太行山南麓3种常见灌木的水分利用特性

【目的】研究太行山南麓低丘山区乡土灌木的水分利用特性,为该区困难立地植被恢复的植被种类选择和群落演替管理提供理论依据。【方法】采用稳定碳同位素方法结合热扩散探针和土壤水分传感器,研究太行山南段南麓荆条、酸枣和扁担杆的叶片δ~(13)C值、树干液流和土壤含水量,分析3种灌木的水分利用特性差异及季节变化。【结果】2013年春旱和秋旱分别持续115天和2个月;荆条、酸枣和扁担杆生长季分别耗水42.32,13.23和96.17 mm,均在夏季较多,5和9月较少,扁担杆在各个时期的耗水量都高于荆条和酸枣;3种灌木叶片δ~(13)C值均表现为春季秋季夏季中后期,其中酸枣和荆条的δ~(13)C值高于扁担杆,且在秋旱时比后者提早1周升高δ~(13)C值,由于高δ~(13)C值意味着高水分利用效率,表明酸枣和荆条比扁担杆水分利用效率高,并对干旱响应敏感,能及早提高水分利用率;季节性干旱时,荆条的水分利用率更高,而酸枣能保持较高的组织含水量,保水力较强;扁担杆的枝条含水量在降雨后能迅速大幅升高。【结论】3种灌木的蒸腾耗水量和水分利用效率的季节变化规律类似,但水分利用策略存在种间差异。荆条和酸枣具有耗水少、水分利用效率高和深水源等抗旱节水的水分利用策略,可作为困难立地造林和植被恢复的先锋灌木引入。扁担杆则是高耗散、低水分利用效率和浅水源的水分利用策略,宜在荒山恢复中后期引入。     

基于高光谱数据的杨树叶片干物质含量的估算

将杨树叶片实测的理化数据和土壤背景光谱数据作为PROSPECT和PROSAIL模型的输入参数,输出杨树叶片高光谱数据模拟值,通过实测获得叶片尺度和冠层尺度干物质含量、等效水厚度以及高光谱数据,利用统计方法,分别对两种尺度杨树叶片干物质含量进行分析。结果表明:基于归一化指数计算方法,杨树叶片尺度和冠层尺度的最佳估算干物质含量的干物质含量归一化指数(NDMI)波段组合分别为1685,1704nm和1551,2143nm,使用偏最小二乘法分别对筛选波段组成的NDMI(1685,1704)指数和NDMI(1551,2143)指数构建叶片尺度干物质含量和冠层尺度干物质含量的估算模型,叶片尺度干物质含量估算模型精度为R2=0.663,RMSE=0.001g·cm-2,冠层尺度精度为R2=0.91,RMSE=16.7g·m-2。可见,高光谱技术对杨树叶片干物质含量的估算具有较高的精度,可为杨树叶片干物质含量的快速、无损估算提供参考依据。     

中国复合农林业发展机遇与研究展望*

概述了复合农林业的基本内涵及其发展机遇,论述了复合农林业在林业和农业可持续发展中的地位和作用,并结合复合农林业及其相关学科的发展趋势,从研究的尺度、对象及地域、手段及方法、内容等角度,对我国复合农林业的研究进行了展望。     

毛乌素沙地樟子松蒸腾变化规律及其与微气象因子的关系

本研究采用由热扩散植物液流技术测算得到的时间步长10 min的樟子松蒸腾速率数据,结合同步观测得到的冠层微气象要素值,分析了毛乌素沙区20年生樟子松主要生长季节蒸腾耗水规律及其冠层微气象的关系.结果表明:(1)樟子松蒸腾速率具有明显的时间变化特征.多云天气日,蒸腾速率日内变化总体呈多峰曲线趋势,单株蒸腾速率(Tr)在4-9月各月白天(6:00-19:00)的平均值为0.36～0.85 L·h-1;晴天日,除9月蒸腾速率日内变化呈多峰曲线趋势外,其余各月总体趋势呈单峰曲线,9月时Tr在10:00左右、13:00左右、15:00左右出现峰值,在14:00左右出现谷值.4-8月各月日内Tr在10:00左右出现峰值.4-9月各月Tr白天平均值为0.37～0.83 L·h-1;阴天天气日,蒸腾速率日内变化总体呈单峰曲线趋势,日内Tr最大值出现在10:00左右.4-9月各月Tr白天(6:00-19:00)平均值为0.29～0.63 L·h-1.在日际变化或季节变化方面,从4月份起,樟子松蒸腾耗水量逐渐增加,月耗水量在7月达到最高值,此后有所减小.4-9月总耗水量为1 143.7 mm,日平均为6.25 mm,7月份月耗水总量相对最大.4、5、6、7、8及9月耗水量分别占主要生长季节总量的10.76%、13.62%、14.05%、24.56%、19.47%、17.52%.(2)主要生长期内,Tr与冠层太阳总辐射(Ra),空气温度(Ta)、湿度(RH),风速(V)等气象要素有很好的复相关性,并通过显著性检验(a=0.01),且各月内影响樟子松蒸腾的最主要气象因子都是Ra.     

