不同徑級的西伯利亞紅松樹干液流及蒸騰耗水特征的差異

劉　華,佘春燕,白志強,李　倩,劉　端,韓燕梁

(1 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園林學(xué)院,合肥 230036;2 新疆林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)研究所,烏魯木齊 830000)

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不同徑級的西伯利亞紅松樹干液流及蒸騰耗水特征的差異

劉華1,佘春燕1,白志強2*,李倩1,劉端2,韓燕梁2

(1 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園林學(xué)院,合肥 230036;2 新疆林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)研究所,烏魯木齊 830000)

摘要:基于熱擴(kuò)散技術(shù),采用TDP法連續(xù)監(jiān)測了新疆喀納斯國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同徑級西伯利亞紅松的樹干液流,分析其在生長季內(nèi)(6～9月)的液流變化及蒸騰耗水特性,為闡明喀納斯保護(hù)區(qū)優(yōu)勢樹種水分循環(huán)機理,以及理解區(qū)域尺度上森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)及其過程應(yīng)對未來氣候變化的響應(yīng)機制提供依據(jù)。結(jié)果顯示:(1) 不同徑級西伯利亞紅松在晴、陰、雨3種天氣條件下的樹干液流日動態(tài)變化均呈晝高夜低的多峰型曲線,但變化頻率和變化幅度差異明顯,日最大液流值的排序為晴天>陰天>雨天。(2) 樹干液流的發(fā)生較光合有效輻射的變化存在明顯的滯后效應(yīng),不同徑級西伯利亞紅松的最大液流峰值滯后時間在30～207 min。(3) 西伯利亞紅松的月平均樹干液流的大小順序為7月>8月>9月>6月,且相同徑級樹干陽生面的液流速率均大于陰生面。(4) 西伯利亞紅松全株的蒸騰耗水量為7月份的最大,其值占整個生長季的61.8%;且大徑級陽生面的蒸騰耗水總量(6 716.79 g)和陰生面蒸騰耗水總量(4 649.08 g)分別是相應(yīng)小徑級陽生面和陰生面的2.00和2.45倍。(5) 氣溫、空氣相對濕度和光合有效輻射是影響西伯利亞樹干液流的主要因素,同時0～5 cm和20～30 cm土壤溫度對其影響也較大。研究表明,西伯利亞紅松在生長過程中,大徑級樹干的液流和蒸騰耗水量大于小徑級,主要發(fā)生部位為樹干的陽生面,且在7月份的變化最明顯。

關(guān)鍵詞:西伯利亞紅松;徑級;樹干液流;蒸騰耗水

蒸騰作用是森林水循環(huán)的一個主要部分,與光合作用及碳循環(huán)緊密相連[1]。林木蒸騰耗水過程包括林木從土壤中吸收的液態(tài)水,經(jīng)由氣孔蒸騰轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水,并可通過測定樹干液流來估算林木的蒸騰耗水量[2]。隨著水分運移過程產(chǎn)生的樹干液流是表征樹體內(nèi)水分動態(tài)變化及其生理功能的關(guān)鍵指標(biāo)[3]。準(zhǔn)確測定樹干液流及估算林木蒸騰耗水速率是評估樹木利用土壤水分及應(yīng)對干旱危險的重要指標(biāo)[4]?；跓釘U(kuò)散原理的液流測定技術(shù)(therm dissipation probe,TDP) 具有野外攜帶方便、易操作、不受地形和空間異質(zhì)性的影響的優(yōu)點,適合持續(xù)測定山地環(huán)境條件下的林木液流及蒸散量[5]。研究表明,液流變化與環(huán)境溫度[6]和水汽壓虧缺(VPD)[7]密切相關(guān)。蒸散量估算包括樹木體內(nèi)、林木個體和林分3個尺度[8-10]。Tateishi等[11]對日本藍(lán)橡樹(QuercusglaucaThunb.ex Murray)的研究發(fā)現(xiàn),其樹干液流存在明顯的時空差異,若只對一個方位進(jìn)行測量推算整樹耗水量,將會最多引起近20%的誤差。在對單株進(jìn)行蒸騰耗水量測算時,其差異影響較小,但在林分區(qū)域尺度上的差異則不容忽視。

