农林复合系统中物种间水肥光竞争机理分析与评价

低丘红壤农林复合系统被认为能通过引入树木而利用土壤深层水分及防治水土流失,从而作为亚热带地区应对季节性干旱的有效利用方式。然而,复合也可引起光能、水分和养分的竞争,导致农作物减产。通过作物生长量的测定、利用多年监测的土壤水文数据、15N微区试验及光合有效辐射的测量,综合探讨了南酸枣-花生复合系统引起的物种间水肥光的变化;通过其交互作用形成的协同,竞争关系分析,较为全面地评价了农林复合系统水肥光竞争特征。研究表明：低丘红壤上南酸枣与花生复合,促进了南酸枣生长,却减小了20％～50％的花生产量和生物量。其原因不单是南酸枣遮荫引起复合花生光合有效辐射减弱,还与水、肥竞争有关。复合系统在旱季加大利用50～100cm土层土壤水分,从而缓冲了干旱造成的影响;但南酸枣与花生间作系统也存在着一定的水分竞争。复合使得南酸枣能够利用施于花生区及淋失到60cm深处的养分,提高了养分的利用率;但同时也导致养分的竞争并影响花生的生长。在花生产量、生物量受复合南酸枣竞争影响因子中,以光最大、养分其次、水分最小。农林复合系统水肥光交互作用因其组分类型与时空配置而异,需从生态、经济、社会效益方面对复合模式加以优化。     

桃树冠层蒸腾动态的数学模拟

将气孔导度公式、Penman—Monteith公式和土壤水分限制模型相结合,可以模拟出不同环境因子对植物蒸腾进程的影响。通过对盆栽桃树（Prunus persica var．nectadna Maxim．）数值模拟发现：影响桃树蒸腾速率的主要气象因子是太阳辐射、大气温度和湿度。植物通过气孔导度的改变来响应气象因子的变化,蒸腾的日变化主要是由气象因子的日变化引起的。土壤的水分状况也对气孔导度有显著的影响,进而影响植物的蒸腾大小。通过数值模拟还发现植物的蒸腾量并不总是随叶面积的增大而增大,对于桃树而言叶面积指数为4左右时日蒸腾量达到最大值。通过对气孔导度和蒸腾速率的模拟值和实测值进行检验发现,两者基本吻合,说明利用数学模拟的方法可以求出不同环境条件和不同叶面积桃树冠层的蒸腾速率。     

应用热平衡法测定玉米/大豆间作群体内作物的蒸腾量

通过田间试验采用基于热平衡法的茎流计测定玉米/大豆条带间作群体内作物的蒸腾规律.结果表明：间作群体内,玉米和大豆植株的茎流速率在晴天呈单峰曲线,在阴天则呈多峰曲线.植株的茎流受多个环境因子的影响,其中太阳辐射是影响植株茎流最主要的气象因子.玉米和大豆的单株日茎流量与多个气象因子间存在较好的相关关系,达到极显著水平.茎流观测期内（2008年6月1-30日）,间作群体内玉米植株的日均蒸腾量（1.44 mm·d^-1）为大豆（0.79 mm·d^-1）的1.8倍,玉米和大豆植株的蒸腾量分别占间作群体总蒸腾量的64%和36%.考虑到作物的茎直径和叶面积的空间变异,安装一定数量的茎流探头对于准确测定植株茎流是十分必要的.     

