中国西北干旱区树木蒸腾对气象因子的响应

应用数值方法 ,对中国西北干旱区 5个主要树种 (樟子松、榆树、二白杨、胡杨和沙枣 )的叶面蒸腾及气孔导度对气象因子的响应进行了探讨 ,时间尺度为日。两套综合环境观测系统分别安置在黑河中游的临泽和下游的额济纳旗 ,每半小时自动记录微气象因子、土壤水分和树汁流量。应用日平均树汁流量、饱和差、总辐射、平均气温和土壤含水量拟合树木叶面蒸腾及气孔导度的经验公式。气孔导度和单个气象因子之间具有很高的相关性。应用多个气象因子所建立的经验公式能够很好的模拟气孔导度 ,模拟效果比气孔导度与单一因子的相关性高。气孔导度总体上和饱和差和气温呈指数关系 ,与总辐射的关系多种多样 ,与土壤含水量的关系较复杂。在中游地区 ,二白杨气孔导度、叶面蒸腾量和单株树木树汁流量最大。试验期间下游试验点土壤水分充足 ,耐旱树种胡杨及沙枣树汁流量较大 ,但其气孔导度及叶面蒸腾量均较小。本次研究没有发现树木叶面蒸腾量和单一环境因子之间具有明显的相关性。叶面蒸腾模拟效果没有气孔导度模拟效果好 ,原因是叶面蒸腾是气孔导度和饱和差的函数。     

北京市5种园林树木蒸腾作用模拟研究

通过对北京市园林5种常用乔木,国槐（Sophora japonica）、银杏（Ginkgo biloba）、白蜡（Fraxinus chinensis）、杜仲（Eucommia ulmoides）和臭椿（Ailanthus altissima）等植物蒸腾作用与周围环境气象因子（温度、湿度、太阳有效辐射）及植株叶面积指数相关关系的研究,利用Javis公式计算冠层气孔阻力,同时采用PM公式计算冠层蒸腾速率和植株日蒸腾量,并分析不同乔木的冠层气孔导度对环境主要驱动因子的响应规律。结果表明：5种被观测乔木中,国槐耗水量最大,白蜡耗水量最小,植株蒸腾量大小依次为国槐〉银杏〉杜仲〉臭椿〉白蜡（P＜0．01）。植物叶片气孔导度及蒸腾量与环境驱动因子太阳辐射及水气压亏缺的相关关系表明,在土壤水分条件较好时,国槐长势优于其它4种乔木,但是其对水分的利用不够经济,在干旱的情况下不能有效节水。     

北京市5种园林树木蒸腾作用模拟研究

通过对北京市园林5种常用乔木, 国槐(Sophora japonica)、银杏(Ginkgo biloba)、白蜡(Fraxinus chinensis)、杜仲(Eucommia ulmoides)和臭椿( Ailanthus altissima)等植物蒸腾作用与周围环境气象因子(温度、湿度、太阳有效辐射)及植株叶面积指数相关关系的研究, 利用Javis公式计算冠层气孔阻力, 同时采用PM公式计算冠层蒸腾速率和植株日蒸腾量, 并分析不同乔木的冠层气孔导度对环境主要驱动因子的响应规律。结果表明: 5种被观测乔木中, 国槐耗水量最大, 白蜡耗水量最小, 植株蒸腾量大小依次为国槐>银杏>杜仲>臭椿>白蜡(P<0.01)。植物叶片气孔导度及蒸腾量与环境驱动因子太阳辐射及水气压亏缺的相关关系表明, 在土壤水分条件较好时, 国槐长势优于其它4种乔木, 但是其对水分的利用不够经济, 在干旱的情况下不能有效节水。     

