退化草地蒸散特征

蒸散（ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ，ＥＴ）是植被蒸腾与植被间裸露土壤间蒸发之和［１］，它作为水循环（降水、径流、蒸散）中的一个关键环节，在调节区域水分平衡、能量平衡方面起着极为重要的作用。蒸散值可以直接反映区域气候对陆地生态系统的长期潜在影响。土壤水分含量、生物量、养分状况和水分收支等生态因子和生态过程都受蒸散的影响［２］。由于近来全球范围内水资源的短缺和分布不平衡，水资源的合理利用和管理定量化日益迫切，蒸散问题的研究越来越受到人们的重视。

草地是陆地生态系统重要的组成部分之一，天然草地面积占据全球自然植被的３２％［３］，是目前人类活动影响较为严重的区域，维持其生态功能的正常对全球及区域的生态平衡有重要意义。因此，在全球变化研究中，草地生态系统被列为重要的研究对象。它的水分循环过程无疑对全球的水循环过程起着至关重要的作用。三江源地区是长江、黄河、澜沧江的发源地，也是我国和亚洲最重要的河流上游关键源区［４］。３条江河每年向下游供水６００亿ｍ３，其中长江年平均径流量１７９．３亿ｍ３；黄河年平均径流量２３２亿ｍ３，占整个黄河流域水资源总量的４９％；澜沧江年平均径流量１０８．９亿ｍ３［５］，因此有“江河源”之称，一直以来被誉为“中华水塔”。同时该区域平均海拔４０００ｍ左右，自然环境脆弱，对气候变化反应强烈，是生态系统最敏感的地区之一，对我国乃至全球的生态环境有着极为深远的影响［６］。

近来，过度放牧，人类活动加剧，加之生态系统脆弱，使三江源区的草地生产力下降，生态环境恶化，水源涵养能力急剧下降，在这些因素的综合影响下三江源地区草地大面积退化：植物和土壤质量衰退，生产力、经济潜力和服务功能降低，环境变劣以及生物多样性或复杂程度降低，恢复功能减弱或失去恢复能力［７］。其中，中度以上退化的草地面积达０．１２×１０８ｈｍ２［８］，占可利用草地面积的５０％～６０％，严重地区已沦为次生裸地或利用价值极低的“黑土滩”（以嵩草属植物为建群种的高寒草地严重退化后，生草土层被破坏，形成的大面积次生裸地），约占退化草地总面积的４０％，并逐年加快增长［９］。据刘纪远等［８］研究发现，三江源地区草场已呈全面退化的趋势，加之该生态系统脆弱，使草地生产力下降，生态环境恶化，水源涵养能力急剧下降，不仅使源区居民生活受到极大影响，同时也威胁着长江、黄河流域乃至东南亚诸国的生态安全［１０］。在这种背景下，有必要对这一地区的水分蒸散状况做出科学判断。近来，涡度相关技术在观测生态系统物质和能量交换中得到了广泛应用［１１］，在不同的生态系统间对蒸散和能量平衡的研究已成为国际联网研究的热点之一，而之前的研究多集中于放牧［１２，１３］、不同水分条件［１４］以及正常状况下不同植被状况［２，１５］等对蒸散的研究，利用涡度相关法针对退化生态系统蒸散情况的研究却鲜有报道。

本研究利用涡度相关技术在三江源小嵩草（Ｋｏｂｒｅｓｉａｐｙｇｍａｅａ）退化草地测定的水汽通量数据，对比分析了２００６－２００８年该地区蒸散值的变化特征，简单分析了可能的影响因子。为进一步研究退化草地蒸散的变化提供了科学依据，也为三江源地区退化草地的修复和人工草地的建植工作奠定了理论基础。

