本研究使
用的蒸发器测量和蒸发量大约为大型蒸发池的 |z h o而且二者的关系较为稳定 o用此百分比作为折算
系数 o通过计算得出林外自由水面蒸发量见表 x ∀林外自由水面蒸发量年平均为 tt|w1z °° o最大月是
z月 o值为 tvt1z °° o最小月是 u月 o值为 ys1v °° ∀
表 5 林外自由水面蒸发各月的计算值
Ταβ .5 Τηε χαλχυατεδ εϖαπορατιον οφ φρεε ωατερ ιν ∆ινγηυσηαν k°°l
年份
≠ ¤¨µ
月份  ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
t||v {s q{ yt qv zt qx x| qw ttu qv tuu qv t{{ qw txz qz tux qx tvu qz |w qt z| qs
t||w {v qx xy qu xw qy tsy qw tt| qy |w qt |{ qy ts| qw |w qt tvx q| tvy qs {z qs
t||x z{ qy yw qv |u qy {v qv |v qu tsy qs ts{ qs tsz qy tsy qy {{ qu z{ qy ttx qt
平均 „√ µ¨¤ª¨ {t qt ys qv zv qy {v qs ts{ qw tsz qx tvt qz tuw q| ts{ qz tt{ q| tsu q| |v qz
自由水面蒸发主要反应的是一个地区的热量条件 o蒸散力作为系统蒸散的热量供应因子 o同时也
间接反应了一个地区的水分条件 o两者相比可用来分析一个地区的水热状况 ∀鼎湖山季风常绿阔叶林
各月的蒸散力与其同期林外自由水面蒸发量之间的关系如图 u ∀
图 u 系统蒸散力与林外自由水面蒸发的比较
ƒ¬ªqu ׫¨ ¦²°³¤µ¬¶²± ²©³²·¨±·¬¤¯ √¨¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ¤±§ √¨¤³²µ¤·¬²± ²©©µ¨¨ º¤·¨µ
) σ ) 系统蒸散力 °²·¨±·¬¤¯ √¨¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±~ ) τ ) 自由水面蒸发 ∞√¤³²µ¤·¬²± ²©©µ¨¨ º¤·¨µq
tw 第 t期 闫俊华等 }鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林蒸散研究
林外自由水面蒸发量比林内蒸散力多约为 ut h ∀这是由于鼎湖山季风常绿阔叶林冠层结构复杂 o
林内阴闭 o风速微弱 o相对湿度较大所致 ∀在一年中 o处在干季的 ts ∗ v月林内蒸散力明显小于林外自
由水面的蒸发 o其中 tu月 !t月自由水面蒸发比蒸散力的 u倍还多 o而处在湿季的 w ∗ |月两者又十分
接近 o其中 z月的蒸散力还大于自由水面的蒸发 ∀从上述结论可初步得出 }如果林内蒸散力明显大于
自由水面蒸发 o则说明系统贮水量较少 o没有足够的水分提供给蒸散 o可初步认为是较为干旱的时期 ~
如果两者十分接近或者蒸散力大于自由水面蒸发 o则视为系统充分湿润 o有充沛的水分供给蒸散 o可初
步认为是较为湿润的时期 ∀这样林内蒸散力与林外自由水面蒸发相比可用来作为划分该地区干湿季
的一个参考指标 ∀
v1u1v 蒸散力与降雨量月变化的关系 图 v反应的是鼎湖山季风常绿阔叶林蒸散力与降水量月变化
的关系 ∀可以看出 o蒸散力为双峰曲线 o峰值出现在 x月和 z月 o而降雨量在 w !y月份也出现峰值 o可
见 o二者峰值出现的月份并不同步 o蒸散力较降水量的月变化有所延迟 ∀形成这种滞后的现象是气候
因子 !植物的生命活动和系统水文生态功能共同作用的结果 ∀由于 x月的气温 !日照率均高于 w月 o且
