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.     

基于MATLAB的华北落叶松蒸腾仿真模拟

蒸腾是植株主要的耗水形式.以六盘山北侧的华北落叶松为研究对象,采用当前国内外较先进的热扩散式树干边材液流测定技术从单株水平上探讨了华北落叶松的蒸腾速率特性以及其与环境因子之间的影响机理.就气象因子和蒸腾速率进行了分析,提出了气象因子和华北落叶松蒸腾耗水的数学模型.应用Matlab软件对华北落叶松进行了模糊蒸腾模型的设计和仿真.研究结果表明,空气相对湿度和空气温度是影响华北落叶松蒸腾速率的直接因子,太阳辐射式通过改变空气湿度和空气温度进而来影响华北落叶松的燕腾速率.     

单株油蒿蒸腾耗水特征及其与环境因素的关系

[目的]探究油蒿的蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应,旨在为固沙植被建设提供科学依据。[方法]利用野外大型称重式蒸渗仪于2014年6—9月底对单株油蒿的蒸腾过程进行连续观测,并同步监测了土壤含水量及相关气象因子。[结果]油蒿单日蒸腾强度曲线在晴天表现为双峰曲线,而在阴雨天双峰曲线不明显;研究期间,单株油蒿蒸腾耗水量为101.66mm,日平均蒸腾强度为0.83mm/d。蒸渗仪内土壤蒸发量106.05mm,日平均土壤蒸发强度为0.87mm/d,试验期间蒸散量占降雨量的82.98%。降雨可以维持油蒿正常生长,并对土壤水分进行一定补充;油蒿蒸腾强度与空气相对湿度(p0.01)、空气温度(p0.01)、太阳净辐射(p0.01)和20cm深度土壤体积含水量(p0.05)具有很好的相关性,且相关性依次减小。[结论]油蒿蒸腾耗水日变化明显,其蒸腾速率受土壤水分状况、气象条件及自身生理特征等因素的影响。     

辽东栎不同方位边材液流季节动态及其对蒸腾耗水测算的影响

利用Granier树干液流测定系统,对黄土高原半干旱区天然辽东栎树干不同方位的边材液流动态进行了长期监测,并同步监测环境因子(空气温度、湿度、太阳辐射等),分析了不同方位液流通量密度的相互关系、对液流通量和蒸腾耗水量测算的影响以及与环境因子的关系。结果显示,辽东栎东、西、南、北4个方位测得的液流通量密度存在显著差异,并显著相关。辽东栎生长季内(5-10月)单株日蒸腾耗水量分别与日总太阳辐射和日均白天空气水气压亏缺进行指数饱和曲线拟合,拟合效果较好。采用2个方位和1个方位树干液流通量密度测算的整株蒸腾耗水量与采用4个方位的测算值分别相差约18%和30%,说明不同方位之间的液流差异可能成为蒸腾耗水测算的重要误差来源。     

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。     

亚热带季风区樟树蒸腾与气象因子之间的时滞效应

以亚热带地区常绿阔叶树种樟树(Cinnamomum camphora)为研究对象,利用Grainer热扩散式探针技术,于2019年6月至2020年10月测定了樟树小时尺度的蒸腾速率,并同步监测了气象因子和土壤含水量,分析了樟树蒸腾在日间不同时段与主要气象因子的关系、时滞的变化特征以及时滞校正对蒸腾预测模型的影响。结果表明:蒸腾在生长季(6—10月)与太阳辐射的时滞回环呈逆时针,与饱和水汽压差和气温的时滞回环呈顺时针。利用Gauss方程拟合发现,2019年与2020年生长季蒸腾平均滞后于太阳辐射0.94 h,提前于饱和水汽压差和气温2.60,2.61 h。这种时滞效应是蒸腾在日内不同阶段对气象因子的响应不同导致的,蒸腾在上升阶段(7:00—11:00)对太阳辐射变化的响应较下降阶段(17:00—21:00)敏感,而在上升阶段蒸腾对饱和水汽压差和气温变化的响应不如下降阶段敏感。蒸腾与太阳辐射、饱和水汽压差和气温的时滞效应存在明显的季节变化,2019年与2020年的归一化时滞回环面积存在一定差异,但均在10月最大,8月或9月最小。小时尺度上,土壤水分充足时,时滞随主要日均气象因子的增大而增大,土壤水分胁迫时,随主要日均气象因子的增大,时滞变化不明显。时滞校正后,太阳辐射和饱和水汽压差与蒸腾的回归方程的决定系数分别提高了4%和9%,运用主成分分析构造的综合气象因子对蒸腾模拟的决定系数提高了7%,时滞校正可以提高蒸腾预测模型的精度。旨在加深对植物生理过程与环境变化过程关系的认识,并为提高蒸腾预测模型的精度提供依据。     

