宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨根系分布特征及其与根系吸水的关系

采用剖面法对宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)的根系分布特征进行了研究;采用管式TDR系统对土壤剖面含水率变化动态进行了连续观测,并据此计算林木根系吸水速率,以探讨土壤含水率、根系分布和根系吸水分布之间的相关关系。研究结果表明:毛白杨的总平均根长密度在林带两侧和不同径向距离处非常接近(P>0.05);但在不同土层间变化很大(P<0.01),其中0-20和60-150 cm土层为根系主要分布区域,其根系所占比例共达86%;不同径阶间的根长密度差异显著(P<0.01),且其比例关系会随空间位置的改变而发生变化。不同栽植方位下,林带东侧毛白杨根系分布的浅层化程度高于西侧,且在径向240-280 cm内其0-0.5 mm的极细根显著多于西侧(P<0.05)。因此,宽窄行栽植模式下,深度和径阶是毛白杨根系分布的主要影响因子,而栽植方位会对其形态构型产生影响。毛白杨根系吸水模式受细根分布的影响,但会随土壤剖面水分有效性分布的变化而变化:当表土层水分有效性增加时,根系吸水主要集中在表土层;当表土层水分有效性降低时,深层土壤根系的吸水贡献率会逐渐增加;当土壤剖面水分条件异质性较高时,根系吸水主要集中在根系密度与水分有效性均较高的区域;当土壤剖面水分分布均匀且不存在水分胁迫时,根系吸水分布与细根分布最为一致。     

植物叶片吸滞PM_(2.5)等大气颗粒物定量研究方法初探——以毛白杨为例

以毛白杨为例,提出一种利用激光粒度仪和天平定量评估植物叶片吸滞细颗粒物(PM2.5,直径d≤2.5μm)等大气颗粒物能力的方法——洗脱称量粒度分析法(EWPA),实现了对植物叶片吸滞大气颗粒物质量和粒径分布的直接、准确测定,可操作性强.首先,进行预试验对试验方法的稳定性进行检验;其次,通过对叶片进行清洗、离心洗液、烘干等步骤收集其吸滞的颗粒物,然后对颗粒物称量,并采用激光粒度仪测定颗粒物的粒径分布;最后,利用叶面积和林分叶面积指数数据换算得到单位面积叶片和林分的各径级颗粒物吸滞量.在北京市奥林匹克森林公园内一片毛白杨林分(27 d未经历降雨)中应用该法,测得毛白杨叶片吸滞大气颗粒物的粒径均值为17.8μm,吸滞PM2.5、可吸入颗粒物(PM10,d≤10μm)和总悬浮颗粒物(TSP,d≤100μm)的体积百分比分别为13.7%、47.2%和99.9%;叶片的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为8.88×10-6、30.6×10-6、64.7×10-6和64.8×10-6g·cm-2;林分的PM2.5、PM10、TSP和总颗粒物吸滞量分别为0.963、3.32、7.01和7.02 kg·hm-2.     

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)。     

沟灌水氮耦合对毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响

为探索沟灌水氮耦合对幼年生毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响,以4年生砂地三倍体毛白杨为对象,研究3个灌溉水平(W₂₀、W₃₃、W₄₅,即沟渠正下方40 cm土壤水势分别达到-20、-33和-45 kPa时灌溉),4个施N水平(N₁₂₀、N₁₉₀、N₂₆₀、N₀,即施肥量为120、190、260和0 kg·hm^-2·a^-1)和自然条件(对照,CK)下幼年生毛白杨林木生长和水氮吸收利用规律,并结合林木生长状况,分析4年生三倍体毛白杨的最佳沟灌水氮耦合策略。结果表明:W₂₀N₁₂₀(高水低肥;土壤水势-20 kPa,施N量120 kg·hm^-2·a^-1)处理对三倍体毛白杨的林地生产力提升最为显著,其林地生产力最高可达33.37 m³·hm^-2·a^-1,仅有树高和总株生物量受到水氮耦合交互作用的显著影响。增加灌溉量或施N量都会提高林木吸氮量,但吸氮量主要受施N量影响;W₂₀N₂₆₀处理总株吸氮量最高,达112.17 kg·hm^-2·a^-1,较CK增加74.0%。各处理中,W₂₀N₁₂₀氮吸收效率和氮肥偏生产力最高,且显著高于其他处理,其总株、地上部、地下部氮吸收效率可达36.8%、28.5%、6.4%,总株氮肥偏生产力可达221.4 kg·kg^-1。不同水氮耦合处理灌水量对灌溉水的利用效率影响显著,其中,W₄₅N₂₆₀灌溉水利用效率最高,达13.66 g·kg^-1;而W₂₀N₁₂₀吸水量和水吸收效率最高,分别为13268.28 t·hm^-2和129.4%。为达到较大的收益,在三倍体毛白杨的幼年生长期间,应保持充足的水分灌溉(-20 kPa)和相对偏低的施氮量(120 kg·hm^-2·a^-1)促进幼年生毛白杨的生长发育。     

