碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 )。在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 )。生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 )。经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 )。这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应。最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 )。新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响。Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 )。Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE 。事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE 。因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 )。
水分利用效率指标可用于估算大时间尺度的GPP 和ET 。生态系统水分利用效率代表植物固有的内在属性, GPP 和ET 通常呈显著线性相关, 当获取大尺度的GPP 或者ET 值后, 可以基于水分利用效率指标估算大时间尺度的ET 或GPP 值(Beer et al ., 2007 ; Yang et al ., 2013 )。建立适用于较短时间尺度上应用的水分利用效率指标, 能更好地提高GPP 模拟精度, 尤其是对GPP 动态过程的模拟(Zhou et al ., 2015 )。
目前对上述3种指标的应用评价较少, 提出合理的水分利用效率指标, 不仅能更好地解释生态系统碳水耦合特征的变化机制, 而且可应用于对生态系统碳水循环过程的估算与模拟(王绍刚等, 2008 ; 张良侠等, 2014 )。本研究结合中国科学院水利部水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站的通量数据, 分析比较了上述3种水分利用效率在黄土高原典型草地生态系统中应用的适宜性和存在的问题: (1)评价3种指标在小时、日和年尺度上的表现; (2)分析是否存在适合黄土高原草地生态系统的优化水分利用效率分析指标, 即是否存在最优k 值(k* ); (3)分析不同定义水分利用效率指标在模拟GPP 日动态中的精度和存在的问题。本研究通过分析和比较这3种生态系统水分效率指标在反映生态系统碳水耦合特征上的表现, 以及可能的应用途径, 为不同的水分利用效率指标在黄土高原半干旱草地生态系统的应用提供借鉴。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
研究地点位于黄土高原六道沟流域中国科学院水利部水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站(38.79° N, 110.37° E, 海拔1 256 m)。该区域属温带大陆性半干旱气候, 年平均气温7-9 ℃, 年降水量437.4 mm, 年内降水分布不均, 6-9月降水量可占全年降水量的70%-80%。实验地为撂荒地自然演替形成的半干旱草地植被。优势种为长芒草(Stipa bungeana )和赖草(Leymus secalinus ), 同时伴生有草木樨状黄耆(Astragalus melilotoides )、茵陈蒿(Artemisia capillaris )和兴安胡枝子(Lespedeza davurica )等。绿色植被平均盖度为72%, 但由于常年有枯草覆盖, 几乎没有裸露土壤。研究区土壤为典型的黄土(赵纯等, 2015 )。研究区植被为黄土高原半干旱区的典型自然植被, 在黄土高原半干旱区具有代表性。
1.2 数据获取和处理
