热带山地雨林尖峰栲边材液流及其与环境因子的关系

应用热扩散法,采用ICT-2000TE环境与蒸腾系统同步监测了热带山地雨林尖峰栲边材液流速率和环境因子的变化.结果表明：尖峰栲边材液流速率的变化规律是晴天为单峰曲线、阴雨天气为双峰或多峰曲线.边材液流速率与太阳辐射、空气温度、蒸汽压亏缺、林内风速呈极显著正相关,与空气相对湿度呈极显著负相关.在旱季监测期间,其与土壤温度呈极显著正相关、与土壤湿度相关不显著;而在雨季,其与土壤湿度呈极显著正相关,与土壤温度相关不显著,说明降雨过程对边材液流影响较大.建立了旱季和雨季监测期间的边材液流与环境因子多元线性回归模型,经过F值检验,达极显著水平.旱季、雨季监测期间尖峰栲单株平均蒸腾量分别为103.5和41.3 kg·d^-1,单位林地面积蒸腾量分别为1.94和0.77 mm·d^-1.     

黄土高原半干旱区刺槐生长盛期树干液流动态

通过研究树干液流速率与气象因子的关系,可以定量地分析树木生长与群落蒸腾耗水的相互关系,揭示黄土高原半干旱区刺槐水分利用动态及其适应环境因子的内在机理,为当地生态环境建设提供理论依据。应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年7月1日至7月26日,在黄土高原半干旱区安塞县对刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林生长盛期树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等指标进行了同步测定。刺槐生长盛期树干液流速率晴天日变化呈宽峰形曲线,在测量时期液流速率日平均值为0.00133cm·s–1;刺槐树干单位边材面积的液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。其相关程度绝对值顺序为光合有效辐射大气温度水汽压差相对湿度风速;刺槐边材面积与胸径之间存在着显著的线性相关关系,相关系数为0.878,单位边材面积的液流速率随树干胸径的增大而减小。     

基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究

定量分析单木及林分的蒸腾耗水特征,是林木水分管理的关键环节。采用热扩散式边材液流检测技术,结合自动气象站,对三倍体毛白杨树干边材液流及环境因子进行了连续2年的动态观测。结果表明:(1)单株尺度上,三倍体毛白杨边材液流速率日变化在晴天表现为"单峰型",关键影响因子为水汽压亏缺(VPD)和太阳辐射(Qs),日平均液流速率在4—10月分别为0.65×10-3、2.12×10-3、2.09×10-3、1.78×10-3、1.84×10-3、1.76×10-3、1.04×10-3cm/s;(2)林分尺度上,三倍体毛白杨在2008、2009年(栽植第4年和第5年)的蒸腾耗水量分别为339.52和410.62 mm,主要影响因素为气孔导度(Gc)、相对湿度(RH),以及VPD;(3)多元线性回归模型可以较好的模拟三倍体毛白杨边材液流速率对环境因子的响应特征(P0.01,2008年),模型预测值较实测值偏大6.39%(2009年),二者极显著线性相关(R2=0.910,Sig.=0.00054,n=1008)。     

利用热扩式边材液流探针（TDP）测定树木整株蒸腾耗水量的研究

 介绍了热扩散式液流探针的工作原理及利用液流探针测定树木边材液流速率的方法。利用边材液流探针和多种气象因子传感器及数据采集系统组成的微型气象站,通过对北京西山地区油松(Pinus tabulaeformis)、栓皮栎(Quercus variabilis)混交林林分平均木树干边材液流速率及风速、有效辐射和空气温度、空气相对湿度的日变化和连日变化的测定和分析,揭示了5月干旱季节两树种蒸腾耗水的日变化和连日变化规律,以及栓皮栎树干基部和树冠大枝边材液流的差异,并进行了理论推导,同时分析了液流速率的波动规律与主要气象因素波动的相关性。     