西伯利亞紅松[Pinussibirica(Loud.) Mayr.]為松科松屬的常綠喬木,在中國僅分布于阿爾泰山西北部,面積狹小,是中國特有的南泰加林的樹種之一,也是國家二級保護(hù)漸危種。其球果易遭動物啃食,林下天然更新不良,幼苗極少。西比利亞紅松在森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)、能量流動、有機物質(zhì)累積以及碳增匯等方面具有重要的生態(tài)功能。目前對它的研究主要側(cè)重林分結(jié)構(gòu)、土壤呼吸、碳儲量及干擾對其種群的影響等方面[12-15]。在全球氣候變化引起的氣溫升高和降水格局變化的背景下,關(guān)于該樹種參與森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)機理等方面的研究較少。因此,本研究利用熱擴(kuò)散法在生長季內(nèi)連續(xù)對不同徑級西伯利亞紅松陽面與陰面的樹干液流進(jìn)行監(jiān)測,分析樹干液流的季節(jié)變化動態(tài)及其與環(huán)境因子的相互關(guān)系,揭示該樹種蒸騰耗水特性和對環(huán)境條件改變的應(yīng)激響應(yīng)機制,為進(jìn)一步探求其水分動態(tài)調(diào)控機制,分析其對森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)關(guān)鍵過程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1研究區(qū)概況

研究地點位于新疆喀納斯國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)(48°26′18″～48°38′56″N,87°01′45″～87°33′50″E),該保護(hù)區(qū)大陸性氣候明顯,年平均溫度-0.2 ℃,最高氣溫29.3 ℃,最低氣溫-37 ℃,≥10 ℃的年活動積溫1 595.4 ℃,無霜期為80～100 d,年均日照時數(shù)為2 157.4 h,年均降水量1 065.4 mm,年均蒸發(fā)量為1 097 mm。因其特殊的地理位置、多樣的地貌和水熱組合條件,土壤和植被類型表現(xiàn)出明顯的垂直地帶性,是中國唯一的歐洲西伯利亞植物區(qū)系。保護(hù)區(qū)內(nèi)已知的維管束植物有83科298屬798種,并保存以泰加林為代表的天然森林生態(tài)系統(tǒng)。區(qū)內(nèi)喬木優(yōu)勢樹種為西伯利亞紅松、西伯利亞落葉松(LarixsibiricaLedeb.)和西伯利亞云杉(PiceaobovataLedeb.),伴生有西伯利亞冷杉(AbiessibiricaLedeb.)、疣枝樺(BetulapendulaRoth.)、山楊(PopulustremulaLinn.)等。其中,西伯利亞云杉、西伯利亞冷杉、西伯利亞紅松被列入國家二級瀕危野生植物。灌木優(yōu)勢種有大葉繡線菊(SpiraeachamaedryfoliaLinn.)、多刺薔薇(RosaspinosissimaLinn.)、藍(lán)果忍冬(LoniceracearuleaLinn.)等。草本優(yōu)勢種有多葉苔草(CarexpolyphyllaKar.et Kir.)、早熟禾(PoanemoralisLinn.)、白喉烏頭(AconitumleucostomumWorosch.)、柳蘭[Chamaenerionangustifolium(L.) Scop.]等植物。

2材料和方法

2.1試驗材料

在喀納斯自然保護(hù)區(qū)內(nèi)海拔1 400 m處的長期固定監(jiān)測大樣地內(nèi),選擇生長良好、曲干通直、無病害的2個徑級的西伯利亞紅松各3株,樹皮厚度和邊材面積在試驗完成后用生長錐和直尺測定,其特征見表1。

2.2試驗方法

在2013年6～9月期間,采用FLGS-TDP XM1000插針式熱耗散植物莖流計(Dynamax,USA)對已選擇的6株樣樹的樹干液流進(jìn)行測定。先在樣木的1.3 m處,去除陽生面、陰生面粗糙的樹皮,各形成一個長10 cm、寬4 cm的矩形(不破壞形成層),后用10% chlorx清洗過的0.059″鉆頭鉆孔,將TDP 50探針緩慢平滑插入鉆孔內(nèi),直至西伯利亞紅松的木質(zhì)部。再在探針周圍涂抹膠泥密封并安裝1/4球狀泡沫,以防止因水分接觸探針而引起熱沉效應(yīng),并保護(hù)傳感器,增加探針周圍的絕熱效果。最后用反射性泡沫鋁膜把樹干的泡沫球和TDP50探針安裝部位包裹起來,用膠帶密封包裹的上方,下方留出適當(dāng)?shù)目障兑员悴糠炙至鞒?。將探針TDP50纜線與數(shù)據(jù)采集器(DT50)相應(yīng)接口連接,接通電源,啟動PC400測定程序,設(shè)定為每隔1 min記錄1次數(shù)據(jù)。測定樹干液流的同時,利用樣地內(nèi)安裝的AMS-1000自動氣象站,收集氣溫、太陽有效輻射、空氣相對濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。并在樣地內(nèi)布設(shè)EM50土壤水分監(jiān)測儀,測定L1(0～5) cm、L2(5～10) cm、L3(10～20) cm和L4(20～30) cm層的土壤溫度。