本研究采用开路式涡度相关系统(EC)观测研究区典型半干旱草地生态系统碳水通量特征。涡度相关系统由三维超声风速仪(CSAT-3, Campbell, Logan, USA)和CO2 /H2 O快速响应红外分析仪(LI7500, Li-COR, Lincoln, USA)等组成, 主要用于测定地表与大气间CO2 与水汽通量交换, 观测高度为2 m。仪器采样频率为10 Hz。对常规气象要素如净辐射(R n )、空气温度(T )、空气相对湿度(RH )、风速(W )、降水量(P )等也进行观测。同时, 在地表下5、10、20、30和50 cm土层处安装探头, 测定土壤含水量(SW )、土壤热通量(G )和土壤温度(T s )等指标。
利用软件Eddypro对原始数据进行处理, 将其转换为0.5 h通量数据。由于降水、断电、仪器损坏等造成一些数据的缺失及异常, 需进行数据插补。其中, 对白天的生态系统碳交换量(NEE ), 主要基于Michaelis-Menten公式进行插补(于贵瑞等, 2010 ):
式中, PPFD 为入射到叶片上的光合有效光量子通量密度(μmol·m-2 ·s-1 ), α 为表征光合作用最大光能转化率的表观初始量子效率, β 为光饱和时的表观最大光合速率(μmol·m-2 ·s-1 ), R e 为生态系统呼吸速率(μmol·m-2 ·s-1 )。植物在不同生育期具有不同的α 、β 值, 为保证数据的准确性, α 、β 值为逐月数据拟合确定。
涡度相关系统测得CO2 通量即为NEE 值, 利用如下公式将NEE 值转化为GPP 值:
在夜间, NEE 即为生态系统呼吸, 采用温度-水分连乘公式插补:
式中, R ref 为参考温度(T ref )下的生态系统呼吸(mg·m-2 ·s-1 ), T ref 为参考温度(取15 ℃, 即288.15 K), E 0 为活动能量(取309 K), T soil 为土壤温度(K), 本研究取5 cm深处的土壤温度, T 0 为生态系统呼吸为0时5 cm深处的土壤温度(K), S w 为土壤5 cm深处的含水量(m3 ·m-3 ), b 、c 为试验参数, 根据植物生长季数据逐年测得。
本研究中涡度相关数据的全天能量闭合度约为64%, 通过强制能量平衡获得实际ET, 未闭合部分的能量以波文比按比例分配给感热(H )和潜热(LE ) (Wohlfahrt et al ., 2009 )。
对于小范围ET 数据空缺(<2 h), 采用线性内插法。对于大于2 h的ET 数据缺失, 通过采用参考蒸散量ET 0 与实际蒸散量ET 的线性关系进行插补(Priestley & Taylor, 1972 )。
通过数据处理和插补后, 能够形成完整的0.5 h通量数据, 基于这些数据, 应用不同水分利用效率指标在不同时间尺度的计算公式, 计算水分利用效率指标值, 对全生长季数据进行对比, 剔除由于降水导致的VPD 偏小的日尺度数据。年尺度的水分利用效率计算仅考虑了生长季数据, 非生长季数据不予考虑。
1.3 不同水分利用效率定义的计算和分析方法
Zhou等(2015) 将WUE 、IWUE 和uWUE 通过下面这个公式统一起来:
当k = 0时, WUEk 为WUE, k = 1时, WUEk 为IWUE, k = 0.5时, WUEk 为uWUE 。在该公式中, 可能存在一个最优的k 值(k * ), 使得GPP × VPDk 和ET 之间的相关性最好, 将其定义为“优化水分利用效率(oWUE )”, 分别通过下标0、1.0、0.5和k* 将上述4个水分利用效率指标区分开来。表1 归纳了4个水分利用效率指标的符号、计算公式和单位。
利用GPP × VPDk (k = 0、1.0、0.5)与ET 线性相关性来衡量不同水分利用效率指标在不同时间尺度的表现, 相关系数(r )越高, 该指标越能表达生态系统的碳水耦合特征(Zhou et al. , 2014 , 2015 )。另外, 我们计算了WUEk 的变异系数(Cv, coefficient of variation, 标准差与平均值的比值), 来描述指标的离散程度, Cv 值越小, 则该指标随时间的变化越小, 稳定性越高, 意味着指标的利用价值越高。
