北京低山区典型人工林树干液流对土壤水分胁迫的响应

树干液流在不同土壤水分胁迫下的变化规律和对气象因子的响应机制,是了解树木适应环境变化机制和林分水分循环机制的重要内容。以北京低山区典型造林树种元宝枫、油松为研究对象,采用热扩散探针技术监测树干液流年度变化,探究不同土壤水分条件下树干液流密度变化规律及其驱动因素。结果表明:1)元宝枫和油松树干液流密度均呈现“单峰”型年度变化,2022年存在土壤水分胁迫的时间占全年的76.2%;2)元宝枫和油松树干液流密度均随水分胁迫程度加剧而显著减小(P<0.05);土壤相对含水量在水分胁迫时对单位饱和水汽压差的树干液流密度影响显著(P<0.05),在无水分胁迫时影响不显著,重度水分胁迫条件下,土壤相对含水量对元宝枫和油松单位饱和水汽压差的树干液流密度的解释率分别为62.2%和54.3%;3)多元逐步回归分析表明,无水分胁迫时,树干液流密度主导因素为气象因子,轻微水分胁迫时,树干液流密度受气象因子和土壤水分共同制约,重度水分胁迫时土壤水分成为唯一主导因素。本研究阐明了北京低山地区典型人工林树干液流对土壤水分条件的响应规律,结果可为该区域人工林抚育管理提供技术指导。

树干液流研究进展与展望

树干液流是土壤-植物-大气连续体水流路径中一个关键的链接,承接了庞大的地下根系所吸收、汇集的土壤水,并决定着整个树冠的蒸腾量,因此成为分析树木耗水特性、研究树木水分传输机理的重要指标。结果表明,1)常见的测定树干液流的5种方法,对比分析各种方法的原理以及优点和缺点,热比率法是目前研究树干液流最可靠的方法。2)分析树干液流的日季变化、方位变化和高度变化,发现大多树干液流日变化呈单峰型,季节变化总体上呈现夏季液流速率最高,春秋次之,冬季最小的变化趋势。3)分析不同树种树干液流与环境因子的滞后效应及与环境因子的关系,发现树木液流与太阳辐射、水汽压亏缺等呈正相关,与空气相对湿度呈负相关。针对目前研究中存在的问题提出了有待进一步解决的问题,旨在为进一步研究树木耗水及生态需水提供理论依据。

天目山柳杉古树的液流特征研究

应用热扩散技术法,于2010年4—8月对浙江天目山自然保护区内的2株柳杉古树的树干液流进行连续观测,结合所测定的相关环境因子,分析了柳杉树干液流和耗水量的变化规律,以及液流与各环境因子的关系。结果表明:不同季节柳杉树干液流速率日变化规律基本一致,呈单峰波动曲线,但树干液流启动时间、达到峰值时间及迅速下降时间存在明显差异;树干液流密度与光合有效辐射、空气温度和水汽压差间存在极显著正相关,与空气相对湿度和CO2浓度呈极显著负相关;液流密度随树干直径的增加,无明显变化差异,但液流速率和日均耗水量均随树干直径的增加而增大;胸径75.6 cm柳杉和胸径62.8 cm柳杉的日均耗水量季节变化过程相同,但2者变化差异较大,6月份日均耗水量最低,分别为(49.356±14.883)kg和(9.531±4.297)kg;4月份日均耗水量最高,分别为(110.022±21.890)kg和(49.352±2.629)kg。

不同天气条件下苹果树液流日变化规律研究

旨在通过对苹果树树干液流变化规律的研究,了解苹果树的冠层耗水量即田间蒸腾量的变化规律。将热扩散式茎流计安装在苹果树主干上,选取3种不同的天气状况,通过数据采集分析树干液流随时间的变化规律,以及灌后树干液流的变化规律。试验结果表明:苹果树树干液流在不同天气状况下大小排列顺序为:晴天>阴天>雨天,晴天和阴天情况下,呈"几"字单峰型曲线,雨天呈多峰曲线;在研究苹果树树干日液流随时间的变化规律发现,在6—9月期间,各月最大值的大小排列顺序为:6月>9月>7月>8月;日均值的大小排列顺序为:6月>8月>7月>9月。在研究灌后苹果树树干液流变化规律发现,不管是峰值还是日树干液流值,灌溉当天的值均为5天中最小的。试验得出的苹果树干液流变化规律,为初步研究苹果树的田间蒸腾量提供了基础数据。