2.3數(shù)據(jù)處理

液流指數(shù)、液流速率和液流質(zhì)量流量和蒸騰耗水量的計算分別見公式(1)～(4)。其中,液流指數(shù)(K)是由液流測量溫度差值(dT)和無液流時的溫差最大值(dTM)決定[16];液流速率(V)表示測量位點液流大小;液流通量(Fs)表示測量位點木質(zhì)部的液流量大小;蒸騰耗水量(T)可根據(jù)液流通量求出[17]。不同徑級西伯利亞紅松樹干液流采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析和檢驗差異顯著性。

K=(dTM-dT)/dT

(1)

V(cm/s)=0.011 9×K1.231

(2)

Fs(g/h)=SA×V×3 600

(3)

T(g)=Fs×t×99.8%

(4)

式中,SA為胸徑處邊材面積(cm2),t為測定時間,99.8%表示葉片的蒸騰作用所占樹干液流的比例。

3結(jié)果與分析

3.1不同天氣條件下西伯利亞紅松樹干液流速率的日變化特征

由圖1可知,不同徑級西伯利亞紅松樹干液流,在晴、陰和雨3種天氣條件下均呈晝高夜低的變化規(guī)律,但在液流啟動時間、最大液流峰值大小及達(dá)到峰值的時間存在一定差異。相同徑級的陽生面與陰生面樹干液流變化趨勢、啟動時間及達(dá)到峰值時間一致,且陽生面的樹干液流速率均大于陰生面的。大、小徑級的西伯利亞紅松在3種天氣條件下的樹干液流平均值大小順序均表現(xiàn)為晴天>陰天>雨天。其中,大徑級西伯利亞紅松陽生面樹干液流的日變化峰值在晴天、陰天和雨天分別為22.67、22.11和17.14 cm/h,分別是相應(yīng)陰生面的1.30、1.16和1.25倍;小徑級西伯利亞紅松陽生面樹干液流日變化峰值在晴天、陰天和雨天條件下則分別為19.68、19.51和11.81 cm/h,分別是相應(yīng)陰生面的1.36、1.35和1.44倍。

樹干液流變化在3種天氣條件下均為多峰型。其中,晴天條件下液流變化的頻率較高,且大徑級西伯利亞紅松的樹干液流活動時間較小徑級的長。13:00～17:00時段內(nèi)的液流維持較高的水平,其變化的最大峰值接近;10:00前大小徑級的西伯利亞紅松樹干液流均較低,隨著光照強度及溫度的增加,葉片光合氣孔的開放促進(jìn)了樹液流動,但小徑級西伯利亞紅松在12:00～20:00時段內(nèi)的液流波動較大徑級的劇烈。20:00之后隨著光合有效輻射及氣溫的下降,液流開始下降。22:00～2:00夜晚時段,大徑級西伯利亞紅松樹干液流處于低水平,由于白天蒸騰消耗水分較多進(jìn)而通過夜間補水,維持自身水分平衡[18],而小徑級西伯利亞紅松在22:00起的樹干液流基本為0。在陰天條件下,不同徑級西伯利亞紅松樹干液流最大值均出現(xiàn)在16:00左右,其夜間的樹干液流明顯。受光合有效輻射的影響,大小徑級西伯利亞紅松在雨天條件下樹干液流啟動時間均比晴天晚約6 h,比陰天晚約2 h,并在17:00時出現(xiàn)液流的波谷;自22:00起的夜晚時段,大徑級西伯利亞紅松液流處于低水平,小徑級西伯利亞紅松樹干液流接近于0。

表1　研究區(qū)內(nèi)西伯利亞紅松樣樹的特征

3.2大小徑級西伯利亞紅松樹干液流月變化特征

在生長季內(nèi),大、小徑級西伯利亞紅松6～9月的平均樹干液流變化趨勢為先增后減,這與光合有效輻射的月變化規(guī)律具有一致性,兩者大小變化規(guī)律均為7月>8月>9月>6月(圖2)。

表2顯示了6～9月樹干液流與光照強度的動態(tài)關(guān)系。隨著太陽高度角的偏移,日照時間變短,樹干液流開啟時間隨著光合有效輻射開啟時間的后移出現(xiàn)了明顯的滯后現(xiàn)象。光合有效輻射達(dá)到峰值的時間為14:10～15:00,而對于不同徑級西伯利亞紅松來說,達(dá)到峰值的時間在14:42～17:20之間,滯后時間在30～207 min之間。其中,大徑級西伯利亞紅松樹干液流開啟時間比小徑級的早52～184 min,這主要是因為大徑級西伯利亞紅松處于林冠上層,接受到光照的時間早于小徑級的。另外,在不同月份中,二者陽生面的樹干液流均大于陰生面的,大徑級和小徑級西伯利亞紅松陽生面樹干液流分別是其陰生面的1.07～1.32倍和1.16～1.37倍;大、小徑級西伯利亞紅松陽生和陰生面的月平均樹干液流排序均為7月>8月>9月>6月。

