中亚热带人工林生态系统土壤蒸发和植物蒸腾的连续拆分研究

涡度相关技术可以直接测定生态系统蒸散的强度，但无法解决区分土壤蒸发和植物蒸腾对生态系统蒸散贡献的难题。本项目以我国中亚热带人工林生态系统为研究对象，以土壤和植物水真空抽提技术为基础，开展土壤、植物茎秆和叶片水δ18O和δD的连续采样与分析，重点获得土壤、植物茎秆和叶水δ18O和δD日和季节尺度的实测数据；以大气水汽δ18O和δD的原位连续观测系统为核心手段，与通量廓线技术结合，获得生态系统蒸散δ18O和δD的原位连续观测数据。重点解决非稳态过程和Péclet效应等科学难题。核心的科学问题是准确确定生态系统蒸散δ18O和δD、土壤蒸发δ18O和δD以及植物蒸腾δ18O和δD，从而量化土壤蒸发和植物蒸腾贡献的比例。与涡度相关技术结合，量化土壤蒸发和植物蒸腾的强度和相对变化及其受环境和生物因素影响的方式与程度，为研究季节性干旱胁迫下该中亚热带人工林生态系统蒸散以及碳水耦合关系提供科学数据和依据。

大气水汽以及植物叶片、茎杆和土壤水δ18O和δD是研究土壤-植被-大气系统生态水文循环过程的重要示踪剂。与传统的稳定同位素质谱(IRMS)技术相比，稳定同位素红外光谱(IRIS)技术具有测量速度快、运行成本低等优势，将促进稳定同位素生态学的发展。涡度相关技术可以直接测定生态系统蒸散的强度，但无法解决区分土壤蒸发和植物蒸腾对生态系统蒸散贡献的难题。稳定同位素和涡度相关技术相结合，可以实现生态系统蒸散组分的拆分。.本项目以我国中亚热带人工林生态系统为研究对象，开展植物蒸腾和土壤蒸发拆分研究，主要研究成果体现在以下几个方面：.1) 定量评价了不同类型水汽稳定同位素仪器的非线性响应和时间漂移特性。所有仪器均需频繁校正才能保证数据质量；标定气体涵盖标定目标水汽浓度范围比其涵盖δ的范围更为重要，提出了实时的两点动态跟踪大气水汽浓度的校正策略。.2) 利用低温真空蒸馏抽提技术获得的植物叶片和茎秆水中含有甲醇和乙醇类有机污染物造成IRIS测量值偏离IRMS测量值，超过了仪器精度。利用纯水混入不同浓度的色谱纯甲醇或乙醇，建立了δ18O和δD的光谱污染校正方法。.3）马尾松、湿地松和杉木具有相似的水分来源，存在明显的水分竞争关系；三个树种具有双根系特征，干旱时期(7-10月)主要利用深层(50-100cm)土壤水，非干旱时期(11-6月)主要利用浅层(0-20cm)土壤水，树木的水分来源存在明显的季节性转换。.4）2003-2012年ET年际变异主要受环境因素季节变异的控制，解释量为71.6 %。环境因素年际变异对ET年际变异的解释量为14.1 %。生物功能变化对ET年际变异的解释量小于环境因素的季节和年际变异，为5.9 %。.5) 基于同位素方法和小型蒸渗仪测量得到的植物蒸腾(T)占蒸散(ET)的比例(T/ET)结果具有较好的一致性，在试验期间差异不显著(p=0.286)。基于同位素方法得到的T/ET比例为87.3±8.6%，变化范围为51.5~99.4%；基于Lysimeter测量得到的T/ET比例为86.4±8.7%，变化范围为52.2~97.7%。.目前，已经发表10篇学术论文(标注)，包括SCI论文6篇和CSCD论文4篇；已接受SCI论文2篇(标注)；已授权国家发明专利3项。