北京山区侧柏林蒸散拆分研究

以北京山区广泛分布的侧柏林为研究对象,分别采用水文学实测法(树干液流计结合大型蒸渗仪)和稳定同位素法对林分蒸散量进行定量拆分研究。结果表明:(1)在日尺度上,该林分的蒸散量和蒸腾量均显现为"单峰"型的变化曲线。林分总的蒸散量和蒸腾量均在正午前后达到最大值,分别为1.27,1.13 mm/h;(2)实测法和稳定同位素法对侧柏林蒸腾量占总蒸散量的计算结果分别为80.21%～89.63%和79.10%～98.71%。相比水文学实测法,稳定同位素法在小时尺度上误差为(3.97±3.53)%,而在日尺度上误差为(1.89±0.67)%。该林分蒸散主要来自于植被蒸腾,林木蒸腾耗水远大于土壤蒸发耗水。     

不同时间尺度下刺槐蒸腾耗水与环境因子关系

探究不同时间尺度下植物蒸腾变化与环境因子的关系,对理解植物生长的驱动机制及估算林分耗水具有重要的理论意义。以晋西黄土区蔡家川人工刺槐纯林为研究对象,于2021年5—12月采用热扩散探针(TDP)测定8株样树树干液流,并同步监测太阳辐射、空气温度、降雨量、土壤温度、土壤含水量等环境因子,分析不同时间尺度(小时、日、月)下刺槐蒸腾特征及其对环境因子的响应。结果表明：(1)环境因子对刺槐蒸腾耗水的影响在不同时间尺度下存在差异,整体上随着时间尺度的变大,土壤含水量成为影响刺槐蒸腾的主要因子,并且短时间尺度是主要取决于表层土壤水分,长时间尺度不仅为表层同时也取决于较深层土壤含水量。小时尺度下,刺槐蒸腾随太阳辐射、空气温度、水汽压亏缺、土壤温度变化而变化,但蒸腾峰值与环境因子的峰值均存在时间差异性,并无完全同步,差异时长可达-180～30 min,在各环境因子中太阳辐射与空气温度对刺槐蒸腾的影响较大;日尺度下,刺槐蒸腾速率主要取决于浅层土壤含水量,并随浅层含水量的增加而增大;月尺度下刺槐蒸腾耗水则取决于浅层与深层土壤含水量的共同作用;(2)构建了不同时间尺度下环境因子与刺槐蒸腾耗水的模型,各时间尺...     

日光温室番茄不同空间尺度蒸散量变化及主控因子分析

明确日光温室作物不同空间尺度蒸散量及变化规律是提高水分利用效率、实现农业水资源合理配置的关键。该文针对华北地区典型日光温室,于2015—2016年在中国农业科学院新乡综合试验基地,以滴灌番茄为研究对象,参考20 cm标准蒸发皿的累积蒸发量,设计充分灌溉和亏缺灌溉2种水平,研究不同水平下番茄叶片蒸腾、单株耗水(用茎流速率表征)和群体蒸散量的日变化和生育期变化,并采用通径分析法确定影响不同空间尺度蒸散量的主控因子。结果表明:叶片蒸腾和气孔导度随太阳辐射变化,峰值出现在10:00—14:00之间,移栽54~58 d后充分和亏缺处理的叶片蒸腾和气孔导度开始出现差异;充分和亏缺处理的单株耗水在晴天差异最大,阴雨天最小,且滞后太阳辐射约1 h;全生育期充分和亏缺处理的日群体蒸散量分别在0.32~6.65和0.15~5.91 mm/d之间变化,群体蒸散量在盛果期最大,占总耗水量的31.7%~34.7%。净辐射对叶片、单株和群体尺度的蒸腾量影响均显著,而水汽压差仅对单株和群体尺度蒸散量影响显著,估算日光温室番茄单株耗水和群体蒸散量时需考虑风速影响。水分胁迫条件下,考虑叶温变量可显著提高单株耗水和群体蒸散量的估算精度。研究可为不同空间尺度蒸散量转换方法的选择以及尺度提升理论模型的构建提供借鉴。     