不同尺度的水分利用效率的计算方法见表2 。为方便描述, WUEk , i 、WUEk , d 和WUEk , y 分别代表小时、日和年尺度的WUEk (k = 0、1.0、0.5、k * )值。WUEk * 的算法与WUE 0.5 类似, 将0.5替换为k * 即可。
公式(6)可通过寻找GPP × VPDk 与ET 之间的最优线性相关性来获取k * 。通过分析GPP × VPDk 与ET 的相关性, 以步长0.001调整k 值大小以获得k * 值。本文分析和比较了小时和日尺度的k * 值。
为进一步分析不同水分利用效率指标在预测GPP 动态变化精度上的表现, 我们针对每一种水分利用效率指标, 对日GPP 动态过程进行了模拟:
式中, GPP d, m 为模拟的日GPP; ET d 为日蒸散量(mm), 为涡度相关观测值; VPD d 为日均饱和水汽压差(hPa); WUEk, y 为本研究获得的不同定义的年水分利用效率指标年尺度值, k 代表不同的水分利用效率指标, 为0、1.0、0.5和k * 。模拟精度通过比较模拟的GPP 与涡度相关观测获得的实测GPP, 计算纳什效率系数(NSE, Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)来衡量, NSE 值越接近1, 表明模拟效果越好(Legates & McCabe, 1999 )。
2 结果和分析
2.1 不同水分利用效率指标在不同时间尺度上的表现
图1 和图2 分别显示了2014-2016年生长季小时与日尺度的GPP 、GPP × VPD 、GPP × VPD 0.5 与ET 之间的关系, 表3 列出了不同水分利用效率指标的相关统计数据, 包括r 、Cv 、日均水分利用效率和年尺度的水分利用效率。同时从图1 和图2 可以看出, 在小时和日尺度上, 连续3年的数据均显示GPP 与ET 的相关关系不如GPP × VPD 、GPP × VPD 0.5 与ET 紧密, 同时GPP × VPD 0.5 与ET 的相关关系比GPP × VPD 与ET 的相关关系紧密。这个结果与Zhou在北美不同生态系统中的分析结果(Zhou et al ., 2015 )一致, 说明考虑VPD 对ET 的非线性影响, 能较好地定义日和小时尺度的水分利用效率特征, 正如Zhou (2014)所说, 在生态系统水平的较小时间尺度(小时与日尺度)上, uWUE 更能表明碳水通量之间的联系。
图1 2014-2016年生长季0.5 h尺度GPP (A, D, G)、GPP × VPD (B, E, H)、GPP × VPD 0.5 (C, F, I)与ET 之间的关系。ET, 蒸散量; GPP, 总初级生产力; VPD, 饱和水汽压差。Slope, 斜率。
Fig. 1 Relationship between GPP (A, D, G), GPP × VPD (B, E, H), GPP × VPD 0.5 (C, F, I) and ET at hourly scale during the growing season of 2014-2016. ET, evapotranspiration; GPP, gross primary productivity; VPD, vapor pressure deficit.
图2 2014-2016年生长季日尺度GPP (A, D, G)、GPP × VPD (B, E, H)、GPP × VPD 0.5 (C, F, I)与ET 之间的关系。ET, 蒸散量; GPP, 总初级生产力; VPD, 饱和水汽压差。Slope, 斜率。
Fig. 2 Relationship between GPP (A, D, G), GPP × VPD (B, E, H), GPP × VPD 0.5 (C, F, I) and ET at daily scale during the growing season of 2014-2016. ET, evapotranspiration; GPP, gross primary productivity; VPD, vapor pressure deficit.