多数植物在 x月抽芽 !展叶和开花k李明佳等 ot|{wl o生命活动旺盛 o蒸腾作用较强 o故 x月的蒸散力大
于 w月 ~y月份降水量虽然最多 o但其热量条件较 z月份差 o且 z月的降水较为集中 o日照率明显高于 y
月 o又因为该系统有较好的保水和贮水功能 o水分并没有过多流失 o到 z月份时 o既有足够的水分供其
蒸散 o又有充分的热量促其蒸散 o因而蒸散力在此月达到最大 ∀这一结论也可以说明在湿季 o热量条件
对鼎湖山季风常绿阔叶林蒸散力的影响强于水分条件 ∀
图 v 降水量与蒸散力的季节分配特征
ƒ¬ªqv ≤«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©¶¨¤¶²± §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¤±§³²·¨±·¬¤¯ √¨¤³²·µ¤±¶³²µ¤·¬²±
) σ ) 降水量 • ¤¬±©¤¯¯~ ) τ ) 蒸散力 °²·¨±·¬¤¯ √¨¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±q
313 蒸散
v1v1t 大气相对湿度 大气相对湿度对森林生态系统中各个层面的蒸发和植被的蒸腾作用都有影
响 ∀因此 o在计算系统的实际蒸散时 o大气的相对湿度是必须考虑的因子 ∀鼎湖山季风常绿阔叶林大
气的相对湿度见表 y ∀
表 6 鼎湖山季风常绿阔叶林大气相对湿度各月的计算值
Ταβ .6 Τηερελατιϖε ηυµιδιτψ οφ µονσοον εϖεργρεεν βροαδ2λεαφ φορεστ ιν ∆ινγηυσηαν k h l
年份
≠ ¤¨µ
月份  ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
t||v z{ q{ {{ qt |s qu |z qv |x qx |x q| |t qw |t qy {{ qx zw qt {u qx zs qz
t||w zy qz |t qu |s qv |w qt |{ qz |w q{ |w q{ |v qx |s qt zx qx zy qw {| q|
t||x {t qy {w q{ |s qt |y q| |t qv |w q{ |u qw |v qy {u q| {y qv yz q| yz qx
平均 „√ µ¨¤ª¨ z| qt {{ qs |s qu |y qt |u qu |x qu |u q{ |u q| {z qu z{ qz zx qy zy qs
从表 y可以看出 o鼎湖山季风常绿阔叶林大气相对湿度较大 o年平均为 {z h ∀春季 !夏季各月的大
气相对湿度均在 |s h以上 o其中 ot||x p sw共计 ty天大气相对湿度达 tss h o空气的水汽含量处于饱
和状态 ∀其原因一方面是由于春季的梅雨和夏季大量的降水给系统带来了充沛的水分 o另一方面是由
uw 林 业 科 学 vz卷
于植被在春夏季节生命活动旺盛 o蒸腾作用较强 ∀大气相对湿度最大的月份是 w月 o最小的月份是 tt
月 ∀
v1v1u ρ值的计算的理论与方法 ρ在计算森林生态系统实际蒸散的公式中表示系统能用于蒸散的
贮水量 o它包括植被 !死地被物和土壤中一切能用于蒸散的水分量 o这个水分量并不等于系统的贮水总
量 ∀由于植被活体中水分在蒸腾作用消耗水分的同时 o其根系又从土壤中吸取水分来补充 o也就是说 o
植被通过生命活动过程的调节使活体中的水分基本上没有变化 o其蒸腾作用消耗的水分实际上来自土
壤 ∀因此 o植物活体中的水分不能视为用于蒸散的贮水量 ∀另外 o土壤溶质中存在着一部分不为水流
质点穿越的盲端孔隙 o盲孔中的水体是滞留不动的k史海滨等 ot||yl o即不动水体 ∀据已有的对不动水
体的特性研究表明 o不动水体的区域含量同土壤含水量成正比 ~不动水体是不能用于蒸散的k≥¨°§·o
