不同天气条件下小叶锦鸡儿茎流及耗水特性

采用以热平衡为原理的Dynamax包裹式茎流测量系统,于2006年对科尔沁沙地人工小叶锦鸡儿群落的液流变化进行连续监测,利用实验区自动气象站同步检测光合有效辐射、气温、相对湿度和风速等气象因子,结合人工记录的天气状况,分别选取4种最典型的天气条件,分析了小叶锦鸡儿的茎流变化、单枝耗水量及其与气象因子的关系.结果表明:在高温、强辐射条件下,小叶锦鸡儿的液流呈"几"字型宽峰曲线,以低耗水的蒸腾特性耐受干旱缺水的环境.不同天气条件下,小叶锦鸡儿液流日变化波动曲线及其主要影响因子各异,但光合有效辐射始终是液流变化的主导因子.小叶锦鸡儿茎干液流通量密度的变化是各种气象因子综合作用的结果.单枝日耗水量的总体变化趋势是从晴天、阴天、风天到雨天依次减少,其平均值分别为459、310、281和193mg.d-1.     

乌兰布和沙漠中国沙棘果实成熟期茎干液流规律及其与环境因子的关系

利用TDP液流测量系统和自动气象站对乌兰布和沙漠中国沙棘(Hippophae rhamnoides L.subsp.sinensis Rousi)的液流变化及其环境因子进行观测。结果表明:沙棘的茎干液流速率呈"几"字宽峰曲线,昼夜变化明显,夜间仍有低值液流;液流启动时间为8:00,在10:00左右达到峰值,峰值大小为227.94~307.86 g·h-1,至21:30基本下降到了极低值(11.04~26.29 g·h-1)。沙棘液流速率变化趋势与环境因子变化趋势相吻合。晴天液流速率较大,变化幅度也大,变幅在300 g·h-1以上;阴雨天液流速率变化小。相关性分析表明,影响沙棘液流速率的主要因子为太阳总辐射、空气相对湿度、空气温度以及风速。另外,沙棘液流与蒸腾速率日变化曲线均为单峰曲线,但叶片蒸腾速率峰值出现时间滞后液流峰值出现时间3 h。     

典型荒漠植物沙拐枣茎干液流密度动态及其对环境因子的响应

采用热平衡包裹式茎干液流仪和微气象监测系统,模拟中国西北河西走廊中段荒漠生态系统典型固沙植物沙拐枣2014年6—9月茎干液流变化过程.结果表明： 沙拐枣茎干液流密度日变化呈宽幅单峰型,其峰值滞后于光合有效辐射峰值约30 min,提前于气温和水汽压亏缺峰值约120 min,其日变化与这3个环境因子日变化之间存在非对称性响应.观测期间,茎干液流密度变化与大气蒸腾需求密切相关,光合有效辐射、气温和水汽压亏缺是影响沙拐枣茎干液流密度的主要气〖JP2〗象因子.构建的基于茎干液流密度与气象因子响应关系的模型,能够比较准确地模拟不同天气条件沙拐枣液流密度的变化,而且经过时滞校正模型模拟精度进一步提高,但是该模型对低液流密度和夜间液流密度存在低估,这主要与植物的生理特征有关.     

干旱荒漠区典型固沙灌木液流动态变化及其对环境因子的响应

利用澳大利亚Dynamax公司生产的热平衡包裹式树干液流仪(Stem Heat Balance, SHB)和自动气象站对干旱荒漠区3种固沙灌木梭梭、多枝柽柳和唐古特白刺的液流变化及其气象因子进行测定, 研究了3种固沙灌木茎干液流日、季变化规律以及对气象因子的响应.结果表明:(1) 在生长季,不同地茎、不同树种液流启动时间存在差异, 地茎1.70、 3.64cm和5.07cm的梭梭启动时间分别为 5:00～7:00、5:00～7:20和6:00～8:00; 地茎1.57cm和3.03cm的柽柳启动时间5:20～7:20和5:40～7:40;地茎1.59cm白刺启动时间6:00～8:00.梭梭的日变化表现为双峰型,最高峰出现在11:40～13:20;而柽柳和白刺日变化表现为多峰格型,最大峰值分别出现在12:40～13:00和12:00～13:00;3种灌木液流在中午存在"午休"现象,但"午休"不明显.(2) 3种固沙灌木在夜间也保持一定的液流速率,而且地茎越粗夜间液流持续的时间越长,越细持续时间越短,不同地茎灌木在第2天液流启动之前,夜间液流都有一个明显的下降过程, 甚至为0.(3) 3种典型固沙灌木茎干液流季节变化表现为单峰型,梭梭和柽柳茎干液流8月份最高,7月份次之,6月与9月基本一致,而白刺7月份最高,8月次之;在整个生长季,相近地茎3种灌木单位面积液流量为:白刺﹥柽柳﹥梭梭, 梭梭耐旱性较高.(4)气象因子对不同树种茎干液流的影响有一定的差异,茎干液流与气象因子的关系比较复杂.相关分析表明,在整个生长季,空气水汽压差或气温对梭梭起主导作用,而太阳辐射对柽柳和白刺起主导作用.     