北京山区典型人工林的耗水规律

在我国的北方地区植被与水资源之间的关系是森林植被构建的关键性问题.如何依据水分条件的承载力,构建水分稳定的森林植被是一项重要研究.以北京妙峰山侧柏、油松为研究对象,应用大型可称量式蒸渗仪测定林木个体耗水规律,并在此基础上进行尺度扩展,分析2种林分群体耗水特征.研究发现：在晴天条件下,侧柏和油松蒸腾强度的日变化趋势均为单峰曲线;在典型阴天和雨天条件下,2树种间蒸腾速率差异明显,受云量动态变化影响,蒸腾强度的日变化趋势为多峰曲线.通过相关分析发现,在选定的环境因子中太阳辐射通量、大气水汽压饱和差、空气温度、土壤含水率和土壤水势均与林木蒸腾速率呈正相关,而空气相对湿度与林木蒸腾速率呈负相关.另外,利用边材面积作为尺度转换因子实现由单木到林分的尺度扩展,根据测定的样木蒸腾量,推算得出侧柏林6-9月总蒸腾量为321.43 mm,油松林的总蒸腾量为192.83 mm.     

植物蒸腾耗水研究

在影响植物生命活动的各种生态因子中,水分是主要限制因子。与植物水分生命表征直接相联系的蒸腾强度、蒸腾量、蒸腾耗水变化规律及其与环境因子的关系。蒸散发既包括从地表和植物表面的水分蒸发,也包括通过植物表面和植物体内的水分蒸散。指出目前蒸散耗水量的计算方法大致可以分为:微气象学法、植物生理学法、以及SPAC综合模拟法等。并指出植被蒸散是一个复杂的物理过程和生物过程,是未来研究蒸散的主要途径和方向。     

黄土高原主要树种树干液流研究进展

为了明晰黄土高原主要树种树干液流的动态特征,该文通过对已发表相关文献搜集与整理(19篇涉及11个树种),采用meta分析手段归纳黄土高原主要树种树干液流动态、耗水规律及其影响因素。研究发现:(1)该区主要树种树干液流存在明显的昼夜变化规律;(2)太阳辐射、水汽压亏缺、土壤含水率是影响树干液流的主要环境因素;(3)树干液流测量手段、树木生长阶段以及测量时的天气条件会给树木蒸腾耗水估算带来不确定性;(4)11个树种的蒸腾耗水量大小的顺序为:针叶树种(侧柏、油松)乡土阔叶树种(白榆、辽东栎、旱柳、柠条、河北杨、小叶杨、山杏)外来阔叶树种(刺槐、苹果)。本研究为黄土高原地区造林树种的合理选择及树种耗水评价提供参考。     

乔木蒸腾耗水量研究方法述评与展望

参阅了大量国内外有关乔木蒸腾研究方法文献,认为乔木蒸腾量研究方法主要有二大类,即组织器官测定、单木测定;分类对典型研究方法(快速称重法、气孔计法、整株容器称重法、同位素示踪法、热脉冲法、树干热平衡法、热扩散探针法)进行了述评,对比分析了各种方法问的优缺点及其适用范围;展望了乔木蒸腾耗水作用研究方法的应用前景,认为热技术法是未来几年内的主要测定方法.     

