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.     

梨园不同尺度耗水量对比研究

通过热脉冲法实时监测不同径级梨树树干液流速度,经尺度转换得到梨园液流量,与CIRAS-1红外气体分析仪测定叶片不同时期蒸腾速率经叶面积转换得到梨园蒸腾量进行对比,结果表明：基于叶片、单株计算的梨园耗水量分别为523.51和498.05 mm,二者具有很好的一致性。干径是由单株计算梨园耗水量的最佳转换因子。     

围封禁牧对小叶锦鸡儿灌丛化草原群落组成和结构的影响

典型草原向灌丛化草原的转变是过度放牧引起的重要结果之一。为研究内蒙古地区小叶锦鸡儿灌丛化草原对围封禁牧的响应,在内蒙古锡林郭勒典型草原退化区选取小叶锦鸡儿成片分布的典型地段,自2003年,分别设置禁牧样区和放牧样区。于2008—2011年连续四年调查禁牧样区小叶锦鸡儿种群生长和生理生化指标及灌丛间群落基本特征,并将2011年禁牧样区与放牧样区小叶锦鸡儿种群与灌丛间群落进行比较。结果显示:(1)围封后小叶锦鸡儿种群开始衰退,主要体现在种群盖度的降低和叶片氮磷含量(特别是磷含量)有所降低,而个体构件生长状况无显著差异;(2)灌丛间群落的物种组成随围封年限增加发生显著变化:禁牧后1年生植物逐渐退出群落,多年生丛生禾草重要值随围封年限增加而显著增加,即围封禁牧对小叶锦鸡儿灌丛化草原的群落恢复有积极作用;(3)小叶锦鸡儿种群盖度与多年生丛生禾草的重要值显著负相关,说明两者之间存在竞争关系,推测多年生丛生禾草的竞争是禁牧后小叶锦鸡儿衰退的重要原因。     

科尔沁沙地黄柳和小叶锦鸡儿茎流及蒸腾特征

利用Dynamax茎流测量系统、Li-6400光合作用仪和自动气象站分别对科尔沁沙地两种灌木树种黄柳和小叶锦鸡儿的液流变化、蒸腾速率及其周围的环境因子进行检测.研究结果表明：（1）黄柳、小叶锦鸡儿茎干液流通量密度日变化趋势基本相同,呈多峰曲线;液流启动时间分别为4：30、5：30,在13：00左右到达各自液流峰值,峰值大小为81.2～91.7mg/h、17.3～27.1mg/h,20：30降为最低,晚间均具有明显的液流活动现象.（2）灌木的茎流日变化曲线与蒸腾速率日变化曲线并不吻合,实验测得的叶片蒸腾速率不能同步反映茎干液流的动态变化特征;黄柳的叶片蒸腾速率和单枝蒸腾耗水量均大于小叶锦鸡儿,耐旱性相对较低.（3）黄柳、小叶锦鸡儿白天液流通量密度变化趋势与环境因子变化趋势相吻合.相关性分析表明,影响灌木液流变化的主要因子依次是太阳有效辐射、相对湿度、大气温度、风速、10cm和20cm土壤温度.     

基于8hm2样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换

为准确地估算天山北坡中部雪岭云杉森林的林分蒸腾耗水量,本研究设置了8hm2固定样地,在每木调查的基础上,通过对7株标准木连续晴天液流的观测,分别得到胸径与液流速率和边材面积的拟合方程,最终计算得到了林分的蒸腾耗水量,确定了估算该森林群落蒸腾耗水的最小取样面积,并且讨论了最小取样面积随样地位置的变化。结果表明：①在自然生长系,雪岭云杉林分最大蒸腾耗水量、平均蒸腾耗水量同植株密度呈Extrem函数分布;当种植密度达到1200株/hm2时,林分最大蒸腾耗水量达到最大,为77.27 t/hm2d;②对林分蒸腾耗水量的测算存在明显的最小取样面积,最小取样面积随取样点的不同而略有差异,取样起始点在本样地的海拔上边界和下边界处时最小取样面积为4 hm2,取样起始点在本样地的中部时最小取样面积为2.56hm2。本研究为更精确地估算天山北坡雪岭云杉森林的蒸腾耗水量提供了理论依据。     