外来引种树种大叶相思和柠檬桉树干液流和蒸腾耗水的季节变异

为明确华南地区大叶相思(Acacia auriculaeformis)和柠檬桉(Eucalyptus citriodora)水分利用特征的季节动态变化,利用Granier热消散探针对广东地区两种引进乔木的树干液流进行了连续的长期监测,并同步监测了样树周围的环境因子。结果表明:2种乔木的液流在任何季节都表现出明显的昼夜变化规律,大叶相思的液流峰值和均值都显著高于柠檬桉;液流与环境因子之间的时滞关系因树种和季节的差异而有所不同;光合有效辐射、水汽压亏缺、空气湿度、气温均与液流速率显著相关,冬季光合有效辐射为主导因子,夏季水汽压亏缺为主导因子;比较径级相同、边材面积相似的大叶相思和柠檬桉发现,前者的日蒸腾耗水量显著大于后者,大叶相思蒸腾耗水的季节差异要比柠檬桉更加显著;研究还发现,柠檬桉的边材厚度随年龄的增长而下降;从蒸腾耗水能力的差异可以看出,20世纪80年代中期种植的柠檬桉显然比同龄大叶相思衰退更快。     

液流径向变化对尾巨桉单株日蒸腾量估算的影响

采用Granier热扩散方法(TDP)测定了尾巨桉2个径向深度(0～2和2～4 cm)的液流速率,探讨液流径向变化对树木蒸腾估算产生的影响、不同个体大小的估算误差以及估算误差与光合有效辐射(PAR)和水汽压亏缺(VPD)的关系.结果表明: 尾巨桉的日蒸腾量在单点径向深度0～2 cm条件下估算值最大,两点综合估算值次之,单点径向深度2～4 cm最小,单点径向0～2 cm和径向2～4 cm所得的日蒸腾量分别较两点综合估算值高估了32.9%和低估了58.7%;用单点径向0～2 cm估算蒸腾量时所产生的误差随胸径的递减而减少,胸径为17.7、12.9和9.8 cm的树木产生的估算误差分别为51.7%、33.0%、18.0%,而单点径向2～4 cm所产生的估算误差则没有明显的径级差异;PAR和VPD都与单点径向0～2 cm估算误差有较好的正相关性,相比较VPD而言,PAR与单点径向0～2 cm估算误差的相关性更好.相比传统的仅用单一深度液流速率估算单株蒸腾耗水量的方法,两点估算方法一定程度上提高了日蒸腾量计算的精度,为尾巨桉人工林森林耗水量估算提供了可靠依据.     

桉树无性系和华南乡土树种秋枫苗木耗水特性的比较

研究尾巨桉DH33-27、尾巨桉DH32-29、巨桉H1、红冠桉和秋枫5种苗木在正常土壤水分条件下的耗水量、耗水速率、叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE).结果表明:5种苗木的日平均耗水量大小顺序为:尾巨桉DH32-29(188.47±14.91)g尾巨桉DH33-27(169.27±16.26)g巨桉H1(118.65±5.32)g秋枫(38.12±1.46)g红冠桉(20.13±1.72)g,耗水量与苗木整株叶面积呈显著正相关.苗木耗水大多集中在白天,白天平均耗水量约为全天平均耗水量的90%.正常土壤水分条件下,5种苗木的耗水速率日变化均呈单峰曲线,峰值出现在12:00—14:00.桉树总体耗水能力强于秋枫.其中,红冠桉的耗水速率远高于其他4种苗木,大面积种植应充分考虑水分问题;尾巨桉DH33-27的耗水速率受环境温湿度影响最大,在白天高温低湿的情况下,其平均耗水速率在4种桉树苗木中最小.与秋枫相比,供试4个桉树无性系均表现出高光合、高蒸腾的特性.2个尾巨桉无性系表现出良好的节水性能.除尾巨桉DH33-27,桉树总体水分利用效率高于秋枫.     

