Транспирация на уровне листа, дерева и сообщества в хвойных лесах

• Автор: Варлагин, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Потоки влаги в системе почва-растение-атмосфера
1.1. Транспорт влаги в стволе дерева
1.2. Диффузия водяного пара от листа в окружающий воздух
1.3. Описание транспирации через систему сопротивлений
1.4. Факторы, влияющие на устьичную регуляцию
1.5. Параметризации устьичной проводимости и интенсивности транспирации
2. Методы изучения транспирации и эвапотранспирации, характеристика объектов
2.1. Расчетные методы
2.2. Методы измерений
2.2.1. Измерение транспирации и устьичной проводимости
2.2.2. Измерения потоков влаги для отдельного растения
2.2.3. Расчет транспирации дерева и древостоя на основе экстраполяции данных измерений для листа и дерева
2.2.4. Измерения эвапотранспирации экосистемы.';
2.3. Общая характеристика методов и оборудования, использованных в работе
2.4. Характеристика объектов исследований
3. Природная изменчивость устьичной проводимости и интенсивности транспирации
3.1. Характеристика объектов и методические аспекты измерений
3.2. Характеристика метеорологических условий в период измерений
3.3. Основные результаты
3.3.1. Общий вид параметризаций
3.3.2. Межвидовая изменчивость устьичной проводимости и интенсивности
транспирации
3.3.3. Максимальные устьичные проводимости и интенсивности транспирации
3.3.4. Внутривидовые различия и влияние почвенного увлажнения на устьичную
проводимость и интенсивность транспирации
4. Транспирация отдельных деревьев (на примере ели европейской)
4.1. Методика измерений и характеристика модельных деревьев
4.2. Изменение метеорологических условий и почвенно-грунтового увлажнения в период наблюдений
4.3. Сезонный ход транспирационного потока
4.4. Дневной ход объемного потока пасоки в середине вегетационного периода
4.5. Влияние почвенно-грунтового увлажнения на общую проводимость отдельных
деревьев ели европейской

Выводы
5. Транспирация древостоя и суммарное испарение экосистемы
(на примере сфагново-черничного ельника)
5.1. Особенности водного режима еловых лесов (краткий литературный обзор)
5.2. Транспирация древостоя в сфагново-черничном ельнике
(по данным измерений потока пасоки в отдельных деревьях)
5.3. Оценка транспирации древостоя по пульсационным измерениям на двух уровнях
5.4. Эвапотранспирация еловой экосистемы
5.4.1. Методические вопросы
5.4.2. Изменение эвапотранспирации в течение вегетационного периода
5.4.3. Изменение сумм эвапотранспирации и транспирации в середине вегетационного периода при разных условиях почвенно-грунтового увлажнения
5.4.4. Сопротивление древостоя и объемное сопротивление экосистемы
Выводы
6 Соотношение между проводимостью для разных иерархических уровней организации
биологических систем
6.1. Транспирация древостоя. Сравнение трех независимых методов измерения транспирации
(на примере ельника сфагново-черничного)
6.2. Реализация концепции сопротивлений для расчета максимальных значений и огибающих в параметризациях gst, gt, G, и Gc
6.3. Зависимость между характеристиками водного режима и газообменом С02экосистемы
Заключение
Список использованной литературы
Список принятых обозначений