基于热比率法的青海云杉林蒸腾量估算

流域上游森林蒸腾量的准确估算对于干旱区水资源管理至关重要。该文采用热比率法的树干液流技术对青海云杉(Picea crassifolia)单木和林分蒸腾量进行了估算和转换, 目的在于通过该研究为不同尺度森林蒸腾量估算提供一个系统的解决方案。研究结果如下: 第一, 青海云杉胸径与边材面积间存在显著指数函数关系, R² = 0.94, p < 0.000β1; 第二, 热比率法的青海云杉蒸腾量测量中, 理论值与观测值间的比例系数为1.09, 观测值偏小; 第三, 基于单木平均液流速率和林分总边材面积的林分蒸腾量计算中, 不同胸径样树液流速率的异质会导致液流速率被高估或低估近1/3; 第四, 基于单木胸径与液流量间关系的林分液流估算技术能够更合理地对青海云杉蒸腾量进行估算。根据该文研究结果, 基于探针式液流测量技术可以更为科学地对单一树种研究区不同尺度的蒸腾量进行估算。     

平茬处理对小叶锦鸡儿灌丛邻居植物群落空间格局的影响

近几十年来,内蒙古典型草原小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛化现象普遍发生,严重影响了草地生产力。平茬作为灌丛化草地主要管理方式之一,已受到广泛关注;然而平茬如何影响灌丛邻居植物群落的格局动态及其下土壤理化性质变化,仍缺少相应研究。以内蒙古草原小叶锦鸡儿灌丛化草地为研究对象,进行平茬处理,并依据距离小叶锦鸡儿灌丛的远近位置(远—2.5 m,近—0.5 m)设置样方进行植物群落调查和土壤样品的采集,经分析发现:(1)平茬处理显著提高了灌丛邻居植物群落均匀度及邻居植物群落下土壤全碳、全氮含量。(2)借助零模型(Null-model)分析,得出未平茬处理条件下,距离灌丛远近两种位置群落均表现为竞争性格局;而平茬处理条件下,群落竞争性格局作用弱化,且距离灌丛2.5 m位置处群落表现为促进性格局。(3)调查群落中物种间的关系多为中性作用;仅有少数物种对表现为显著正(或负)相互作用关系,且多由群落中优势物种组成;平茬处理条件下群落中显著负相互作用关系物种对比例下降,支持群落整体竞争性格局弱化这一结论。所得结果不仅为小叶锦鸡儿灌丛平茬处理条件下邻居植物群落及土壤环境的动态变化的探讨提供了实验依据,而且对灌丛化草地的恢复具有一定的实践指导意义。     

浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间异质性

豆科锦鸡儿属(C arag ana)植物因其可以生物固氮而在草原生态系统中具有特殊的地位。定量分析小叶锦鸡儿(C arag anam icrophy lla)灌丛在浑善达克沙地不同生境条件下的分布格局,有助于理解植被与土壤养分循环之间的关系和合理制定退化沙地的恢复对策。采用地统计学中的半方差分析和分形分析两种方法研究了浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间分布格局,分析了不同生境中小叶锦鸡儿灌丛的植被、土壤水分和养分间的相关性。结果表明:(1)小叶锦鸡儿灌丛在3种生境条件下(滩地、固定沙丘和半固定沙丘)的盖度、土壤有机质和全氮的空间分布符合球状模型,空间自相关显著;(2)土壤pH值在滩地和固定沙丘的空间分布符合球状模型且空间自相关显著,但在半固定沙丘空间自相关不显著;(3)土壤水分在3种生境中的空间分布都符合线性模型,空间自相关显著。(4)植被的变异尺度(变程)小于各个土壤要素的变异尺度。植被(小叶锦鸡儿灌丛)的分布和形成过程决定了土壤养分的分布和形成过程。当地的小叶锦鸡儿灌丛在养分“沃岛”现象的形成中起了重要作用,合理的利用和布局当地的小叶锦鸡儿灌丛的分布,可以更加有效地补充草地生态系统的养分,从而有利于加快生态系统的恢复进程。     