不同径级的西伯利亚红松树干液流及蒸腾耗水特征的差异

基于热扩散技术,采用TDP法连续监测了新疆喀纳斯国家自然保护区内不同径级西伯利亚红松的树干液流,分析其在生长季内(6~9月)的液流变化及蒸腾耗水特性,为阐明喀纳斯保护区优势树种水分循环机理,以及理解区域尺度上森林生态系统水分循环及其过程应对未来气候变化的响应机制提供依据。结果显示:(1)不同径级西伯利亚红松在晴、阴、雨3种天气条件下的树干液流日动态变化均呈昼高夜低的多峰型曲线,但变化频率和变化幅度差异明显,日最大液流值的排序为晴天阴天雨天。(2)树干液流的发生较光合有效辐射的变化存在明显的滞后效应,不同径级西伯利亚红松的最大液流峰值滞后时间在30~207min。(3)西伯利亚红松的月平均树干液流的大小顺序为7月8月9月6月,且相同径级树干阳生面的液流速率均大于阴生面。(4)西伯利亚红松全株的蒸腾耗水量为7月份的最大,其值占整个生长季的61.8%;且大径级阳生面的蒸腾耗水总量(6 716.79g)和阴生面蒸腾耗水总量(4 649.08g)分别是相应小径级阳生面和阴生面的2.00和2.45倍。(5)气温、空气相对湿度和光合有效辐射是影响西伯利亚树干液流的主要因素,同时0~5cm和20~30cm土壤温度对其影响也较大。研究表明,西伯利亚红松在生长过程中,大径级树干的液流和蒸腾耗水量大于小径级,主要发生部位为树干的阳生面,且在7月份的变化最明显。     

基于稳定同位素和热扩散技术的张北杨树水分关系差异

利用稳定氢同位素和热扩散技术研究张北防护林杨树的水分来源和蒸腾耗水,分析确定未退化与退化杨树的水分关系差异.结果表明:在生长季节中退化杨树主要利用0～30 cm土壤水分,未退化杨树主要利用30～80 cm土壤水分,两者的水分来源不同.旱季时,未退化杨树利用深层土壤水分和地下水的比例明显高于退化杨树.雨季中,杨树对0～30 cm土壤水分的利用比例增加,退化杨树增加幅度明显高于未退化杨树,对30～180 cm土壤水分的利用比例均减少.未退化杨树的液流速率大于退化杨树,不同天气中液流速率表现出相似的变化趋势,但未退化杨树液流的启动时间比退化杨树早.相关分析表明,未退化和退化杨树液流速率与土壤温度、风速、太阳辐射、相对湿度、空气温度均呈极显著的相关关系.退化杨树液流速率与土壤温度和空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素呈显著正相关,而未退化杨树仅与空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素均呈显著正相关关系,表明退化和未退化杨树蒸腾耗水易受环境条件的影响.退化杨树液流日累计量明显小于未退化杨树,表明其蒸腾耗水量较少;退化杨树水分来源浅,蒸腾耗水的减少并不能阻止林分退化.     

春季麻栎树干边材木质部液流垂直变化及其滞后效应

利用热扩散式边材液流茎流探针(TDP)和微型自动气象站组成的测定系统,对泰山林科院林场麻栎(Quercus acutissima)人工林树干不同高度边材液流及其相关环境因子进行了连续观测,对影响边材液流的主要环境因子进行了相关性和滞后效应分析。结果表明:同一立木,树干上位边材液流流速上升快,高峰期持续时间短,但高峰流速较高,最大流速在0.002 cm·s^-1以上;树干下位边材液流流速上升、下降慢,液流高峰期持续时间较长,最大流速不超过0.001 cm·s^-1。太阳净辐射是麻栎边材液流最主要的影响因子,且成正相关,空气温度、空气相对湿度对边材液流的影响较小,空气温度与麻栎边材液流的影响成正相关,相对湿度与边材液流速率成负相关。边材液流与主要环境因子日周期波动在时间上存在延迟效应,延迟效应因树干高度和环境因子而变。树干上、中和下部边材液流与太阳净辐射变化的滞后时间分为80、20和30 min,与空气温度的滞后时间分别为60、130和110 min,与空气相对湿度的滞后时间分别为170、160和90 min。     

