[發(fā)明專利]對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法及裝置

在審

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• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106885892A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 余新曉;張永娥;李瀚之;趙娜;王丹丹;劉自強;路偉偉;常曉敏;張禎堯;侯貴榮;孫立博;張杰銘
• 申請（專利權）人: 北京林業(yè)大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N33/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司11002
• 代理人: 王慶龍

技術領域

本發(fā)明涉及同位素技術領域，具體涉及一種對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法及裝置。

背景技術

森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量包括土壤蒸發(fā)量和植被蒸騰量，提高對蒸散組分的認識非常重要，因為其不僅蘊含著豐富的關于土壤-植被-大氣系統(tǒng)(SPAC)水，熱，碳交換的信息，而且有助于更好地理解水平衡和植物與水的反饋機制。然而，目前大部分對森林蒸散的研究都把蒸散當做一個混合的整體，而并未對其組分進行具體拆分。如何對蒸散組分進行定量拆分仍是生態(tài)水文學領域的一個重要挑戰(zhàn)。

近年來，立軸積分腔輸出光譜技術的發(fā)展實現(xiàn)了對大氣水汽同位素的長期連續(xù)觀測，并且得到的數(shù)據(jù)時間分辨率和準確性都很高，使得穩(wěn)定同位素技術成為研究植物學和生態(tài)學的重要工具。森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散涉及的土壤蒸發(fā)和植被蒸騰兩個過程中，都涉及水的相變，會使氫氧同位素產(chǎn)生分餾。在蒸發(fā)過程中，較輕的H₂¹⁶O比包含一個重同位素的H₂¹⁸O有更高的水汽壓，會率先從土壤中逃逸出去，使得土壤中的液態(tài)水重同位素富集，土壤蒸發(fā)水汽則重同位素貧化；類似的，植物蒸騰則導致葉片水中重同位素的富集。在蒸騰較強或同位素較穩(wěn)定的狀態(tài)下，蒸騰水蒸汽中的同位素成分與枝條木質部水中的同位素成分相似。植物根系吸收的水分向上運輸?shù)街l時不會發(fā)生分餾。因此，植物蒸騰(低分餾)和土壤蒸發(fā)(高分餾)產(chǎn)生的水蒸汽有不同的H和O同位素成分。這種差異為拆分生態(tài)系統(tǒng)的蒸散提供了依據(jù)。國內外部分學者嘗試基于穩(wěn)定同位素技術對農地，灌木地，草地和林地生態(tài)系統(tǒng)蒸散量進行定量拆分。但是，這些研究絕大部分都是假定植物蒸騰在同位素穩(wěn)定狀態(tài)下發(fā)生的(δ_x＝δ_T)。在曠野狀態(tài)下，植物蒸騰通常在同位素非穩(wěn)定狀態(tài)下且受環(huán)境因子的影響。部分學者研究了在同位素非穩(wěn)定狀態(tài)下蒸騰過程中葉片水中重同位素的富集。然而，這些研究多集中于對表面平坦的作物生態(tài)系統(tǒng)的研究，喬木由于樹形高大，表面不規(guī)則，不確定性較多，對其生態(tài)系統(tǒng)的相關研究鮮見報道。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法及裝置。

一方面，本發(fā)明實施例提出一種對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法，包括：

S1、計算基于同位素非穩(wěn)定狀態(tài)下森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散水汽氧同位素組成、土壤蒸發(fā)水汽氧同位素組成和植被蒸騰水汽氧同位素組成；

S2、根據(jù)所述森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散水汽氧同位素組成、土壤蒸發(fā)水汽氧同位素組成和植被蒸騰水汽氧同位素組成對森林生態(tài)系統(tǒng)植被蒸騰量占總的蒸散量的比例、土壤蒸發(fā)量占總的蒸散量的比例進行拆分。

另一方面，本發(fā)明實施例提出一種對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的裝置，包括：

計算單元，用于計算基于同位素非穩(wěn)定狀態(tài)下森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散水汽氧同位素組成、土壤蒸發(fā)水汽氧同位素組成和植被蒸騰水汽氧同位素組成；

拆分單元，用于根據(jù)所述森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散水汽氧同位素組成、土壤蒸發(fā)水汽氧同位素組成和植被蒸騰水汽氧同位素組成對森林生態(tài)系統(tǒng)植被蒸騰量占總的蒸散量的比例、土壤蒸發(fā)量占總的蒸散量的比例進行拆分。

本發(fā)明實施例提供的對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法及裝置，計算基于同位素非穩(wěn)定狀態(tài)下森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散水汽、土壤蒸發(fā)水汽、植被蒸騰水汽同位素組成，并據(jù)此對森林生態(tài)系統(tǒng)植被蒸騰量占總的蒸散量的比例、土壤蒸發(fā)量占總的蒸散量的比例進行區(qū)分。該方案可針對表面平坦以及不規(guī)則的林木生態(tài)系統(tǒng)進行蒸散量拆分，且時間分辨率高，可具體精確到日尺度上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法一實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的裝置一實施例的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參看圖1，本實施例公開一種對森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量拆分的方法，包括：

S1、計算基于同位素非穩(wěn)定狀態(tài)下森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散水汽氧同位素組成、土壤蒸發(fā)水汽氧同位素組成和植被蒸騰水汽氧同位素組成；