t|z|l ∀ ρ值的计算方法有量测法和推算法 ∀由于 ρ值处于不断的变化之中 o量测每天的 ρ值难以实
现且精度不高 ∀本研究采用推算法 o方法如下 }
令 ρt为 τ天的系统能用于蒸散的贮水量 o则第 τ n t天的 ρτ n t为 }
ρτ+t = ρτ + Πτ+t − Εsτ+t − Ρτ+t
式中 oΠτ n t !Εsτ n t !Ρτ n t分别为第 τ n t天的降水量 !蒸散力和径流量 ∀这样只需准确地量测出 ρτ ,即可
推算出每天的 ρ值 ∀ ρτ为 τ天土壤含水量 !死地被物含水量和植被表面截留和吸附的水量之和 o由于
在连续多日无雨且比较干燥的情况下 o植被截留和吸附的水量可视为 s o在此时用中子水分仪配合烘干
称重法即可测出土壤及死地被物的含水量 o从而得到较为精确的 ρτ值 ∀
v1v1v 对 Ν值的讨论 Ν在上述的计算森林生态系统是一个表征系统对防止液态水输出能力的常
数 o它是一个无量纲的量 ∀当 Ν € s时 o系统的实际蒸散为 s o表明林地不能贮存水分 o全部降水将在短
暂的时间内以地表径流流走 o来不及蒸发 ~当 Ν ψ n ] 时 o若蒸散力大于贮水量 o则系统的实际蒸散等
于贮水量 o若蒸发力小于贮水量 o则系统的实际蒸散等于蒸散力 ∀对于一个具体的生态系统来说 o系统
绝对不保水和绝对保水的情况是不存在的 o因此 Ν的取值为 s ∗ n ] ∀
上述的公式中 o除参数 Ν外 o其它的参数均有严格的理论推导 o因此 o如何正确地选取 Ν值的大小
是决定所计算出系统实际蒸散准确性的关键之所在 ∀对于不同的森林生态系统 o其选取 Ν值的方法
也不同 ∀如果径流量与系统贮水量有良好的相关关系的生态系统 o那么 Ν值选取原理如下 }
令 Ρ 为径流量 oΩ为土壤贮水量 , Π为降水量 , Κ为径流量与系统水量的相关系数 ,则 :
线性相关时 }Ρ € Κ( Ω n Π) n α (其中 α为常数)
非线性相关时 , Ρ € φ( Κ , Ω n Π)
由于 Ρ 反映的是系统以液态水的输出量 , Ω n Π反映的是系统的贮水量 ,相关系数 Κ则反映的
是系统液态水输出的系数 ,那么 t p Κ反映的是系统防止液态水输出的系数 ,则 t/ (t p Κ)就是系统防
止液态水输出能力的量度 ,这与 Ν值的意义完全相同 ∀即 }
Ν = tt − Κ
本研究采用气象因素迭代法 ∀由于影响森林生态系统蒸散的是下垫面水分条件和外部的气象因
素两个方面 o当下垫面充分湿润时 o外部的气象因素成为实际蒸散的限制因素 o这与决定林外自由水面
蒸发的气象因素基本相同 o此时 o系统的实际蒸散应约等于林外自由水面的蒸发 ∀根据此原理进行迭
代 o得出鼎湖山季风常绿阔叶林研究地的 Ν值为 tu1x ∀
v1v1w 系统的实际蒸散与蓄水量变化 运用上述计算实际蒸散的方法得出鼎湖山季风常绿阔叶林的
实际蒸散见表 z ∀从表 z可以看出 o鼎湖山季风常绿阔叶林年平均蒸散量为 |xt1| °° o略低于蒸散力 o
占同期降水量的 wx1v h ∀鼎湖山季风常绿阔叶林地区常年雨量充沛 o研究期间年平均降雨量达
utsu1{ °° ∀森林高大茂盛 o林冠对降水的截留量达 vs h k黄忠良等 ot||{l o林冠下枯枝落叶层厚度
大 o土壤含水量比较丰富 o加上植被根系发达 o主根较深 o森林蒸腾不受土壤表层水分限制 o因此 o其实
际蒸散基本上与蒸散力相当 ∀
vw 第 t期 闫俊华等 }鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林蒸散研究
表 7 鼎湖山季风常绿阔叶林蒸散各月的计算值
Ταβ .7 Τηε χαλχυλατεδ εϖαποτρανσπιρατιον οφ µονσοον εϖεργρεεν βροαδ2λεαφ φορεστ ιν ∆ινγηυσηαν k°°l
年份
≠ ¤¨µ
月份  ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
