民勤綠洲荒漠過渡帶梭梭(Haloxylonammodendron( C．A．Mey) Bunge) 樹干液流特征及其對環(huán)境因子的響應

張曉艷, 褚建民,*, 孟 平, 姚增旺, 王鶴松, 李得祿,姜生秀

1 中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所, 國家林業(yè)局林木培育重點實驗室,北京 100091 2 北京林業(yè)大學林學院,北京 100083 3 甘肅省治沙研究所民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站,武威 733000

民勤綠洲荒漠過渡帶梭梭(Haloxylonammodendron( C．A．Mey) Bunge) 樹干液流特征及其對環(huán)境因子的響應

張曉艷1, 褚建民1,*, 孟 平1, 姚增旺1, 王鶴松2, 李得祿3,姜生秀3

1 中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所, 國家林業(yè)局林木培育重點實驗室,北京 100091 2 北京林業(yè)大學林學院,北京 100083 3 甘肅省治沙研究所民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站,武威 733000

利用Grainer熱擴散式探針法(TDP)連續(xù)測定民勤綠洲荒漠過渡帶生長季梭梭樹干液流,并同步測定外界環(huán)境因子。研究了6—11月份不同直徑梭梭樹干液流日、季變化及其與外界環(huán)境因子的相關性。結果顯示：(1)隨月份的遞增,不同直徑梭梭樹干液流通量(SV)晴天日變化波峰區(qū)逐漸縮減。并且在6—8月份, 不同直徑SV均表現(xiàn)出明顯的“寬峰型”現(xiàn)象,且晴天SV明顯高于陰、雨天；(2)隨季節(jié)變化,不同直徑梭梭SV波動性較大,直徑越大其波動性越高；而梭梭SV未表現(xiàn)出隨直徑增大液流通量越大的現(xiàn)象；(3)6—11月梭梭樹干耗水量先增后降,7月達最高峰,且直徑越大,梭梭總耗水量越大；(4)梭梭樹干液流與環(huán)境因子相關程度受不同天氣、時間尺度的影響較大,晴天相關性略高于陰、雨天。空氣溫度、凈輻射、飽和水汽壓差是影響梭梭樹干液流的主要氣象因子。0—100cm土層以上0—250cm根幅區(qū)土壤水分對樹干液流影響最顯著。(5)同比古爾班通古特沙漠梭梭生長季(5—10月)總耗水量458—1044kg以及日均耗水量1.8—6.4kg/d,整個生長季(6—11月)民勤綠洲荒漠過渡帶梭梭的總耗水量495—1232kg、日均耗水量為2.0—8.3 kg/d,兩者耗水量近似。利用TDP技術測定梭梭耗水量具有一定的可靠性。

梭梭; 氣象因子; 土壤水分; 樹干液流; 熱擴散技術

水資源短缺是全球面臨的嚴峻問題[1- 2]。在干旱、半干旱地區(qū),水資源短缺現(xiàn)象尤為突出[3- 4]。受地下水位不斷下降的影響,該地區(qū)大部分草本、灌木主要依賴降水維持各種生命活動。蒸散是降水從地面返回大氣的主要形式,其中每年90%以上的降水以蒸散的形式散失到大氣中[5]。其中,植被蒸騰是蒸散的重要組成部分之一,也是植被生態(tài)需水的主要影響因素,在維護土壤-植被-大氣(SPAC)連續(xù)體水循環(huán)過程中扮演著重要的角色[6]。由于全球變暖日趨嚴重[7],干旱、半干旱地區(qū)水資源日益緊缺,勢必干擾植被耗水,導致各生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的紊亂。因此,研究干旱、半干旱地區(qū)防風、固沙、抗旱植被蒸騰耗水意義重大。

