科尔沁沙地玉米茎流变化规律研究

以Dynamax包裹式茎流测量系统对科尔沁沙地玉米的液流变化进行了连续监测,结合实验区自动气象站同步测定的光合有效辐射、气温、相对湿度和风速等气象因子以及人工记录的天气状况,分析了4种典型天气条件下玉米的茎流变化、蒸腾耗水规律及其与气象因子的关系。结果表明,不同天气条件下,玉米液流日变化波动曲线不同,影响液流量的主要气象因子也不同,光合有效辐射始终是液流变化的主导因子。晴天,玉米液流速率的日进程为"几"字型峰或单峰曲线;阴天,玉米的液流曲线通常呈多峰状态;风天和雨天是单峰曲线,或是呈不规则的多峰曲线。玉米茎秆液流通量密度的变化是各种气象因子综合作用的结果。单株日耗水量的总体变化趋势是从晴天、风天、阴天到雨天依次减少,其平均值分别为588,401,399和305g/h。     

环境因子对胡杨树干液流动态的影响

[目的]分析胡杨生长期内各环境因子对树干液流速率的影响程度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。[方法]对塔里木河下游2012单木胡杨整个生长季内树干液流以及空气温度、风速、有效光合辐射强度、空气湿度、土壤温湿度等环境因子进行连续观测。[结果]胡杨在整个生长季内的液流呈单峰波动曲线,有明显的昼夜变化规律;在生长期内,不同的观测尺度下,影响胡杨液流速率的环境因子不同。回归分析结果表明,对于瞬时液流流速,相关性较大的环境因子主要是大气温度、10cm深处的土壤温度;对于日液流量,主要影响因子为太阳净辐射;对于月液流量,主要影响因子为大气温度和太阳净辐射。[结论]研究区内胡杨生长受大气温度和太阳净辐射影响程度较其他因素大,并且回归方程具有很高的拟合精度。     

黄土塬区农田蒸散的变化特征及主控因素

蒸散是水量平衡和能量平衡的重要组成部分,也是农田生态系统水分消耗的主要途径。为探究黄土塬区农田蒸散的日动态变化规律,运用涡度相关法、土壤水分及常规微气象观测系统等,于2013年作物生长季(4—10月)对试验区农田作物(冬小麦、春玉米)蒸散特征及影响因素进行分析。结果表明,降水对蒸散的影响较为显著,降水过后的日蒸散量较降水前会有所增加;农田0~100 cm土壤含水量变异系数较大,土壤水分变化剧烈,作物根系的集中分布范围在0~80 cm之间,因此0~100 cm土壤水分主要参与蒸散过程;晴天蒸散的累积量大于阴天,晴天和阴天的日均蒸散量分别为4.5、3.8 mm d-1,相差0.7 mm d-1。阴天蒸散开始的时间较晴天晚,阴天条件下的蒸散更易受到气象因子的扰动;不同天气条件下净辐射均为蒸散的主要影响因子,蒸散速率与净辐射变化趋势一致,但在时间上滞后于净辐射;在不同的土壤水分环境条件下,蒸散的过程和强度差异较大,水分胁迫条件下,全天蒸散量水平较低,"蒸散高地"的持续时间较长;而水分相对充足时,全天蒸散水平较高,"蒸散高地"持续时间较短,维持较高的蒸散速率的时间较长。     