黄土高原不同林龄刺槐林土壤呼吸研究

采用LI-8100开路式土壤呼吸仪对不同林龄(10,12,13,16a)刺槐林土壤呼吸速率、温度、水分进行了测定。结果表明:(1)不同林龄刺槐林土壤呼吸速率均呈现明显的日动态和季节动态,表现出夏季秋季冬季;(2)各林龄刺槐林土壤呼吸速率与大气温度、地表温度、5cm土壤温度均有很好的指数关系,尤其与5cm土壤温度的相关性最好,且各林龄刺槐林的Q10存在差异,表现为随着林龄的增大,Q10值也随之增大;(3)各林龄刺槐林土壤呼吸速率与土壤体积含水量具有很好的线性关系,且相关性都达到了显著水平(p0.05);(4)各林龄刺槐林土壤呼吸速率与5cm土壤温度、土壤体积含水量的综合作用也具有很好的相关性,且都达到了极显著水平(p0.01),二者共同解释了土壤呼吸变异的93.8%~98.1%,且双因素模型远比单因素能够更好地解释刺槐林土壤呼吸速率的变异。     

青海湖地区典型固沙植物对根下土壤改良作用的初步研究

通过调查青海湖地区典型固沙植物沙蒿(Artemisa desterorum Spreng.)、沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)和乌柳(Salix cheilophila)的根系分布情况,测定灌丛根下及裸沙地土壤温湿度、土壤有机质、土壤养分等理化指标,初步分析了3种典型固沙植物在植被恢复初期对土壤的改良作用。结果表明,土壤温度均高于空气温度,其中裸沙地和沙棘根下土壤温度略高;植物根下土壤水分均低于裸沙地,植物生长耗水表现为沙蒿沙棘乌柳;3种植物对土壤养分及土壤有机质的提高均发挥出较大的作用,尤其是对表层土壤(0-10cm)的改良效果明显。自然植被沙蒿对土壤养分的改良效果最明显,而人工植被乌柳能够显著提高土壤有机质含量。在极端贫瘠的高寒沙地,人工植被能够改善植被恢复区土壤有机质及土壤养分状况,从而进一步促进自然植被的恢复。     

多年冻土区白桦次生林蒸腾特征及其对影响因子的响应

探究多年冻土区白桦次生林蒸腾特征对影响因子的响应,为准确评估该地区森林生态系统水文效应提供科学参考。运用热扩散式探针法,从2021年5—9月对多年冻土区的白桦树干液流进行监测,并同步观测影响因子变化情况。结果表明：整个观测期,白桦次生林蒸腾表现出明显的小时、日、月变化。(1)白桦次生林小时蒸腾特征表现为优势木>中等木>被压木,蒸腾动态在晴天呈单峰曲线,在雨天呈双峰曲线。日尺度上,白桦次生林蒸腾平均值为1.47 mm/d,且最大值出现在7月。在整个观测期,林分蒸腾表现出明显的月变化,即7月>6月>8月>9月>5月,分别为65.08,62.43,54.27,22.92,19.84 mm;(2)林分累计蒸腾量共计224.54 mm,占同期降雨量的32.41%,其中优势木为林分蒸腾的主要贡献者,占林分总蒸腾量的62.64%;(3)在小时尺度上,林分蒸腾量主要受大气温度和饱和水汽压差所影响;日尺度上,林分蒸腾与潜在蒸散、空气温度、太阳辐射、饱和水汽压差、叶面积指数以及土壤温度极显著正相关(p<0.01);与空气相对湿度极显著负相关(p<0.01);...     