梭梭(Haloxylonammodendron)是藜科(Chenopodiaceae)落葉灌木或小喬木,屬于中亞荒漠生境的耐寒、抗旱、耐鹽堿C4植物[8],具有抗旱、耐瘠薄、耐鹽堿、防風固沙、維護生態(tài)系統(tǒng)結構與功能等作用,成為甘肅民勤綠洲荒漠區(qū)的優(yōu)良固沙造林樹種[9]。由于人為因素(土地開墾、地下水超采等)以及自然災害(沙塵暴、高溫、干旱等)等干擾,民勤境內梭梭林正處于大面積退化,造成固定沙丘活化,流沙向綠洲迅速蔓延[10]。目前,針對干旱區(qū)抗旱植被耗水開展了大量的研究工作[11- 13],然而,系統(tǒng)性研究民勤梭梭整個生長季單株耗水及其與外界氣象因子、土壤水分的工作未見報道。迄今,研究單株植被蒸騰耗水的方法眾多[14]。其中,針對葉片和枝干尺度的測定方法主要有風調室法[15]、穩(wěn)態(tài)氣孔計法[16]、光合作用測定法[17]；單株尺度上測定方法有整樹容器法[18]、盆栽稱量法[19]、穩(wěn)定同位素法[20]和液流測定法[21]。液流測定法具有安裝簡便、操作簡單、測量數(shù)據(jù)可靠性高、零污染和連續(xù)觀測的優(yōu)點。所以,被國際植物生理、生態(tài)研究工作者廣泛應用[22- 23]。利用熱平衡包裹式法[24- 25]、熱脈沖法[11- 12,26- 27]分析研究梭梭耗水特征的相關研究較多,而利用熱擴散法測定梭梭耗水量的研究報道較少[28- 29]。

為此,本文以民勤綠洲荒漠過渡帶典型固沙植物梭梭為研究對象,利用Grainer熱擴散式探針法(TDP)連續(xù)測定梭梭整個生長季的樹干液流,并同步測定梭梭樣地外界環(huán)境因子。探究6—11月份不同直徑梭梭樹干液流日、季動態(tài)變化,同時分析梭梭樹干液流及其與外界環(huán)境因子的相關性,為進一步開展植被生態(tài)需水研究奠定基礎,同時為梭梭林分水分合理管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本試驗區(qū)位于民勤治沙綜合試驗站(38°36′N,102°56′E,海拔1365m),巴丹吉林沙漠東南緣的荒漠-綠洲過渡帶。該區(qū)為典型溫帶大陸型氣候,年均溫7.76℃,最高、最低溫分別為41.00℃、-30.80℃。年均降水量115.90mm, 其中65%的降水多集中于7—9月。年潛在蒸發(fā)量2452.70mm,干燥度約5.30。常年盛行西北風,平均風速2.40m/s。土壤類型為典型荒漠土,易受風沙的強烈侵蝕而形成粗結構。灌叢及草本多生長于固定、半固定沙丘,植被類型主要有梭梭、沙拐棗(Calligonumarborescens(Turcz))、白刺(Nitrariatangutorum(Bobrow))和沙米(Agriophyllumsquarrosum(L.) Moq.)。

選取荒漠綠洲區(qū)半固定沙丘梭梭人工林(38°36′38.5″N,102°56′55.5″E)為試驗樣地,面積300m×300m。土壤類型為風堆積性沙土,土壤容重1.50—1.66 g/cm3,最大持水量20.06%—24.41%,毛管孔隙度30.11%—35.31%,非毛管孔隙度2.47%—-3.60%。樣地梭梭林分基本特征為：平均地徑10.92cm、平均株高246.40cm、平均冠幅(東西) 198.20cm、(南北)192.90cm。梭梭林地內部分生長沙拐棗、白刺和沙米。

2 材料與方法

2.1 植物樹干液流及耗水量

2014年6月,采用熱擴散式莖流儀TDP (TDP- 10,Dynamax 公司,USA)測定梭梭樹干液流。梭梭樣樹基本特征及TDP探針安裝高度見表1。具體安裝步驟：選取5株具代表性樣樹,編號為1—5號,分別在樹干東、西方位安裝10mm探針,并用專用塑料泡沫固定探針尾部,用防輻射鋁鉑進行包裹,探針與CR1000數(shù)據(jù)采集器(Campbell Scientific Inc., USA)連接,每2min采集1次數(shù)據(jù),每10min輸出1組溫差平均值。選取長勢相似、直徑不同(50cm處直徑分別為9.90、10.95、13.06cm)的1、2、3號梭梭樣樹分析不同直徑梭梭樹干液流特征。每棵樣樹東、西方位的液流平均值代表該樣樹液流值。依據(jù)Granier推導的液流通量密度與溫差系數(shù)(K值)相關聯(lián)經(jīng)驗公式進行本試驗樹干液流通量密度(簡稱樹干液流通量)的計算[30]。Granier經(jīng)驗公式為：