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。     

中国漳江口红树植物秋茄茎流特征及其影响因子

利用Granier热消散式探针法对福建漳江口国家级红树林自然保护区内红树植物秋茄的树干茎流密度(SFD)进行1年(2010年10月至2011年10月)的连续监测.结果表明: 季节和树干径级对秋茄树干茎流密度均有显著影响.在夏季,胸径(DBH)为8～10 cm时秋茄树干最外层2 cm处的SFD达到最大,为38.21 g·m^-2·s^-1,这与其他红树物种以及湿地乔木物种的茎流密度相当.不同径级(小、中、大径级分别为2～4、4～8、8～10 cm)秋茄每日整树蒸腾量(即水分日利用量)也呈现明显的季节变化,从冬季到夏季的波动值分别为0.14～0.19、0.94～1.45、1.96～3.43 kg·d^-1.通过整合各个径级秋茄树的日蒸腾量推算得到秋茄林的日蒸腾量,再全年累加计算得到秋茄林年总蒸腾量为100.38 mm,不到当地年降水量的6%.主要环境因子对秋茄林蒸腾速率(E_s)均有极显著影响(P<0.001),其中,光合有效辐射(PAR)和饱和水汽压差(VPD)是E_s最主要的驱动因子,解释了E_s 60%～92%的季节变异,且夏季秋茄E_s 对PAR和VPD的依赖性大于冬季.秋茄E_s与环境因子之间存在明显的时滞现象,需要在解释秋茄林E_s季节变异时加以考虑.     

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.     

橡胶树蒸腾特征及其与环境因子的关系

于2013年2—11月,应用Granier热消散探针对西双版纳地区橡胶树蒸腾进行了连续观测,并同步测定了环境因子(光合有效辐射(PAR)、气温、相对湿度和土壤含水量),结果表明:橡胶树蒸腾速率为昼高夜低的单峰曲线,晴天平均蒸腾速率、蒸腾量是雨天的4倍之多;雨季蒸腾启动时间较干季提前0.5～1.0 h、峰值时间较干季提前2.0～4.5 h,观测阶段日平均蒸腾量为27.84 kg·d-1;4月蒸腾量最大,其值为54.3 mm,11月蒸腾量最小,其值为29.6 mm。干季环境因子对蒸腾速率影响的大小顺序为:气温相对湿度PAR土壤含水量,雨季为:PAR相对湿度气温土壤含水量。干季橡胶林出现水分亏缺,但橡胶树通过其发达的根系可以获取深层土壤水,因此未对其造成严重的水分胁迫。     

石羊河流域干旱荒漠绿洲区不同滴灌模式下葡萄茎液流变化及其与环境因子的关系

研究了石羊河流域干旱荒漠绿洲区交替滴灌（ADI）、固定滴灌（FDI）和常规滴灌（CDI）模式下葡萄茎液流的变化规律及其与气象因子和土壤含水率的相关关系.结果表明：研究区葡萄茎液流表现出与太阳辐射同步的昼夜变化节律;新梢生长期和开花期CDI处理的茎液流量显著大于其它两个处理;影响瞬时茎液流的主要气象因子是太阳辐射和气温,日茎液流量与平均气温和风速具有线性相关关系;不同灌溉方式下葡萄茎液流与气象因素的相关程度依次为：CDI>ADI>FDI;葡萄日茎液流量与参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）呈显著线性相关关系.与CDI相比,ADI节省50%水量,而茎液流总量仅降低6.56%,且其葡萄茎液流和水分传导具有明显的补偿效应.     

土壤水分状况及环境条件对水稻蒸腾的影响

在南方红壤区用田间测坑试验,研究了高、中、低3种土壤水分条件下的早、晚稻蒸腾速率和水分利用效率的变化,蒸腾日变化结果表明,蒸腾速率受许多田间小气候因子的影响,相关分析及多元逐步回归分析表明,叶片与空气相对湿度差和叶面温度对水稻叶片蒸腾影响最大,处理B（中等土壤水分条件）可以明显提高叶片水利用率和产是,处理C提高了叶片水分利用效率,却导致晚稻减产,早稻中、低土壤水分条件可以减小叶片蒸腾速率,而晚稻上并不能明显减少叶片蒸腾。     