皇甫川流域单株本氏针茅的蒸腾模型

采用快速离体称重法,测定皇甫川流域本氏针茅每日6:00-19:00蒸腾强度的日动态;用自动气象站同步连续监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速、10 cm处土壤温度等环境因子;用LI-6400便携式光合系统同步测定本氏针茅每日6:00-19:00的叶蒸腾速率、气孔导度等因子,并用Excel 2003,Visual C++6.0和SPSS 13.0处理所测定数据.通过分析本氏针茅每1 h单株蒸腾量与环境因子以及植物特性因子之间的关系,建立了皇甫川流域单株本氏针茅瞬时蒸腾量数学模型.通过对模型评价指标进行计算及分析,认为该模型拟合优度较好,可以获得满意的数值模拟结果.在此基础上,建立了单株本氏针茅的日蒸腾量数学模型.     

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。     

不同土壤水分条件下山杏的蒸腾特性与影响因子

 为了解干旱地区影响山杏苗木蒸腾特性的因素,在人工控制土壤水分的条件下,利用Li-1600稳定气孔仪等仪器,对生长在不同土壤含水量条件下的山杏苗木进行蒸腾特性及其大气环境因子测定。结果表明:在不同水分条件下,山杏蒸腾速率及气孔阻力的日变化曲线呈“双峰型”;蒸腾速率与土壤含水量的关系呈三次线性相关,8、9月份,山杏叶片蒸腾速率达到最大值时所对应的土壤含水量分别为18.01%、16.86%;在试验的4个土壤水分梯度中,蒸腾速率与大气环境因子的相关性随土壤水分的增大而增大;在土壤水分严重胁迫的条件下,8月光合有效辐射对蒸腾作用影响较大,9月气温对蒸腾作用影响较大;在土壤水分充足的条件下,8月空气相对湿度对蒸腾作用影响较大,9月太阳有效辐射对蒸腾作用影响较大。     

黄土半干旱区不同密度刺槐林地的土壤水分动态

 通过对1998—1999年5—10月2个生长季不同密度刺槐林的连续观测,研究林地土壤水分运动规律及年际变化特征。结果表明:春季不同密度刺槐林地的土壤水分差异较小,并有随林分密度增大而减小的趋势,林分密度越小土壤深层储水量越高。不同密度的刺槐植树带随着林分密度的增大,渐渐隐现出干旱、半干旱地区成林的土壤干化现象,而且随着降水的减少和林木个体水分消耗的递增,林分内水分供需矛盾越来越显著。对于自然集水斜坡面积在8m2以上的刺槐植树带内,深层土壤水分能得到较好的补偿。随着林分密度的增大,林下植被种类和数量越来越少,逐步由中生植物向旱生植物过渡,其生物总量、盖度、长势和植物体含水量也随之降低,反映出林地土壤的水分环境容量随林分密度变化的特征。     