干旱区荒漠草原土壤呼吸速率日动态特征及影响因子

为探讨干旱区不同天气条件下荒漠草原土壤呼吸作用日变化特征及影响因子,在生长季连续观测禁牧封育(简称Ec)荒漠草原和放牧未封育(简称Gz)荒漠草原土壤呼吸速率及环境因子。结果表明,不同天气Ec和Gz荒漠草原土壤呼吸速率日变化均呈单峰曲线变化趋势,在日尺度上,土壤呼吸速率均表现为晴天阴天,8月6月10月,且EcGz。不同天气Ec和Gz荒漠草原土壤呼吸速率与空气、土壤温度均呈显著指数相关(P0.05),且随着土层深度增加相关性逐渐变小;温度敏感性系数Q10表现为阴天(2.743)晴天(1.712),且晴天Q10为Ec(1.508)Gz(1.915),阴天Q10为Ec(3.145)Gz(2.340)。不同天气Ec和Gz荒漠草原土壤呼吸速率与土壤湿度一元二次模型达到极显著水平,与光照强度和风速呈显著线性正相关,与空气CO2浓度呈极显著线性负相关。主成分分析表明,0~20cm土壤水热状况是不同天气荒漠草原土壤呼吸的主要驱动因子。综上,阴天增加了温度敏感性系数,晴天增加了土壤呼吸作用,禁牧封育亦增加土壤呼吸作用。本研究为当地及中国北方干旱半干旱地区荒漠草原不同天气碳排放提供了理论依据,同时也为荒漠草原生态系统碳汇功能提供了科学参考。     

砒砂岩地区3种主要树种边材液流动态特征

为深入了解砒砂岩地区主要树种的水分利用特征,以内蒙古圪秋沟小流域砒砂岩区水土保持科技示范区为研究区域,运用茎热平衡法(SHB)对沙棘、柠条、油松3种主要树种蒸腾耗水进行研究,监测3种树种的边材液流日变化及不同天气条件下的液流速率。结果表明:(1)在生长期内,3种树种的液流速率均呈单峰曲线,其到达峰值时间大体相同。(2)在晴天时,沙棘的平均液流速率最高,可达到0.117 72cm/s,而油松与柠条的液流速率相近,3种树种的日平均流速分别为0.029 01,0.018 15,0.022 03cm/s。(3)在不同天气条件下,3种树种的边材液流速率变化规律均为晴天阴天雨天,各树种达到峰值的时间也有所差异,其规律亦为晴天阴天雨天。研究结果旨在为砒砂岩地区植物水分供求关系提供数据支撑,为该地区生态恢复与环境治理提供理论依据。     

冀西北坝上干旱区北京杨树干液流特征及影响因素分析

为了揭示冀西北坝上干旱区三北防护林主要树种北京杨的耗水特征,采用热扩散式茎流仪研究了不同健康等级北京杨的树干液流特征,同时分析了树干液流对气象因素和个体生长状态的响应。结果表明:北京杨树干边材液流无论是晴天还是阴天均表现出明显的昼夜变化规律,晴天启动早,停止晚;夜间也存在树干液流,健康杨树单株夜间耗水贡献率为2.50%~5.60%,不健康单株夜间耗水贡献率高达8.37%~21.20%。不同健康等级杨树单株水分消耗在0.01水平存在差异,不健康单株日均耗水量为(22.95±5.99)L,仅为健康单株的27.9%。树干液流速率与太阳辐射、空气温度、饱和水汽压差成正相关,与相对湿度成负相关,其中与大气温度、相对湿度相关性最强。树干液流与气象因子之间存在不同程度的时滞效应,健康和亚健康单株液流速率滞后于太阳辐射0.5h,提前于空气温度、湿度、饱和水汽压差1h;而不健康单株液流速率则滞后于太阳辐射1h,与空气温度、湿度、饱和水汽压差同步。健康、亚健康和不健康北京杨单株单株生长季消耗水分分别为11 636.1,7 254.8,3 425.4L,当年232.2mm的降水不能满足其水分消耗。表明水分不足对北京杨树干液流具有胁迫效应,制约杨树的生长。     