宁南沙棘、柠条蒸腾和土壤水分动态研究

有效地利用土壤水分,维持水分平衡,是水土保持科研中的重要课题。通过对沙棘、柠条等树种的蒸腾和林地土壤水分动态的试验观测,本文得出如下结论:生产1克沙棘地上干物质总耗水为800克,其中蒸腾耗水483克,水分生产率为1.16g/ (mm·m~2);生产1克柠条地上干物质总耗水2264克,其中蒸腾耗水682克,水分生产率为0.44g/(mm·m~2)。因此沙棘、柠条水分利用率较高,可在半干旱地区大力发展。     

基于标准枝浸水法测定的不同杨树无性系蒸腾耗水特性

以山东省高密市林业局苗圃内进行区域适宜性试验的8个杨树无性系为研究对象,对不同杨树无性系蒸腾耗水特性进行了研究,结果表明:8个杨树无性系叶片蒸腾耗水速率日动态变化均呈单峰曲线;8个杨树无性系的叶片蒸腾耗水速率与环境因子相关程度依次是光照>空气相对湿度>空气温度>土壤含水量;8个杨树无性系白天单株日蒸腾耗水量大小次序为L35>I-107>NL895>中林46>I-109>L323>中绥12>NL95;依据单株蒸腾耗水量和单株材积对8个杨树无性系进行聚类分析,可分为5类,A类L35属于高材积量、高耗水型;B类L323、NL95和I-109属于中等材积量、较低耗水型;C类NL895为较低材积量,低耗水型;D类I-107为较高材积量、较高耗水型;E类中林46、中绥12为低材积量、中等耗水型.     

不同供水条件下土壤水分与烤烟蒸腾耗水的关系

采用旱棚人工控水试验,研究了不同供水条件下烤烟的生理需水规律及蒸腾耗水与土壤水分的关系。结果表明,在充分供水条件下,烤烟全生育期蒸腾耗水量的变化呈单峰曲线,以旺长期蒸腾耗水量最大,成熟期次之,伸根期最小,各时期蒸腾耗水模系数分别为45.23%,34.8％和19.97％。烤烟的蒸腾耗水量与土壤供水量成正比,各生育期供水不足均影响烟株的蒸腾耗水,尤其以旺长期干旱的影响最大。根据本试验结果,计算出了不同供水条件下烤烟蒸腾耗水的土壤水分胁迫系数,建立了非充分供水条件下土壤水分胁迫系数的订正函数和烤烟实际蒸腾耗水的时间－水分函数模型。     

基于氧同位素的玉米农田蒸散发估算和区分

农田蒸散发(evapotranspiration,ET)的估算和区分是土壤-植物-大气连续体中的重要研究内容,是农业水资源高效利用的重要基础。该研究分析了土壤水、蒸发水汽、蒸腾水汽和大气背景混合水汽氧同位素组成分布特征,并采用2种同位素的方法对玉米农田蒸散发进行估算和区分:1)结合Keeling plot和Craig-Gordon模型的同位素方法(Iso-CG);2)基于土壤水同位素守恒和水量平衡的方法(Iso-WB)。结果表明,在玉米生育期内Iso-WB方法与Iso-CG方法所计算的玉米蒸腾比例分别为0.64~0.91和0.52~0.91,平均值分别为0.80和0.78。玉米蒸散发总量在前期、中期和后期均值分别为3.95、5.30和4.98 mm/d。通过比较参数并与前人研究结果对比分析,表明采用Iso-CG方法估算区分ET相对精确,采用Iso-WB方法计算蒸散发要求的测量精度相对较高,计算误差较大。该研究成果不仅为玉米农田制定灌溉制度及提高用水效率提供了理论依据,而且对深入探索氧同位素水文学领域具有重要意义。     

两种生态系统服务价值评估方法的比较研究——以环杭州湾地区为例

生态系统服务价值可以用来衡量生态环境的状况,但目前尚未形成统一的价值核算方法,该研究旨在比较评估方法及计算结果的差异。当量因子评估法和功能价值评估法被用于计算环杭州湾区域2000—2015年的生态系统服务价值,并对其结果进行了比较分析。结果表明:当量因子评估法的结果显示生态系统服务价值在2000年、2015年分别为779.58亿元和736.63亿元,功能价值评估法的结果是781.86亿元与810.37亿元。两种方法的结果较为接近,但呈现上升、下降两种相反的变化趋势。针对这一差异比较两种生态系统服务价值计算方法,认为功能价值评估法针对较小空间尺度的评价更为细致,能充分评估生态城市建设用地的产出,展现出的生态系统服务价值在功能结构、空间分布上更均衡,因而更适用以环杭州湾地区为例的城市化度较高的区域。     