采煤塌陷影响下土壤含水量变化对柠条气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,气孔导度、蒸腾与光合作用作为环境变化响应的敏感因子,研究植物气孔导度、蒸腾与光合作用的变化是揭示荒漠矿区自然环境变化及其规律的重要手段之一。研究采煤塌陷条件下植物光合生理的变化是探究煤炭开采对植物叶片水分蒸腾散失和CO_2同化速率影响的关键环节,是探讨采煤塌陷影响下植物能量与水分交换动态的基础,而采煤矿区植物叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率对采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷区和对照区柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率以及土壤体积含水量进行监测,分析了采煤塌陷条件下土壤含水量的变化以及其对柠条叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响。结果显示:(1)煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,潜水位埋深降低,土壤含水量均低于沉陷初期,相对于对照区,硬梁和风沙塌陷区土壤含水量分别降低了18.61%、21.12%;(2)柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率均与土壤含水量呈正相关关系;煤炭开采沉陷增加了地表水分散失,加剧了土壤水分胁迫程度,为了减少蒸腾导致的水分散失,柠条叶片气孔阻力增加,从而气孔导度降低,阻碍了光合作用CO_2的供应,从而导致柠条叶片光合作用速率的降低,蒸腾速率也显著降低。     

鹤山人工马占相思林水分生态研究

 通过对马占相思叶片的蒸腾速率、气孔导度及其相应环境因子的测定,探讨鹤山丘陵人工马占相思林的水分生理生态特征。结果表明：蒸腾速率和气孔导度具有明显的日变化,两者的变化趋势相似,在夏季的日变化曲线呈双峰型,冬季呈单峰型;夏季的蒸腾速率最高,在冬季最低,仅占夏季的27.6％;马占相思林的蒸腾耗水量在旱季和雨季有明显的差异,旱季的蒸腾耗水量占雨季的25.5％,年蒸腾量为1625.1mm,占同期降水量的78.3％;马占相思林的蒸腾量接近热带雨林。     

三种经验模型模拟荒漠河岸柽柳叶片气孔导度

植物叶片气孔是控制水分和CO_2出入的通道,是植物水分蒸腾和气体交换的门户。植物叶片气孔导度地准确模拟,对于植物蒸腾作用地有效模拟以及植物与大气间能量和质量平衡的研究至关重要。基于黑河下游阿拉善群落水热平衡综合观测场实际观测数据,采用LI-COR 6400光合作用测定系统,对荒漠河岸柽柳叶片气孔导度进行观测,分析晴朗天气条件下气孔导度日变化特征,同时,结合微气象及植物生理相关数据,运用学术界3种最常用的(半)经验模型对柽柳叶片气孔导度进行模拟,结果表明:(1)柽柳叶片气孔导度日变化大致呈先升高后降低的趋势。上午随着太阳辐射逐渐增强,气温逐渐升高,气孔导度值逐渐升高,蒸腾速率也逐渐增大,在10:00—12:00时间段内达到最大值。绝大部分观测日内12:00前后气孔导度呈现出一定的波动,原因在于温度过高致使叶片气孔关闭。随后,太阳辐射减弱,气温逐渐降低,空气中相对湿度增加,柽柳叶片内外水汽压差减小,气孔导度减小导致蒸腾速率下降。(2)通过3种最常用的(半)经验模型(Jarvis、Ball-Woodrow-Berry(BWB)和Ball-Berry-Leuning(BBL))模拟气孔导度的结果可以看出,Jarvis模型的修正效率系数(0.775、0.891)、修正一致系数(0.887、0.945)和决定系数(0.590、0.645)在3个模型中均是最高或次最高的,说明其模拟精度最高。(3)BWB模型与BBL模型的模拟精度相近,说明水汽压差、大气湿度与气孔导度的密切程度相近,没有明显的区别。     

整树水力导度协同冠层气孔导度调节森林蒸腾

冠层气孔导度决定森林的蒸腾效率,它对驱动水汽移动的水汽应力的响应受树木水力结构的影响,并随水汽压亏缺上升和水力导度下降而降低,维持水势在最低阈值之上,避免出现水力灾变,调控冠层蒸腾。由于叶形和树冠结构的特点,部分脱耦联反映了湿润地区阔叶林冠层与大气的水汽交换特征,单纯以气孔导度的变化难以完整描述水分通量的调节规律,因而,需要考虑冠层气孔导度与水力导度协同控制冠层蒸腾的潜在机理。通过整合叶片气孔气体交换、树干液流、冠层微气象和其他环境因子的野外观测值,估测不同时间尺度的森林冠层气孔导度与大气的脱耦联系数和变异范围,以基于树干液流的冠层蒸腾,结合叶片/土壤水势梯度计算的水力导度,分析水力导度影响冠层气孔导度响应水汽压亏缺的敏感性,可以揭示和阐明水力导度和冠层气孔导度联合调节森林蒸腾的机理,对准确估测全球变化背景下森林对水资源利用的潜在生态效应有明显的理论意义。     