Fd=αkβ=119.99×10-6×{(ΔTmax-ΔT)/ΔT}1.231

(1)

式中,Fd液流通量密度(cm3cm-2s-1)；ΔTmax零通量時兩探針間最大溫差(℃)；ΔT具體通量時兩探針間溫差(℃)；K無量綱單位；α和β依賴于熱量系數(shù)。

依據(jù)樹干液流通量密度推算單株日蒸騰量的計算公式為：

Q=Fd×As×T

(2)

式中,Q為日蒸騰量,Fd為液流通量密度(cm3cm-2s-1),As為邊材面積(m2),T為86400(s)。

選取梭梭林內具有代表性梭梭,利用染色法獲取梭梭邊材面積與直徑的相關性。得出兩者之間呈現(xiàn)明顯的指數(shù)函數(shù)關系：

y= 0.699e0.349x(R2=0.996)

(3)

式中,y為邊材面積(cm2),x為直徑(cm)。

2.2 氣象因子

采用CR1000數(shù)據(jù)采集器,每10min記錄1次空氣溫濕度(T)、空氣相對濕度(RH)、光合有效輻射(PAR)、凈輻射(Rn)、大氣壓、風速(Ws)、降水量(Rain)。飽和水汽壓差(VPD)和參考作物蒸散量(ET0)計算方法見[31- 32]。

2.3 土壤水分

采用Minitrase時域反射儀法(TDR)(SEC002-minitrase,Soilmoisture Equipment Corp,USA)同步測定距離3號樣樹20、150、250、400cm共4水平,土層8、50、90、150cm共4垂直梯度的16個土壤位點的土壤體積含水量(VSW),其中距樣樹20、150、250cm水平位點為根區(qū),400cm水平位點為非根區(qū)。每隔30min測定一組數(shù)據(jù),并利用Wintrase軟件下載數(shù)據(jù)。最后用烘干法測定的土壤水分含量對TDR法測定值進行驗證。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 軟件處理2014年6—11月份樹干液流實測值及氣象因子數(shù)據(jù)。利用SPSS軟件進行樹干液流與氣象因子的相關性分析以及回歸方程擬合。利用Origin軟件進行樹干液流通量及耗水量的制圖。

表1 試驗區(qū)梭梭樣樹基本參數(shù)

3 結果與分析

3.1 氣象因子動態(tài)變化

在觀測期間(2014年6月18日—11月30日)各氣象因子(T、RH、PAR、Rn、VPD、Ws、ET0)日均值以及降雨量(Rain)日累積值季節(jié)變化如圖1所示。其中,T先升高后降低,最高溫度出現(xiàn)在7月中下旬,為30.3℃；RH浮動范圍在18.1%—91.4%,浮動較頻繁；PAR表現(xiàn)出先升后降的趨勢,最高值出現(xiàn)在7月中下旬,為715.5 umol s-1m-2；Rn、VPD先增后降,最高值出現(xiàn)在7月下旬,分別為180.9W/m2、3.4kPa；2m處風速日均值最高達4.6m/s、最低值為0.4m/s,整體波動性較高；ET0整體表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢,最高值達6.4mm/d。從7月19日至11月30日,ET0達到337.5mm,日均ET0為2.2mm；整個觀測期內,降水量共計93.1mm。其中7月21日降水量達到最高值16.2mm,7月降水量高達34.8mm,是降水最集中的月份。

圖1 氣象因子季節(jié)變化Fig.1 Seasonal variation of meteorological parameters

3.2 樹干液流通量(SV)日動態(tài)變化

3.2.1 典型晴天樹干液流通量(SV)日動態(tài)變化

選取6—11月份典型晴天SV平均值分析各月份不同直徑梭梭樹干液流日變化。由圖2可見,隨月份遞增,各樣樹SV逐漸遞減。從9月份開始,SV大幅降低。6—8月份,1、2、3號樣樹SV白天啟動時間為7:00—8:00,自21:00后SV均出現(xiàn)低谷期,樹干液流最高峰呈“寬峰型”,最高值分別為21.19—24.04 cm3cm-2h-1、19.48—22.88 cm3cm-2h-1、13.76—19.85 cm3cm-2h-1,出現(xiàn)時間在12:00—13:50之間。9月份SV高峰區(qū)略有縮減,表現(xiàn)啟動晚、低谷起點早的現(xiàn)象。10—11月份,各樣樹SV白天啟動時間在9:00—11:00之間。