小叶锦鸡儿灌丛群落蒸腾耗水量估算方法

 为了确定沙地小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)人工林的蒸腾速率, 于2006年6月运用热平衡茎流测量技术, 对科尔沁沙地一处15 a生人工小叶锦鸡儿群落的分枝液流动态进行了监测。根据生物统计结果选取被测标准枝, 标准枝基径在0.4~1 cm范围内。同时, 分别用基径总断面积推算法和叶片密度推算法对灌丛叶面积进行了估算。以叶面积为扩展纯量, 利用标准枝液流对灌丛群落耗水量进行尺度转换, 在转换过程中, 假设叶面积与蒸腾耗水量之间具有很强的相关性。该尺度转换方法经与大型称重式Lysimeter测值对比验证, 误差小于14.3%, 可望准确估算小叶锦鸡儿灌丛群落的蒸腾耗水量。     

移栽自不同纬度的兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)的树干液流特征

将4个纬度上(大兴安岭塔河、大兴安岭松岭、黑河孙吴、伊春带岭)8年生的兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)幼树移栽到其分布区的南缘构成4个实验处理,以探索树木水分关系的时空变化格局及其影响因子.采用基于热平衡方法的包裹式茎流计和环境因子自动测定系统同步测定移栽自4个纬度的兴安落叶松的树干液流及其相应的环境因子.研究结果表明:兴安落叶松的树干液流密度基本上呈现单峰曲线日变化格局,而日最大液流出现的时间随生长季节和实验处理不同而略有变化.移栽自4个纬度的兴安落叶松的平均单位边材面积液流通量在展叶前、中和后期分别为26.24～54.45 g·cm-2·d-1、114.33～355.39 g·cm-2.d-1和58.32～304.03 g·cm-2.d-1.展叶期间落叶松的日耗水量与距地面10cm处树干直径呈显著的正相关关系;单位边材面积液流通量与针叶长度呈显著的正相关关系.影响树干液流密度的环境因子随生长阶段和实验处理而变化,主要包括太阳辐射、水蒸气压亏缺、相对湿度、气温和风速,其中太阳辐射通常是影响树干液流密度的关键因子.     

黄土丘陵区辽东栎群落优势种和主要伴生种树干液流动态特征

运用Granier热扩散探针法(TDP),于2011年5月对黄土丘陵区延安市南郊公路山辽东栎群落优势种(辽东栎)和3个伴生种(山杏、细裂槭、桃叶卫矛)树干液流进行连续测定,并同步监测气象环境因子(太阳辐射、空气温度和相对湿度)和土壤水分动态,比较分析辽东栎、山杏、细裂槭、桃叶卫矛的树干液流通量密度日变化动态及其对环境因子的响应特征。结果表明,辽东栎、山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化动态特征总体上反映了气象环境因子变化的昼夜规律性,呈单峰或双峰型曲线,但辽东栎与山杏、细裂槭、桃叶卫矛液流通量密度日变化规律存在一定的差异。辽东栎液流启动时间较早,通常在5:00左右,而山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流启动时间均晚于辽东栎一个小时以上。辽东栎液流达到峰值的时间也较其它树种早,通常出现在9:00前后;细裂槭、桃叶卫矛和山杏液流通量密度达到峰值的时间分别在10:00、11:00和13:00前后。细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化曲线峰值较窄。除此之外,土壤水分状况对伴生种的影响程度要比优势种的大。相关分析表明,树干液流通量密度与太阳辐射和空气水汽压亏缺均呈极显著正相关。优势种与伴生种的液流动态差异可能与树木本身特性以及群落对光能的限制性再分配有关。     