植物气孔导度的环境响应模拟及其尺度扩展

气孔导度是衡量植物和大气间水分、能量及CO2平衡和循环的重要指标,探讨气孔导度与环境因子的关系及其模拟,以及气孔导度在叶片、冠层及区域尺度间的尺度转换及累积效应,对更好地认识植被与大气间的水热运移过程,合理评价植被在陆面过程中的地位和作用都具有重要意义。从植物气孔导度与环境因子的关系、气孔导度模拟以及尺度扩展三个方面,对前人的研究成果进行了概括总结。从叶片和冠层两个尺度出发,归纳总结了前人对于不同植物气孔导度与环境因子关系的研究成果,发现由于不同植物的遗传特性、测定时的环境、时间尺度的不同,以及未考虑各个环境因子的相互作用对气孔导度的影响,由此得到的气孔导度与环境因子之间的关系也不尽一致。对各单一环境因子与气孔导度的关系,给出了生理学解释,从根本上说明了环境因子变化对气孔导度的影响,而研究环境因子对气孔导度的综合影响时,应对各环境因子进行系统控制与同步观测。模拟计算植物气孔导度的模型主要有Jarvis模型和BWB模型两类,这些模型的模拟能力随着研究对象、试验区域、环境条件的改变而存在一定的差异,在具体使用时应结合实际情况选择最优模型进行模拟。除上述常用模型外,还总结了其他学者分别从不同角度提出的新的模型,对现有气孔导度模型进行了全面的总结。从叶片-冠层、冠层-区域两个方面归纳总结了前人关于气孔导度尺度扩展的研究成果,发现叶片-冠层的尺度扩展研究较成熟而冠层-区域的尺度扩展在模拟精度的验证方面存在困难。针对以下几个方面提出了今后气孔导度的研究重点:(1)结合研究对象所在的区域及环境条件,选择最优模型进行模拟;(2)综合考虑环境因子之间的相互作用及其对气孔导度的累积影响;(3)BWB模型与光合模型的耦合;(4)提高大尺度范围内的气孔导度模拟精度。     

鹤山丘陵豆科混交林下几种植物的水分生态研究

测定了鹤山豆科混交林的土壤含水量、林下３种植物（三叉苦、鬼灯笼和山菅兰）叶片的蒸腾速率、气孔导度和相应的环境因子,了解林下植物的水分生理生态特性。在湿季,蒸腾速率和气孔导度的日变化曲线呈单峰型,两者的变化趋势相似。在旱季,两者之间的日变化曲线存在差异,山菅兰的蒸腾速率呈双峰型,其它两种植物呈单峰型;气孔导度的峰值都出现在早晨。鬼灯笼的蒸腾速率和气孔导度最高,生于底层的草本植物山菅兰最低,湿季的蒸腾速率和气孔导度高于旱季。     