长江三角洲地区麻栎和栓皮栎蒸腾规律及其对气候因子的响应

森林蒸腾在维系森林生态系统水量平衡上起着重要作用,研究麻栎和栓皮栎的蒸腾耗水规律,有助于了解栎林的水文过程和水量平衡。采用热扩散探针法,对江苏省句容市麻栎和栓皮栎林蒸腾速率进行连续观测,研究蒸腾速率在晴天、阴天和雨天的日变化特征,以及不同天气下气候因子对蒸腾速率的影响机制。结果表明,麻栎和栓皮栎蒸腾速率日变化在晴天、阴天均为单峰型,而雨天峰型波动较大。晴天峰值出现在11:30—12:30,阴天峰值出现在13:30—14:00。不同天气下,麻栎、栓皮栎日均蒸腾速率表现为麻栎>栓皮栎,晴天>阴天>雨天。总辐射、气温、饱和水汽压差与麻栎、栓皮栎蒸腾速率呈极显著正相关。总辐射对麻栎、栓皮栎蒸腾速率的贡献最大,在晴天其贡献度分别为91.7%和85.5%,而在阴天为71.0%和80.1%,在雨天为50.4%和57.9%。总辐射是影响麻栎和栓皮栎蒸腾速率最大的气候因子,其次是饱和水汽压差、气温和土壤含水量。     

杨树人工林树干液流特性及其与影响因子关系的研究

以中林46杨和廊坊杨为研究对象,采用热扩散茎流计和自动气象站对树干液流和林内环境因子进行长期同步观测。结果表明:无论晴天还是阴天,树干液流速率日变化都呈单峰曲线;不同月份树干液流速率日变化存在差异;边材液流速率与气象因子之间存在着良好的相关性,在一定范围内,树干液流速率与辐射强度、空气温度呈正相关,与相对湿度呈负相关,与风速和10cm土壤温度的相关性较差;建立了3a,5a生中林46杨和5a生廊坊杨多元线性回归模型,表现出良好的相关性。     

茂兰喀斯特森林亚优势种短萼海桐树干液流特征及其环境因子响应

使用热扩散液流探针,于2012年2月—2014年3月连续测定茂兰喀斯特常绿落叶阔叶林的亚优势种短萼海桐的树干液流,同步测定气温、太阳辐射、降水量和土壤含水量等环境因子,分析海桐树干液流速率和整树蒸腾量在日、季节时间尺度和天气类型下的变化特征,以及液流速率与环境因子的关系。结果表明:海桐单株日均液流速率为(3.14±0.10)g H2O/m2·s中白天和夜间的液流速率分别为(5.20±0.17)g H2O/m2·s和(0.55±0.02)g H2O/m2·s,相差9.45倍。不同天气类型的液流速率表现为:晴天(5.71±0.15)g H2O/m2·s阴天(1.95±0.10)g H2O/m2·s雨天(1.65±0.10)g H2O/m2·s。海桐样树单株日均蒸腾量为(2.10±0.07)kg,范围为(0.09~8.05)kg,其中白天蒸腾量(1.94±0.06)kg和夜间补水耗水量(0.16±0.01)kg分别占日耗水量的92.38%和7.62%。各季节的单株日蒸腾量依次为:夏季(3.32±0.14)kg/d秋季(2.18±0.12)kg/d春季(2.14±0.12)kg/d冬季(0.76±0.05)kg/d。相关分析表明:在不同天气类型的各时段,液流速率均与气温、水汽压亏缺和风速呈极显著正相关(P0.01),与空气相对湿度呈极显著负相关;太阳辐射在白天时段和全天尺度与液流速率呈极显著正相关;液流速率与降水量在雨天夜间呈极显著正相关,与土壤体积含水量在晴天、阴天的夜间及雨天所有时段呈极显著正相关。在相关分析的基础上,分时间尺度和天气类型建立了单株日均液流速率与环境因子的逐步回归方程。逐步回归结果表明:白天和夜间,影响海桐液流最主要的环境因子分别是太阳辐射和20cm层土壤体积含水量。晴天和阴天,气温对液流的影响高于其它环境因子,在雨天,太阳辐射则是主要影响因子。春季、秋季和冬季,海桐液流主要受太阳辐射控制,夏季则主要受VPD控制。太阳辐射、气温、VPD是影响海桐液流速率的主要环境因子,土壤水分是夜间补水液流的驱动因子。     