毛乌素沙地中间锦鸡儿整株丛的蒸腾特征

 中间锦鸡儿(Caragana intermedia)是一种优良的防风固沙灌木。有关其蒸腾作用的测定研究多是通过对单叶或小枝蒸腾速率的测定值推算整株丛的蒸腾耗水。该研究选择在中间锦鸡儿株丛的主根安装“热扩散探针”来测定整株丛的蒸腾耗水。结果表明: 中间锦鸡儿整株丛液流量的日变化可划分为4个阶段: 1)液流量迅速上升阶段(8:00～11:30), 其液流量占全天液流量的21.21%; 2)液流量最高而相对稳定的阶段(12:00～18:00), 液流量占全天液流量的58.84%; 3)液流量迅速降低阶段(18:30～21:00), 液流量占全天液流量的10.62%; 4)液流量最低而稳定的阶段(21:30～次日8:00), 液流量占全天液流量的9.32%。从所观测的中间锦鸡儿整株丛液流量的日变化可以看出: 在午间(12:00～14:00), 中间锦鸡儿整株丛蒸腾虽因环境因子的影响(如云朵遮阴)会发生较小的波动, 但并没有出现明显的“午休”现象, 而是保持相对稳定的高蒸腾速率。环境因子对中间锦鸡儿整株丛液流量影响的强弱次序依次为: 太阳辐射＞空气温度＞水蒸气压亏缺＞空气相对湿度＞土壤温度＞风速。液流量对环境因子变化的响应存在着明显的时滞现象。根据所测大、中、小3个中间锦鸡儿整株丛树干液流量数据, 计算出一个中等大小(株高为110 cm, 冠幅为0.6 m², 叶片总干重为51.82 g)的中间锦鸡儿整株丛在测定时间内的日蒸腾耗水量为2.2 kg · d^-1。     

黄土丘陵区辽东栎和刺槐树干液流时滞效应与蒸腾特征的关联性

运用Granier热扩散探针法,于2016年7-9月对半干旱黄土丘陵区天然次生林树种辽东栎和人工林树种刺槐的树干液流进行连续测定,并同步监测气象因子和土壤含水量,用错位相关法分析液流通量密度与空气水汽压亏缺日变化的时滞长度,研究2个树种不同径级个体在不同土壤水分条件下液流通量密度与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:辽东栎和刺槐液流通量密度的日变化节律与气象因子显著相关,空气水汽压亏缺峰值的出现较辽东栎树干液流通量密度滞后118.2 min,较刺槐树干液流通量密度滞后39.5 min;而光合有效辐射的峰值通常滞后于辽东栎12.4 min,提前于刺槐68.5 min.液流通量密度和空气水汽压亏缺的时滞长度与树种和土壤含水量显著相关,辽东栎、刺槐在土壤含水量较高时段的时滞长度分别大于土壤含水量较低时段32.2和68.2 min.时滞长度与径级的相关性整体上未达到显著水平,但在土壤含水量较低时段小径级刺槐的时滞长度大于大径级21.4 min,差异达到了显著水平.两树种液流通量密度与空气水汽压亏缺之间的时滞效应反映了对蒸腾驱动因子的敏感性,较好的土壤水分条件有利于液流通量密度提早达到峰值,较低土壤水分会导致树干液流对气象环境因子响应的敏感性降低;刺槐树干液流受土壤水分的影响更显著.     

黄土丘陵区辽东栎树干液流特征对边材面积和土壤水分的响应

运用Granier热扩散探针法对半干旱黄土丘陵区不同胸径辽东栎进行树干液流测定,并对太阳辐射、空气温湿度、降水量、土壤水分等环境因子进行同步观测,分析不同土壤水分条件下不同胸径辽东栎的树干液流变化特征及其对环境因子的响应.结果表明:辽东栎液流日变化特征总体上与太阳辐射和空气水汽压亏缺呈相同趋势,但液流峰值出现时间早于两个气象环境因子的峰值时间.同一树木个体在土壤水分条件较高时期的树干液流通量高于土壤水分较低时期.在相同土壤水分条件下,大径级样本液流通量显著高于小径级样本.采用指数饱和曲线函数对液流通量与太阳辐射和空气水汽压亏缺以及两因子的综合指标进行拟合,效果良好,可以反映液流通量对气象环境因子的响应规律.不同胸径辽东栎在不同土壤水分条件下的拟合曲线特征和拟合参数差异表明,在土壤水分较高时段,液流通量可快速上升至饱和值;在土壤水分较低时段,液流通量上升缓慢.小径级样本对土壤水分变化的反应更加剧烈.单位空气水汽压亏缺的日液流通量值(日液流通量与空气水汽压亏缺的比值)在两种土壤水分条件下的比值与边材面积呈线性相关,且小径级样本的斜率高于大径级样本,说明小径级样本对土壤水分的变化较为敏感,在土壤含水量较低时段,大径级样本较厚的导水组织对土壤水分供应不足起到了缓冲作用.     

