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《北京林业大学》 2013年
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树木/林分蒸腾环境响应及其生理控制

陈立欣  
【摘要】:气候变化导致降雨模式改变,对水循环及植被分布具有潜在影响,而树木对区域水量平衡的影响一直以来受到争议,因此,明确树木耗水的环境响应和生理控制能够指导准确评价与预测不同生态系统环境下水量平衡各组分的分配,并对生态恢复的树种选择具有重要实践意义。本研究采用热扩散探针技术观测不同环境条件下不同树种的蒸腾活动,并同步对气象因子及土壤水分条件进行监测,从环境响应和生理控制角度对大连城市环境下园林树种雪松(Cedrus deodara),榉树(Zelkova schneideriana),丝棉木(Euonymus bungeanus)和水杉(Metasequoia glyptostroboides)、北京城郊杨树人工林(Populus×euramericana cv."74/76")和山西吉县刺槐-油松(Robinia pseudoacacia-Pinus tabulaeformis)混交林蒸腾进行区域间和种间比较,从而进一步掌握林分/树木的耗水特性,为城市绿地管理者及森林培育工作者制定日常养护措施和造林绿化的树种选择提供参考。研究旨在:(1)量化不同环境下观测林分/树木的蒸腾量;(2)比较不同环境条件下生态系统的不同时间尺度的蒸腾规律;(3)比较不同树种蒸腾活动环境响应方式和对干旱胁迫的应对策略;(4)评价不同树种通过气孔进行的生理控制在不同环境条件下的差异性,以及对VPD敏感度模型在不同树种间的差异;(5)比较城市与自然环境下植被蒸腾的环境响应。 研究结果表明:(1)生长季内城市环境下四种园林树木月冠层蒸腾量在16.92-60.01mm,北京城郊杨树人工林月冠层蒸腾量在22-76mm,山西刺槐-油松混交林月蒸腾量在9-15.46mm之间。 (2)不同样地树种/林分冠层蒸腾与树体大小呈现不同的数量关系。大连城市环境下样木冠层蒸腾随与胸径成指数相关,但该关系中树种影响仍非常显著,相同径阶内,不同树种日均蒸腾量差异可达5倍。北京城郊杨树人工林冠层蒸腾和边材面积均随DBH增大表现出相同变化趋势,但并不存在显著的量化关系。虽然边材面积与胸径成正比,但吉县黄土地区刺槐-油松混交林冠层蒸腾和液流通量密度则均与胸径成反比。 (3)不同树种液流日曲线相似,但蒸腾强度受到树种和树体大小影响存在显著差异。在日尺度上,观测林分/树木冠层与大气耦合状态良好,且不受土壤水分影响,表明树木能够对蒸腾进行有效的气孔控制。夜间液流在进行蒸腾的同时,还会对日间蒸腾造成的树体内水分亏缺进行补充,其在日总蒸腾量中占7-39%。树木液流与同步VPD的时滞关系不受土壤水分状况影响,而受到日均VPD影响。整个生长季过程中,观测林分/树木的蒸腾量较稳定,除了榉树和刺槐外,并未随生长季结束出现显著下降。降雨总量升高不会引起蒸腾量的必然升高,因此蒸腾在同期降雨中所占的比例在年间和月间存在较大波动,少雨情况下蒸腾量所占比例较大。 (4)太阳辐射对蒸腾的影响主要在1.8MJ m-2h-1之前诱导气孔开张,各研究区域冠层蒸腾与太阳辐射呈现饱和式响应。城市园林树种冠层蒸腾随VPD增大出现饱和;城郊杨树人工林对VPD的饱和响应受到土壤水分影响,出现数量关系的分层;而半干旱地区自然条件下刺槐-油松混交林在VPD过高的情况下,无法维持日最大蒸腾量。在单日尺度上,冠层与大气的耦合程度在上午相对较弱,退耦系数(Ω)最高可达0.35。但随VPD升高,冠层与大气的耦合程度逐渐变强,Ω分布在0.1水平。因此,太阳辐射对蒸腾贡献量最大时间集中在上午,而下午VPD就成为蒸腾的主要环境控制因子。分析表明除了降雨总量外,降雨在一天内的发生时间的频率也会影响当月蒸腾量。由于导致太阳辐射和VPD降低,生长季内日间发生降雨频率上升会导致蒸腾下降。土壤水分对蒸腾的影响在不同水分条件划分区间内体现。 (5)不同环境条件下,气孔导度随VPD升高均出现对数下降。不同大气和土壤水分条件下,林分/树木冠层均与大气耦合状态良好,退耦系数(Ω)均小于0.4,说明树木能够对蒸腾进行有效的生理控制。不同太阳辐射和土壤水分条件下,气孔对VPD的敏感度和参比气孔导度不同,但两者比值恒定为0.6。雨后蒸腾恢复受到VPD而非观测深度内土壤水分的影响,但土壤水分能够影响蒸腾增长到最大值所需的时间。 基于对不同环境下树种/林分蒸腾规律及环境与生理控制的响应结果。本研究认为:虽然不同环境下各树种均对蒸腾表现出等水势生理控制,但树木蒸腾的环境响应和生理控制存在显著种间差异,城市环境下树木冠层的耦合程度较自然环境下高。根据不同树种雨后蒸腾恢复的研究表明:降雨事件规模和发生频率的变化可能导致自然条件下植被组成发生变化。因此对人工环境下的树种,灌溉的实施应当直接深入到深层土。鉴于不同树种在对比环境下表现出相同的等水势水力控制特性,日常管护工作中操作中可利用低VPD条件下精确测定的气孔导度和气象数据对植物蒸腾进行简易可靠的估算。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S715.4

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