比较日尺度的Cv 得出: uWUE < WUE < IWUE ,表明uWUE 指标随时间的变化最稳定, WUE 次之, 而IWUE 的稳定性最差。这个结果与r 显示的结果不一致, 在相关系数方面, IWUE 表现好于WUE 。相关系数描述了植被碳水耦合的内在属性, 而变异系数反映了植被碳水交换随时间的变化幅度。IWUE 的变异系数在3个指标中最高, 意味着该指标随时间变化幅度最大。由于IWUE 的结果受VPD 变化的影响, 我们猜测研究区特殊的半干旱大陆型季风气候特征可能是导致这一原因的主要因素。在大陆型季风气候下, 半干旱区空气水汽的日变化较大, 影响了IWUE 的稳定性。而uWUE 的计算对VPD 进行了开方, 降低了VPD 波动对指标值的影响。
日均水分利用效率与年尺度水分利用效率总体上相差不大(表3 ), 体现了计算获得的年尺度水分利用效率指标的合理性。但是不同指标的年际变化相差非常大, 其中WUE 的年际变化最小(41.6%), uWUE 次之(85.8%), IWUE 的年际变化最大(130.3%), 在这3年中, 年际变幅超过1倍。对照WUE 的年际变化幅度, 研究区uWUE 和IWUE 在反映水分利用效率的年际变化时放大了生态系统水分利用效率的年际变化。
2.2 优化水分利用效率指标的k * 值
2014-2016年小时及日尺度k * 及GPP × VPDk * 与ET 线性关系相关系数见表4 。k * 的取值范围基本集中在0.4左右, 在不同年份上下浮动不大。
在同一年的同一时间尺度, GPP × VPDk* 与ET 的相关系数和GPP × VPD 0.5 与ET 的相关系数相差小于0.02, 尽管获取的k * 值与uWUE 的k 取值0.5之间相差0.1左右, 但采用k * 值对相关系数的改进作用有限, 说明优化的水分利用效率指标oWUE 在描述植被碳水耦合的内在属性方面与uWUE 之间没有明显差别。
为进一步分析优化水分利用效率在模拟GPP 动态上的表现, 取值k * 为0.4作为oWUE 的计算参数。
2.3 日GPP 动态过程的模拟
对黄土高原半干旱草地生态系统2014-2016年生长季日尺度GPP 数据进行模拟, 3年数据趋势一致, 以2015年生长季为例, 模拟结果如图3 。年尺度WUE 、IWUE 、uWUE 取值见表3 , 年尺度oWUE 取值为3.198 2。IWUE 、uWUE 和oWUE 估测的GPP 值在生长季前期和后期存在明显的高估现象, 而在生长盛期, WUE 的估算值波动幅度明显偏大。对生长盛期的实测和估测GPP 值进行对比分析(图3 ), oWUE 模拟GPP 的效果明显好于其他3个指标(NSE = 0.36), 而uWUE 和WUE 的模拟效果相差不大, uWUE 模拟的NSE 值为0.28, WUE 模拟的NSE 值为0.25, uWUE 模拟效果略好。IWUE 的模拟效果差, NSE 值为-0.97, 显示IWUE 并不适用于研究地GPP 动态过程的模拟。
3 讨论
WUE 、GPP /ET 通常在月到年尺度上表现出相对一致性, 在日到小时尺度的更短尺度上, VPD 通过影响气孔导度对碳水耦合过程产生显著影响, 这是提出IWUE 和uWUE 的理论基础。通过引入VPD 这一变量, 使得新定义的水分利用效率指标能够在日甚至小时尺度上表现更为合理, 为这一指标用于分析水分利用效率的日变化, 模拟碳水耦合过程提供了更好的参数。
通过对黄土高原半干旱草地植被观测数据的分析, 不同生态系统水分利用效率指标在日和小时尺度上, 相关系数的比较结果与Zhou等(2014, 2015)在美国不同生态系统中的比较结果一致, uWUE 比IWUE 表现得更好, 表明针对黄土高原半干旱草地植被, uWUE 更适合在日到小时的较小时间尺度进行碳水耦合特征分析。变异系数的比较结果显示uWUE 仍然表现最好, 但IWUE 比WUE 要差, 显示了更大的时间波动性, 与Beer等(2009) 和Keenan等(2013)的应用结果有差别。这个差别可能是因为研究区大陆型半干旱季风气候特征导致, 具体原因需要未来进一步分析探讨。
在年尺度上, WUE 的波动远小于IWUE 和uWUE 。这个结果表明在年尺度分析生态系统水分利用效率时, 用WUE 仍是适宜的, 反过来说明IWUE 和uWUE 指标适合在短时间尺度上分析植被碳水耦合特征。
对优化的水分利用效率指标所对应的k * 的分析结果显示, 在黄土高原半干旱区, 相对于uWUE, 尽管oWUE 相关系数提高有限, 但是k * 的值已经下降了0.1, 对比Zhou等(2015) 在不同生态系统之间的比较分析结果, 0.1是比较大的差值。Zhou等(2015)认为用uWUE 取代优化的水分利用效率指标可以取得满意效果, 但是我们通过k = 0.4的oWUE 指标模拟GPP 显示, 这个优化系数在模拟GPP 动态上比uWUE 具有更高的精度。从模拟GPP 的应用角度, 我们认为用uWUE 取代oWUE 指标这一结论并不适合本研究区, k = 0.4的oWUE 指标可能具有更好的应用价值。
图3 2015年日尺度总初级生产力(GPP )实测值与模拟值的比较及其NSE 值(A和E为水分利用效率, B和F为内在水分利用效率, C和G为固有水分利用效率, D和H为优化水分利用效率)。NSE, 纳什效率系数。
Fig. 3 Comparisons between observed and predicted daily gross primary production (GPP ) in 2015: A and E with water use efficiency, B and F with inherent water use efficiency, C and G with underlying water use efficiency, and D and H with optimal water use efficiency. NSE, Nash-Sutcliffe efficiency coefficient.