圖1　不同天氣條件下大(A)、小(B)徑級西伯利亞紅松樹干液流速率的日變化

圖2　不同徑級西伯利亞紅松月平均樹干液流速率

3.3不同徑級西伯利亞紅松生長季的蒸騰耗水量

樹木從土壤中吸收水分的90%都用于蒸騰作用,樹干液流的99.8%都用于葉片的蒸騰作用[17]。大、小徑級西伯利亞紅松陽生面和陰生面樹干液流在不同月份的總量及其總蒸騰耗水量存在差異(表3)。大徑級西伯利亞紅松的月液流總量和蒸騰耗水總量均大于小徑級的。這是由于陽生面與陰生面的冠幅大小差異及光照對導(dǎo)管分布的影響,導(dǎo)致西伯利亞紅松陽生面與陰生面的樹干液流與蒸騰耗水量也存在不對等性。大徑級和小徑級西伯利亞紅松陽生面蒸騰耗水量分別是其相應(yīng)陰生面的1.28～1.55倍和1.32～2.54倍;大徑級西伯利亞紅松的全株蒸騰耗水量是小徑級的2.16倍,兩者分別為11 365.87和5 255.74 g。在生長季內(nèi),大小徑級西伯利亞紅松樹干液流總量和蒸騰耗水總量以7月份的最大,6月份的最小,大小排序均為7月>8月>9月>6月。在7月份,大、小徑級西伯利亞紅松陽生面的月蒸騰耗水量均占全株總蒸騰耗水量的37.6%,其陰生面的月蒸騰耗水量分別占全株總蒸騰耗水量的24.2%和19.7%;而6月份的大、小徑級西伯利亞紅松陽生面的月蒸騰耗水量分別占全株總蒸騰耗水量的4.46%和2.54%,其陰生面的蒸騰耗水量分別占全株總蒸騰耗水量的5.49%和4.16%。

3.4西伯利亞紅松樹干液流與環(huán)境因子的相關(guān)性

以大小徑級西伯利亞紅松樹干陽生面、陰生面的樹干液流為因變量,以空氣相對濕度、光合有效輻射、水汽壓、氣溫、風(fēng)速以及不同層次的土壤溫度為自變量,進(jìn)行相關(guān)分析,相關(guān)系數(shù)值見表4。從相關(guān)系數(shù)的絕對值來看,氣象因子對大徑級西伯利亞紅松樹干液流影響排序為:氣溫>空氣相對濕度>光合有效輻射>風(fēng)速>水汽壓,小徑級西伯利亞紅松則為:空氣相對濕度>氣溫>光合有效輻射>風(fēng)速>水汽壓,氣溫、空氣相對濕度、光合有效輻射均居前三位,相關(guān)系數(shù)絕對值均在0.5以上,關(guān)系更為密切。其中,大徑級西伯利亞紅松陽生面、陰生面樹干液流與氣溫、水汽壓、光合有效輻射、風(fēng)速、0～5 cm土壤溫度和20～30 cm土壤溫度均呈極顯著正相關(guān),與空氣相對濕度均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01);小徑級西伯利亞紅松陽生面、陰生面樹干液流與氣溫、水汽壓、光合有效輻射、風(fēng)速呈極顯著正相關(guān),與空氣相對濕度和不同層次土壤溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。0～5 cm、20～30 cm土層是西伯利亞紅松側(cè)根和主根主要分布的范圍,因此不同層次土壤溫度對大徑級西伯利亞紅松的影響差異較大;土壤因子對不同徑級西伯利亞紅松樹干液流影響差異較大,這主要因為小徑級西伯利亞紅松還處于幼齡林階段,其生理代謝速率較慢,光合作用的受到影響小,從土壤中吸收的水分已足夠自身的生理代謝所需,能夠通過自身調(diào)節(jié)機制控制水分的進(jìn)出。

表2　光合有效輻射及不同徑級西伯利亞紅松樹干液流的月變化

注:BDP.大徑級西伯利亞紅松;SDP.小徑級西伯利亞紅松;SSP.樹干陽生面;SHP.樹干陰生面;下同。

Note:BDP.P.sibiricawith big diameter;SDP.P.sibiricawith small diameter;SSP.Sunny side of trunk;SHP.Shady side of trunk;the same as below.

