花棒茎流对降雨的响应

干旱半干旱区植物生理过程的水分响应依赖于降雨强度和频率,研究典型沙生植物对降雨的响应有助于预测未来气候条件下荒漠生态系统的结构和功能变化.2012和2013年花棒生长季,在宁夏盐池采用包裹式茎流仪对花棒茎流进行连续观测,分析茎流在晴天和雨天的变化特征及其对不同降雨事件的响应.结果表明: 雨天的花棒日茎流量低于晴天.晴天,茎流日变化呈“几”字型宽峰曲线,与太阳辐射和相对湿度呈正相关;雨天,茎流日变化呈多峰曲线或者一直处于极低状态,与太阳辐射和空气温度呈正相关.降雨不仅可以通过影响当天太阳辐射、空气温度、饱和蒸汽压差和相对湿度影响花棒茎流通量,还通过调控土壤含水量影响降雨后的茎流通量.降雨量<20 mm时,降雨前后茎流通量差异不显著;降雨量>20 mm时,降雨后的茎流通量比降雨前有显著提高.高土壤含水量不仅能够提高茎流通量,并且能够提高茎流通量对太阳辐射、饱和水汽压差和空气温度的响应敏感性.     

荔枝树干液流速率与气象因子的关系

采用热扩散茎流仪于2011—2012年连续监测‘桂味’荔枝树干液流速率,将所得数据和果园内自动气象站观测数据一起进行对比分析,建立了液流速率与气象因子的关系模型。实验结果表明:(1)树干液流速率日变化呈现"昼高夜低"的规律。季节变化有呈现"先高后低"的趋势,整体上以果实发育期和成熟期(5—7月)液流速率较高。2011年年平均液流速率明显大于2012年;(2)树干液流速率日变化在晴天时多呈单峰曲线,且振幅较大;在雨天呈多峰曲线,且振幅较小。总体上,晴天平均液流速率约是雨天的两倍;(3)回归分析表明,在一定范围内,树干液流速率与太阳辐射强度、空气温度呈正相关,与空气湿度呈负相关。影响液流速率最重要的气象因子在晴天是空气温度,在雨天是太阳辐射。     

典型黑土区春玉米茎流特征及其环境影响因素

明确典型黑土区春玉米茎流变化规律，探究影响春玉米茎流速率的主控因素，对深入了解该区域春玉米蒸腾耗水特性以及调控田间水分管理具有重要参考价值。本研究采用包裹式茎流计和TDR探针对典型黑土区春玉米灌浆期至成熟期茎流速率及耕层土壤水热状况进行连续监测，并结合试验区自动气象站同步采集数据，分析不同时间尺度下茎流速率与环境因子的相关关系。结果表明：典型黑土区春玉米茎流速率具有明显的昼高夜低变化特征，白天瞬时茎流速率峰值最高可达139.9 g·h^-1,夜间仍有微弱茎流。与晴天相比，阴天、雨天条件下春玉米茎流启动、结束时间以及峰值均受到显著抑制。小时尺度下，太阳辐射、饱和水汽压差、相对湿度、空气温度和风速均与茎流速率呈极显著相关；日尺度下，仅太阳辐射、饱和水汽压差和相对湿度与茎流速率呈极显著相关，相关系数绝对值在0.7以上。由于观测期内土壤含水量较高，本研究中耕层水热状况与茎流速率相关性不高(绝对值均小于0.1)。无水分胁迫条件下，无论小时尺度还是日尺度，太阳辐射、饱和水汽压差以及相对湿度始终是该区域影响春玉米茎流速率的3个主要因素。     

油蒿(Artemisia ordosica)茎流动态及其环境控制因子

于2012年7—10月利用Flow32-1K(Dynamax,USA)包裹式茎流仪对宁夏盐池典型沙地的油蒿(Artemisia ordosica)茎流进行连续监测,同时观测环境因子。结果表明:油蒿茎流速率日变化动态受天气影响;晴天茎流速率峰值为107.81 g·cm-2·h-1,阴天茎流速率峰值为79.40 g·cm-2·h-1,降雨时茎流峰值是4.34 g·cm-2·h-1;油蒿茎流速率呈现明显的季节变化,7月最大,10月最小;在干旱期土壤水分为油蒿茎流速率的决定因素,其中30 cm深度土壤含水量的解释能力最强;在非水分胁迫期油蒿茎流速率与气象因子相关性最强,对油蒿茎流速率影响的大小顺序为饱和水汽压差平均空气温度太阳辐射相对湿度。     