t||v v{ q{| vu qzv wu qxv wx qzv |s qsv |x qw{ tyw qvy tvw q|z ttw q|{ |w quz yu q{s ww qzu
t||w wv qv{ vt q{x wu qxs {u qw| tsw qxy {x qzz tsv qyt tts q|y |x q{z |w qv{ {| qvs vw q|z
t||x vw qw{ vv qwv wu qxy xy qvz ttt qv{ ttt qxx twx qzs ts{ qsu tvt qwv z{ qz{ zs qz{ w| q{z
平均 „√ µ¨¤ª¨ v{ q|u vu qyz wu qxv yt qxv tst q|| |z qys tvz q{| ttz q|{ ttw qs| {| qtw zw qu| wv qt|
v1v1x 水量平衡法和公式法所求森林蒸散的比较 水分以降水的形式进入到森林生态系统后 o森林
就开始其相应的作用过程 o如果集水区地形完整 o没有地下水渗入 o降水是系统唯一的水分来源 ∀空气
中水汽量变化的多年平均值可从水汽压的观测值中计算 o其量微小 o可视为零 ∀植物体含水量的变化
可由林木生长估算 o但植物体含水量和土壤贮水量的变化总和可视为系统贮水量的变化 o而系统贮水
量的变化可由 v1v1u ρ值计算中得出 ∀因此 o水量平衡的支出项主要就是蒸散量和径流量k地表径流
和地下径流l ∀系统贮水量的变化既可作为输入项又可作为支出项 o当系统贮水增加时 o它作为支出
项 ~当系统贮水减少时 o它作为输入项 ∀其平衡方程为 }
Π = Ε + Ρ + ∃ρ
式中 o Π为降雨量 , Ε为蒸散量 , Ρ 为径流量 , ∃ρ为系统贮水量的变化 ∀
根据上式 o研究期间鼎湖山季风常绿阔叶林水量平衡法所推求的蒸散量列于表 z o并与公式法所计
算的蒸散量进行比较 ∀由表 {可知 o鼎湖山季风常绿阔叶林年径流量为 ttsv1{ °° o径流系数为 s1xu ∀
研究期间系统贮水量的变化年平均为 v{1| °° ∀水量平均法所得的蒸散量年平均为 |ys1t °° o与公
式法计算所得的蒸散量非常接近 ov年的系统误差不到 t h ∀可见 o用周国逸从理论上导出的蒸散公式
去计算蒸散 o精度是很高的 o此公式是计算森林生态系统蒸散的一种值得推广的方法 ∀
表 8 水量平衡法和公式法所推求的蒸散量比较
Ταβ .8 Τηε χοµ παρισον οφ εϖαποτρανσπιρατιον βψ ωατερ βαλανχε ανδ τηεοριτιχ φορµυλα k°°l
年份
≠ ¤¨µ
降雨量
°µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
径流量
ײ·¤¯ µ∏±²©©
系统蓄水变化
⁄¼±¤°¬¦²©¶¼¶·¨° º¤·¨µ
平衡法蒸散量
∞√¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ²©¥¤¯¤±¦¨
公式法蒸散量
∞√¤³²·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ²©©²µ°∏¯¤
t||v uuww qv ttz{ qt zy qz |{| qx |yt qx
t||w utzy q{ tt{{ qs yu qx |uy qv |t| qy
t||x t{{z qv |wx qv p uu qx |yw qx |zw qz
平均 „√ µ¨¤ª¨ utsu q{ ttsv q{ v{ q| |ys qt |xt q|
w 结论
由于上述的计算森林生态系统蒸散公式中各参数均可通过逻辑推导得出 o且考虑因素较为全面 o
因此 o理论上较为严密 ∀根据小气候观测数据可计算出某一森林生态系统的蒸散力 Εs !相对湿度 Π!