表3　不同徑級西伯利亞紅松的月樹干液流總量和月蒸騰耗水總量

注:同列不同字母表示不同月份間樹干液流和蒸騰耗水量在0.05水平存在顯著性差異。

Note:The different letters in the same column mean significant difference of sap flow and transpiration consumption among months at 0.05 level.

表4　不同徑級西伯利亞紅松樹干液流與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

基于環(huán)境因子對不同徑級西伯利亞紅松的樹干液流的影響,建立樹干液流與環(huán)境因子的預(yù)測回歸模型。結(jié)果表明,光合有效輻射對陽生面樹干液流有影響,對陰生面樹干液流無影響,其它環(huán)境因子(氣溫、空氣相對濕度、水汽壓、風(fēng)速)對樹干液流影響也選入了方程,相關(guān)系數(shù)R均大于0.8,影響決定系數(shù)R2均大于0.7,說明方程均能很好地說明不同徑級西伯利亞紅松陽生面、陰生面樹干液流隨環(huán)境因子的變化規(guī)律。

Y1=-3.253+0.553T-0.067AH-5.384VDP+0.001PAR(R=0.885,R2=0.782)

(5)

Y2=-3.218+0.455T-0.039AH-5.157VDP-0.011WS(R=0.875,R2=0.766)

(6)

Y3=1.896+0.73T-0.001AH-7.509VDP+0.001PAR(R=0.869,R2=0.755)

(7)

Y4=0.326+0.699T-0.046AH-8.285VDP-0.052WS(R=0.847,R2=0.717)

(8)

式中,Y1和Y2分別為大徑級西伯利亞紅松陽生面和陰生面的樹干液流;Y3和Y4分別為小徑級西伯利亞紅松陽生面和陰生面的樹干液流。

4討論與結(jié)論

TDP技術(shù)是基于熱補償性原理,在樹木自然生長狀態(tài)下測量其樹干木質(zhì)部上升液流的速度及流量,進(jìn)而間接確定樹冠蒸騰耗水量,具有較高的準(zhǔn)確性和簡便性[19-20]。樹干液流的變化所受影響因子復(fù)雜。首先,從樹木特性上,闊葉樹的樹干液流速率通常大于針葉樹[21],喬木的液流速率及蒸騰耗水量均大于灌木的[22],但不管是常綠的還是落葉的,在由生長季進(jìn)入非生長季時常會出現(xiàn)一個液流峰值,是樹木應(yīng)對冬眠的一種生理措施[23];同齡林中樹體優(yōu)勢度大的樹干液流速率及流量等指標(biāo)均大于優(yōu)勢度小的[24]。Delzon等[25]的研究也顯示樹齡大小對樹干液流也存在明顯的影響,若忽視10年、32年、54年和91年生海松(Pinuspinaster)樹干液流的徑向變化,會導(dǎo)致林冠蒸騰分別被高估4%、14%、26%和47%。本研究結(jié)果表明,不同徑級西伯利亞紅松陽面樹干液流均大于陰面樹干液流,若以陽面樹干液流來測算整棵西伯利亞紅松的液流,大徑級西伯利亞紅松將會被高估15.4%,小徑級西伯利亞紅松將會被高估21.8%。因此,在進(jìn)行預(yù)測區(qū)域林分蒸騰耗水時,由于樹干方位不同產(chǎn)生的液流差異不容忽視,如何能更準(zhǔn)確測定試驗材料的樹干液流,這將是下一步研究的重點。

其次是環(huán)境因子,西伯利亞紅松樹干液流在6～9月生長季內(nèi)均呈晝夜節(jié)律變化規(guī)律,主要的影響因素為氣溫、空氣相對濕、水汽壓虧缺和光照強度。這不同于荒漠生態(tài)系統(tǒng)中胡楊[26]及干旱區(qū)的蘋果樹[27]的樹干液流主要影響因子——光合有效輻射和空氣相對濕度。此外,土壤溫度雖不是影響不同徑級西伯利亞紅松樹干液流的主導(dǎo)因子,但其存在顯著關(guān)系。徐軍亮等[28]研究表明土壤溫度雖不是影響液流大小的直接因子,但對液流的活動有著重要的影響,尤其在土壤凍結(jié)初期和解凍時期。西伯利亞紅松是淺根系樹種,0～5 cm和20～30 cm土壤溫度對西伯利亞紅松樹干液流影響極顯著,因為這主要是西伯利亞紅松的主根和側(cè)根分布的土層范圍。土壤溫度通過影響根系層吸水溫度,進(jìn)而改變植物的水力導(dǎo)度起作用,同時也影響土壤的孔隙結(jié)構(gòu)和供水性能,進(jìn)一步對土壤中水的運動特性以及水分的有效性產(chǎn)生作用,最終影響植物的蒸騰。Chelcy等[29]認(rèn)為在土壤含水量相對充足時,樹木蒸騰耗水則與直接作用于蒸騰作用介質(zhì)的氣象因子相關(guān)更為密切。土壤中的水分是如何與樹木根部協(xié)同作用的,是否存在一定的量化關(guān)系,且土壤不同層次濕度與樹干液流之間是否也存在著一定相關(guān)性,還有待于進(jìn)一步研究。