降雨减少对刺槐树干液流特征的影响

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响。为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象,在减雨样地林分行间布设人工减雨板减少约47%的降雨输入,采用Granier型热扩散探针测定树干液流动态,并同步监测太阳辐射、空气温度、相对湿度、降雨事件和土壤含水量等环境因子,分析了树干液流对减雨处理及季节性土壤水分变化的响应特征。结果表明：减雨处理显著降低了刺槐液流通量密度标准化值,处理第3年标准化液流通量密度显著低于对照样地;减雨样地刺槐标准化液流日变化峰值时间早于对照样地,表明减雨样地刺槐较早实施了气孔调节,改变了其与气象因子的时滞时间;标准化液流通量密度响应蒸腾驱动因子的拟合方程参数值在样地间呈极显著差异,显示减雨样地刺槐响应气象因子的敏感性有所降低。降雨量的改变不仅影响林地土壤水分状况,还会对刺槐蒸腾耗水及其对环境因子的响应产生影响。     

半干旱沙丘草甸过渡带人工杨树蒸腾耗水规律

明晰沙地人工植被蒸腾耗水规律,对于荒漠化地区生态建设具有至关重要的意义。本研究应用热扩散式插针茎流计(TDP)与自动气象站,对科尔沁沙地人工杨树林树干液流及周边环境因子进行了长期监测,分析了杨树液流的动态变化规律,揭示了液流与环境因子的响应关系。结果表明:液流日变化基本呈单峰"几"字型曲线,偶尔会出现多峰曲线;不同气象条件对液流速率具有明显影响,晴天液流速率最大,阴天次之,雨天最小;生长季液流速率与太阳辐射强度、饱和水汽压差和空气温度呈较强正相关关系,决定系数R2分别为0.88、0.81和0.76,与空气相对湿度呈显著负相关,决定系数R2为0.79;结合各气象因子建立Penman-Monteith(P-M)模型对杨树林地的潜在蒸散发能力进行模拟并结合树干液流实测数据进行验证,结果显示模拟效果精度较高,决定系数R2为0.83;对地下水位变化情况进行监测显示,杨树蒸腾耗水主要依赖于地下水,地下水位在杨树蒸腾能力较强的9:00—18:00下降明显,随后水位出现不同程度的回升现象。     

黄土丘陵区两典型造林树种生长季树干直径微变化动态及其影响因素

运用DC3型高分辨率树干直径变化记录仪和Granier热扩散探针,对黄土丘陵地区两典型树种辽东栎和刺槐生长季的树干直径微变化和树干液流动态进行连续监测,并同步观测主要环境因子(土壤含水量、太阳辐射、空气温度和相对湿度),分析两树种树干的直径微变化动态特征与蒸腾耗水的关联性及其对环境因子的响应。结果表明: 两树种树干直径和液流通量密度呈现明显的昼夜变化规律,直径日最大收缩量与日均液流通量密度呈显著正相关,树干直径在日尺度上的微变化受当日蒸腾耗水量的影响。对树干直径日最大收缩量和蒸腾驱动因子进行线性拟合,结果显示,树干直径日变化量与主要气象环境因子(日均太阳辐射、日均空气水汽压亏缺、整合变量VT)呈显著正相关。回归曲线斜率表明,辽东栎树干直径日变化量大于刺槐,其直径对气象环境因子的敏感度更大。两树种液流通量密度在较高土壤水分时段高于土壤含水量较低时段,在不同土壤水分条件下辽东栎树干直径日最大收缩量差异显著,刺槐未达到显著水平,这些差异可能与两树种蒸腾调节和树干水分补充等用水策略有关。     

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.     

南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态

土壤水分异质性的存在对各种水文过程和土壤形成过程均有显著的影响,了解土壤水分的异质性对理解和预测土壤水分过程具有重要意义.应用时域反射仪(TDR)土壤水分定位监测方法,研究了南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态及其影响因子.结果表明:3种坡地利用方式土壤水分变化具有明显的季节特征,杜仲人工林土壤蓄水量最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.植物非生长季节土壤含水量均值高于生长季节,生长季节土壤水分消耗大于补给,非生长季节土壤水分补给大于消耗;干季和湿季两个时段3种坡地利用方式土壤含水量垂直变化趋势具有相似性,其土壤含水量差异不显著.3种坡地利用方式土壤蓄水量与太阳辐射量和大气温度表现为负相关性,与降雨量、大气相对湿度和饱和水气压差表现为正相关性,降雨量是其最直接的影响因子,其次是温度.雨季单次降雨后土壤蓄水量与雨后干旱天数存在显著的线性负相关性(P<0.05),土壤水分损失率与干旱天数存在双曲函数关系(P<0.05), 随着干旱天数的增加,土壤水分损失率趋于平缓.雨季单次降雨后持续干旱条件下3种坡地利用方式土壤剖面含水量呈递减的变化趋势,杜仲人工林土壤水分损失率系数最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.     