适合短时间尺度(小时到日)的水分利用效率指标的一个重要应用领域是将其作为一个参数用于陆面过程模型中植被碳水耦合过程模拟, 或者用于大尺度GPP 或ET 的估算。我们的结果证实uWUE 和oWUE 能改进对GPP 的模拟精度, 但是IWUE 的模拟效果很差, 这可能与IWUE 的波动幅度大有关。另外, IWUE 、uWUE 以及oWUE 在生长期的早期和晚期的模拟结果均偏大, 而WUE 指标在这一阶段模拟效果较好。导致这一结果的原因可能与生育期早期和晚期偏低的VPD (因为气温偏低)有关, 偏低的VPD 带来较大的计算误差, 相关的影响机制有待进一步分析。因此我们建议, 利用uWUE 和oWUE 模拟黄土高原半干旱草地植被GPP 或ET 的方法主要应用于植被生长盛期, 生长季早期和晚期的模拟不建议使用该指标。
4 结论
本研究首次比较分析了WUE 、IWUE 及uWUE 在黄土高原干旱区典型草地植被上的应用, 主要结论如下:
(1) IWUE 和uWUE 适合在日和小时尺度上分析植被的碳水耦合特征, uWUE 比IWUE 表现更好; IWUE 随时间的波动更大, 稳定性较差, uWUE 的稳定性最好; WUE 适合分析年尺度的碳水耦合特征, 包括年际变化。
(2)一个k = 0.4的优化水分利用效率指标(GPP × VPD 0.4 /ET )在描述生态系统碳水耦合特征方面与uWUE 相比并没有本质性改善, 但用在GPP 动态的模拟效果有明显改善。
(3) oWUE 指标和uWUE 指标, 相对于WUE 指标, 能明显地改善植被生长盛期的GPP 动态过程模拟, 但在生育期早期和晚期的模拟效果比WUE 差。IWUE 指标不适合模拟GPP 动态过程。
本研究结果对研究全球变化背景下黄土高原区域气候变化对草地植被碳同化和水分蒸散的影响、草地生态系统对大气CO2 浓度上升的响应, 以及模拟区域生态系统碳水交换过程有重要的借鉴和指导意义。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者声明没有竞争性利益冲突.
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1
1994
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Elevated CO2 increases tree-level intrinsic water use efficiency: Insights from carbon and oxygen isotope analyses in tree rings across three forest FACE sites.
1
2013
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Temporal and among-site variability of inherent water use efficiency at the ecosystem level.
2
2009
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
... ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Mean annual
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2007
... 水分利用效率指标可用于估算大时间尺度的GPP 和ET .生态系统水分利用效率代表植物固有的内在属性, GPP 和ET 通常呈显著线性相关, 当获取大尺度的GPP 或者ET 值后, 可以基于水分利用效率指标估算大时间尺度的ET 或GPP 值(Beer et al ., 2007 ; Yang et al ., 2013 ).建立适用于较短时间尺度上应用的水分利用效率指标, 能更好地提高GPP 模拟精度, 尤其是对GPP 动态过程的模拟(Zhou et al ., 2015 ). ...