内蒙古退化草原中与小叶锦鸡儿相关的小尺度土壤碳、氮资源异质性动态

小叶锦鸡儿在内蒙古典型草原中有着广泛分布,从而对小空间尺度土壤资源异质性产生强烈影响。退化草原中小叶锦鸡儿能够通过克隆生长形成灌丛斑块,不同大小斑块对应于其发育的不同阶段。因此,通过对与不同大小灌丛斑块相关的土壤有机碳（SOC）、全氮（STN）空间分布状况的分析,能够推断内蒙古退化草原中、与小叶锦鸡儿相关的小尺度SOC与STN异质性动态。结果表明：在内蒙古退化草原中,就0-5cm,5-10cm,10-20cm 3个土壤层次,小叶锦鸡儿均导致了与灌丛斑块相关小尺度上SOC与STN分布的空间异质性,且随着灌丛斑块的发育,这种异质性均不断增强,其中土壤表层0-5cm碳氮资源异质性的增强最为强烈,表现在灌丛斑块内部相对于外部（或边缘）对SOC与STN富集程度均显著增加。这表明内蒙古退化草原中,随着灌丛斑块自身的扩展,与小叶锦鸡儿相关小尺度上土壤碳氮资源空间异质性趋于增强。     

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.     

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。     

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。     

Characteristics of evapotranspiration in planted shrub communities in desert steppe zone based on sap flow and lysimeter methods

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。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿固沙群落土壤微生物功能多样性

为探讨科尔沁沙地流动沙丘上建立小叶锦鸡儿固沙植被后土壤微生物群落代谢功能的变化,采用Biolog-ECO微平板检测法,研究了9、16和26年生人工群落以及流动沙丘和天然小叶锦鸡儿群落土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明:在培养的264 h内,流动沙丘土壤微生物平均颜色变化率,以及对羧酸类、糖类、多聚物类、氨基酸类、胺类和芳香类化合物类的代谢能力明显高于人工群落;随着人工群落年龄的增加,土壤微生物代谢碳源种类增加,26年生人工群落土壤微生物的碳源代谢模式已接近天然群落.流动沙丘建立小叶锦鸡儿植被后,土壤微生物群落碳源代谢功能多样性和均匀度指数下降;随着植物群落发育年龄的增长,微生物功能多样性逐渐提高.     

Assessing transpiration in the tussock grass Stipa tenacissima L.: the crucial role of the interplay between morphology and physiology

Plant transpiration has a key role on both plant performance and ecosystem functioning in arid zones, but realistic estimates at appropriate spatial-temporal scales are scarce. Leaf and tiller morphology and crown architecture were studied together with leaf physiology and whole plant water balance in four individual plants of Stipa tenacissima of different sizes to determine the relative influence of processes taking place at different spatial and temporal scales on whole plant transpiration. Transpiration was estimated in potted plants by leaf-level gas exchange techniques (infrared gas analyzer and porometer), by sap flow measurements, and by integrating leaf physiology and crown architecture with the 3-D computer model Yplant. Daily transpiration of each individual plant was monitored using a gravimetric method, which rendered the reference values. Leaves on each individual plant significantly varied in their physiological status. Young and green parts of the leaves showed five times higher chlorophyll concentration and greater photosynthetic capacity than the senescent parts of the foliage. Instantaneous leaf-level transpiration measurements should not be used to estimate plant transpiration, owing to the fact that extrapolations overestimated individual transpiration by more than 100%. Considering leaf age effects and scaling the estimates according to the relative amount of each foliage category reduced this difference to 46% though it was still significantly higher than gravimetric measurements. Sap flow calculations also overestimated tussock transpiration. However, 3-D reconstruction of plants with Yplant and transpiration estimates, considering both the physiological status and the daily pattern of radiation experienced by each individual leaf section within the crown, matched the gravimetric measurements (differences were only 4.4%). The complex interplay of leaf physiology and crown structure must be taken into account in scaling up plant transpiration from instantaneous, leaf-level measurements, and our study indicates that transpiration of complex crowns is easily overestimated.     