马占相思整树蒸腾的日变化和季节变化特征

为深刻揭示华南丘陵退化荒坡植被恢复树种的水分利用特征,运用Granier热消散式探针法对马占相思的树干液流进行了连续测定,并同步测定样树周围环境因子如光合有效辐射、总辐射、空气温度、空气湿度、土壤湿度等.结果表明,马占相思树干东、南、西、北各方位测得的液流密度存在显著差异,并显著相关;以北方位液流密度为自变量,其他各方位液流密度作为因变量进行回归分析,发现回归系数随时间和个体的变化而变化.对9月和2月的液流和光合有效辐射及水蒸气压亏缺的日变化作了对比,发现存在较大差异,分析认为是由于环境因子如温度低、雨雾多及落叶较多造成的.相关分析得出各样树间整树液流季节变化格型一致.分析了液流与环境因子的相关关系后发现树干液流与光合有效辐射、总辐射、温度、水蒸气压亏缺在不同时间尺度上(日内、日间、年内)均具有显著相关关系;与土壤湿度则在任何时间尺度(日内、日间、年内)不存在相关关系.此外,精确计算得出马占相思整树全年的平均蒸腾量为9 380.9 kg,最大整树蒸腾量为14 076.6 kg,最小整树蒸腾量为6 229.8 kg,个体间差异较大.

用热扩散式茎流计测定园林树木蒸腾耗水量

采用热扩散式边材液流探针和环境自动监测系统对北京3种园林树木的树干液流及主要环境因子进行了一个生长季的同步观测.结果表明,3树种树干液流的日变化呈明显的单峰曲线,晴天的液流速率大于多云天和阴天,紫叶李和悬铃木的日耗水量明显大于元宝枫;对不同天气3树种每h的液流速率与相应的环境因子进行逐步回归分析.结果显示,影响3树种液流速率的主要环境因子是空气温度、空气相对湿度、辐射强度和5 cm土层温度,在不同天气里起主导作用的因子不同,环境因子与树干液流之间的数量关系能较好地预测树木的蒸腾耗水量.

我国南亚热带森林群落先锋树种马尾松的水分利用特征

利用Granier热消散探针法(Thermal dissipation probes,TDP),对我国南亚热带鼎湖山针阔叶混交林中马尾松Pinus massoniana的树干液流变化进行了监测,结合同步监测的光合有效辐射、空气相对湿度、空气温度等环境因子进行了分析。研究表明:1)马尾松树干液流速率的日变化呈单峰型曲线,日间中午(13:00—14:00)的树干液流速率最高,湿季最高峰值为25.24 g·m^(-2)s^(-1),干季最高峰值为17.75 g·m^(-2)s^(-1),夜间也存在微量树干液流;2)马尾松树干液流速率主要受光合有效辐射和水汽压亏缺(vapor pressure deficiency,VPD)的影响,湿季中光合有效辐射起主要作用(P<0.001),干季中水汽压亏缺起主要作用(P<0.001);在干湿两季,树干液流速率滞后于光合有效辐射,提前于水汽压亏缺;3)湿季的蒸腾量显著高于干季(P<0.001);与森林恢复初期的马尾松树干液流相比,本地区树干液流速率相对较低,表明随着演替的进行,马尾松树干液流速率下降;4)研究结果揭示了华南地区的群落先锋树种马尾松在演替中期时的水分利用特征,对该地区森林恢复和生态环境建设提供了理论依据。