Stomatal function in relation to leaf metabolism and environment: Stomatal function in the regulation of gas exchange.
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1977
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Interspecific competition influences the response of oak transpiration to increasing drought stress in a mixed Mediterranean forest.
1
2014
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
生态系统水分利用效率研究进展
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2009
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Increase in forest water-use efficiency as atmospheric carbon dioxide concentrations rise.
2013
Evaluating the use of “goodness-of-fit” measures in hydrologic and hydroclimatic model validation.
1
1999
... 式中, GPP d, m 为模拟的日GPP; ET d 为日蒸散量(mm), 为涡度相关观测值; VPD d 为日均饱和水汽压差(hPa); WUEk, y 为本研究获得的不同定义的年水分利用效率指标年尺度值, k 代表不同的水分利用效率指标, 为0、1.0、0.5和k * .模拟精度通过比较模拟的GPP 与涡度相关观测获得的实测GPP, 计算纳什效率系数(NSE, Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)来衡量, NSE 值越接近1, 表明模拟效果越好(Legates & McCabe, 1999 ). ...
Assessing the effects of nitrogen deposition and climate on carbon isotope discrimination and intrinsic water-use efficiency of angiosperm and conifer trees under rising CO2 conditions.
1
2012
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Water-use efficiency in response to climate change: From leaf to ecosystem in a temperate steppe.
1
2011
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters.
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1972
... 对于小范围ET 数据空缺(<2 h), 采用线性内插法.对于大于2 h的ET 数据缺失, 通过采用参考蒸散量ET 0 与实际蒸散量ET 的线性关系进行插补(Priestley & Taylor, 1972 ). ...
Canopy scale measurements of CO2 and water vapor exchange along a precipitation gradient in southern Africa.
1
2004
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
Plant decomposition and soil respiration in terrestrial ecosystems.
1
1977
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
森林碳循环模型方法研究进展
1
2008
... 目前对上述3种指标的应用评价较少, 提出合理的水分利用效率指标, 不仅能更好地解释生态系统碳水耦合特征的变化机制, 而且可应用于对生态系统碳水循环过程的估算与模拟(王绍刚等, 2008 ; 张良侠等, 2014 ).本研究结合中国科学院水利部水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站的通量数据, 分析比较了上述3种水分利用效率在黄土高原典型草地生态系统中应用的适宜性和存在的问题: (1)评价3种指标在小时、日和年尺度上的表现; (2)分析是否存在适合黄土高原草地生态系统的优化水分利用效率分析指标, 即是否存在最优k 值(k* ); (3)分析不同定义水分利用效率指标在模拟GPP 日动态中的精度和存在的问题.本研究通过分析和比较这3种生态系统水分效率指标在反映生态系统碳水耦合特征上的表现, 以及可能的应用途径, 为不同的水分利用效率指标在黄土高原半干旱草地生态系统的应用提供借鉴. ...
On the consequences of the energy imbalance for calculating surface conductance to water vapour.
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2009
... 本研究中涡度相关数据的全天能量闭合度约为64%, 通过强制能量平衡获得实际ET, 未闭合部分的能量以波文比按比例分配给感热(H )和潜热(LE ) (Wohlfahrt et al ., 2009 ). ...
Remote estimation of terrestrial evapotranspiration without using meteorological data.
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2013
... 水分利用效率指标可用于估算大时间尺度的GPP 和ET .生态系统水分利用效率代表植物固有的内在属性, GPP 和ET 通常呈显著线性相关, 当获取大尺度的GPP 或者ET 值后, 可以基于水分利用效率指标估算大时间尺度的ET 或GPP 值(Beer et al ., 2007 ; Yang et al ., 2013 ).建立适用于较短时间尺度上应用的水分利用效率指标, 能更好地提高GPP 模拟精度, 尤其是对GPP 动态过程的模拟(Zhou et al ., 2015 ). ...