Assessing transpiration in the tussock grass Stipa tenacissima L.: the crucial role of the interplay between morphology and physiology

Plant transpiration has a key role on both plant performance and ecosystem functioning in arid zones, but realistic estimates at appropriate spatial-temporal scales are scarce. Leaf and tiller morphology and crown architecture were studied together with leaf physiology and whole plant water balance in four individual plants of Stipa tenacissima of different sizes to determine the relative influence of processes taking place at different spatial and temporal scales on whole plant transpiration. Transpiration was estimated in potted plants by leaf-level gas exchange techniques (infrared gas analyzer and porometer), by sap flow measurements, and by integrating leaf physiology and crown architecture with the 3-D computer model Yplant. Daily transpiration of each individual plant was monitored using a gravimetric method, which rendered the reference values. Leaves on each individual plant significantly varied in their physiological status. Young and green parts of the leaves showed five times higher chlorophyll concentration and greater photosynthetic capacity than the senescent parts of the foliage. Instantaneous leaf-level transpiration measurements should not be used to estimate plant transpiration, owing to the fact that extrapolations overestimated individual transpiration by more than 100%. Considering leaf age effects and scaling the estimates according to the relative amount of each foliage category reduced this difference to 46% though it was still significantly higher than gravimetric measurements. Sap flow calculations also overestimated tussock transpiration. However, 3-D reconstruction of plants with Yplant and transpiration estimates, considering both the physiological status and the daily pattern of radiation experienced by each individual leaf section within the crown, matched the gravimetric measurements (differences were only 4.4%). The complex interplay of leaf physiology and crown structure must be taken into account in scaling up plant transpiration from instantaneous, leaf-level measurements, and our study indicates that transpiration of complex crowns is easily overestimated.     

Granier树干液流测定系统在马占相思的水分利用研究中的应用

介绍了Granier热消散探针在树干液流测定中的工作原理,并利用该系统长期监测广东鹤山马占相思林14株样树的液流密度,分析了树木个体内和个体之间液流密度的差异、整树和林段水分利用的量化特征.由于树木边材结构以及周围微环境的差别,树木内和个体间的液流密度差异非常明显,变异系数的平均值分别为15.51%-37.26%、37.46%-50.73%.尽管液流密度的差异较大,但同一株树木不同方位的液流密度之间却呈现明显的线性相关（p＜0.0001）,这是重要的特征值,使得只需测定某一方位的液流密度经尺度外推计算整树和林段蒸腾成为可能.树木液流对环境因子响应的变化规律取决于所参照的时间尺度,日变化主要受光辐射、水汽压差等气候因子的控制,而土壤水份对液流的季节变化影响较大.形态特征明显影响树木的液流,高大树木由于边材较厚、树干粗壮和冠幅较宽而承载较多的辐射能量,因而水分蒸腾较高.对树木液流密度在径向和方位上进行适当的整合,可较准确地计算整树和林段蒸腾.由液流估测的马占相思整树和林段蒸腾的结果显示,该群落的水分利用在时间和空间上均有明显的分化.     

高温天气植被蒸腾与遮荫降温效应的变化特征

开展城市中不同树种植被遮荫与蒸腾降温效应的量化研究是科学优化植被温度调控服务的重要基础。以南京市栖霞区某小型绿地单元为研究区,对高温晴朗天气下不同树种典型植株树干液流进行了观测,采用"单位叶面积上的平均液流速率×叶面积指数"的扩展方法实现了由单株到林分尺度上冠层蒸腾量与蒸腾降温效应的估算,并根据林上、林下太阳辐射值计算了不同树种与整个绿地单元的遮荫降温效应,进而阐明了蒸腾与遮荫降温对总降温效应贡献率的变化特征。研究结果表明:1)3个树种树干液流均呈现昼高夜低的变化趋势,树干液流通常在6:00左右启动,正午前后达到峰值,且存在明显的"午休"现象,而在同一树种内树干液流会随着胸径的增大而显著增大;2)林分尺度上的冠层蒸腾量与蒸腾降温效应均为杨树雪松香樟,杨树峰或谷出现的时间(11:00—19:00)均明显晚于雪松(10:00—15:00)和香樟(9:00—16:00);3)3个树种遮荫降温效应总体上与太阳辐射的日变化规律基本一致,但树种间日平均降温效应的差异较小;4)3个树种与整个小型绿地单元的总降温效应在夜间均非常微弱,且全部为蒸腾降温,而在白天遮荫对总降温的贡献率(60%—75%)则明显高于蒸腾降温(25%—40%)。