阿克苏市3种绿化乔木树干液流日变化特征

为了测算园林树木的蒸腾耗水量,应用热脉冲技术对阿克苏市3种常见绿化乔木(小叶白蜡、法国梧桐、桑树)进行树干液流的测定,并分析其日变化规律,同时运用自动气象站记录各气象参数数据,分析树干液流日变化与气象因子之间的相关性。结果显示:3种乔木树干液流速率之间有一定的差异,但其日变化过程几乎相似,均有明显的昼夜变化规律。白天的液流速率比夜间大,午间由于太阳辐射(Rs)过强出现午休现象,凌晨和晚上树干液流速率较低,夜间保持微弱的树干液流过程。小叶白蜡、法国梧桐、桑树等树干液流日变化都与太阳辐射、空气温度(Ta)、风速(Ws)呈显著正相关,而与空气湿度(H)呈显著负相关;逐步回归模型显示,影响小叶白蜡树干液流的主要气象因子是太阳辐射和空气湿度,模型拟合度为0.962,法国梧桐的是空气温度和空气湿度,拟合度为0.971,桑树的是空气温度和太阳辐射,拟合度为0.915。不同乔木的日累计液流量大小排序为小叶白蜡(57 000±2 400)m L﹥法国梧桐(55 400±2 100)m L﹥桑树(7 600±1 800)m L。

贡嘎山不同径级峨眉冷杉树干液流特征及其影响因素

树木蒸腾是森林生态系统水循环的重要组成部分。准确了解植物蒸腾的变化规律及其影响因子,有助于科学掌握和理解植被生理生态过程对气候变化的响应。我国西南山地森林生态系统植被类型丰富,环境条件复杂多变,是气候敏感区和典型生态环境脆弱地带,但已有研究更多关注区域蒸散发计算及光合作用对水分利用的响应规律,缺乏对植物蒸腾变异规律及其影响因子的深入探讨。本研究利用热扩散探针技术,获得贡嘎山峨眉冷杉2017—2018年小(20~40cm)、中(40~60cm)、大(60~80cm)3个径级的树干液流速率,采用相关分析和逐步回归分析量化环境因子对液流速率的影响。结果发现:(1)半小时尺度,液流速率呈单峰曲线变化,且增长快于回落,夜间液流活跃;(2)日尺度,液流速率变化大致呈先增后减的趋势,整体波动幅度与径级大小呈反比;(3)不同时间尺度下,各径级液流速率按大小排列均为:中径级>小径级>大径级;(4)液流主要与气象因子有关,液流速率与水汽压亏缺、空气温度、风速和光合有效辐射呈极显著正相关(p<0.01),与相对湿度呈极显著负相关(p<0.01)。同时,液流受水分条件的影响,干季缺水时,土壤湿度和降雨促进液流蒸腾,湿季水分过多则起抑制作用;(5)日尺度,中、小径级树木比大径级树木更易受环境因素的影响,且分别在干、湿季受影响最大;(6)逐步回归方程中的环境因子数量随时间尺度的增大而减少,且气象因子占主导。研究结果可为预测我国西南亚高山森林生态系统植被水分利用及循环的变化趋势提供数据支撑和理论参考。

北京城区常见树种生长季树干液流的时滞特征

2008年4—9月,应用热消散技术测定了北京市常见树种银杏、七叶树、玉兰、刺槐、油松、雪松的树干液流,并将液流与总辐射和水汽压亏缺数据进行逐行错位分析,探讨不同树种树干液流与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:6个树种树干液流(Js)的变化与总辐射(Rs)和水汽压亏缺(D)显著相关,且Js均滞后于Rs,提前于D;Js与Rs之间最大相关系数(0.74～0.93)通常比Js与D之间最大相关系数(0.57～0.79)高,表明日尺度上Js在很大程度上依赖于Rs的变化.除油松外,其他树种Js与Rs之间时滞范围(10～70min)比Js与D之间时滞范围(47～130min)短,其中刺槐、油松和雪松种间差异显著;城市树种Js与蒸腾驱动因子之间的时滞主要受树形(胸径、树高、冠层投影面积、边材面积)以及夜间水分补充量的影响,而与树种无关.