基于神经网络与决策树的土壤粗糙度测量

利用野外拍摄照片判读土壤粗糙度是一种简单快速的测算方法。为了克服人工判读处理效率低、结果易受人为因素影响和目前的计算机自动读取结果易受野外杂草影响、自动化程度有待提高的缺点,提出了一种基于神经网络和决策树的土壤粗糙度测量方法。该方法在建立神经网络时充分考虑土壤边界线、白板边缘及参考方框的特征选取输入特征向量,消除噪声影响,实现图像边缘检测;并在此基础上建立决策树区分白板、土壤、参考方框等信息,完成土壤边界线和比例尺的获取。野外试验中不可避免有杂草和光照的影响,考虑到阴影、土壤和杂草色彩的差异性,决策树判决准则的选择不仅包含了纹理信息而且考虑了色彩信息。试验表明,基于神经网络与决策树的土壤粗糙度测量采用带有简单方框的参考白板能快速高效地从复杂的野外照片中获取土壤粗糙度信息,降低了拍摄要求。自动提取结果与人工判读相比,所得均方根高度的误差在5%以内,相关长度的计算误差在1%以内,具有较高的精度和可靠性。该研究方法为土壤粗糙度实时在线测算提供了有效的解决方案。     

两种土壤导气率测算模型的对比分析

土壤导气率是重要、易测量的土壤参数,其价值在于可以预测田间饱和导水率,反映土壤孔隙和土壤结构特征。国内外学者提出不同土壤导气率测算模型。本文通过对比瞬态法和稳态法两种土壤导气率测算模型,分析两模型在测量效率、经济性等方面优缺点,以及测量结果的相对误差变化幅度。瞬态法相对稳态法,无须测量通过土样的气体数量,测量时间短,且只需少量体积的气体通过土样,对土样结构破坏小;而稳态法测量技术较成熟,计算方便。室内对60组土样测算结果表明,瞬态法与稳态法测量结果之间具有极显著的相关性,可用线性函数关系式y=0.979 1 x表示;以稳态法为标准,两种方法测量结果相对误差变化幅度在0.5%~45%之间,80%以上测量结果相对误差变化幅度<15%,仅有少数变化幅度>20%;同时,试验结果也验证了稳态试验中气体传导速率Q与测量仪内封闭气体压强值△P存在显著的线性关系,及Kirkham提出的在瞬态模型中被测土样密封端压力动态变化与时间t之间存在线性关系。     

Drought effects on water relations in beech: The contribution of exchangeable water reservoirs

The exceptional soil drought and heat wave that occurred in Europe in summer 2003 provided a good opportunity to analyze the response of forest ecosystems to extreme climatic conditions. This work aimed at studying the functioning of exchangeable water reservoirs of beech trees under climatic and edaphic constraints, in a 37-year-old beech stand located in north-eastern France. We characterised the impact of drought on seasonal variations in water fluxes at the tree (sap flow measurements) and the forest (eddy covariance measurements) scales and estimated (i) the daily water storage capacity of beech trees as the difference between stand-scaled sap flow and water vapour flux over the stand and (ii) the contribution of exchangeable water in tree reservoirs to the total tree transpiration, under non-limiting soil water (summer 2002) or severe soil drought conditions (summer 2003). In parallel, daily variations in trunk circumference were analyzed to estimate the contribution of elastic tissues as a compartment for water storage to tree transpiration.Stand transpiration was strongly reduced by soil water shortage (up to 80% at the peak of drought in August 2003). From the beginning of August 2003, we observed daytime contraction of stem circumference, with only partial, or even no night recovery, suggesting that trees were less and less able to refill the elastic and strongly depleted reservoirs. Even if those elastic reservoirs were active throughout the season, the corresponding volume of water withdrawn for tree transpiration remained very low (maximum 1% of the daily transpiration). Thus, elastic tissue reservoirs play a minor role in the total water budget of beech trees.The amount of water depleted daily from the whole reservoirs was much higher than the water extracted from elastic tissues. Furthermore, the contribution of total exchangeable water within trees to the transpiration stream increased during the dry period (from a few percent to 67% at the peak of the drought) and was positively correlated with soil water shortage. Our results thus clearly demonstrated the strong sensitivity of beech to both climate and drought and the major role of whole tree water reservoirs to maintain leaf transpiration under severe drought.     