系统贮水量 ρ和系统对防止液态水输出能力的常数 Ν o就可以去计算这个系统每天的蒸散 o这是水量
平衡法及其它计算森林系统蒸散的方法所不可比拟的 ∀
鼎湖山季风常绿阔叶林年蒸散力为 |{z1xs °° o占同期降水量的 wz h o蒸散力最大的月份是 z月 o
蒸散力最小的月份是 u月 o这基本上与近地面层的气温变化规律相一致 o而与同期的降水量有所延迟 ∀
林外自由水面蒸发年平均为 tt|w1z °° o大于林内蒸散力 o干季林内蒸散力明显小于林外自由水面的
蒸发 o而湿季两者又十分接近 ∀该系统的年平均蒸散量为 |xt1| °° o与蒸散力相当 o占同期降水量的
wx1v h ∀鼎湖山季风常绿阔叶林年径流量为 ttsv1{ °° o径流系统为 s1xu ∀研究期间系统贮水量的变
化年平均为 v{1| °° ∀水量平均法所得的蒸散量年平均为 |ys1t °° o与公式法计算所得的蒸散量非
常接近 ov年的系统误差不到 t h o因此 o此公式是计算森林生态系统蒸散的一种值得推广的方法 ∀
ww 林 业 科 学 vz卷
参 考 文 献
黄忠良等 q鼎湖山季风常绿阔叶林生态水文功能的研究 q热带亚热带森林生态系统研究k第 {集l o北京 }气象出版社 ot||{ }txs ∗ txx
李明佳等 q鼎湖山常见植物的物候 q热带亚热带森林生态系统研究k第 u集l o广州 }科学普及出版社广州分社 ot|{w }t ∗ ts
史海滨等 q吸附作用与不动水体对土壤溶质运移影响的模拟研究 q土壤学报 ot||y ovvkvl }ux{ ∗ uyz
吴厚水等 q鼎湖山季风常绿阔叶林蒸发散的估算 q见 }符淙斌等主编 q全球变化与我国未来的生存环境 q北京 }气象出版社 ot||y
周国逸等 q森林生态系统蒸发散计算方法的研究 q中南林学院学报 ot|{{ktl }uu ∗ uz
周国逸 q生态系统水热原理及其应用 q北京 o气象出版社 ot||z
≥° §¨·⁄q ¤¶¶·µ¤±¶©¨µ¬± ³²µ²∏¶° §¨¬¤ º¬·«¬°°²¥¬¯¨ º¤·¨µqq‹¼§µ²¯ qot|z| otwtkwl }usv ∗ utv
פ±ª ⁄¨ ±ª¼¬±o≤«¨ ±ª • ¬¨¬¬± o‹²±ª¬¤¯¬¤±q „ µ¨√¬¨ º }¨ √¤³²µ¤·¬²± ¶·∏§¼¬± ≤«¬±¤qŠ ²¨ªµq• ¶¨qot|{w ovkvl }{w ∗ |z
5欧洲主要针叶树同功酶分析实验手册6征订
生化遗传方法已被证明是林业遗传学领域非常有效的实验研究工具 ∀尤其是同功酶很大程度上
独立于个体发育阶段及环境因素 o因而作为基因标记具有特殊的优越性 ~此外 o这些显著特性大多是在
杂合基因型中以共显性认知的 ∀近年来 o这类酶基因标记已被成功地并且越来越多地运用于林业工作
中产生的各类基因问题的日常分析 ∀来自于包括德国各州森林研究所 !联邦研究中心以及德国各大学
的独立的同功酶实验室的科学家合作组成了/生化遗传分析0工作小组 o这个小组是联邦和州/森林基