圖2 不同月份梭梭樹干液流通量日變化Fig.2 Diurnal variation of stems sap flow flux in Haloxylon ammodendron in different monthsA,B,C分別代表1號,2號,3號樣樹,其直徑分別為9.90, 10.95, 13.06cm

3.2.2 典型雨天樹干液流通量(SV)日動態(tài)變化

雨天梭梭樹干液流日變化規(guī)律不明顯,呈現(xiàn)雙峰或者多峰現(xiàn)象(圖3)。6、7、8月份降雨時,SV晝夜變化較小,夜間液流現(xiàn)象較為明顯,1號樣樹夜間液流量最高。7月21日的16.2 mm降雨量,各樣樹全天液流通量較平穩(wěn),夜間液流現(xiàn)象明顯。而9月份降雨量較小,晝夜SV相對差異較大。同比相同月份晴天SV,雨天梭梭SV值較小,各樣樹SV最高值在12.00—14.41 cm3cm-2h-1之間(圖2,圖3)。

3.2.3 典型陰天樹干液流通量(SV)日動態(tài)變化

陰天梭梭樹干液流日變化規(guī)律與凈輻射變化趨勢較為一致(圖4)。陰天SV日變化整體呈現(xiàn)雙峰或單峰現(xiàn)象。6、8月份,各樣樹SV日變化差異不明顯,而9月份各樣樹SV差異較大,并且與凈輻射日變化趨勢差異顯著。陰天SV最高峰均顯著低于晴天SV,各樣樹SV最高值在9.21—9.90 cm3cm-2h-1之間。

3.3 樹干液流通量SV季節(jié)變化

6—11月份,各樣樹SV變化趨勢差異較小,但SV日際變化波動幅度較大(圖5)。1、2號樣樹SV表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,且7月份SV最高。3號樣樹樹干液流表現(xiàn)為持續(xù)降低的趨勢。從10月14日開始,各樣樹SV變化趨勢較為平穩(wěn)。由圖5可得,1、2、3號樣樹日均液流通量值分別為146.79、119.89、120.62 cm3cm-2d-1,液流通量最大值分別為325.70、283.89、257.89 cm3cm-2d-1,最小值為17.15、30.16、29.79 cm3cm-2d-1。在生長旺盛期的6—8月份,1號樣樹SV值明顯高于2、3號樣樹,3號樣樹的SV值最小。

圖3 雨天梭梭樹干液流通量日變化Fig.3 Diurnal variation of stems sap flow flux in Haloxylon ammodendron in rainy day

圖4 陰天梭梭樹干液流通量日變化Fig.4 Diurnal variation of stems sap flow flux in Haloxylon ammodendron in cloudy day

3.4 梭梭生長季耗水量動態(tài)變化

整個生長季,不同月份各樣樹耗水量如圖6所示。1、2、3號梭梭總耗水量實測值差異較大,分別為：495.797、583.020、1232.727kg,平均樣樹為770.515kg。各樣樹日均耗水量表現(xiàn)出隨直徑的增大,日均耗水量逐漸增大的趨勢。不同直徑梭梭日均液流量變化趨勢表現(xiàn)出不同程度的差異,其中,3號樣樹SV與1、2號樣樹SV差異顯著。1、2號樣樹日均液流量隨月份增加,表現(xiàn)為先升后降的趨勢。7月份液流量達到最高值；3號樣樹呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。6—11月份,平均直徑梭梭液流量表現(xiàn)為先增后降的趨勢,各月份日均耗水量依次為8.2、8.3、6.4、4.3、2.7、2.0 kg/d,整個生長季梭梭平均日耗水量為5.1 kg/d。利用3株樣樹平均樹冠面積6.4m2,將單位為kg的日均耗水量、總耗水量換算成以mm為單位的耗水量,進而得出,梭梭日均耗水量為0.8mm,總耗水量為120.0mm。相比,參考作物蒸散量ET0,梭梭耗水量很低,僅為ET0的35.6%(圖1)。

