以地下水位估算的荒漠河岸胡杨（ Populus euphratica ）林生态系统地下水蒸散发

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00063

摘要/Abstract

摘要：

基于2014年和2020年地下水位监测数据，估算了黑河下游额济纳绿洲七道桥胡杨（Populus euphratica）林生态系统生长季旺盛期的地下水蒸散发（ET_g），并与从涡度观测系统测定的蒸散发（ET）作比较，同时分析了不同模型的估算结果及其主要影响因素。结果表明：（1）基于昼夜水位波动法（White、Hays和Soylu方法）估算的ET_g均与生态系统ET变化趋势一致且显著相关，经过对比分析得出，Hays方法精度最高，推荐使用该方法计算ET_g。（2）地下水位、太阳辐射、气温和饱和水汽压差是影响ET_g的主要因子，风速对ET_g无显著影响。（3）生长季，ET_g占生态系统ET的比例随干旱时间的增大而增大。

关键词: 荒漠胡杨（Populus euphratica）林, 生态系统蒸散发, 昼夜水位波动法, 地下水蒸散发

Abstract:

Based on the dynamic monitoring data of groundwater level in 2014 and 2020， the groundwater evapotranspiration （ET_g） of desert riparian Populus euphratica forest ecosystem in Qidaoqiao oasis in the lower reaches of Heihe River was estimated and compared with the evapotranspiration （ET） measured by eddy covariance data. The estimation results of different estimation models and their main influencing factors were analyzed. The results showed that：（1） The variation trend of ET_gestimated by the three algorithms （White， Hays and Soylu methods） were consistent with and significantly correlated with the ecosystem ET. Hays method had the highest accuracy， so this method was recommended to calculate ET_g. （2） Groundwater level， solar radiation， temperature and vapor pressure were the main factors affecting ET_g， but the wind speed has no significant effect on ET_g. （3） In the growing season， the proportion of ET_gto surface ET increases with the increase of drought time.

Key words: desert Populus euphratica forest, ecosystem evapotranspiration, diurnal water level fluctuation method, groundwater evapotranspiration

中图分类号:

P641

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图/表 16

图1 黑河流域及研究区地理位置［17］

Fig.1 Geographical location of the Heihe River Basin and the study area［17］

表1 胡杨林分特征和土壤质地

Table 1 Populus euphratica forest stand characteristics and soil texture

植被覆盖度 /%

植株密度

/（株·hm^-2）

树高

胸径

/cm

林龄

图2 2014年四道桥和七道桥胡杨林地下水位和蒸散发同期对照变化

Fig.2 Contrast changes of groundwater depth and evapotranspiration in the Populus euphratica forests in Sidaoqiao and Qidaoqiao in 2014

表2 涡度观测数据及仪器

Table 2 Eddy observation data and instruments

仪器	名称	观测及采集对象	采样间隔及频率
观测仪器	三维超声风速仪（CSAT3, Campbell Co, 美国）	风速	—
	开路式CO₂/H₂O分析仪（Li-7500A, LI-COR, 美国）	水汽和CO₂浓度
	四分净辐射仪（CNR4, Kipp & Zonen, 荷兰）	净辐射（R_n）
	相对温湿度传感器( HMP45C， Campbell，美国)	气温（T_a）、湿度（RH）
	土壤热通量板( HFP, Hukse Flux Thermal Sensors B.V. , Delft, 荷兰。埋设在地下5 cm处，水平间隔0.5 m）	土壤热通量（G）
数据采集仪器	CR3000数据采集器	通量观测数据、净辐射（R_n）、气温（T_a）、相对湿度（RH）	采样间隔：30 min 采样频率：10 Hz

图3 White、Hays和Soylu方法示意图

Fig.3 Diagrams of White， Hays and Soylu methods

图4 2014年和2020年胡杨林地下水位日动态变化

Fig.4 Daily dynamic changes of Populus euphratica forest groundwater depth in 2014 and 2020

图5 2014年和2020年采用White方法基于不同时间窗口估算的ETg与生态系统ET

Fig.5 ETg estimated based on White′s method in different time windows and ecosystem ET in 2014 and 2020

表3 2014年和2020年采用White方法基于不同时间窗口估算的 ETg 与生态系统 ET 之间的Pearson相关性分析

Table 3 Pearson correlation analysis of ecosystem ET with ETg estimated based on White′s method in different time windows in 2014 and 2020

年份	00:00—04:00	00:00—06:00	18:00—06:00	22:00—06:00
2014	0.33^**	0.29^*	0.30^**	0.27^**
2020	0.45^**	0.37^**	0.40^**	0.43^*

图6 2014年和2020年采用Soylu方法基于不同移动窗口估算的ETg与生态系统ET

Fig.6 ETg estimated based on Soylu method in different moving windows and ecosystem ET in 2014 and 2020

表4 2014年和2020年基于Soylu方法不同移动窗口估算的 ETg 与生态系统 ET 之间的Pearson相关性分析

Table 4 Pearson correlation analysis of ecosystem ET with ETg estimated based on Soylu method in different moving windows in 2014 and 2020

年份	1 d	2 d	3 d	5 d	7 d
2014	0.43^**	0.31^**	0.25^*	0.21	0.19
2020	0.41^**	0.29^*	0.21	0.19	0.15

图7 2014年和2020年生长旺盛期胡杨林生态系统蒸散（ET）和地下水蒸散发（ETg）

Fig.7 Ecosystem evapotranspiration （ET） and groundwater evapotranspiration （ETg） of Populus euphratica forest during the peak of the growing season in 2014 and 2020

表5 2014年和2020年基于White、Hays法和Soylu法估算的 ETg 与生态系统 ET 之间的Pearson相关性分析

Table 5 Pearson correlation analysis of ecosystem ET with ETg estimated based on White， Hays and Soylu methods in 2014 and 2020

年份	White法	Hays法	Soylu法
2014	0.33^**	0.64^**	0.43^**
2020	0.45^**	0.59^**	0.41^*

图8 2014年和2020年生长旺盛期胡杨林生态系统气象因子变化

Fig.8 Variations of meteorological factors in Populus euphratica forest ecosystem during the peak growth season in 2014 and 2020

表6 2014年和2020年 ETg 与地下水位、气温、风速、太阳辐射和 VPD 之间的Pearson相关性

Table 6 Pearson correlation analysis of ETg with groundwater level， temperature， wind speed， solar radiation or VPD in 2014 and 2020

年份	地下水位/m	气温/℃	风速/（m·s^-1）	入射太阳辐射/（W·m^-2）	VPD/hPa
2014	-0.41^**	0.47^**	0.02	0.50^**	0.60^**
2020	-0.54^**	0.19^*	0.04	0.36^**	0.54^**

表7 2014年和2020年地下水位、太阳辐射和 VPD 与 ETg 线性模型系数及 R2

Table 7 Groundwater level， solar radiation， VPD and ETg linear model coefficients and R2 in 2014 and 2020

年份	自变量	代表符号	系数	R²	调整后R²	模型P值
2014	地下水位/m	X₁	-2.276^**	0.685	0.672	<0.01
	太阳辐射/℃	X₂	0.008^**
	饱和水汽压差VPD/hPa	X₃	0.081^**
	常量	—	-2.388^**
2020	地下水位/m	X₁	-2.609^**	0.706	0.693	<0.01
	太阳辐射/℃	X₂	0.006^**
	饱和水汽压差VPD/hPa	X₃	0.021^**
	常量	—	-2.118^**

图9 地下水对生态系统蒸散发（ET）贡献率

Fig.9 Contribution rate of groundwater to ecosystem evapotranspiration

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