华北平原灌溉麦田水分利用效率的SEM多因素影响研究

水分利用效率(WUE)常被嵌入到多种生态系统模型中,用于评估生态系统对气候变化的响应.然而,自然条件下多种因素不仅直接影响WUE,还通过影响冠层结构等间接影响WUE,其中的影响机制仍不明晰.为了明确多种因素对冬小麦WUE的协同影响,本研究基于2015年(温暖湿润年)和2016年(温暖干旱年)涡度相关系统观测的小麦关键生育期(返青、拔节、抽穗、灌浆)的数据,分析了WUE的变化,并借助结构方程模型(SEM),以叶面积指数(LAI)为中间变量,分析了多种因素[净辐射(Rn)、空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)、风速(WS)、土壤含水量(SWC)]对WUE的影响机制.结果表明,2015年平均WUE为1.52 g(C)·kg-1(H2O),2016年平均WUE为1.22 g(C)·kg–1(H2O).不管在温暖湿润年还是温暖干旱年,Ta、LAI和VPD均是影响WUE的主要因素.WUE随LAI增加而增加,Ta增加也有助于提高WUE,而当温度相近时,VPD增加会降低WUE.Ta、LAI和VPD对WUE的影响在温暖湿润年和温暖干旱年重要性程度不同,温暖湿润年最重要的影响因素为LAI,温暖干旱年为Ta;VPD在温暖湿润年既直接影响WUE,同时又通过影响LAI的变化间接作用于WUE,但在温暖干旱年仅具有直接影响.Rn在温暖干旱年和温暖湿润年表现也不相同:在温暖湿润年对WUE具有显著的影响,在温暖干旱年影响不显著,这与温暖湿润年降雨量大及降雨频次高有关.显然,模拟WUE时考虑不同年份气象条件会使结果更为准确.WS未对WUE产生显著的影响,潜在原因可能是其对冠层上部接收辐射充足的叶片影响较大,而对冠层内部叶片无显著影响.农田生态系统不同生育阶段对辐射、温度等的耐受性及响应方式不同,SEM可以将LAI设置为中间变量以综合这种阶段性的变化,因此,对于冠层结构季节变幅大的生态系统,SEM是研究其环境控制机制的有力工具.这些研究结果可为今后精确模拟生态系统WUE以及预测WUE对气候变化的响应提供科学依据.