半干旱区城市环境下油松林分蒸腾特征及其影响因子

在城市环境下,由于不透水地面面积的增加,土壤-植物-大气之间水汽循环减弱,水汽调节能力差,因而研究城市树木蒸腾对环境因子的响应对于城市进行合理的水汽调节具有重要意义。于2017年生长季,在内蒙古呼和浩特市区树木园内选择58年生油松(Pinus tabulaeformis Carr.)作为研究树种,采用热扩散法测定其树干液流,并同步监测气象因子和土壤含水量变化,利用彭曼公式计算冠层气孔导度。结果表明:(1)生长季内,油松林分蒸腾存在明显日、月变化,晴天天气下林分蒸腾日变化呈单峰曲线,月林分蒸腾量5月最大,其次是7月、8月、6月和9月,分别为20.96、19.89、18.09、17.25 mm和7.49 mm。(2)油松林分蒸腾与饱和水汽压差、太阳总辐射、土壤含水量和风速均存在极显著相关关系(P0.01),太阳总辐射、饱和水汽压差和土壤含水量是影响林分蒸腾的主要环境因子(R~2=0.47、R~2=0.31和R~2=0.16),风速对林分蒸腾的影响程度最小(R~2=0.12);不同降雨量对林分蒸腾的影响作用不同,10 mm以上的日降雨量对油松林分蒸腾作用明显。(3)除环境因子外,油松叶片气孔通过响应环境变化控制蒸腾作用,当饱和水汽压差1.5 kPa时,叶片气孔对饱和水汽压差的响应更敏感;当太阳总辐射250 W/m~2时,叶片气孔对蒸腾起促进作用,超过该阈值,叶片气孔关闭从而抑制树木蒸腾。     

Stomatal control of transpiration from a developing sugarcane canopy

Abstract. Stomatal conductance of single leaves and transpiration from an entire sugarcane (Saccharum spp. hybrid) canopy were measured simultaneously using independent techniques. Stomatal and environmental controls of transpiration were assessed at three stages of canopy development, corresponding to leaf area indices (L) of 2.2, 3.6 and 5.6. Leaf and canopy boundary layers impeded transport of transpired water vapour away from the canopy, causing humidity around the leaves to find its own value through local equilibration rather than a value determined by the humidity of the bulk air mass above the canopy. This tended to uncouple transpiration from direct stomatal control, so that transpiration predicted from measurement of stomatal conductance and leaf-to-air vapour pressure differences was increasingly overestimated as the reference point for ambient vapour pressure measurement was moved farther from the leaf and into the bulk air. The partitioning of control between net radiation and stomata was expressed as a dimensionless decoupling coefficent ranging from zero to 1.0. When the stomatal aperture was near its maximum this coefficient was approximately 0.9, indicating that small reductions in stomatal aperture would have had little effect on canopy transpiration. Maximum rates of transpiration were, however, limited by large adjustments in maximum stomatal conductance during canopy development. The product of maximum stomatal conductance and L. a potential total canopy conductance in the absence of boundary layer effects, remained constant as L increased. Similarly, maximum canopy conductance, derived from independent micrometeorological measurements, also remained constant over this period. Calculations indicated that combined leaf and canopy boundary layer conductance decreased with increasing L such that the ratio of boundary layer conductance to maximum stomatal conductance remained nearly constant at approximately 0.5. These observations indicated that stomata adjusted to maintain both transpiration and the degree of stomatal control of transpiration constant as canopy development proceeded.     

华北山区侧柏冠层气孔导度特征及其对环境因子的响应

冠层气孔导度(g_s)是衡量冠层-大气界面水汽通量的重要生物学常数,研究其特征及对环境因子的响应,能为开展森林冠层水汽交换过程的机理性研究提供理论依据.于2014年利用SF-L热扩散式探针测定了侧柏的树干液流密度(J_s),同步监测光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)、气温(T)等环境因子,计算侧柏的冠层气孔导度特征并分析其对各环境因子的响应.结果表明: 侧柏液流密度的日变化总体呈双峰曲线,生长季高于非生长季,且胸径越大液流密度越大;冠层气孔导度日变化与单位叶面积冠层蒸腾(E_L)趋势相近,均呈双峰曲线,生长季的冠层气孔导度和蒸腾较非生长季略高.侧柏冠层气孔导度与空气温度呈抛物线关系,在10 ℃左右冠层气孔导度达到峰谷;光合有效辐射以400 μmol·m^-2·s^-1为界,小于该阈值两者呈正相关关系,大于该阈值则冠层气孔导度受其影响较小;与饱和水汽压差呈负对数函数关系,随饱和水汽压差增大而逐渐降低.较高的空气温度和光合有效辐射、较低的饱和水汽压差有利于侧柏形成较大的冠层气孔导度,进而促进冠层蒸腾.     