区域尺度生态系统水分利用效率的时空变异特征研究进展
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2014
... 目前对上述3种指标的应用评价较少, 提出合理的水分利用效率指标, 不仅能更好地解释生态系统碳水耦合特征的变化机制, 而且可应用于对生态系统碳水循环过程的估算与模拟(王绍刚等, 2008 ; 张良侠等, 2014 ).本研究结合中国科学院水利部水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站的通量数据, 分析比较了上述3种水分利用效率在黄土高原典型草地生态系统中应用的适宜性和存在的问题: (1)评价3种指标在小时、日和年尺度上的表现; (2)分析是否存在适合黄土高原草地生态系统的优化水分利用效率分析指标, 即是否存在最优k 值(k* ); (3)分析不同定义水分利用效率指标在模拟GPP 日动态中的精度和存在的问题.本研究通过分析和比较这3种生态系统水分效率指标在反映生态系统碳水耦合特征上的表现, 以及可能的应用途径, 为不同的水分利用效率指标在黄土高原半干旱草地生态系统的应用提供借鉴. ...
宇宙射线土壤水分观测方法在黄土高原草地植被的应用
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2015
... 研究地点位于黄土高原六道沟流域中国科学院水利部水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站(38.79° N, 110.37° E, 海拔1 256 m).该区域属温带大陆性半干旱气候, 年平均气温7-9 ℃, 年降水量437.4 mm, 年内降水分布不均, 6-9月降水量可占全年降水量的70%-80%.实验地为撂荒地自然演替形成的半干旱草地植被.优势种为长芒草(Stipa bungeana )和赖草(Leymus secalinus ), 同时伴生有草木樨状黄耆(Astragalus melilotoides )、茵陈蒿(Artemisia capillaris )和兴安胡枝子(Lespedeza davurica )等.绿色植被平均盖度为72%, 但由于常年有枯草覆盖, 几乎没有裸露土壤.研究区土壤为典型的黄土(赵纯等, 2015 ).研究区植被为黄土高原半干旱区的典型自然植被, 在黄土高原半干旱区具有代表性. ...
The effect of vapor pressure deficit on water use efficiency at the subdaily time scale.
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2014
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
... 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
... 利用GPP × VPDk (k = 0、1.0、0.5)与ET 线性相关性来衡量不同水分利用效率指标在不同时间尺度的表现, 相关系数(r )越高, 该指标越能表达生态系统的碳水耦合特征(Zhou et al. , 2014 , 2015 ).另外, 我们计算了WUEk 的变异系数(Cv, coefficient of variation, 标准差与平均值的比值), 来描述指标的离散程度, Cv 值越小, 则该指标随时间的变化越小, 稳定性越高, 意味着指标的利用价值越高. ...
Daily underlying water use efficiency for AmeriFlux sites.