１材料与方法

１．１研究区概况

本研究位于青海省果洛藏族自治州玛沁县内大武镇东南部１５ｋｍ处格多牧委会草场，地理位置３４．３５°Ｎ，１００．５０°Ｅ，海拔３９６３ｍ，多年平均降水量５００ｍｍ，太阳辐射年总量为５５００～６８００ＭＪ／ｍ２；无绝对无霜期，牧草生长期为１１０～１３０ｄ［１６］。土壤类型以高山草甸土和高山灌丛草甸土为主，土壤表层和亚表层中的有机质含量丰富，地下０～４０ｃｍ土层砂石含量约１０％。该地区为冬季放牧，建群种为小嵩草，伴生种有矮嵩草（Ｋｏｂｅｒｓｉａｈｕ－ｍｉｌｉｓ）、垂穗披碱草（Ｅｌｙｍｕｓｎｕｔａｎｓ）、早熟禾（Ｐｏａｓｐｐ．）、黄帚橐吾（Ｌｉｇｕｌａｒｉａｖｉｒｇａｕｒｅａ）、铁棒槌（Ａｃｏｎｉｔｕｍｐｅｎｄｕｌｕｍ）、鹅绒委陵菜（Ｐｏｔｅｎｔｉｌｌａａｎｓｒｉｎａ）、二柱头?草（Ｓｃｉｒｐｕｓｄｉｓｔｉｇｍａｔｉｃｕｓ）、异针茅（Ｓｔｉｐａａｌｉｅｎａ）、矮火绒草（Ｌｅｏｎｔｏｐｏｄｉｕｍｎａｎｕｍ）、细叶亚菊（Ａｊａｎｉａｔｅｎｕｉｆｏｌｉａ）、美丽风毛菊（Ｓａｕｓｓｕｒｅａｓｕｐｅｒｂａ）、三裂叶碱毛茛（Ｈａｌｅｒｐｅｓｔｅｓｔｒｉｃｕｓｐｉｓ）等。生长期盛期７月植被覆盖度约７５％，高度约５ｃｍ，根系主要分布于０～１０ｃｍ的土壤表层。４月底５月初为植物返青期。该草场中度退化，主要表现为：植被覆盖率低，杂草呈斑块状分布，部分土壤裸露，地面时有约０．２５ｍ２的鼠洞，地带性植被嵩草属植物在群落内的重要值降低。

１．２观测方法

本研究将每年１月１日－４月２０日划分为生长季前期（第１～１２０天），４月２１日－１０月２７日（第１２１～３００天）为生长季，其余为非生长季。涡度相关观测系统安置于地形平坦、开阔，下垫面均一的中心地带，有足够大的“风浪区”，满足安装通量塔的条件。本研究中对水汽通量观测的主要传感器为Ｌｉ－７５００开路红外（ＣＯ２／Ｈ２Ｏ）气体分析仪，距地面２２０ｃｍ。观测时使用的主要仪器及安装高度见表１。每年４月采用高纯氮标定Ｌｉ－７５００红外气体分析仪的ＣＯ２和Ｈ２Ｏ的零点。仪器采样频率为１０Ｈｚ，每１５ｍｉｎ输出１组数据。涡度相关技术通过直接测定大气中物理量的脉动与平均风速的协方差求算湍流通量的方法，求算显热（ｓｅｎ－ｓｉｂｌｅｈｅａｔｆｌｕｘ，Ｈ）和潜热（ｌａｔｅｎｔｈｅａｔｆｌｕｘ，ＬＥ）通量的公式为：Ｈ＝ρＣｐω′Ｔ′（１）ＬＥ＝ρλω′ｑ′（２）式中，Ｈ为显热通量（Ｗ／ｍ２），ＬＥ为潜热通量（Ｗ／ｍ２），ρ为空气密度（ｋｇ／ｍ３），Ｃｐ为空气的定压比热（Ｊ／ｋｇ•ｋ），λ为水的汽化潜热（ＭＪ／ｋｇ），ω′为垂直湍流速度脉动（ｍ／ｓ），Ｔ′为气温脉动（Ｋ），ｑ′为比湿脉动，上横线表示协方差。