3.5 樹干液流與氣象因子的相關性3.5.1 日尺度樹干液流與氣象因子相關性

2014年6月18日至11月30日,各月份梭梭SV與氣象因子相關程度差異明顯(表2)。6月份SV與凈輻射(Rn)相關性最高,7月份與相對濕度(RH)相關性最高,8月份與空氣溫度(T)、飽和水汽壓差(VPD)相關性最高,10月份影響各樣樹SV的主要氣象因子差異較大,而9、11月份液流速率與T,RH,Rn,VPD不存在顯著相關性。同時發(fā)現(xiàn),隨著直徑的增大,SV與氣象因子的相關程度越高。6—11月,外界氣象因子對梭梭SV的影響程度依次為：空氣溫度 > 凈輻射 > 飽和水汽壓差 > 相對濕度。

圖5 梭梭樹干液流通量季節(jié)變化Fig.5 The seasonal variation of sap flow flux in stems of Haloxylon ammodendron

圖6 梭梭不同月份日均液流量及耗水量Fig.6 The daily and accumulation of sap flow of Haloxylon ammodendron in different months方差分析：小寫字母表示不同直徑相同時間內各樣樹樹干液流量之間的比較,其中相同字母代表差異不顯著(P>0.05),不同字母代表差異顯著(P<0.05);AV：6—11月日均耗水量；ALL-M：耗水量實測值

表2 日尺度樹干液流與氣象因子相關分析

**極顯著相關(P<0.01),*顯著相關(P<0.05),Average為1, 2, 3號樣樹的均值

3.5.2 小時尺度樹干液流與氣象因子響應

2014年6月18日至11月30日,SV與各氣象因子均表現(xiàn)出極顯著相關性(表3)。晴天條件下,梭梭SV與各氣象因子相關程度均高于陰、雨天。各樣樹整體表現(xiàn)出,晴、陰天條件下,SV主要影響因子為VPD。而雨天各樣樹的主要影響因子略有差異,同時受T、Rn和VPD的共同影響。降水量(Rain)與SV表現(xiàn)出極顯著相關(P<0.01),相關程度依次為：3號樣樹>2號樣樹>1號樣樹。

3.6 樹干液流與土壤水分的相關性

由表4可見,晴天條件下,梭梭樣樹SV與距離樣樹莖基0—250cm之間的土壤水分VSW均存在極顯著相關性。其中,距離樣樹莖基20cm處的VSW與SV之間存在負相關性,其余2個水平位點VSW與SV存在正相關性。梭梭SV與莖基400cm處的VSW之間不存在顯著相關性。陰、雨天條件下,梭梭SV與不同水平位點的VSW之間不存在顯著相關性。

表3 小時尺度樹干液流與氣象因子相關分析

**極顯著相關(P<0.01),*顯著相關(P<0.05);Average:1, 2, 3號樣樹的均值;其中,降雨量數(shù)據(jù)為大于5mm降雨的當天實時數(shù)據(jù)

表4 樹干液流與土壤水分相關分析

大寫字母A,B,C,D分別代表距離梭梭樣樹水平距離20、150、250、400cm;**極顯著相關(P<0.01),*顯著相關(P<0.05)

表5 不同地點梭梭耗水量比較

4 討論

4.1 樹干液流通量SV動態(tài)變化規(guī)律

圖7 土壤水分日變化Fig.7 Diurnal variation of soil moisture土壤體積含水量數(shù)據(jù)為距梭梭樣樹0—250cm水平位點處0—150cm土層實測值的平均值