黄土丘陵沟壑区刺槐动态固坡效应

植被能够有效提升浅层坡体的稳定性和抗蚀性。为了初步定量评估浅层滑坡易发的黄土丘陵沟壑区植被固坡作用在自然条件下的动态变化结果,以黄土丘陵沟壑区主要造林树种刺槐为例,考虑植被固坡的根系机械作用和水文作用在2017年全年自然条件下的动态变化。通过挖掘根系剖面对根系截面积分布进行调查,单根抗拉试验测试根系抗拉强度,以利用Wu模型对刺槐根系的附加黏聚力进行计算;通过现场调查确定研究样地与植被水文作用相关的参数,室内入渗试验和土壤离心试验获取土壤的水力学参数,利用生态水文领域水分运移软件Hydrus-1D对刺槐植被坡体水分的运移进行瞬态分析;最终基于变饱和条件下的无限斜坡模型对坡体的稳定性进行分析,并分别计算刺槐根系机械作用和水文作用对坡体稳定性的动态贡献率。结果表明:(1)刺槐根系机械作用对20,40,60 cm深度处浅层坡体的稳定性提升196.56%±28.08%,106.74%±13.19%,20.61%±2.43%,同时机械作用的贡献率还具有一定波动性;(2)刺槐在生长期内,通过林冠截留拦截70.2 mm的降雨量,蒸腾耗水作用改变坡体土壤含水量和吸应力,有效地提升坡体稳定性;(3)根系机械作用的贡献全年均存在,且波动性较水文作用贡献率的波动性小,但水文作用的贡献主要发生在刺槐的生长期,且水文贡献率的部分峰值较机械作用的贡献率大。研究结果进一步揭示了黄土高原丘陵沟壑区刺槐植被坡体在自然条件下的动态变化过程。     

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。     

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤入渗特征及其影响因素

为研究林分密度对土壤入渗性能的影响,以晋西黄土区5种密度(1 075,1 300,1 575,1 800,2 150株/hm~2)刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)林为研究对象,采用双环入渗法测定其土壤入渗过程,并对入渗特征指标与土壤理化性质的相关性进行分析。结果表明:(1)不同密度刺槐林土壤入渗过程的变化规律一致,均经过瞬间入渗(0～5 min)、缓慢入渗(5～40 min)和稳定入渗(40 min后)阶段。(2)土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量在不同林分密度下差异显著(P0.05),不同密度刺槐林土壤入渗能力表现为1 075～1 800株/hm~2,随林分密度增大,土壤入渗能力增强,在密度1 800株/hm~2后有减弱的趋势。故从林地土壤入渗能力角度,建议今后研究区刺槐林的经营密度以1 800株/hm~2为宜。(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型对不同密度刺槐林的土壤入渗过程进行模拟,从决定系数R~2来看,通用经验模型的R~2最大(0.990),故拟合效果最好,可作为晋西黄土区刺槐林土壤入渗过程的预测模型。(4)土壤入渗与土壤理化性质密切相关,不同密度刺槐林的土壤入渗性能与土壤容重呈极显著负相关(P0.01),与有机质和0.25 mm水稳性团聚体含量呈极显著正相关(P0.01),与孔隙状况和质量含水率也有一定正相关性。     

晋西黄土残塬沟壑区刺槐人工林土壤水分植被承载力研究

为明确在干旱缺水地区,植被对深层土壤水分的过度消耗以及水资源的承载能力,在晋西黄土残塬沟壑区选取林分密度1 300株/hm~2的刺槐人工林为研究对象,以裸地为对照,利用Enviro-SMART土壤水分监测系统(FDR)和热扩散探针(TDP)技术对当地刺槐人工林地0—150 cm范围内各土层体积含水量与树干液流量进行长期连续定位观测,采用土壤有效水与单株刺槐耗水量的比值来衡量研究区刺槐人工林土壤水分植被承载力。结果表明:(1)月降水量和月土壤储水量是决定刺槐人工林土壤水分植被承载力的主要环境因子,且二者与土壤水分植被承载力之间均呈现显著的正比例关系(P0.05)。(2)根据构建的刺槐人工林土壤水分植被承载力模型,计算出当地林龄为19年的刺槐人工林0—150 cm土层深度的土壤水分植被承载力为1 224株/hm~2,稍小于研究区实际林分密度(1 300株/hm~2),为保证当地刺槐人工林分耗水深度控制在0—150 cm土层范围内,同时也为促进当地林分生产力处于最优水平,建议在今后的营林造林过程中将刺槐人工林密度控制在当地土壤水分植被承载力范围之内,在减少林地深层水分消耗、调整林地土壤水资源平衡的同时,促进当地林业产业的合理发展。