3.1.1 凝结水形成
在荒漠生态系统中,由于夜间地表温度降幅大于空气温度降幅,致使地表和植物叶片表面更加容易形成凝结水。通常认为大气凝结水数量极少,不会对植物水分生理、生态系统功能与过程产生明显影响。但是越来越多的证据表明,大气凝结水对荒漠植物的生长和分布至关重要,而且大气凝结水作为荒漠生态系统较为稳定的水分来源,其数量也相当可观。
大气凝结水作为荒漠地区的补充性水源,能够被荒漠植物收集和利用,对于促进荒漠植物生长和维持荒漠生态系统稳定性,发挥着不可忽视的作用(Zhang et al.,2009;Hao et al.,2012)。荒漠植物叶片不仅能够收集凝结水,以供给根系或茎秆组织进行吸收(Ebner et al.,2011),而且具有直接吸收凝结水的能力(Wang et al.,2016; Yan et al.,2016;Gui et al.,2021;李鹭辰等,2021;桂子洋等,2021)。世界范围内的研究表明,大气凝结水是干旱、半干旱区不可忽视的水源之一。以色列内盖夫沙漠、美国内华达沙漠和智利阿塔卡马沙漠,凝结水量分别可达年降水量的16.2%、8.8%和5%~10%(Zangvil,1996;Malek et al.,1999;Kalthoffa et al.,2006)。毛乌素沙地年凝结水形成量可达39.8mm,能够占到降水量的12.5%(郭晓楠,2017)。
长期以来,由于凝结水的形成过程及数量需长期连续观测才可获得,会耗费大量的人力物力和时间成本,所以凝结水往往不为荒漠生态系统服务功能评估所考虑。北京林业大学盐池生态站采用涡度相关系统,实现了对保护区荒漠生态系统大气凝结水形成过程及数量的长期连续监测,发现保护区荒漠生态系统大气凝结水的年形成量等量于年降水量的12.5%,这为科学评估凝结水形成物质量提供了科学依据(郭晓楠,2017)。
植被覆盖土地的凝结水形成量与植物叶面积指数呈正相关关系。保护区灌木林地、草地和其他林地的植物叶面积指数相当,而乔木林地植物叶面积指数约为灌草地植物叶面积指数的2 倍。因此,在评估乔木林地凝结水形成数量时,设置2.0 为修正系数。
(1)评估公式
G凝结水=G凝结水-灌木林地+G凝结水-乔木林地+G凝结水-其他林地+G凝结水-草地
G凝结水-灌木林地=10A灌木林地·R·P
G凝结水-乔木林地=10A乔木林地·R·P·F乔木林地-凝结水形成
G凝结水-其他林地=10A其他林地·R·P
G凝结水-草地=10A草地·R·P
式中,G凝结水为荒漠生态系统年凝结水形成量(m3·a-1);
G凝结水-灌木林地为灌木林地年凝结水形成量(m3·a-1);
G凝结水-乔木林地为乔木林地年凝结水形成量(m3·a-1);
G凝结水-其他林地为其他林地年凝结水形成量(m3·a-1);
G凝结水-草地为草地年凝结水形成量(m3·a-1);
A灌木林地为灌木林地面积(49382.01 hm2);
A乔木林地为乔木林地面积(3779.89 hm2);
A其他林地为其他林地面积(11218.47 hm2);
A草地为草地面积(13905.51 hm2);
P 为保护区多年平均降水量(mm·a-1);
R 为保护区荒漠生态系统凝结水年形成量与年降水量的比值(%);
F乔木林地-凝结水形成为乔木林地凝结水形成量修正系数(2.0)。
(2)参数及系数确定
表3-1 保护区荒漠生态系统年降水量监测结果
P:保护区多年平均降水量(319 mm·a-1)(表3-1);
R:保护区荒漠生态系统凝结水年形成量与年降水量的比值(12.5%)(郭晓楠,2017)。
(3)评估结果
哈巴湖保护区荒漠生态系统年凝结水形成量为3272.38×104m3,其中灌木林地年凝结水形成量为1969.11×104m3、乔木林地年凝结水形成量为301.45×104m3、其他林地年凝结水形成量为447.34×104m3、草地年凝结水形成量为554.48×104m3。