因资源保护0工作组的组成部分 ∀该小组成立于 t||u年 o主要工作是关于森林树木的遗传分析方法及
其相关课题 ∀其间 o实验室方法得到了长足的发展 o现在对所研究的个体只需很少的样本材料就可能
进行一系列的分析 ∀许多同功酶实验室对一些主要树种包括一些特殊的针叶树种已经获得了广泛的
实验经验和数据资料 o这些工作成果都已编入了实验手册 o其目的是为了总结现今所知的树种遗传特
征 o并为研究这些树种给予了详尽的 !系统性的指导 ∀这些由德国联邦和州/森林遗传资源保护0工作
组编纂的系列手册最近已就挪威云杉 k Πιχεα αβιεσ) !欧洲银杉 ( Αβιεσ αλβα)及欧洲赤松 ( Πινυσ
σψλϖεστρισ)等树种出版发行了德语和英语版 ∀各手册均由 w部分构成 }/前言0给出了有关树种的简要介
绍 ~/详细方法0包括了实用的电泳分离技术和在多种有效酶体系中的酶显现技术 ~在/同功酶带的遗传
解释0部分 o按照目前所掌握的单个酶体系的基因位点编码进行了酶谱分析 ~/参考书目0列出了相关文
献 ∀这些手册由以下给出的各出版机构发行只需很低的价格 ∀目前关于欧洲山毛榉k Φαγυσ σψλϖατι2
χα) !欧洲栎( Θυερχυσ ροβυρ)和无柄花栎( Θυερχυσ πετραεα)的同类手册也在准备之中 ∀
手 册 名 称 出 版 机 构
 ’‘ŒŽ„ Ž’‘‘∞• × ¤±§ • ∞• ‘∞•  „ ˜ • ∞• kt||xl }/ 挪威
云杉 ≈ Πιχεα αβιεσk ql Ž„• ≥× q 和欧洲银杉 k Αβιεσ αλβα
Œql的同功酶研究 }分离方法和酶谱分析实验方法指导0
k英文版 Œ≥…‘v2ss2sssswu2|l
价格 }us德国马克
…¤¼ µ¨¬¶¦«¨ ¤±§¨¶¤±¶·¤¯·©|µ©²µ¶·¯¬¦«¨
≥¤¤·2∏±§°©¯¤±½¨ ±½∏¦«·oƒ²µ¶·¤°·¶³¯¤·½ t o
⁄2{vvtz × ¬¨¶¨±§²µ©oŠ µ¨°¤±¼
ƒ¤¬}n n w| {yyy |{{v t s
2¨°¤¬¯}¶³q·¨¬ƒ·2²±¯¬±¨ q§¨
‹∞ŒŽ∞ ‹∞• × ∞¤±§ • ∞• ‘∞• ⁄q „ ˜ • ∞• kt|||l }/欧洲赤
松k Πινυσσψλϖεστρισ ql的生化遗传研究 ) 分离方法和酶谱分
析实验方法指导0k英文版 oŒ≥…‘v2|vu|yz2|u2xl
价格 }ts德国马克
≥¤¬²± ≥·¤·¨ Œ±¶·¬·∏·¨ ©²µƒ²µ¨¶·µ¼ o…²±±¨ º¬·½¨ µ
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2¨°¤¬¯}¯¤©qªµ¤∏³¤ƒ¬¥° q±¨ ·
注 }出版信息首次刊登在 ≥¬¯√¤¨ Š ±¨¨ ·¬¦¤t||| ow{ }vt{ ∀
xw 第 t期 闫俊华等 }鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林蒸散研究