浑善达克沙地不同植物功能型光合作用和水分利用特征的比较

为了比较不同植物功能型在沙地生境下光合作用和水分利用效率的差异,测定了浑善达克沙地3种功能型的代表种的气体交换特征来比较它们的光合碳固定能力和水分利用状况。3个代表种的气体交换日变化结果表明乔木的光合速率和水分利用效率比草本和灌木的低,而蒸腾速率和气孔导度较高,经过中午的光合午休后,乔木的光合速率在下午没有恢复,而草本和灌木都有不同程度的恢复。在所测定的所有代表物种中,研究地全部的乔木(3种)和灌木(6种)以及典型的草本(2 5种) ,气孔导度与光合速率和蒸腾速率都成显著的正相关关系;另外,在同样的叶片水势情况下,乔木植物的气孔导度最低,在同样的蒸腾速率情况下,乔木植物的光合速率最低。这些结果表明乔木在CO2 同化和H2 O蒸腾平衡上具有低的水分利用效率。从这个角度考虑,我们认为在对沙地进行恢复时,一些草本和灌木种比乔木更合适     

青海省沙珠玉治沙站17种主要植物叶性因子的比较

国外大量研究结果表明,具有高叶氮含量和低比叶面积的干旱地区植物往往具有较高的水分利用效率。选取青海省沙珠玉治沙站地区17种主要植物(野生9种,人工8种) ,分别测定其比叶面积(SL A) ,单位重量叶氮含量(Nmass)及单位面积叶氮含量(Narea) ,并与贡嘎山湿润森林样带测定数据进行比较分析。结果表明,Nmass随SL A的增加而增加,但Nmass与SL A关系格局在固定沙丘野生多年生草本-灌木植物(类群1,Narea>3.0 g m- 2 )与流动沙丘野生短命草本植物(类群2 ,Narea<3.0 g m- 2 )之间存在策略位移现象,即在相同SL A下,类群1比类群2具有更高的叶氮含量,或在相同Nmass时类群1比类群2具有更小的比叶面积。在8个人工物种中,柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿、绵柳和西北沙柳等灌木属于类群1,而甘草、小叶锦鸡儿、柽柳和青杨属于类群2 ,前者比后者具备更好的干旱适应机制,建议在生产上优先考虑前者。流动沙丘野生短命草本植物具有较低的叶氮含量和较高的比叶面积,这一特征与流动沙丘土壤贫瘠及其生长期内降水集中和土壤水分含量相对丰富密切相关。     

半干旱矿区3种灌木侧根分支处折力损伤后的自修复特性

以神东矿区用于植被恢复的小叶锦鸡儿、沙柳、沙棘为对象,研究侧根分支处极限抗折力学特性及受力受损后生长指标、力学特性的自修复能力,以明确半干旱采煤沉陷区灌木侧根分支处在遭受外力损伤后的可持续固土能力.结果表明: 3种灌木生长季初期侧根分支处极限抗折力和抗折强度均存在显著差异,种间变化均表现为小叶锦鸡儿>沙柳>沙棘.小叶锦鸡儿和沙柳侧根分支处抗折强度与纤维素、木质素及棕纤维素含量呈显著正相关,沙棘抗折强度与纤维素和木质素含量呈显著负相关,与棕纤维素含量呈显著正相关.沉陷区形成的折力损伤显著破坏灌木侧根分支处的正常生长和力学特性,即使通过3个月的自修复也不能恢复到未受损水平.生长指标自修复能力越强,抗折力自修复程度越高,修复率种间变化为沙棘(91.2%)>沙柳(82.0%)>小叶锦鸡儿(73.9%),抗折力修复率种间变化为沙棘(41.4%)>沙柳(37.1%)>小叶锦鸡儿(30.0%).3种灌木侧根分支处可持续固土指数分别为小叶锦鸡儿(2.2084)>沙柳(0.2009)>沙棘(-2.4093),说明在半干旱采煤沉陷区小叶锦鸡儿可持续固土能力最强,沙柳次之,沙棘最弱.     