Suitability of plant physiological methods to estimate the transpiration of agricultural crops

Transpiration is the main part of the water balance in the system soil-plant during the vegetation period. Its determination or calculation is essential for modeling of soil moisture content or solute transport. Transpiration is difficult to quantify because it is influenced by the atmosphere, the soil, and the plants. This paper describes the potential and limitations of plant physiological methods (sap flow, gas exchange, leaf water potential) to estimate the transpiration. A weighable lysimeter was used as reference method. Results are shown for corn [Zea mays L.] and rape [Brassica napus L.]) for the years 1998 and 1999. At days without rain the diurnal transpiration rates, determined by the plant physiological methods and by the lysimeter differ by less than 12%. The results demonstrate that the plant physiological methods applied are important for an understanding of the complex transpiration process. Limitations lie in the difficulties in up-scaling, and the impossibility of measurements of the absolute actual transpiration rates of agricultural crops for longer periods like months or years.     

基于超声波传感器和DGPS的果树冠径检测

为实现果园果树的仿形精确喷雾，适时获取果树冠径信息，采用超声波传感器，GPS接受机和电子罗盘等在拖拉机上建立了一套果树冠径检测试验系统。并在室外对5个圆柱规则外形树冠进行了检测试验。试验分别采用4种树冠直径检测计算方法，并选择0.31 m/s和0.65 m/s两种不同拖拉机行驶速度进行检测。采用误差分析的方法检验果树冠径检测系统的实际检测效果。误差分析表明拖拉机分别以0.31 m/s和0.65 m/s速度行驶时，应用超声波探测果树树冠两个轮廓边缘计算5个树冠直径的平均相对误差分别为5.54%和5.80%。用电子罗盘和DGPS数据进行加权平均融合修正拖拉机行驶轨迹，由超声波检测到的果树两个轮廓边缘的位置信息计算果树直径，在两种检测速度下的平均相对误差为14.38%。研究结果为果树仿行喷雾控制和果园果树生长信息采集提供了技术方法。     

树冠遮挡条件下全站仪测量树高及材积方法

树高、材积是森林调查中最重要的测树因子,对森林资源调查和林业科学研究有着重要的意义。为了解决林区遮挡条件下无法精确量测树高进而无法确定单木材积的问题,该研究运用全站仪进行森林样地外业数据采集,对内蒙古赤峰市旺业甸林场的188株落叶松和146株白桦进行量测。对每一株立木分别量测胸径、最高可观测处干径和该处距地面的距离以及这2处之间的中间位置的干径和该处距地面的距离,然后分别利用相似三角形法、简单生长经验方程法和孔兹干曲线方程法估算出树高及材积。试验的最高可观测的位置做了以下4种情况的假设:1/3树高、1/2树高、2/3树高和9/10树高。对这4种情况分别求得树高及材积,最后分别对其进行精度分析,得到随着最高可观测部分的增高以及观测点数的增加,测算出的树高及材积会越来越精准。其中运用生长经验方程,测算树高和材积的精度都能达到70%~80%;运用孔兹干曲线法测算树高和材积的精度都能达到70%~90%。该方法可用于林区遮挡条件下单株立木材积的测量,对实际生产有一定的参考意义。