干旱胁迫下胡杨茎流日变化分析——以塔里木河下游英苏断面为例

用PHYTALK植物生理生态监测系统对塔里木河下游英苏断面胡杨的茎流和相关环境因子的日变化进行了监测.结果表明:在极端干旱区塔里木河下游的胡杨茎流日变化表现多峰值,且夜晚仍保持一定流速;主枝与侧枝茎流日变化趋势相似,主枝流速高于侧枝;侧枝对环境变化响应更加灵敏,波动强烈,主枝相对侧枝,茎流变化响应迟钝且有明显滞后效应;茎流变化受太阳辐射、风速和大气温度影响明显,而其它环境因子如空气湿度、土壤湿度等影响则不大,气温与叶温表现出极佳相关性,气温与空气湿度呈显著负相关;同时,日变化中,不同时段起主导作用的因子不尽相同.     

祁连山青海云杉低液流特征及其影响因素

植被蒸腾作为林区生态水文的重要组成部分,是分析林区水分循环及其植被健康生长的基础,对林区保护和科学管理至关重要。本研究于2017—2018年运用热扩散探针对祁连山青海云杉树干液流进行连续监测,探究祁连山青海云杉蒸腾耗水特征,并分析影响云杉生长和蒸腾过程的主控因素。结果表明: 青海云杉树干液流的瞬时变化在晴天呈单峰曲线,在阴天呈多峰或双峰型曲线,在雨天基本无明显规律。青海云杉液流密度与太阳辐射变化趋势一致,晴天液流启动较早,结束较晚,液流历时12～14 h。因该地区海拔较高(2700 m),空气温度较低,饱和水汽压差(VPD)较低,导致液流密度整体偏低,平均为(0.86±0.49) kg·d^-1。在小时尺度上,液流瞬时速率受太阳辐射和VPD的显著影响,而在日尺度下,0～40 cm土层土壤温度和土壤水分含量与液流密度显著相关。云杉液流密度随着太阳辐射、空气温度和VPD的降低而降低,在祁连山高海拔林区,较低的土壤和空气温度以及较低的VPD和太阳辐射是导致该地区青海云杉液流偏低的主要原因。     

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.     

喀斯特区天峨槭(Acer wangchii)树干液流特征及其与环境因子的相关分析

采用TDP(Thermal Dissipation Probe)热扩散探针法,于2012年2月—2014年3月,对喀斯特地区天峨槭(Acer wangchii)树干液流速率进行了长期连续的监测,并同步监测了林分空气温度(Ta)、相对湿度(RH)、太阳辐射(Solar)、风速(WS)、降雨量(Rainfall)、土壤含水量(SWC)等环境因子,探讨了不同时间尺度下天峨槭树干液流特征及其与环境因子的关系。结果表明:1)不同天气条件下的树干液流为晴天阴天雨天,且均呈明显的"昼高夜低"变化规律;2)天峨槭树干的日平均液流量为5.08kg/d,不同季节表现为夏季((8.38±5.32)kg/d)秋季((5.16±3.99)kg/d)春季((4.86±3.77)kg/d)冬季((1.94±1.40)kg/d);3)月平均液流量为153.64 kg,年平均液流量达1838.40 kg;4)小时尺度下,影响晴天、阴天、雨天全天树干液流的主要环境因子都是Solar,但各环境因子对树干液流的影响程度又因昼夜、季节及降雨量的不同而存在差异;5)从年度范围来看:小时尺度下,Solar、Ta、RH、SWC_(10cm)和WS可以共同解释树干液流的63.50%;日尺度下,Solar、Ta、SWC_(10cm)和Rainfall可共同解释其68.50%;月尺度下,单个因子Ta就能解释其74.80%;且随着时间尺度的缩小,各环境因子入选回归方程的个数有增加的趋势,而对树干液流的解释程度(R2)则有降低的趋势。对比其他地区研究结果,其环境因子对树干液流的影响差异都很大;但总的来说,无论在何种时间尺度上,Solar(或光合有效辐射(PAR))和Ta基本上都是影响树干液流的主要环境因子,且各环境因子对雨天树干液流的解释程度都不高,本研究亦如此;因此,以环境因子对雨天树干液流进行预测的时候可能会存在误差,应特别注意土壤含水量对其的影响。     