ВВЕДЕНИЕ
Газообмен ССЬ и транспирация - две фундаментальные функции автотрофных организмов, связанные между собой прежде всего через механизм устьичной регуляции. Через этот ключевой механизм осуществляется основной контроль потоков ССЬ и Н>0 в глобальных циклах углекислого газа и воды как биологически контролируемых составляющих энергомассообмена (ЭМО) между подстилающей поверхностью и атмосферой. При этом 20% глобального цикла Н20 связано с транспирацией (Будыко.1982), а эвапотранспирация некоторых биомов суши достигает более 70% от выпавших осадков (Ба1ай, Чозе, 1984).
Экофизиологические и климатологические аспекты проблемы взаимодействия растительного покрова (РП) и атмосферы тесно связаны между собой, что определяет их актуальность как в рамках проблемы глобальных изменений климата, так и в рамках проблемы устойчивости наземных экосистем к внешним воздействиям. Отклик экосистем и их растительного компонента на направленные и ненаправленные изменения внешней среды на первых стадиях воздействия проявляется через изменение функций экосистем (и прежде всего через изменение газообмена С02 и транспирации как наиболее динамичных функций), которые могут быть обратимыми и необратимыми, приводящими уже к перестройке структуры экосистем. Для оценки этого отклика необходимо располагать информацией о характеристиках экосистемных процессов на уровне пространственно-временного осреднения, соответствующего масштабам природных процессов. Однако, получение адекватной информации - одна из наиболее сложных методических задач экологических исследований, относительно успешное решение которой стало возможным в последние годы в связи с развитием новых методов наземных измерений. Наиболее перспективным из этих методов является метод пульсационных измерений, который позволяет получать информацию о потоках тепла, влаги и углекислого газа при пространственном осреднении до нескольких километров с сохранением высокой дискретности по времени. Режимные круглогодичные измерения с использованием современных технологий экологических наблюдений на территории РФ стали проводиться только в последние 3 года и их реализация стала возможной, благодаря сотрудничеству Лаборатории биогеоценологии им. В.Н. Сукачева ИПЭЭ РАН с Макс-Планка Институтом Биогеохимии (Иена, Германия). Полученные данные позволили в диссертационной работе на примере потоков влаги подойти к решению актуальной методической задачи “масштабирования”, т.е. выяснению соотношения между оценками характеристик процесса

состоит в учете разных сопротивлений на пути водяного пара из устьиц (глава 1) в атмосферу, а различия между Ет и Еф состоят в том, что в случае физического испарения диффузия водяного пара определяется только скоростью отрыва молекул воды и не зависит от устьичной регуляции.
Из физики атмосферы известно, что процессы переноса тепла, субстанций ( в том числе и водяного пара) и количества движения взаимосвязаны между собой через коэффициент турбулентного обмена (Будыко,1964; Монин,1965). В теории подобия (МонинД 965; 1967; Яглом, 1974) принимается равенство коэффициентов турбулентного обмена для скрытого и явного тепла, что значительно упрощает схемы расчета затрат тепла на испарение. Взаимосвязанность процессов также отражена в известном уравнении теплового баланса:
R = H + LE + P + F + St (2.2),
где R - радиационный баланс, равный балансу приходящей и уходящей коротковолоновой и длинноволновой радиации, Н - затраты тепла на турбулентный теплообмен (явное тепло), подстилающей поверхности с атмосферой, LE - затраты тепла на эвапотранспирацию (скрытое тепло), Р - поток тепла в почву, F - расход энергии на фотосинтез и St - так называемый “heat storage” - остаточное тепло, накопленное в РП. Обычно расходными составляющими Р, F и St в силу их небольших значений пренебрегают при осреднении более суток. При периоде осреднения менее суток сумма этих трех составляющих может достигать 20-15% от R (Baldocchi et al., 1994-1998; Kelliher et al., 1997,1998).
Помимо допущения о равенстве коэффициентов турбулентного обмена в расчетных схемах также принимается допущение о возможности расчета сопротивления полога через устьичное сопротивление и LAI (гл.1).
Другое упрощение, которое не редко используется в расчетных схемах, построенных по эмпирическим данным, заключается в том, что для сомкнутого РП принимается равенство Ет и Е (т.с. в этом случае суммарное Еф приближается к нулю) (МолчановД 951; 1961). Это допущение не совсем справедливо, так как физическое испарение задержанных листом/кроной/пологом осадков сохраняется даже в том случае, когда растительный полог перекрывает путь водяного пара, поступающего в атмосферу с поверхности почвы.
При климатологических расчетах и в схемах водного баланса часто допускается равенство потенциального испарения (т.е. физического испарения с открытой водной поверхности