Stomatal control of transpiration in the canopy of a clonal Eucalyptus grandis plantation

 Predawn leaf water potential, stomatal conductance and microclimatic variables were measured on 13 sampling days from November 1995 through August 1996 to determine how environmental and physiological factors affect water use at the canopy scale in a plantation of mature clonal Eucalyptus grandis Hill ex-Maiden hybrids in the State of Espirito Santo, Brazil. The simple ”big leaf” Penman-Monteith model was used to estimate canopy transpiration. During the study period the predawn leaf water potential varied from –0.4 to –1.3 MPa, with the minimum values observed in the winter months (June and August 1996), while the average estimated values for canopy conductance and canopy transpiration fell from 17.3 to 5.8 mm s^–1 and from 0.54 to 0.18 mm h^–1, respectively. On the basis of all measurements, the average value of the decoupling coefficient was 0.25. During continuous soil water shortage a proportional reduction was observed in predawn leaf water potential and in daily maximum values of stomatal conductance, canopy transpiration and decoupling coefficient. The results showed that water vapour exchange in this canopy is strongly dominated by the regional vapour pressure deficit and that canopy transpiration is controlled mainly by stomatal conductance. On a seasonal basis, stomatal conductance and canopy transpiration were mainly related to predawn leaf water potential and, thus, to soil moisture and rainfall. Good results were obtained with a multiplicative empirical model that uses values of photosynthetically active radiation, vapour pressure deficit and predawn leaf water potential to estimate stomatal conductance. Received: 10 June 1998 / Accepted: 20 July 1998     

黄土高原油松冠层气孔导度和蒸腾变化特征与模拟

油松是黄土高原重要的造林树种,模拟其冠层气孔导度和蒸腾对区域水量平衡计算和人工林可持续经营具有重要意义。基于2015-2018年TDP （Thermal dissipation probes）方法所测得液流数据,分析了黄土高原地区油松冠层平均气孔导度（g_c）与冠层蒸腾（Tr）的变化特征与影响因素,并采用Penman-Monteith公式和Jarvis型气孔导度模型模拟了其g_c和Tr的变化过程,结果表明：（1）该地区油松g_c和Tr日内变化均呈现单峰型,日均蒸腾耗水量为（1.25±0.57） mm/d,生长季（4-10月）总蒸腾耗水量均值为195.47 mm。（2）g_c的日内变化受太阳辐射（Rad）驱动（偏相关系数为0.65）,当Rad高于300 W/m²时,驱动作用减弱;g_c的日内变化受水汽压亏缺（VPD）控制（偏相关系数为-0.41）,随VPD的增加而降低;g_c的日际变化受土壤水分限制（偏相关系数为0.46）,当根区相对有效含水率（REW）低于0.45时,限制作用明显。（3）结合Penman-Monteith公式与Jarvis型模型能有效模拟黄土高原油松g_c与Tr变化,小时尺度g_c与Tr模拟的纳什效率系数（NSE）分别为0.80和0.78,日尺度Tr模拟的NSE为0.76。     

黑河地区绿洲生态条件下麦田生物气象若干特征

观测分析了ＨＥＩＦＥ地区绿洲中麦田的微气候特征,结果表明ＳＰＡＣ中水５势随高度呈显著梯度分布,在土壤－植物以及植物－大气界面,水势值存在两个大的跳跃;水势廓线存在明显的日变化;ＳＰＡＣ各部分水势变化的起伏顺序是大气〉植物〉土壤,说明水势变化受植物水分代谢进程直到气象因子的强烈影响和控制。冠层上方近地面风温湿的时间剖而显示出白天与夜晚相比,大气混合得较好。日出前则大气较为稳定。在典型晴天条件下,麦田     

植被冠层尺度生理生态模型的研究进展

随着人们对植物生命活动各个过程研究的不断深入,以植物生理过程、物理过程为基础的各种生理生态学模型逐渐发展起来,而植被冠层尺度生理生态学过程模型已成为生态系统模型的核心之一。目前植被冠层尺度的大叶模型、多层模型、二叶模型以其成熟的理论基础及对植被冠层的光合作用、蒸腾作用较为成功的模拟,得到了广泛的应用。3个模型都以光合作用-气孔导度-蒸腾作用耦合模型为基础,但又具有各自的特点。本文对3种模型的结构及特点进行了总结,并对其进行了比较,简要介绍了目前植被冠层尺度生理生态学模型的应用及存在的问题和发展状况。     