灌溉对三种荒漠植物蒸腾耗水特性的影响

利用热平衡式茎流计和压力室对塔里木沙漠公路防护林不同灌溉量条件下3种荒漠植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)的液流变化、水势进行了测定。研究结果表明:(1)茎干液流速率因灌溉量和物种的不同而异,同一灌溉量条件下不同物种间表现为多枝柽柳>乔木状沙拐枣>梭梭,不同灌溉量条件下3种荒漠植物的茎干液流速率均随灌溉量的减少而显著降低。3种荒漠植物的夜间蒸腾占有一定比例,表现为梭梭(18.68%)>乔木状沙拐枣(17.48%)>多枝柽柳(12.82%),表明3种灌木均可通过夜间液流以补充植物体白天的水分消耗,表现出较强的抗旱性,但梭梭形成的叶片-冠-根的水势差相对较大,夜间补偿流较多,表现出更强的抗旱性。多枝柽柳和乔木状沙拐枣茎干液流日变化趋势基本相同,在灌溉量为35 kg·株-1.次-1和28 kg·株-1.次-1时均呈单峰曲线,液流速率较高且变化幅度较大,而灌溉量为17.5 kg·株-1.次-1时呈双峰曲线,液流速率较低;梭梭在不同灌溉量条件下其变化均呈单峰曲线,即当灌溉量降低到17.5 kg·株-1.次-1时多枝柽柳和乔木状沙拐枣可能出现了水分亏缺,通过调节气孔张开度或部分关闭降低蒸腾来适应其胁迫条件,但该灌溉条件下梭梭并没有出现水分亏缺,表明出较强的抗旱性。(2)相同时间不同灌溉量条件下,3种荒漠植物的清晨水势和午后水势均随着灌溉量的减少而降低;整个生长季相同时间同一灌溉量条件下,3种防护林植物的清晨、午后水势表现为乔木状沙拐枣>多枝柽柳>梭梭,表明3种荒漠植物在相同的灌溉条件下梭梭因保持较低的水势表现出较强的抗旱性。(3)相同时间不同灌溉量条件下,3种荒漠植物单株日耗水量均随着灌溉量的减少而减少,整个生长季各处理日平均耗水量的动态变化趋势均为单峰型,7月份耗水量最大,表明在塔克拉玛干沙漠腹地最炎热的7月份,3种防护林植物可以通过增加其蒸腾耗水量来适应干旱的环境条件。     

人工小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛土壤水分动态研究

采用由植被空间序列断时间系列的方法。分析了1984,1987,1995和1999年建立的人工小叶锦鸡儿固沙植被土壤水分的时空变化特征,结果表明,受沙地土壤机械组成的影响,沙地土壤组成以物理性沙粒为主,＞0.01mm沙粒占97％以上,凋萎湿度为1．55％,田间持水量5．5%,大有效水为3．95％,随着固沙植被优势度的增加,小叶锦鸡儿灌丛下土壤含水量持续下降,1984年建立的植被区土壤含水量明显低于1999年建立的植被区;在年内土壤水分季节变化中,4个阶段植被区土壤水分状况在4－6月不断降低,到6月达到最低值,7－10月逐渐回升;对于建立较早的植被区（1984和1987年）,土壤水分垂直变化表现出随着土层深度的增加,土壤含水量逐递减的趋势,特别是70cm下土层中,土壤含水下降明显,含水量低于凋萎湿度,由于对根际区域土壤水分的利用,加剧了固沙植被区深层土壤（70cm下）水分的亏缺,进而影响植被物种的组成,随着小叶锦鸡儿灌丛年龄的增加,浅根性植物所占比重增加。     

科尔沁沙地黄柳气孔导度和水分状况随季节和地形的变化特征①

黄柳叶片气孔导度在上午８时后即呈下降趋势,下表皮气孔导度大于上表皮。干旱季节上下表皮气孔日间开启程度不同,下表皮气孔受环境因子的影响较大;湿润季节则相同。不同季节气孔导度值不同,下表皮气孔对季节变化反应灵敏。不同季节黄柳体内水分状况参数值不同,在５、６月份抗旱性最强;沙丘不同部位各参数值亦不相同,在沙丘中部和丘脚抗旱性最强,而在丘顶水分状况最好。湿润的７月黄柳一日内各时刻的膨压值均大于０,说明经期     

基于茎流-蒸渗仪法的荒漠草原带人工灌丛群落蒸散特征

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。