樹干液流與各氣象因子變化具有非同步性,存在一定的時滯效應(yīng)。一方面是由于樹木生理反應(yīng)對氣象因子有滯后過程;因水容的存在,樹木首先利用的水分是自身存儲水,當(dāng)氣孔開啟,冠層葉片先利用自身的儲存水進(jìn)行蒸騰作用,等體內(nèi)水分被蒸騰消耗到一定程度,水勢下降,拉動樹干的水分向上移動從而啟動樹干液流。西伯利亞紅松樹干液流與光合有效輻射存在明顯的滯后效應(yīng),西伯利亞紅松樹干液流開啟時間比太陽輻射滯后5～6 h,達(dá)到峰值時間比太陽有效輻射滯后29 min～1 h。另一方面是高溫、強輻射、高水汽壓虧缺可能會對樹木蒸騰造成脅迫;趙春彥等[30]的研究發(fā)現(xiàn)胡楊樹干液流開啟時間比太陽有效輻射晚1～4 h,達(dá)到峰值時間比太陽有效輻射晚5～7 h。梅婷婷等[31]研究發(fā)現(xiàn)樹干水分傳輸過程中存在液流再分配的現(xiàn)象,邊材的導(dǎo)水效率可能是影響時滯的重要原因。如何準(zhǔn)確估算林分的蒸騰耗水量,掌握植株水分需求,對選擇節(jié)水耐旱植株、確定合理的造林密度、建立科學(xué)合理的耗水模型具有重要意義。

參考文獻(xiàn):

[1]JASECHKO S,SHARP Z D,GIBSON J J,etal.Terrestrial water fluxes dominated by transpiration[J].Nature,2013,496:347-350.

[3]STEPPE K,VANDEGEHUCHTE M W,TOGNETTI R,etal.Sap flow as a key trait in the understanding of plant hydraulic functioning[J].TreePhysiology,2015,35(4):341-345.

[4]BAUMGATEN M,WEIS W,KüHN A,etal.Forest transpiration-targeted through xylem sap flux assessment versus hydrological modeling[J].EuropeanJournalofForestResearch,2014,133(4):677-690.

[5]FORD C R,HUBBARD R M,KLOEPPEL B D,etal.A comparison of sap flux-based evapotranspiration estimates with catchment-scale water balance[J].AgriculturalandForestMeteorology,2007,145(3-4):176-185.

[6]CHANG X X,ZHAO W Z,HE Z B.Radial pattern of sap flow and response to microclimate and soil moisture in Qinghai spruce (Piceacrassifolia) in the upper Heihe River Basin of arid northwestern China[J].AgriculturalandForestMeteorology,2014,187:14-21.

[8]GEBAUER T,HOMA V,LEUSCHNER C.Variability in radial sap flux density patterns and sapwood area among seven co-occurring temperate broad-leaved tree species[J].TreePhysiology,2008,28(12):1 821-1 830.

[9]KUME T,OTSUKI K,DU S,etal.Spatial variation in sap flow velocity in semiarid region trees:its impact on stand-scale transpiration estimates[J].HydrologicalProcesses,2012,26(8):1 161-1 168.

[10]KUME T,TSURUTA K,KOMATSU H,etal.Effects of sample size on sap flux-based stand-scale transpiration estimates[J].TreePhysiology,2010,30(1):129-138.

[11]TATEISHI M,KUMAGAI T,UTSUMI Y,etal.Spatial variations in xylem sap flux density in evergreen oak trees with radial-porous wood:comparisons with anatomical observations[J].Trees,2008,22(1):23-30.

[12]張帆,劉華,方岳,等.阿爾泰山地天然針葉林林分空間結(jié)構(gòu)特征[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,41(4):629-635.

ZHANG F,LIU H,FANG Y,etal.Stand spatial structure of natural coniferous forest in the Altai Mountains of Xinjiang[J].JournalofAnhuiAgriculturalUniversity,2014,41(4):629-635.

[13]葉高,劉華,白志強,等.喀納斯自然保護(hù)區(qū)3種天然林分土壤呼吸速率的動態(tài)變化[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,42(3):77-80.