红壤坡地农业景观(旱季)地表界面水分传输研究——Ⅱ．叶面冠层一大气界面水分传输

定位观测红壤坡地典型作物系统叶面冠层 大气界面水分传输结果表明 ,叶面冠层 大气界面水汽传输通量大小取决于景观植物群落的构建 ,稳定群落叶面冠层 大气界面水汽传输通量有明显日变化规律 ,除受植物生理机制影响外 ,还明显受土壤水分和气象条件的影响。植株叶片蒸腾速率有明显日变化规律且呈单峰型曲线及多峰态势。净辐射、空气饱和水汽压差、气温、地表温度、风速对蒸腾的影响均达极显著水平 (正相关 ) ,其中净辐射、气温为主要影响因子。叶片气孔导度可反映叶片蒸腾速率 ,叶片气孔阻力日变化规律是植物对气象条件的响应 ,且受土壤水分状况强烈影响。改善作物生长环境 ,调节气孔行为 ,进而协调作物蒸腾作用和光合作用耗水制约 ,可调控叶面冠层 大气界面水分传输 ,提高作物水分利用效率     

不同水分胁迫条件下温室番茄茎流和叶片水势的反应

以番茄"金粉2号"(Jingfen 2)品种为试材,设正常灌溉(T1)、轻度胁迫(T2)和重度胁迫(T3)3个土壤水分处理,观测不同土壤水分条件下番茄植株的茎流速率和叶片水势。结果表明,番茄植株茎流速率日变化呈现明显的规律性,晴天,T1和T2的番茄茎流速率呈明显的双峰曲线,中午12:00左右气孔关闭,茎流速率出现低谷。阴天,T1和T2处理番茄茎流日变化趋势总体较为平缓。不同水分处理下番茄的蒸腾量差异明显,水分胁迫处理的番茄蒸腾量均小于正常灌溉,土壤水分胁迫程度越严重,日蒸腾量越低。随着水分处理天数的增加,不同灌溉处理番茄的蒸腾量差异逐渐缩小。叶片水势随灌溉后天数增加而逐渐减少,叶片水势T1>T2>T3。相关分析表明,影响番茄茎流的主要气象因子为太阳辐射、空气温度和空气湿度。研究认为,番茄茎流与太阳辐射、空气温度和土壤水分呈正相关,叶片水势与空气相对湿度呈负相关。研究结果可为设施番茄水分管理提供科学依据。     

GREENSPAN茎流法对玉米蒸腾规律的研究

以盆栽玉米为试材、称重法为基准,验证了GREEN SPAN茎流法测量作物蒸腾量的可行性。茎流法与称重法两者测值的绝对误差为0.20~4.56 g/(株.h),相对误差为2.03%~10.42%,表明茎流计所测得的玉米茎流速率可准确的表示作物蒸腾速率。以此为基础,探讨了不同天气下GREEN SAPPAN茎流法实测玉米茎流的日变化规律:白天玉米茎流随太阳辐射及天气变化呈规律性变化,晚间有较细微而稳定的茎流。晴好天气,玉米茎流的日变化呈单峰曲线,多云或阴天天气,为不对称的“M”型,且茎流的启动时间存在一个受天气和太阳辐射变化共同影响的临界值。灰色关联度分析表明,晴好天气下,太阳辐射是影响蒸腾速率的主要因素;多云或多云转晴天气下,气温和相对湿度成为影响蒸腾速率的主要因素,太阳辐射的作用相对降低。     