华北落叶松树体储水利用及其对土壤水分和潜在蒸散的响应：基于模型模拟的分析

树体储水在树木水分传输中具有重要的作用,不仅为蒸腾提供水分来源,还具有缓冲作用,可防止木质部导管水势过低以至于水分传输的失败。树体储水动态及其利用的研究对于认识树木对水分胁迫的响应机制具有重要意义。该研究构建了包含树体储水释放-补充作用的树干水分传输模型,可模拟计算林分小时尺度的冠层蒸腾、边材液流、树体储水与木质部导管水流交换过程,并以六盘山北侧的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为例,在林分水平分析树体储水利用及其与土壤水分和潜在蒸散之间的关系。检验结果表明,该模型能够精确地模拟出林分边材液流的日变化特征,模拟与观测的小时液流速率决定系数R2为0.91(n=2352)。模拟结果表明,在典型晴朗天气下,在日出时树体储水利用启动,至9:00左右达到峰值(0.14mm?h-1),午间降至0,下午降为负值直至午夜,即进入树体补水阶段;树体储水日使用量(DJz)为0.04-0.58mm?d-1,与日蒸腾量(DTr)成正相关(R2=0.91),对蒸腾的贡献为25.6%。分析结果表明,当潜在蒸散(ETp)低于4.9mm?d-1时,ETp是华北落叶松树体储水利用的主要驱动因子,DJz与ETp成正相关(R2=0.68);当ETp高于4.9mm?d-1时,DJz随着ETp的增加呈现降低趋势;DJz与土壤水势没有显著相关关系(p>0.05),但最大树体储水日使用量(DJzmax)与土壤水分含量成正相关(R2=0.79),说明土壤水分是树体储水利用的限制因子。

木荷树干夜间水分补充的季节动态及其与树形特征和叶片生物量的关系

利用热消散探针(TDP)法对位于中国科学院华南植物园的木荷(Schima superba)人工纯林的15株样树进行了树干液流监测,并结合光合有效辐射(PAR)和土壤含水量的测定,探讨了不同季节的夜间水分补充量与树形特征和叶片生物量的关系。结果表明:1)夜间液流活动时间与PAR同步,但其结束时间不受PAR影响;春、夏季夜间液流明显比秋冬季活跃。2)春、夏、秋季的夜间水分补充量与样树的胸径、冠幅、边材面积、叶片生物量呈极显著线性关系,与树高仅在春季呈显著线性关系。3)春、夏季的夜间水分补充量主要受样树冠幅影响,成正相关;秋季主要受胸径影响,成正相关;冬季仅受树高影响。该试验说明木荷夜间水分补充与树形特征、叶片生物量关系密切,但起主要作用的树形特征和具体关系具有季节差别。

落叶松不同径级树干液流密度对太阳辐射量的时滞效应

为了明确林木特征和坡位在树干液流密度和太阳辐射量之间的时滞现象中的作用。本研究以三江平原丘陵区长白落叶松(Larix olgensis)人工近熟林(31年生)不同直径等级的林木为对象,评价了树干液流密度对太阳辐射量间的时滞与树木特征、相邻木特征和坡位之间的关系。研究结果表明,树干液流密度与太阳辐射量都表现出昼夜变化规律,其对太阳辐射量的变化表现出明显的非同步性,即树干液流密度与太阳辐射量间的时滞。生长季晴天时落叶松树干液流密度变化滞后于太阳辐射量变化21.1±6.9 min。与树高和冠幅相比,落叶松树干液流密度与太阳辐射量间的时滞更加依赖于胸径变化,二者间呈线性增长趋势。同相邻木特征相比,落叶松树干液流密度的时滞更加依赖于自身的树木特征。树干液流密度对太阳辐射量的时滞受土壤体积含水量的影响不显著。树木特征、相邻木特征和坡位在树干液流密度对太阳辐射量的时滞形成中的作用比较来看,落叶松树干液流密度对太阳辐射量的时滞主要受树木特征的控制。这些研究结果说明,胸径是影响长白落叶松生长季晴天条件下树干液流密度与太阳辐射量间时滞的重要因素。