5种相思树和尾巨桉人工林土壤养分和酶活性特征

为揭示固氮树种土壤养分转化的酶学机制,对固氮树种[厚荚相思(Acacia crassicarpa)、黑木相思(A. melanoxylon)、卷荚相思(A.cincinnata)、大叶相思(A.auriculiformis)和马占相思(A.mangium)]及非固氮树种尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)人工林的土壤养分含量、酶活性及其相关性进行研究。结果表明,相思林40～60cm土层的pH均高于尾巨桉林;5种相思林土壤各土层的TP、TK含量均低于尾巨桉林,而20～40 cm土层的TC、TN含量均高于尾巨桉林,黑木相思林和马占相思林各土层的有效养分均显著高于尾巨桉林(P0.05)。0～10 cm土层中,相思林的土壤酸性磷酸酶和纤维素酶活性均高于尾巨桉林,大叶相思林的土壤脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和芳基硫酸酯酶活性显著高于尾巨桉林(P0.05),卷荚相思林的土壤脲酶、纤维素酶、几丁质酶和淀粉酶活性显著高于尾巨桉林(P0.05)。相关分析结果表明,土壤脲酶、蔗糖酶和几丁质酶活性与AP显著负相关(P0.05),蔗糖酶和纤维素酶活性与NH4+-N显著负相关(P 0.05),脲酶、纤维素酶、芳基硫酸酯酶与土壤TK显著负相关(P0.05),几丁质酶活性与TN含量呈显著正相关(P0.05),土壤淀粉酶活性与NH4+-N呈显著正相关(P 0.05),过氧化氢酶活性与土壤TK含量呈显著正相关。可见,与尾巨桉人工林相比,在我国南方退化山地引种相思树可提高土壤关键酶的活性,对土壤有效养分具有明显改良作用,有利于退化地土壤的生态修复及人工林长期生产力的维持。     

华南地区尾巨桉和马占相思人工林地表温室气体通量

为探索华南地区尾巨桉人工林和马占相思人工林地表温室气体的季节排放规律、排放通量和主控因子,采用静态箱-气相色谱法,对两种林型地表3种温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)通量进行为期1年的逐月测定。结果表明:(1)尾巨桉人工林和马占相思人工林均为CO_2和N_2O的排放源,CH_4的吸收汇。马占相思林地表N_2O通量显著(P0.01)高于尾巨桉林,CO_2通量和CH_4通量无明显差异。(2)两种林型3种温室气体通量有着相似季节变化规律,地表CO_2通量均呈现雨季高旱季低的单峰规律;地表CH_4吸收通量表现为旱季高雨季低的单峰趋势;地表N_2O通量呈现雨季高旱季低且雨季内有两个峰值的排放规律。(3)地表CO_2、N_2O通量和土壤5 cm温度呈极显著(P0.01)正相关,3种温室气体地表通量同土壤含水量呈极显著(P0.01)或显著相关(P0.05)。(4)尾巨桉林和马占相思林温室气体年温室气体排放总量为31.014 t/hm~2和28.782 t/hm~2,均以CO_2排放占绝对优势(98.46%—99.15%),CH_4和N_2O处于次要地位。     

华南地区常见树种导管特征与树干液流的关系

为探讨树木结构与功能的关系,对华南地区常见8种树木边材的导管特征进行观察,并利用Granier热扩散探针法测量干、湿季树干的液流密度,分析导管特征与树干液流的关系。结果表明,除红锥(Castanopsis hystrix)有两种导管外,大叶相思(Acacia auriculaeformis)、荷木(Schima superba)、火力楠(Michelia macclurei)、藜蒴(C.fissa)、马占相思(A.mangium)、柠檬桉(Eucalyptus citriodora)、尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)的导管类型单一。导管特征在种间存在明显差异,且导管长度、密度和孔径之间存在明显相关性,它们与标准化的边材面积呈现显著相关。湿季液流最大值与导管特征无明显相关性,但整树最大蒸腾速率与导管特征呈显著相关;树木的日蒸腾量与导管特征也有明显相关性。因此,树木的液流速率并不受树干的导管影响;而树干的导管孔径与边材面积间的负相关权衡机制,可以降低树种间由于导管孔径差异引起的树干的水分输送速率的差异性。     