YE G,LIU H,BAI Z Q,etal.Dynamics of soil respiration rate of three natural forests in Kanas Nature Reserve[J].JournalofNortheastForestryUniversity,2014,42(3):77-80.

[14]方岳,劉華,臧潤國,等.新疆喀納斯保護(hù)區(qū)森林植被碳儲量、碳密度研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,38(6):17-22.

FANG Y,LIU H,ZANG R G,etal.Spatial pattern of carbon storage and carbon density in forest vegetation of the Kanas National Natural Reserve[J].JournalofNanjingForestryUniversity,2014,38(6):17-22.

[15]劉翠玲,潘存德,巴扎爾別克·阿斯勒汗,等.自然火干擾對新疆喀納斯旅游區(qū)森林景觀樹種結(jié)構(gòu)的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報,2009,33(3):555-562.

LIU C L,PAN C D,ALESIHAN B,etal.Effects of natural fire disturbance on structure of tree species in Kanas Tourism District,Xinjiang,China[J].ChineseJournalofPlantEcology,2009,33(3):555-562.

[16]GRANIER A.Evaluation of transpiration in a Douglas fir stand by means of sap flow measurements[J].TreePhysiology,1987,8:309-320.

[17]王淼,姬蘭柱,李秋榮,等.長白山地區(qū)紅松樹干呼吸的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2005,16(1):7-13.

WANG M,JI L Z,LI Q R,etal.Stem respiration ofPinuskoraiensisin Changbai Mountains[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2005,16(1):7-13.

[18]陳立欣,張志強,李湛東,等.大連4種城市綠化喬木樹種夜間液流活動特征[J].植物生態(tài)學(xué)報,2010,34(5):535-546.

CHEN L X,ZHANG Z Q,LI Z D,etal.Nocturnal sap flow of four urban greening tree species in Dalian,Liaoning Province,China[J].ActaPhytoecologicaSinica,2010,34(5):535-546.

[19]NICOLAS E,TORRECILLAS A,ORTUNO M F,etal.Evaluation of transpiration in adult apricot trees from sap flow measurements[J].AgriculturalWaterManagement,2005,72:131-145.

[20]LU P,URBAN L,ZHAO P.Granier’s thermal dissipation probe (TDP) method for measuring sap flow in trees:theory and practice[J].ActaBotanicaSinica,2004,46(6):631-646.

[21]聶立水,李吉躍,翟洪波.油松、栓皮櫟樹干液流速率比較[J].生態(tài)學(xué)報,2005,25(8):1 934-1 940.

NIE L S,LI J Y,ZHAI H B.Study of the rate of stem sap flow inPinustabulaeformisandQuercusvariabilisby using the TDP method[J].ActaEcologicaSinica,2005,25(8):1 934-1 940.

[22]張小由,龔家棟,周茂先,等.應(yīng)用熱脈沖技術(shù)對胡楊和檉柳樹干液流的研究[J].冰川凍土,2003,25(5):585-590.

ZHANG X Y,GONG J D,ZHOU M X,etal.A study on the stem sap flow ofPopuluseuphrtaicrandTamarisspp.by heat pulse technique[J].JournalofGlaciologyandGeocryology,2003,25(5):585-590.

[23]陳仁升,康爾泗,張智慧,等.黑河流域樹木液流秋末冬初的峰值現(xiàn)象[J].生態(tài)學(xué)報,2005,25(5):1 221-1 228.

CHEN R S,KANG E S,ZHANG Z H,etal.Peak phenomenon of sapflow in late autumn to early winter in Heihe River Basin,Northwest China[J].ActaEcologicaSinica,2005,25(5):1 221-1 228.

[24]李振華,王彥輝,于澎濤,等.華北落葉松液流速率的優(yōu)勢度差異及其對林分蒸騰估的計影響[J].林業(yè)科學(xué)研究,2015,28(1):8-16.

LI Z H,WANG Y H,YU P T,etal.Variation of sap flow density ofLarixprincipis-rupprechtiiwith dominances and its impact on stand transpiration estimation[J].ForestResearch,2015,28(1):8-16.

[25]DELZON S,SARTORE M,GRANIER A,etal.Radial profiles of sap flow with increasing tree size in maritime pine[J].TreePhysiology,2004,24:1 285-1 293.

[26]周孝明,陳亞寧,李衛(wèi)紅,等.塔里木河下游胡楊樹干液流特征研究[J].中國沙漠,2008,28(4):673-678.

ZHOU X M,CHEN Y N,LI W H,etal.Study of sap flow in stem ofPopuluseuphraticain lower reaches of Tarim River[J].JournalofDesertResearch,2008,28(4):673-678.