环境因子对沙地人工杨树林树干液流的驱动影响

以唐山市滦南县林场107速生杨（Populus×euramericana cv.‘74/76’）为研究对象,使用滴灌法将土壤体积含水量分别设置为15%～20%、10%～15%和5%～10%,利用热扩散式探针法（TDP）测定杨树边材液流速率,同时监测太阳辐射、气温、大气湿度、大气压、风速等气象因子,探寻不同环境条件下107杨树树干日间和夜间的液流变化规律,分析不同环境下林木对水分的利用,为速生丰产林制定合理的水分灌溉策略提供指导。结果表明,晴天树干液流较阴雨天启动时间早、峰值高、持续时间长、夜间波动大;土壤缺水条件下,树干液流启动时间晚、峰值低、持续时间短,夜间液流变化平缓且增高;树干液流与气象因子存在“时滞效应”,树干液流滞后于太阳辐射40min,而提前于气温、相对湿度、VPD（水汽压亏缺）60min;树干液流与VPD呈现“迟滞回环”关系,时滞错位后气象因子对树干液流均具有显著驱动作用,日间树干液流与气温相关性最大,驱动力较强,而夜间与VPD相关性最大,驱动力较强;经过时滞错位后树干液流与气象因子拟合效果优于时滞错位前。可见,环境因子对树干液流具有明显的驱动作用,树干液流可以较好地反映沙地土壤的水分情况和林木的水分消耗特征。     

东北春玉米单株茎流变化规律及其农田尺度提升方法

为揭示春玉米单株茎流速率规律,明确单株茎流提升至群体蒸腾的尺度转换因子,2017和2018年连续在东北典型黑土区开展了春玉米田间试验,对春玉米灌浆期内茎流速率、气象数据、棵间蒸发及土壤剖面含水率进行观测和分析。结果表明:春玉米茎流速率有明显的昼夜变化规律,降雨对玉米茎流有较强的抑制作用,降雨后茎流速率明显升高;在晴、阴、雨天气情况下玉米白天茎流差异较大,且在阴雨天气情况下,茎流曲线呈多峰曲线,峰值较低。玉米茎流的变化是各种环境因素综合作用的结果,其中茎流速率与空气温度、光合有效辐射、相对湿度间相关系数的绝对值皆在0.8以上,表明他们是影响东北黑土区茎流速率的主要环境因素。以茎粗、茎干截面面积、叶面积为尺度转换因子将单株茎流尺度提升得到春玉米农田尺度群体蒸腾量,将2 a灌浆期春玉米群体蒸腾量与棵间蒸发之和,与水量平衡法计算得到的蒸发蒸腾量进行比较,误差均在20%以内。3种尺度提升方法和水量平衡法得到2 a春玉米灌浆期内日均蒸发蒸腾量分别在4.22～4.78、3.91～4.56 mm/d范围内。其中以叶面积为尺度转换因子计算的蒸发蒸腾量与水量平衡法的结果最为接近,相对误差在5%左右,表明东北高寒黑土区春玉米农田适合采用叶面积作为单株向农田尺度提升的转换因子。     

沙木蓼蒸腾耗水特性及环境影响因子研究

为探讨毛乌素沙地固沙树种选择和植被水分管理,2009和2010年5—9月在宁夏回族自治区盐池县利用热包裹式树干液流仪测定沙木蓼(Atraphaxis bracteata)茎干液流,并同步观测环境影响因子。研究表明:(1)沙木蓼茎干液流日变化呈显著规律性,液流速率呈多峰曲线,且昼夜变化明显。(2)沙木蓼生长季液流变化具有节律性。5—6月植物处于生长初期,液流量较小;7—8月雨季到来,植物生长旺盛,液流速率也达到生长季的最大值;9月植物生理过程减慢,沙木蓼液流量逐减降低。(3)采用偏相关分析法分析各环境因子对于沙木蓼茎干液流的影响,结果表明,太阳辐射是影响沙木蓼茎干液流的最主要环境因子,其次是大气温度、大气相对湿度和风速。     