六盘山南侧华北落叶松人工林冠层蒸腾及其影响因子的坡位差异

2014年5—10月,在宁夏六盘山香水河小流域选择了一个东南坡向的典型华北落叶松人工林坡面,设立上、中上、中、中下、下5个坡位的样地(P_1、P_2、P_3、P_4、P_5),利用热扩散探针法监测树干液流,并同步监测气象、土壤水势等环境因子.结果表明:研究期间林分日蒸腾(T_r,mm·d^-1)存在显著的坡位差异,不同坡位T_r为:P_2(0.975)>P_4(0.876)>P_3(0.726)>P_1(0.653)>P_5(0.628).T_r与日最高气温(T_max)、日均太阳辐射强度(SR)、日均饱和水汽压差(VPD)、日潜在蒸散(PET)、日均土壤水势(Ψ)呈显著正相关,与日均大气相对湿度(RH)、日降水量(P)、日最低气温(T_min)呈显著负相关.基于边界线的斜率绝对值分析表明,从坡上到坡下,T_r对日均气温(T)、RH、VPD、PET和Ψ的响应呈现逐渐减小的趋势,而对SR、土壤体积含水量(VSM)的响应程度则逐渐增大.进一步回归分析和偏相关分析表明,VPD、PET和RH对不同坡位T_r的影响均占主导地位,Ψ和T对上坡样地T_r影响较大,而下坡样地T_r受SR、T_min和VSM的影响较大.总体来看,T_r的坡位差异是土壤水分和气象条件共同作用的结果,在利用特定观测样地的液流速率尺度外推计算坡面T_r时,需同时考虑土壤水分和气象因子随坡位的变化.     

黄土丘陵区油松、沙棘生长旺盛期树干液流密度特征及其影响因素

使用热扩散探针法(TDP)监测黄土丘陵区2015年7—9月人工林中油松和沙棘树干液流密度(J_s)的动态变化,并通过植物的水分利用生理特征判断2个树种的水分利用类型.结果表明: 油松和沙棘的J_s在降水前后均表现为单峰型日变化特征,油松生长旺盛期的J_s(12.62 mL·m^-2·s^-1)显著高于沙棘(2.60 mL·m^-2·s^-1).2个树种J_s与光合有效辐射、水蒸汽压差、土壤体积含水量(SWC)呈显著正相关.8月和9月降水前后,2个树种的J_s都主要受气象因素影响.9月降水导致SWC对沙棘J_s的解释量增加4.2%,而8月和9月的降水导致SWC对油松J_s的解释量均降低了0.3%.油松中午叶片水势显著高于沙棘且变异系数(7.3%)低于沙棘(11.7%),而沙棘具有较高的叶片气孔导度,因此可以判断出油松属于恒水型植物,沙棘属于变水型植物.     

环境因子对民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林蒸散的影响

利用涡度相关系统、土壤水分TDR传感器,于2014年7月—2015年6月连续测定了民勤绿洲荒漠过渡带退化梭梭人工林蒸散量,研究不同天气条件下梭梭人工林的蒸散对外界环境因子的响应.结果表明: 梭梭人工林晴天蒸散量日变化具有明显的季节变化规律.梭梭人工林蒸散量日变化幅度在生长季初期逐渐增大,在生长旺盛期达到最大峰值(0.07 mm·h^-1), 而后逐渐减小,至12月达到最低峰值(0.01 mm·h^-1).不同天气条件下梭梭人工林蒸散日变化波动幅度差异较大,阴天蒸散日变化波动幅度最小,降水后蒸散波动明显增高,强降水(>9 mm·d^-1)后日蒸散量显著增加至雨前的28倍,然后逐渐减少,并持续4个晴朗日后恢复至雨前蒸散量.在整个观测年,梭梭人工林蒸散总量为108 mm,占降水总量的98%,土壤水是梭梭人工林蒸散的水源,为主导因子.净辐射、光合有效辐射、空气温度、水汽压饱和差是决定植被用水和大气边界层水传输的气象动力,为显著影响梭梭人工林蒸散的主要因子.利用日蒸散量与环境因子数据建立了蒸散与土壤含水量和小气候因子的多元回归方程,拟合度(R²)高达0.80.     

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.