Evaluation of canopy transpiration rate by applying a plant hormone “abscisic acid”

A method for evaluation of temporal changes in canopy transpiration rate and stomatal conductance in crop fields by using a plant hormone abscisic acid (ABA) has recently been developed. The method was applied to a corn canopy at different growth stages in the upper Yellow River basin, China. Diurnal changes in the canopy transpiration rate and stomatal conductance were evaluated at the initial stage with a leaf area index (LAI) of 0.37 on June 7 and the crop development stage with an LAI of 4.39 on July 15, 2005. The proportions of the accumulated transpiration rate during daytime to the accumulated evapotranspiration were 24% and 74% at the initial and crop development stages, respectively. Stomatal conductance varied in parallel with transpiration rate in the initial stage of the crop. However, in the crop development stage with low soil water content, stomatal conductance reached the maximum value at 10:00 a.m. and thereafter decreased rapidly at around noon with high evaporative demand to corn canopy. This shows the midday stomatal closure was caused by excessive water stress to corn canopy in the crop development stage. Thus, the proposed method with ABA application is useful for evaluation of temporal changes in transpiration rate and stomatal conductance, and hence, can detect the plant water stress.     

北京山区油松和元宝槭冠层气孔导度特征及其环境响应

叶片气孔是植物进行水汽交换的通道, 影响着植物的蒸腾和光合作用。然而叶片气孔行为受环境条件和树种类型的影响, 不同树种冠层气孔导度对环境因子响应的差异性, 以及在生长季不同时期叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用是否会发生改变, 仍不清楚。该研究目的是通过探究各环境因子对不同树种冠层气孔导度的相对贡献率以及叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用, 为深入了解植物水分利用状况和山区森林经营提供参考依据。于2018年生长季以北京八达岭国家森林公园内的58年生油松(Pinus tabuliformis)和39年生元宝槭(Acer truncatum)为研究对象, 利用热扩散技术对其树干液流进行连续监测, 并同步监测环境因子。利用彭曼公式计算冠层气孔导度(G_s)。主要结果: (1)油松和元宝槭日间G_s在日、月时间尺度上存在明显差异。5-7月油松和元宝槭日动态G_s均随饱和水汽压差(VPD)和太阳辐射(GR)的增加呈上升趋势, 上升持续时间比8月和9月长; 在月尺度上, 随着VPD、GR的降低和土壤湿度(VWC)的升高, G_s从5月到9月整体上升。(2)利用增强回归树法分析得到VWC和VPD对G_s的贡献率最大, 其次是GR、气温和风速。VWC和VPD对油松G_s的贡献率分别为66.4%和17.4%, 对元宝槭G_s的贡献率分别为54.8%和21.0%。(3)油松和元宝槭的dG_s/dlnVPD值与参考冠层气孔导度之间的斜率均显著高于0.6, 气孔调节作用相对较强。综上所述, 气孔对环境因子的响应在树种以及生长季不同时期之间存在差异, 为防止水分过度散失, 两树种在不同土壤水分条件下均通过严格的气孔调节控制蒸腾量。     

树高对马占相思整树水分利用的效应

利用Granier热消散探针,于2004年观测了华南丘陵坡地常见绿化先锋树种马占相思(22年生)的树干液流,同时监测林冠上方的光合有效辐射、气温、相对湿度和0～30 cm的土壤体积含水量.结合树木的形态特征、液流密度和简化的Whitehead & Jarvis公式,分别计算了整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值,分析了树高对整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值的影响.结果表明：土壤水分充足时,马占相思整树蒸腾随树高呈二次多项式增加(P<0.01),冠层气孔导度日变化均呈“单峰”格型;在所有光合有效辐射范围内,高树的参比冠层气孔导度和冠层气孔导度对水汽压亏缺的敏感性均高于矮树;叶面积/边材面积比值为（1.837±0.048） m²·cm^-2,并与树高呈幂函数关系.随着树木高度的增加,马占相思没有发生明显的水力限制和补偿.