华北落叶松树体储水利用及其对土壤水分和潜在蒸散的响应: 基于模型模拟的分析

 树体储水在树木水分传输中具有重要的作用, 不仅为蒸腾提供水分来源, 还具有缓冲作用, 可防止木质部导管水势过低以至于水分传输的失败。树体储水动态及其利用的研究对于认识树木对水分胁迫的响应机制具有重要意义。该研究构建了包含树体储水释放-补充作用的树干水分传输模型, 可模拟计算林分小时尺度的冠层蒸腾、边材液流、树体储水与木质部导管水流交换过程, 并以六盘山北侧的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为例, 在林分水平分析树体储水利用及其 与土壤水分和潜在蒸散之间的关系。检验结果表明, 该模型能够精确地模拟出林分边材液流的日变化特征, 模拟与观测的小时液流速率决定系数R²为0.91 (n = 2 352)。模拟结果表明, 在典型晴朗天气下, 在日出时树体储水利用启动, 至9:00左右达到峰值(0.14 mm?h^–1), 午间降至0, 下午降为负值直至午夜, 即进入树体补水阶段; 树体储水日使用量(DJ_z)为0.04–0.58 mm?d^–1, 与日蒸腾量(DT_r)成正相关(R² = 0.91), 对蒸腾的贡献为25.6%。分析结果表明, 当潜在蒸散(ET_p)低于4.9 mm?d^–1时, ET_p是华北落叶松树体储水利用的主要驱动因子, DJ_z与ETp成正相关(R² = 0.68); 当ET_p高于4.9 mm?d^–1时, DJ_z随着ET_p的增加呈现降低趋势; DJ_z与土壤水势没有显著相关关系(p > 0.05), 但最大树体储水日使用量(DJ_zmax)与土壤水分含量成正相关(R² = 0.79), 说明土壤水分是树体储水利用的限制因子。     

太行山南麓低山丘陵区栓皮栎直径变化及其与环境因子的关系

使用周长传感器(Circumference DC2)研究了太行山南麓低山丘陵上栓皮栎人工林树干直径的日变化及其影响因子.结果表明:在季节性干旱期间,栓皮栎树干的直径变化周期性明显,直径收缩与液流启动时间基本一致,直径最小值滞后于液流速率最大值3 ～4 h;栓皮栎直径日最大收缩量(MDS)呈现低-高-低的变化趋势,与累积液流通量和叶片水势日差值极显著相关,与土壤含水量呈显著的二次方程关系.MDS值受气象因子变化的影响,与温度日差值、蒸汽压亏缺日差值和相对湿度日差值显著相关,而与太阳辐射日差值的相关性不显著.连续降水后,土壤水分不再是栓皮栎直径变化的限制因子,MDS值与累积液流通量、叶片水势、土壤含水量和气象因子差值的相关性均不显著.季节性干旱期和雨季的土壤含水量和温度是影响树干直径日变化的主要因子.     

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。     

荒漠防护林典型树种液流特征及其对环境因子的响应

利用基于热补偿理论的SF300分体液流仪对干旱荒漠区人工防护林典型树种(俄罗斯杨、胡杨、榆树、沙枣)树干液流全天候监测,自动气象站同步记录相关环境因子变化。研究表明:①4种防护林树种茎干液流日变化除沙枣树外均存在明显昼夜节律,液流速度在同属种间差异较小,在不同属种间差异显著,俄罗斯杨的日平均液流速度可以达到沙枣的13.8倍,耗水量排序为俄罗斯杨胡杨榆树沙枣树。②水分充足条件下,增加实验地灌溉量使4种树木蒸腾受到抑制,液流流速降低,水分利用效率降低。③液流流速因所处树干径向位点不同而存在差异,俄罗斯杨、榆树、沙枣液流速度表现出由形成层到髓心的递减趋势,胡杨树干径向位点液流没有表现一定规律。④树干液流流速与环境因子进行相关分析,通过逐步回归分析建立了4个典型树种茎干液流速度与环境因子关系估算模型,分析认为4种树木的环境敏感性排序为俄罗斯杨榆树胡杨沙枣。     