[27]石 游,李建貴,楊 振.新疆阿克蘇干旱區(qū)富士蘋果樹干液流動態(tài)變化研究[J].西北植物學(xué)報,2012,32(3):546- 554.

SHI Y,LI J G,YANG Z.Studies on the variation law of stem sap flow of Fuji apple in arid area[J].ActaBot.Boreal.-Occident.Sin.,2012,32(3):546-554.

[28]徐軍亮,馬履一.土壤溫度對油松(Pinustabulaeformis)樹干液流活動的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2008,28(12):6 107-6 112.

XU J L,MA L Y.Influence of soil temperature on sap flow ofPinustabulaeformis[J].ActaEcologicaSinica,2008,28(12):6 107-6 112.

[29]CHELCY R F,CAROL E G,ROBERT J M,etal.Diurnal and seasonal variability in the radial distribution of sap flow:predicting total stem flow inPinustaedatres[J].TreePhysiology,2004,24:941-950.

[30]趙春彥,司建華,魚騰飛,等.胡楊樹干液流進(jìn)程與太陽輻射的關(guān)系[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2015,29(5):99-104.

ZHAO C Y,SI J H,YU T F,etal.Relationship between process of xylem sap flow ofPopuluseuphraticaand solar radiation[J].JournalofAridLandResourcesandEnvironment,2015,29(5):99-104.

[31]梅婷婷,王傳寬,趙 平,等.木荷樹干液流的密度特征[J].林業(yè)科學(xué),2010,46(1):40-47.

MEI T T,WANG C K,ZHAO P,etal.Dynamics of trunk sap flux density ofSchimasuperba[J].ScientiaSilvaeSinicae,2010,46(1):40-47.

(編輯:裴阿衛(wèi))

西北植物學(xué)報,2016,36(2):0398-0403ActaBot.Boreal.-Occident.Sin.

Sap Flow and Transpiring Water-consumption ofPinussibiricain Differernt Diameter Classes

LIU Hua1,SHE Chunyan1,BAI Zhiqiang2*,LI Qian1,LIU Duan2,HAN Yanliang2

(1 School of Forest & Landscape Architecture,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China;2 Institute of Forest Ecology,Xinjiang Forestry Academy Science,Urumqi 830000,China)

Abstract:In order to know the different capacity of water cycle in the forest ecosystem,we monitored the trunk sap flow in different diameter at breast height (DBH) of Pinus sibirica which in sunny side and shady side using TDP (thermal dissipation method) constantly in the Kanas National Nature Reserve,northwest of Xinjiang.The aims were to explain the relationship between water cycle of tree and environment,and provide basis on forest ecosystem water cycle responding to the climate change in the regional scale.The results showed that:(1)the diurnal variation of sap flow in sunny day,rainy day,and cloudy day were all multi-peak type.There were significant changes on frequency and range among these three weather conditions.The sequence of daily maximum sap flow value was sunny day>cloudy day>rainy day.(2)There was the hysteresis effect between sap flow and photosynthetically active radiation,hysteresis time of the maximum sap flow was about 30-207 min,respectively.(3)From June to September,the sap flow of P.sibirica in the sunny side were greater than those in the shady side,and the sequence of monthly mean sap flow was July>August>September>June.(4)The maximum transpiring water-consumption of P.sibirica was in July,and the value of it was 61.8% of the total value of whole growing season.Total transpiring water-consumption of P.sibirica with big diameter was 6 716.79 g in sunny side,while 4 649.08 g in the shady side.It was the 2.00 times and 2.45 times small diameter of P.sibirica,respectively.(5)Air temperature,air relative humidity,and photosynthetically active radiation were significant factors that affected the sap flow.Otherwise,the soil temperature in the layer of 0-5 cm and 20-30 cm were highly impacted on the sap flow too.This research showed that both sap flow and transpiring water-consumption of P.sibirica with big diameter were higher than that of P.sibirica with small diameter in the process of growth;these changes mainly happened in the sunny side of the trunk,especially in July.

Key words:Pinus sibirica;diameter at breast height (DBH);thermal dissipation method;forest transpiration water consumption

中圖分類號:Q945.79

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

作者簡介:劉華(1976-),女,博士,副教授,主要從事森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能方面的研究。E-mail:liuhuanmg@126.com*通信作者:白志強,高級工程師,主要從事森林生態(tài)定位監(jiān)測技術(shù)方面的研究。E-mail:bai1963@163.com

基金項目:新疆林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能的監(jiān)測與評估(xjlk[2013]001號);安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科與學(xué)位點建設(shè)項目(2013017)

收稿日期:2015-10-30;修改稿收到日期:2016-01-03

文章編號:1000-4025(2016)02-0390-08

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.02.0390