华北石质山区山茱萸人工林蒸腾特征及水分供求关系

于2005年及2006年主要生长季节(4-9月),采用由热扩散植物液流技术测算得到的蒸腾速率数据,结合同步观测得到降雨量,分析华北石质山区15年生山茱萸人工林耗水规律及水分供求关系.结果表明:1)山茱萸人工林蒸腾量呈现出明显的日际变化或月变化特征.表现为4-5月逐渐升高、6月左右达到高峰值、7月以后逐渐降低.2005年及2006年4-9月蒸腾总量分别为265.3和194.9 mm,4-9月各月蒸腾总量占蒸腾总量的比例在2005年分别为10.7%、22.3%、21.6%、21.2%、12.9%和11.2%,在2006年分别为16.2%、20.2%、20.3%、17.9%、13.6%和11.2%;2)蒸腾与冠层太阳总辐射、空气温度、湿度及风速等微气象要素有很好的复相关性(α=0.01),偏相关系数表明,各月内影响蒸腾的最主要微气象因子都是冠层太阳总辐射;3)4-9月降雨总量与蒸腾总量的比值(R/Tr)＞1.0,且除4月外,其他各月R/Tr也大于或接近于1.0,说明除4月外,降水可以满足山茱萸人工林蒸腾耗水的需要.     

中国农林业的结构与模式

文章概述了中国农林业发展的基本模式、结构及其建立应遵循的原则，并从物种结构、空间结构、时间结构和食物链结的４个方面对中国农林业的结构问题进行了分析。作者根据中国的气候特点和传统和种植习惯，将中国的农林业划分成５种系统类型，同时根据中国农林业的结构特点和气候带类型，分别给出了适宜热带、亚热带、暖温带等多种典型模式及配置。     

梨麦间作系统水分效应与土地利用效应的研究

对黄淮海平原农区宽带距多行带梨麦间作系统水分效应、产量效应与土地利用效应进行了研究。结果表明：小麦拔节一乳熟期间，间作系统内小麦日蒸腾耗水比单作麦田低21．6％；距梨树0．0～7．0m，为土壤水分的降低区，7．0～25．0m为土壤水分提高区，间作系统总体上使麦田0～200cm土壤贮水量提高11．81％；间作系统内小麦水分利用率比单作麦田约高8．7％；间作系统小麦单产量比单作麦田高6．6％，土地当量值可达1．19。就水分效应和土地利用效应而言，在黄淮海平原农区发展这种宽带距多行带梨麦间作模式具有一定的可行性。     

农林复合模式耗水特征的数值模拟——模型的建立与检验

运用土壤—植物—大气水分传输理论，建立农林复合模式的土壤分层水量平衡模型。主要公式有：土壤蒸发与植被蒸腾、林木与小麦根系吸水、土壤层次间的水分交换及植被冠层截留量等水分要素的计算。模型的求解采用数值计算法，并利用０～２００ｃｍ土壤容积含水量的实测值进行验证。研究表明：可以利用所建立的模型，模拟计算林带与小麦根系吸水量、林带与农田蒸散耗水量、林带影响农田土壤水分范围与程度。     

基于无人机热红外图像的核桃园土壤水分预测模型建立与应用

为了解北方核桃园区的土壤水分状况,实现优化水资源配置的目的。该文于2016和2017年采用固定式热红外成像仪(A310 f)连续观测得到核桃主要生长季节午后(13:00和14:00)的冠层温度,并同步观测温度、湿度、辐射、风速、降雨量和0~80 cm不同土层深度的土壤体积含水量。并于2017年8月11日利用无人机热成像系统(TC640)对连续灌溉区域和干旱胁迫区域进行了图像采集。结果表明,40~60 cm土层深度可能是核桃树主要吸收水分的区域。冠层温度普遍高于空气温度,其变化范围在0~5℃之间,冠气温差与土壤含水量呈负相关,与太阳辐射呈正向关系,其中,土壤含水量的贡献值达到了75%。利用2017年13:00时的冠层与空气温差数据来建立的土壤水分预测模型,R2=0.64;同时,利用14:00时的实测数据对所建立模型进行验证,R2=0.61,表明该模型具有一定的拟合精度。最后,将模型用于诊断核桃区域水分状况,证明了其具有较好的实际应用效果。该研究首次将固定式热成像设备与无人机热成像系统相结合来研究树木的冠层温度,并成功实现了从理论模型到实际应用,从单株水平到区域尺度的转换。