地下滴灌下土壤水势对毛白杨纸浆林生长及生理特性的影响

在6、7年生三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)纸浆林中研究了地下滴灌(SDI)下不同土壤水势(-25、-50、-75kPa,即灌溉起始阈值)对林木生长及生理特征的影响。结果表明:与不灌溉(CK)相比,SDI使6、7年生林分的生产力分别平均提高24%和28%;其中,-25 kPa使6年生林分的生产力达到39.90 m3hm-2a-1,较CK极显著提高43.5%(P<0.01)。各水势处理间,-25 kPa的生产力在林分6年生时分别较-50和-75 kPa极显著提高20%和31%(P<0.01),在7年生时分别提高13%和14%(P>0.05)。能在毛白杨速生期内(4—7月)大幅提高土壤含水率(20和50 cm处分别平均提高35%和27%)、树干日平均液流速率(46%,SFmean)、黎明前叶水势(41%,ψpd)是SDI促进林木生长的重要机制。灌溉起始水势阈值的差异对毛白杨SFmean和ψpd无显著影响(P>0.05)。3个水势处理中,-25 kPa的平均SFmean和ψpd均最高,且其能使根系活动剧烈的表土层(0—20cm)的水分有效性有最大幅的提高,这可能是其对林木生长有最大促进作用的主要原因。综上,应在毛白杨纸浆林培育中大力推广SDI,并在应用时可将距滴头10cm、地下20 cm处的土壤水势达到-25 kPa作为灌溉起始阈值。另外,在与试验地环境相似地区栽植毛白杨时,应于4—7月灌溉,8—10月一般可不灌溉。     

植物叶片表面水溶与非水溶性颗粒物滞纳量分离定量评估——以5种树种为例

为了精确、定量评估植物叶片表面水溶性和非水溶性颗粒物的质量及粒径分布,进一步提高对城市树木大气颗粒物吸滞能力的定量评估精度,本研究以3种阔叶树种(银杏、国槐、垂柳)和2种针叶树种(油松、圆柏)为研究对象,于雨后14 d(降水量>15 mm)采集叶样,依次对其进行泡洗+刷洗(WC+BC)、超声清洗(UC),然后对每个清洗步骤下叶片洗脱液进行离心分离,对上清液与沉淀物进行烘干、称量,测定水溶性和非水溶性颗粒物的质量,采用无水乙醇和去离子水对水溶性和非水溶性颗粒物进行溶解,分别测定其粒径分布,并依此计算叶片表面滞纳不同径级水溶性和非水溶性颗粒物的质量.结果表明: 阔叶和针叶树种叶片表面滞纳水溶性、非水溶性颗粒物质量(比例)分别为480.61(52.3%)、438.91(47.7%)和97.93(12.0%)、715.84 mg·m^-2(88.0%).5种树种叶面水溶性颗粒物粒径分布呈单峰曲线,而叶面非水溶性颗粒物粒径则呈多峰分布,且水溶性颗粒物的平均粒径(40.36 μm)明显小于非水溶性颗粒物平均粒径(105.65 μm).阔叶树种国槐、银杏在空气中含水溶性颗粒物较多的区域具有较高的颗粒物滞纳能力;而针叶树种圆柏在空气中非水溶性颗粒物较多的区域具有较高的颗粒物滞纳能力.     

植物叶片吸滞PM2.5等大气颗粒物定量研究方法初探——以毛白杨为例

以毛白杨为例,提出一种利用激光粒度仪和天平定量评估植物叶片吸滞细颗粒物(PM_2.5,直径d≤2.5 μm)等大气颗粒物能力的方法——洗脱称量粒度分析法(EWPA),实现了对植物叶片吸滞大气颗粒物质量和粒径分布的直接、准确测定,可操作性强.首先,进行预试验对试验方法的稳定性进行检验;其次,通过对叶片进行清洗、离心洗液、烘干等步骤收集其吸滞的颗粒物,然后对颗粒物称量,并采用激光粒度仪测定颗粒物的粒径分布;最后,利用叶面积和林分叶面积指数数据换算得到单位面积叶片和林分的各径级颗粒物吸滞量.在北京市奥林匹克森林公园内一片毛白杨林分(27 d未经历降雨)中应用该法,测得毛白杨叶片吸滞大气颗粒物的粒径均值为17.8 μm,吸滞PM_2.5、可吸入颗粒物(PM₁₀,d≤10 μm)和总悬浮颗粒物(TSP,d≤100 μm)的体积百分比分别为13.7%、47.2%和99.9%;叶片的PM_2.5、PM₁₀、TSP和总颗粒物吸滞量分别为8.88×10^-6、30.6×10^-6、64.7×10^-6和64.8×10^-6 g·cm^-2;林分的PM_2.5、PM₁₀、TSP和总颗粒物吸滞量分别为0.963、3.32、7.01和7.02 kg·hm^-2.     