毛竹液流特征及其与环境因子的关系

运用Dynamax液流测量系统监测浙江庙山坞自然保护区毛竹液流的日变化,采用型号为EQ-15的土壤水势仪监测0～100cm土层的土壤水势,利用自动气象站同步监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速等气象因子。结果表明:晴朗天气条件下毛竹液流的日变化过程呈现单峰曲线,具有显著的昼夜变化规律,且变幅大;阴雨天气时液流日变化过程呈双峰或多峰曲线,而且日均液流速率和日液流量均低于晴朗天气,变化较平缓;不同径阶毛竹液流速率波动规律相同,但径级较大毛竹的日均液流速率和液流量较大一些。当0～100cm土层土壤水势在-13～-10kPa时,毛竹液流速率与土壤水势相关性不显著,但当土壤水势低于-200kPa左右时,液流速率和土壤水势呈正相关,土壤水分含量成为限制液流速率的主要因子之一;相关性分析表明,边材液流速率与空气温度、空气相对湿度、光合有效辐射、总辐射、水蒸气压亏缺呈极显著正相关,与空气相对湿度呈极显著负相关。太阳辐射、气温、空气湿度、风速等环境因子作自变量,以液流速率作因变量,经过逐步回归,建立了液流速率与环境因子的多元线性模型。     

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.     

华北落叶松夜间树干液流特征及生长季补水格局

在宁夏六盘山北侧半干旱区的叠叠沟小流域,采用热扩散探针法在2011年生长季监测了华北落叶松(Larix principisrupprechtii)人工林的树干液流速率,分析了夜间树干液流和补水量的变化特征及与气象、土壤水分等环境因子的关系.结果表明:树干液流速率日变化表现为典型的单峰宽峰曲线,且整个生长季均存在微弱的夜间液流,一般表现为逐渐减小,特别是在晴天,且晴天的变幅显著大于雨天.除生长季中期雨天夜间液流平均速率显著高于晴天,生长季初期及末期雨天与晴天的差异并不显著.生长季内,夜间树干补水总量为11.03 mm,占总蒸腾量的7.22％;5月份的树干补水量最大(4.19mm),其他月份的树干补水量明显减小,在0.9-1.7mm的范围波动.但不同月份间的补水贡献率存在明显差异,表现为生长季末期(9、10月)＞初期(5月)＞中期(6-8月).相关分析表明,日补水量与各气象因子关系不大,仅与降水量显著正相关(P＜0.05),与土壤含水率、日间蒸腾量、日蒸腾总量极显著正相关(P＜0.01).夜间补水的月蒸腾贡献率与月均土壤含水率、月均气温、月均日间蒸腾量、月总蒸腾量等显著相关(P＜0.05);而夜间补水的日蒸腾贡献率与日最高气温、日均气温、日间蒸腾量、日均饱和水汽压差、日总蒸腾量、日均太阳辐射强度、日最低气温、日均空气相对湿度、日降水量、土壤含水率等极显著相关(P＜0.01),经逐步回归分析建立了日补水量蒸腾贡献率与环境因子的多元线性模型.     

基于稳定同位素和热扩散技术的张北杨树水分关系差异

利用稳定氢同位素和热扩散技术研究张北防护林杨树的水分来源和蒸腾耗水,分析确定未退化与退化杨树的水分关系差异.结果表明:在生长季节中退化杨树主要利用0～30 cm土壤水分,未退化杨树主要利用30～80 cm土壤水分,两者的水分来源不同.旱季时,未退化杨树利用深层土壤水分和地下水的比例明显高于退化杨树.雨季中,杨树对0～30 cm土壤水分的利用比例增加,退化杨树增加幅度明显高于未退化杨树,对30～180 cm土壤水分的利用比例均减少.未退化杨树的液流速率大于退化杨树,不同天气中液流速率表现出相似的变化趋势,但未退化杨树液流的启动时间比退化杨树早.相关分析表明,未退化和退化杨树液流速率与土壤温度、风速、太阳辐射、相对湿度、空气温度均呈极显著的相关关系.退化杨树液流速率与土壤温度和空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素呈显著正相关,而未退化杨树仅与空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素均呈显著正相关关系,表明退化和未退化杨树蒸腾耗水易受环境条件的影响.退化杨树液流日累计量明显小于未退化杨树,表明其蒸腾耗水量较少;退化杨树水分来源浅,蒸腾耗水的减少并不能阻止林分退化.