半干旱地区城市环境下樟子松蒸腾特征及其对环境因子的响应

作为我国半干旱地区重要的造林绿化树种之一,樟子松在城市林业建设中被广泛使用,研究樟子松在半干旱地区城市环境下的蒸腾耗水及其环境响应对于城市森林建设具有重要的理论意义和应用价值。从2012年8月至10月,以位于内蒙古呼和浩特市树木园内的30年生樟子松为研究对象,按照其径阶分布,选定8株样木,采用热扩散探针法对其树干边材液流进行了连续动态监测,并采用小型自动气象站和土壤水分传感器同步连续测定小气候因子与土壤含水量动态变化。结果表明:在不同天气条件下,樟子松树干液流密度日变化存在差异,晴天时液流密度曲线表现为单峰曲线,且液流密度较大,阴天与雨天液流密度相对较小;液流密度的大小与供试树木胸径无显著相关关系(P0.05);太阳辐射(r=0.731,P0.01)和大气饱和水汽压亏缺(VPD)(r=0.877,P0.01)是影响樟子松蒸腾的主要因子,风速与液流密度极显著相关(P0.01),但相关系数仅为0.518;土壤水分并未显著影响液流密度(r=-0.071,P0.05)。以太阳辐射Ra、VPD作为自变量建立的模型能够分别解释樟子松68%、71%的液流变化。     

桉树及其杂交种叶片形态的遗传变异特征

为了解桉树重要性状在杂交种亲本、子代间的遗传变异规律,以尾叶桉(Eucalyptus urophylla)为母本、粗皮桉(E. pellita)和细叶桉(E. tereticornis)为父本、8个全同胞杂交子代为材料,对亲本和子代的叶片形态性状进行了分析。结果表明,亲缘关系近的尾叶桉和粗皮桉的叶片性状大多无显著差异;但他们与亲缘关系远的细叶桉间的差异显著;尾粗桉与父母本间的性状无显著差异或仅与母本差异显著,属偏父本型;尾细桉与双亲间的多数性状都差异显著,且多偏向于母本。在树种内的家系间或个体间,叶片数量性状差异显著,而质量性状仅叶面革质厚度、叶面朝向差异显著;杂交种家系部分性状有超亲现象,且尾细桉家系超亲频率显著高于尾粗桉。叶长、叶长宽比、形状因子、叶色、叶面革质是区别叶片形态特征的决定性状。     

雷州半岛桉树人工林凋落物量和养分循环研究

为了解雷州半岛地区桉树人工林凋落物量和养分归还特征,对不同林龄人工林凋落物量和养分动态连续12个月进行监测。结果表明,桉树人工林的凋落物总量为5 a9 a7 a,5 a生桉树人工林的凋落物总量显著高于7和9 a生林分,且7和9 a生林分间没有显著差异。不同林龄桉树人工林凋落物总量具有明显的季节变化,均呈双峰型,峰值出现在雨季初期和末期。林分结构因子同凋落物量相关性不显著,但气候因子中的月均温与凋落物量存在显著正相关关系。不同林龄桉树人工林的养分年循环量由凋落物量和凋落物养分含量共同决定,氮、磷、钾元素的养分年归还总量为9 a7 a5 a,且彼此间达到显著差异。凋落物养分元素归还高峰期集中在雨季前后,以冬季养分归还量较低。因此,为增加桉树人工林产量且利于人工林地力恢复,桉树人工林应适当增加种植年限,且采伐季节选择在冬季。     

尾叶桉与窿缘组树种间杂交种的生长特征

选定组配树种对桉树杂交种的特性起决定作用,但不同种间杂交种的生长表现常常不容易预测。为掌握华南地区桉树重要树种间杂交种的生长特征,促进桉树杂交育种的精准化,该文以父本为混合花粉的人工杂交种为遗传材料,以尾叶桉×巨桉为对照,进行了尾叶桉与桉树窿缘组树种(布拉斯桉、细叶桉、钝盖赤桉、昆北赤桉)的4种组配杂交种的生长特征研究。结果表明:在材积生长量上,尾叶桉与窿缘组树种杂交种低于尾叶桉×巨桉,但其内部树种间差异显著(P0.05),其中尾叶桉×昆北赤桉具有显著优势;尾叶桉与窿缘组树种杂交种的树高、胸径均显著小于尾叶桉×巨桉,但其高径比显著大于尾叶桉×巨桉(P0.05);尾叶桉与窿缘组树种杂交种具有高的和一致的保存率,且在不同组配间、家系间(组配内)均无显著差异,5年生值为84.4%～89.6%;尾叶桉与窿缘组树种杂交种的5年生材积的平均变异系数约为64%,组配间、家系间差异大,都大于尾叶桉×巨桉。尾叶桉与窿缘组树种杂交种的速生性、树形等与尾叶桉×巨桉间存在显著差异,尾叶桉与窿缘组树种杂交种的组配、家系间具有显著的生长差异,可为桉树遗传改良提供丰富的多样性。     