北京山区典型树种树干液流特征及其对环境因子的响应研究

2010年6—9月在妙峰山林场,运用SF-L树干液流仪分别研究分析了典型晴天和生长季侧柏、栓皮栎、油松、刺槐的树干液流速率变化特征及树干液流速率对环境因子的响应。结果表明:4种树种的树干液流速率变化规律呈单峰型,其中侧柏的平均树干液流速率最大,为0.079 3cm/min,刺槐最小,为0.048cm/min。4种树种在各个月份的平均液流速率变化较大,但均在8月份达到最大值。对环境因子影响树干液流速率的相关分析表明:气温、太阳辐射、VDP、土壤含水率和土壤水势与树干液流速率呈正相关,而相对湿度与树干液流速率呈负相关关系,风速、土壤温度与树干液流速率的相关性不明确。太阳辐射对树干液流速率的影响最大,其中对阔叶树种刺槐和栓皮栎的影响比对针叶树种油松和侧柏更大。环境因子对阔叶树影响较大,对针叶树影响较小。运用多元线性回归方法,得出了4种不同树种的树干液流速率和环境因子的多元线性回归方程。     

长三角区麻栎树干液流的季节变化特征

2012-05-2013-04,利用树干液流仪和小气象站对南京东善桥林场的麻栎（Quercus acutissima）树干液流速率及环境因子进行连续观测,研究分析麻栎树干液流的季节变化特征.结果表明：1）春、夏、秋季晴天与阴天的液流速率日变化表现出明显的昼夜变化规律,白天液流速率高于晚上,晴天液流速率高于阴天,而冬季则波动较大;2）春季液流速率平均峰值约为5.69 kg/h,夏、秋、冬季的平均峰值分别约为春季的1.58、1.08、0.012倍;3）春、夏、秋季液流速率峰值与太阳辐射峰值主要存在滞后效应,约1 ～2h,与空气温度、饱和水汽压差、土壤温度的峰值主要存在置前效应,约1 h;4）春、夏、秋季液流速率及日液流量与环境因子的相关系数较高,而冬季的相关系数则较低;5）春、夏、秋季液流速率及其日液流量与环境因子的回归模型决定系数均在0.8左右,而冬季的决定系数较低.     

冀北山地油松树干液流特征及其对环境因子的响应

依据组织热平衡原理,运用热扩散探针法,于2015年3月1日—2016年3月1日对冀北山地小五台山自然保护区油松的树干液流速率进行连续监测,并同步观测气温、相对湿度、净辐射、总辐射、风速等环境因子的变化,研究油松树干液流对环境因子的响应。结果表明:(1)小五台地区,油松树干液流启动于4月下旬,结束于10月下旬,前后历时184d。晴天条件下,油松不同月份树干液流速率日变化均呈典型的单峰曲线。不同月份油松树干液流的启动、到达峰值、结束时间以及液流升降速率存在差异。(2)油松树干液流速率日均值变化,除4月和10月较低外,其余各月都达到0.02kg/(h·cm)以上,尤以5月和8月最高,分别达到0.028,0.027kg/(h·cm)。各月峰值变化与日均值变化基本一致。(3)油松树干液流速率与空气温度、净辐射、总辐射、水汽压亏缺、风速呈极显著正相关,与空气湿度呈极显著负相关。各环境因子对油松树干液流速率影响大小顺序为空气温度净辐射总辐射空气湿度风速。(4)油松整个生长季单株总耗水量为(2679.58±579.83)kg,以5月、8月耗水量最大,分别为(585.14±110.92)kg和(510.08±87.96)kg。     

黄土塬区小麦茎流速率变化及其与环境的关系

利用Dynamax茎流测量系统和自动气象站分别对黄土塬区小麦(陕麦150)拔节期和开花期的液流变化及其周围气象环境因子变化进行了监测。结果表明:(1)两个时期小麦茎流速率日变化趋势基本相同,为单峰型;液流启动时间分别为早晨7:00—8:00和6:00—7:00,在中午12:00—14:00左右达到各自峰值,其值大小分别为1.90和2.66g/h(4月24日和25日,晴天,拔节期),3.39和2.96g/h(5月18日和19日,晴天,开花期),21:00左右降到最低,夜间无明显液流;晴天茎流速率明显大于阴天。(2)不同时期茎流速率日变化与环境因子日变化紧密相关。相关分析显示,影响小麦茎流变化的主要因子是光合有效辐射、大气温度、湿度和风速等;其中,湿度与茎流速率负相关。