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《北京林业大学》 2007年
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华北土石山区典型人工林优势树种及群落耗水规律研究

杨新兵  
【摘要】: 本文主要研究华北土石山区密云水库流域常见树种的耗水规律和典型林分林木耗水机理,揭示不同树种的耗水特征,在此基础上结合林地土壤水分运移规律,建立森林耗水尺度转换模型。 针对密云水库流域现有的植被分布特点,选择22种乔灌木和2个典型林分(油松林和侧柏栎类混交林)作为研究对象,通过盆栽法和典型林分耗水试验,应用数学统计方法,分析了从苗木—林木—林分的耗水规律,得出如下结论: 不同树种由于其本身的生物学特性,形成不同的生态适应性。在水分充足条件下,供试22个试验树种苗木蒸腾速率、光合速率与水分利用率日变化曲线呈相似的变化趋势。乔木树种中,阔叶树种的蒸腾速率高于针叶树种,平均水分利用率针叶树种大于阔叶树种。灌木树种中,阳性的蒸腾速率高于阴性树种;平均水分利用率是阴性灌木大于阳性灌木树种。通过蒸腾速率与环境因子的相关性分析,可以得出:太阳辐射和气孔导度是树木蒸腾耗水的重要影响因子。同时,建立了蒸腾速率与环境因子的多元线性回归模型:Y=a+bX1+cX2+dX3+eX4+fX5,相关系数在0.9以上。 在控水条件下,比较了各树种的光合、蒸腾和气孔导度变化规律,得出,各树种苗木蒸腾速率随控水时间的延长而下降,侧柏、油松、槲树、栓皮栎、鼠李和平榛等几个树种由于其特殊的生物学结构,控水时间较长,是抗旱树种选择的较好材料。 在水分充足条件下,对各树种整株耗水比较得出:7种乔木树种的平均耗水速率为0.071 g·cm-2·d-1,15种灌木的平均耗水速率为0.100 g·cm-2·d-1。树种耗水综合排序为:溲疏鼠李荆条孩儿拳头黄栌大油芒雀儿舌头绣线菊元宝枫栓皮栎盐肤木丁香蚂蚱腿子槲树平榛胡枝子火炬紫穗槐油松刺槐花木蓝侧柏。总体来看:阔叶树种的耗水量大于针叶树种,灌木树种的耗水比乔木树种的单位耗水量大。 在微气象条件相对一致条件下,树木的蒸腾作用主要取决于各树种的生物学特性。15个典型林分的试验树种蒸腾速率、光合速率与水分利用率日变化曲线呈相似的变化趋势。针叶乔木树种的最大蒸腾速率油松大于侧柏,阔叶乔木树种的日最大蒸腾速率从大到小的顺序依次:臭椿麻栎槲树刺槐栓皮栎,灌木树种顺序依次:鼠李黄栌酸枣孩儿拳头荆条火炬花木蓝雀儿舌头。各树种水分利用效率均表现为下降趋势,乔木树种油松、栓皮栎、麻栎、侧柏水分利用效率最高,针叶树种的水分利用率高于阔叶树种,灌木树种孩儿拳头、花木蓝、黄栌、鼠李等较低。蒸腾速率与环境因子的相关分析表明,树种蒸腾速率与气孔导度和光照强度为显著相关,建立蒸腾速率与环境因子的多元回归模型:Y=a+bX1+cX2+dX3+eX4+fX5,相关系数在0.9以上。 蒸腾作用体现树木耗水性的构成指标,并不能完全反映树木的耗水量大小。只有在测定叶片蒸腾速率同时得到树木整株树冠的叶面积,才能进一步得到树木的耗水速率或耗水量。从树种间的耗水量比较发现,刺槐的蒸腾耗水量最大,耗水量排序为刺槐臭椿麻栎槲树油松栓皮栎侧柏 通常条件下,林分耗水受气候条件、树种本身生理生态学特性和土壤供水条件的影响。林分耗水的主要途径包括三个方面:林冠截留蒸发、植物蒸腾耗水和土壤物理蒸发。大气降水通过林冠层是一个降水的再分配过程,根据水量平衡原理,忽略水平方向的水分变化,得到树种总的截留率排序为:黄栌荆条麻栎刺槐油松槲树侧柏臭椿。油松的枯落物年截留量占总降雨量的10.42%,侧柏栎类混交林的年截留量占总降雨量的9.49%,土壤水分蒸发是土壤水分运动过程中的一种特殊形式。土壤月平均蒸发量一年的变化呈波峰曲线。典型晴天条件下,土壤日蒸发主要发生在0~20cm土层。 林分耗水量是森林生态系统水量平衡的主要输出项,采用定位通量法和水量平衡法计算了林分总耗水量结果接近,结果为:油松林生长季总耗水为516.52mm,日平均耗水2.74mm,林冠截留占25.63%,土壤蒸发占22.15%,植物耗水占52.22%;侧柏栎类混交林总耗水为527.62mm,日平均耗水2.73mm,林冠截留占23.66%,土壤蒸发占28.38%,植物耗水占47.95%;阴坡裸地的总耗水为499.0mm,日平均耗水2.73mm。 树木耗水尺度扩展理论与方法的研究是目前树木蒸腾耗水研究领域的热点问题。树木作为一个独立的个体,是林分的基本单位。土壤水是林木耗水的源泉。建立土壤水分运动、根系吸水和林木耗水三者之间的关联,是建模的思路。本研究在石青(2004)林木耗水模型的基础上进行了改进;利用数学方法,在分析土壤水势变化的基础上,将林木根系作为一个圆锥体,然后,将圆锥体从上到下分解为n个圆台体,分别计算,建立了林分无竞争和竞争耗水林木模型。林分耗水模型 Ri为根系中心到影响范围边缘的距离称为影响半径;B为相邻两株树的距离。 结合林木或林分的生长模型,可以来模拟从幼龄林开始,不同时段、不同树种、单株或林分的耗水过程,整个生长过程的林分耗水变化,以及林木或林分一生的耗水总量。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S718.5

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