基于超声清洗的树木叶面颗粒物粒径分布与吸滞效率研究——以银杏和油松为例

明确在常规叶片清洗方法(泡洗或泡洗+刷洗)上增加超声清洗对叶面各径级颗粒物滞纳量定量评估的影响, 并在此基础上研究叶面颗粒物的粒径分布和吸滞效率, 可进一步提高城市树木大气颗粒物吸滞能力的定量评估精度。该文以城市森林建设常用阔叶树种银杏(Ginkgo biloba)和针叶树种油松(Pinus tabuliformis)为研究对象, 于雨后(降水量>15 mm) 4天(短滞尘时长)和14天(长滞尘时长)分别采集叶样, 并依次对其进行泡洗(WC)、刷洗(BC)、超声清洗(UC)等洗脱程序, 然后对每个清洗步骤下叶片洗脱液中颗粒物的质量和粒径分布进行测试, 并依此估算叶片各径级颗粒物的吸滞效率。结果表明, 以“泡洗+刷洗+超声清洗”清洗流程的测试结果为参照, 若只对叶片进行泡洗, 则银杏和油松对大气颗粒物(PM₁, 粒径d ≤1 µm)、PM_2.5 (d ≤ 2.5 µm)、PM₅ (d ≤ 5 µm)、PM₁₀ (d ≤ 10 µm)吸滞量会分别被低估约一半(54%、53%、53%和53%)和40% (42%、42%、42%和42%); 若只进行“泡洗+刷洗”, 则银杏和油松对相应径级颗粒物的吸滞量仍会分别被低估约15% (17%、16%、15%和15%)和20% (21%、20%、20%和20%)。油松叶面颗粒物粒径分布呈双峰曲线, 而银杏叶面颗粒物粒径则呈单峰分布, 且银杏叶面颗粒物平均粒径在短、长滞尘时长下均大于油松。油松叶片对PM₁、PM_2.5、PM₅、PM₁₀和总悬浮颗粒物的吸滞效率分别为8.96、23.92、23.96、23.96和23.96 mg·m^-2·d^-1, 分别比银杏叶片高112%、73%、34%、37%和42%。     

不同灌溉条件下杨树人工林蒸腾过程及环境响应

研究不同土壤水分阈值灌溉下毛白杨(Populus tomentosa)生长季蒸腾与环境因子的关系, 对于科学制定毛白杨高效水分管理策略至关重要。该研究以毛白杨人工林为研究对象, 设置不同灌溉处理: 充分灌溉(DF, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-18 kPa时灌溉)、控水灌溉(DC, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-45 kPa时灌溉)和无灌溉(CK, 空白对照)。采用热扩散技术, 对毛白杨生长季树干液流通量进行连续观测, 并同步监测太阳辐射(SR)、空气温度(T_a)、空气湿度(RH)、土壤体积含水率(SWC)和风速(WS)等环境因子。结果显示: 1)不同灌溉处理下毛白杨树干液流通量日变化趋势相似, 呈现单峰型, 并存在显著的夜间液流活动。灌溉处理不会影响树干液流的启动时间, 但会造成树干液流峰值时间出现差异, 充分灌溉会使液流峰值到达时间提前。灌溉会增大毛白杨蒸腾量, 毛白杨的蒸腾量随着土壤水分灌溉阈值的减小而增大。2)毛白杨树干液流密度与SR和空气水汽压亏缺(VPD)存在明显的时滞现象, 树干液流通量变化提前于VPD, 而滞后于SR。不同灌溉处理对时滞现象无显著影响。3) 3个处理下, 蒸腾与VPD、SR及SWC具有显著正相关关系, 与风速具有显著负相关关系, 且对气象因子的响应程度不同。综上所述, 灌溉能够有效调节人工林水分生理对环境因子的适应过程, 但增加灌溉未必会造成蒸腾相应增加。根据林分蒸腾需水和自然降雨的关系, 生长季前期(该研究为4-7月)进行灌溉有利于毛白杨人工林水分生理活动的进行。     

造纸废水灌溉对毛白杨苗木生长及养分状况的影响

为了探讨工业造纸废水用于杨树人工林灌溉的可行性,以三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)1年生盆栽苗木为对象,研究了不同浓度造纸废水(分别稀释到12.5％ (IF7Q)、16.7％ (1F5Q)、25％(1F3Q)、33.3％ (1F2Q)、50％ (1F1Q))灌溉对苗木生长及养分状况、土壤化学性质的影响.结果表明:造纸废水灌溉对土壤pH值、速效P含量无显著影响(P＞0.05),但能显著提高土壤有机质、全N及碱解N的含量(P＜0.05).适当稀释的废水灌溉能促进三倍体毛白杨的苗木生长,提高土壤和植株养分水平:灌溉后1F5Q地径、苗高生长量分别为10.5 mm和97.3 cm,较CK分别显著增加102％和47％ (P＜0.05);1F5Q和1F3Q处理苗木总生物量为247 g和230 g,分别较CK显著提高19％和11％(P＜0.05);废水灌溉可显著提高植株根、叶N含量和茎P含量(P＜0.05),但对植株叶、根P含量和茎N含量影响不大(P＞0.05).造纸废水通过一定处理后,可应用于苗木灌溉并促进其生长,提高地力.对于三倍体毛白杨,将废水稀释到16％-25％能起到较好的灌溉效果.