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2015
... 碳同化和水分蒸腾由植物通过气孔行为控制, 通常用水分利用效率(WUE, 即单位水分消耗量所同化的碳量)定量表达(Singh & Gupta, 1977 ; Baldocchi, 1994 ).在生态系统水平上, WUE 能够反映植物的水分利用策略(胡中民等, 2009 ), 以及植物在光合碳同化过程中获取的碳与消耗的水之间的权衡, 即碳水耦合特征(Farquhar, 1977 ).生态系统WUE 也是全球变化生态学研究的一个重要指标(Scanlon & Albertson, 2004 ), 可用来评估生态系统对气候变化和大气CO2 浓度增加的动态响应(Niu et al ., 2011 ).经典的生态系统WUE 为总初级生产力(GPP )与地表蒸散(ET )的比值(Beer et al ., 2009 ).这个定义通常适于在月、年等长时间尺度上分析生态系统的碳水耦合特征及其对环境变化的响应.最近的研究定义了两种新的水分利用效率: 内在水分利用效率(IWUE ) (Beer et al ., 2009 )和固有水分利用效率(uWUE ) (Zhou et al ., 2014 , 2015 ).新的定义主要考虑到饱和水汽压差(VPD )在日尺度和小时尺度上对碳水耦合过程的重要影响.Beer等(2009)将GPP × VPD 与ET 的比值称为IWUE, 并利用全球不同生态系统43个通量站的数据进行检验, 证实IWUE 较WUE 更适于在日尺度上分析生态系统碳水耦合机制(Leonardi et al ., 2012 ; Battipaglia et al ., 2013 ; Grossiord et al ., 2014 ).Zhou等(2014, 2015)通过分析植物碳水耦合过程的内在机制, 认为GPP × VPD 0.5 与ET 的比值能更合理地描述植物碳水耦合特征, 且能在小时尺度上使用, Zhou等(2014, 2015)将其称为uWUE .事实上, WUE 、IWUE 和uWUE 这3个定义可用一个通用的式子GPP × VPDk ⁄ET 统一起来, 其差别仅是k 的取值不同: 当k = 0时, GPP × VPDk ⁄ET = WUE; 当k = 1时, GPP × VPDk ⁄ET = IWUE; 当k = 0.5时, GPP × VPDk ⁄ET = uWUE .因此, 针对特定生态系统, 可寻找其最优的k 值, 用于不同时间尺度的生态系统碳水耦合特征分析(Zhou et al ., 2014 , 2015 ). ...
... , 2015 ). ...
... 水分利用效率指标可用于估算大时间尺度的GPP 和ET .生态系统水分利用效率代表植物固有的内在属性, GPP 和ET 通常呈显著线性相关, 当获取大尺度的GPP 或者ET 值后, 可以基于水分利用效率指标估算大时间尺度的ET 或GPP 值(Beer et al ., 2007 ; Yang et al ., 2013 ).建立适用于较短时间尺度上应用的水分利用效率指标, 能更好地提高GPP 模拟精度, 尤其是对GPP 动态过程的模拟(Zhou et al ., 2015 ). ...
... Zhou等(2015) 将WUE 、IWUE 和uWUE 通过下面这个公式统一起来: ...
... 利用GPP × VPDk (k = 0、1.0、0.5)与ET 线性相关性来衡量不同水分利用效率指标在不同时间尺度的表现, 相关系数(r )越高, 该指标越能表达生态系统的碳水耦合特征(Zhou et al. , 2014 , 2015 ).另外, 我们计算了WUEk 的变异系数(Cv, coefficient of variation, 标准差与平均值的比值), 来描述指标的离散程度, Cv 值越小, 则该指标随时间的变化越小, 稳定性越高, 意味着指标的利用价值越高. ...
... 图1 和图2 分别显示了2014-2016年生长季小时与日尺度的GPP 、GPP × VPD 、GPP × VPD 0.5 与ET 之间的关系, 表3 列出了不同水分利用效率指标的相关统计数据, 包括r 、Cv 、日均水分利用效率和年尺度的水分利用效率.同时从图1 和图2 可以看出, 在小时和日尺度上, 连续3年的数据均显示GPP 与ET 的相关关系不如GPP × VPD 、GPP × VPD 0.5 与ET 紧密, 同时GPP × VPD 0.5 与ET 的相关关系比GPP × VPD 与ET 的相关关系紧密.这个结果与Zhou在北美不同生态系统中的分析结果(Zhou et al ., 2015 )一致, 说明考虑VPD 对ET 的非线性影响, 能较好地定义日和小时尺度的水分利用效率特征, 正如Zhou (2014)所说, 在生态系统水平的较小时间尺度(小时与日尺度)上, uWUE 更能表明碳水通量之间的联系. ...