华北落叶松夜间树干液流特征及生长季补水格局

在宁夏六盘山北侧半干旱区的叠叠沟小流域,采用热扩散探针法在2011年生长季监测了华北落叶松(Larix principisrupprechtii)人工林的树干液流速率,分析了夜间树干液流和补水量的变化特征及与气象、土壤水分等环境因子的关系.结果表明:树干液流速率日变化表现为典型的单峰宽峰曲线,且整个生长季均存在微弱的夜间液流,一般表现为逐渐减小,特别是在晴天,且晴天的变幅显著大于雨天.除生长季中期雨天夜间液流平均速率显著高于晴天,生长季初期及末期雨天与晴天的差异并不显著.生长季内,夜间树干补水总量为11.03 mm,占总蒸腾量的7.22％;5月份的树干补水量最大(4.19mm),其他月份的树干补水量明显减小,在0.9-1.7mm的范围波动.但不同月份间的补水贡献率存在明显差异,表现为生长季末期(9、10月)＞初期(5月)＞中期(6-8月).相关分析表明,日补水量与各气象因子关系不大,仅与降水量显著正相关(P＜0.05),与土壤含水率、日间蒸腾量、日蒸腾总量极显著正相关(P＜0.01).夜间补水的月蒸腾贡献率与月均土壤含水率、月均气温、月均日间蒸腾量、月总蒸腾量等显著相关(P＜0.05);而夜间补水的日蒸腾贡献率与日最高气温、日均气温、日间蒸腾量、日均饱和水汽压差、日总蒸腾量、日均太阳辐射强度、日最低气温、日均空气相对湿度、日降水量、土壤含水率等极显著相关(P＜0.01),经逐步回归分析建立了日补水量蒸腾贡献率与环境因子的多元线性模型.     

Selecting ectomycorrhizal fungi for inoculating plantations in south China: effect of Scleroderma on colonization and growth of exotic Eucalyptus globulus, E. urophylla, Pinus elliottii, and P. radiata

Plantation forestry with exotic trees in south China needs compatible symbionts to improve the growth of seedlings in nurseries and to enhance establishment and growth in the field. Scleroderma, a potentially suitable symbiont for inoculation, is not being used in containerized nurseries in the region due to poor knowledge of its host range. The ability of 15 collections of Scleroderma, nine from Australia and six from Asia, to colonize and promote growth of four important exotic plantation trees (Eucalyptus globulus Labill., Eucalyptus urophylla ST Blake, Pinus elliottii Engl., and Pinus radiata D. Don) was examined in a nursery potting mix. There was generally low host specificity of Scleroderma between tree genera. At 12 weeks after inoculation, 13 to 14 of the 15 spore collections formed ectomycorrhizas on seedlings of eucalypts or pines. The extent of colonization differed between spore treatments with two or four collections forming abundant mycorrhizas (>50% fine roots colonized) on E. globulus or E. urophylla, respectively, and three or five on P. radiata or P. elliottii, respectively. Three collections from Australia strongly colonized all hosts resulting in 26 to 100% of short roots being colonized. Chinese Scleroderma collections resulted in fewer mycorrhizas on eucalypts than on pines. Inoculation stimulated the growth (shoot height and dry weight) of eucalypt and pine seedlings by up to 105% where Scleroderma mycorrhizas developed. The results suggest that there is a need to source Scleroderma from outside China for inoculating eucalypts in Chinese nurseries whereas Chinese collections of Scleroderma could be used in pine nurseries. Further screening of Australian and Chinese Scleroderma should be performed in Chinese nurseries and in the field before final commercial decisions are made.