高频涡度协方差数据中水分利用效率模型对蒸散发分割的评估——多树种人工林对比研究

本研究针对人工林水分利用策略研究中蒸散发(ET)分割精度受水分利用效率(WUE)模型影响的关键问题，通过应用四种胞间CO2模型和优化模型(Opt)，基于涡度协方差(EC)技术对六种人工林（包括阔叶林与针叶林）进行蒸散发分割。研究发现Sqrt模型在非油松林中的解算率与Ci、K模型仅相差1%-2%，但T:ET比例平均高估8%；不同WUE模型对土壤水分动态的响应差异显著，为人工林水分管理策略选择提供了理论依据。

　　

在全球气候变化加剧干旱频率的背景下，人工林作为中国面积最大的森林类型，其水分利用效率(WUE)与蒸散发(ET)分割精度直接影响着生态水文过程的理解与水资源管理。然而，当前基于通量方差相似性(FVS)的ET分割研究在人工林多树种比较方面存在空白，特别是不同WUE模型对针阔叶林ET分割的适用性差异尚不明确。中国林业科学研究院的研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》发表论文，通过分析六种人工林（包括油松、侧柏等针叶林及杨树、栓皮栎等阔叶林）的高频涡度协方差(EC)数据，系统评估了五种WUE模型在FVS框架下的表现。

研究采用FVS方法处理原始EC高频数据，结合Ci（恒定胞间CO₂浓度）、K（恒定Ci/Ca比值）、Sqrt（平方根函数）、Linear（线性）和Opt（优化）五种WUE模型，在半小时和日尺度上解算ET组分。通过比较不同植被类型WUE日变化特征，分析解算率与WUE值的相关性，并评估蒸腾占比(T:ET)对土壤水分的响应灵敏度。

研究结果

1. WUE日变化特征：Linear模型在所有站点均无日变化（WUE恒为-10 mg CO₂ g H₂O^-1），而Opt模型在针叶林中WUE峰值较阔叶林高23%-45%，揭示针叶林更强的水分调控能力。
2. 模型解算率差异：Sqrt模型在非油松林中的解算率与Ci/K模型差异仅1%-2%，但在油松林中差异显著；所有模型解算率随WUE增加而降低，半小时尺度解算率为39%-67%。
3. T:ET响应特性：Sqrt模型T:ET平均较Opt模型高估8%，但除Linear模型外，其余模型均能有效追踪土壤湿度动态变化。

结论与意义
该研究首次系统比较了人工林多树种FVS分割中WUE模型的适用性，证实Sqrt模型在多数人工林中具有与经典模型相当的稳定性，但需注意其对T:ET的系统性高估。发现解算率与WUE的负相关关系为模型选择提供了量化依据，而T:ET对土壤水分的响应差异揭示了针阔叶林水分利用策略的分化。研究成果为干旱区人工林精准水分管理提供了方法论支持，推动FVS在异质性生态系统中的标准化应用。