晴天,隨著月份增加SV啟動時間逐漸延后(圖2),這可能由于日出時間規(guī)律性遞減影響所致。相比9—11月SV窄峰型日變化及無明顯波峰現(xiàn)象,6—8月SV日變化曲線呈現(xiàn)“寬峰型”現(xiàn)象。這主要由于6—8月日照時間長、太陽輻射啟動早、結束晚的特點以及正午的高強度輻射,造成梭梭同化枝氣孔關閉抑制枝葉高強度蒸騰所致。該結果與吳芳[33]和馮起[27]等人研究刺槐、梭梭日變化結果相一致。梭梭進入生長季末期(9—11月份),SV迅速降低,同時SV啟動時間逐漸推遲,這主要是由于梭梭自身代謝的降低造成了其對土壤水分吸收的減弱。陰、雨天時,空氣溫度降低、相對濕度增高、飽和水汽壓差突降,造成梭梭SV明顯低于晴天SV。該現(xiàn)象與孫慧珍[34]、 熊偉[35]、夏桂敏[36]研究白樺樹干液流、華北落葉松、荒漠區(qū)檸條樹干液流的結果一致。7月21—22日,梭梭SV夜間液流量與白天差異不明顯(圖3)。這可能的原因為7月份空氣溫度相對較高、風速較高促進了同化枝氣孔開放；白天降雨時,較低的飽和水汽壓差阻礙了部分同化枝氣孔開放,造成白天土壤水分未能充分運輸?shù)剿笏蟮厣喜抗┧笏笪绽?進而促進夜間液流量,補充梭梭體內水分,恢復梭梭水分平衡[25]。梭梭SV季節(jié)性波動較大,主要原因為土壤水分脅迫、空氣干燥以及輻射強度高造成了梭梭根系吸水與植被蒸騰的時滯現(xiàn)象；同時由于氣象因子(空氣溫度、凈輻射、飽和水汽壓差)的波動性,造成樹干液流一定程度的波動。

4.2 梭梭耗水量變化特征

梭梭邊材面積與直徑存在的指數(shù)函數(shù)關系,說明直徑越大的梭梭,邊材面積越大。而梭梭根部吸收的水分主要通過邊材中的導管向上運輸,并經(jīng)同化枝氣孔釋放到大氣。梭梭直徑越大,梭梭耗水量越高(圖6),與氣象因子的相關程度越高(表2),造成SV隨季節(jié)的變化波動性越大(圖4),且7月份梭梭耗水量達到最高值。這主要是由于7月份的降水量最高,植被生長最旺盛,受土壤水分脅迫的影響小,進而耗水量最大。該結果與曹曉明等[24]、孫鵬飛等[12]、張利剛等[37]、Yang等[38]研究結果相一致。但是,不同直徑的梭梭液流通量密度并未表現(xiàn)出直徑越大液流通量越大的特點[28](圖2—4),這充分說明在直徑差異較小的條件下梭梭液流通量密度與直徑不存在正相關性。相比古爾班通古特沙漠以及黑河流域中游等生境的梭梭,民勤綠洲荒漠過渡帶稀疏梭梭林中的梭梭與古爾班通古特沙漠相同直徑的原生梭梭日均耗水量相似[12,24](表5)。并且,梭梭耗水量僅占參考作物蒸散量的35.60%,說明梭梭具有較強的環(huán)境適用性,同時也是一種節(jié)水、抗旱性強的植物。

4.3 環(huán)境因子對樹干液流通量的影響

不同時間尺度下,梭梭SV與各氣象因子的相關性差異較大(表2，表3)。在日尺度上,6月份梭梭處于生長旺盛期,光照對同化枝光合作用以及蒸騰作用的影響較大,導致Rn成為制約SV最敏感因子；7月份降水較為頻繁,土壤水分含量相對較高,RH成為制約同化枝氣孔開放的主要限制因子；8月份梭梭SV與T、VPD的相關性最高,而10月份各樣樹SV主要影響因子差異較大。以上說明,氣象因子是一個綜合因子,其對梭梭SV的影響是復雜而多變的。9月份各樣樹SV與氣象因子相關性不顯著(表4),這主要是由于9月份降水較少(圖5),土壤水分含量低(圖7),且梭梭同化枝衰退、木質化程度高、自身代謝較低,造成了梭梭SV與氣象因子之間的相關性不顯著。受土壤水分脅迫、梭梭自身生長代謝的影響,9月份陰天各樣樹SV日變化趨勢差異較大。這與孫鵬飛等[12]研究發(fā)現(xiàn)在土壤水分脅迫條件下,SV與氣象因子不存在相關性的結論一致。而11月份SV與氣象因子相關性不顯著,主要是由于梭梭枝葉枯黃、代謝減弱,SV受自身代謝的影響較大,同時空氣溫度以及輻射較低,阻礙了梭梭蒸騰。

土壤水分對梭梭蒸騰耗水的影響較為復雜[12,39],而土壤水分含量、梭梭根系分布不均是影響梭梭蒸騰耗水的主要原因。晴天時,梭梭SV與根區(qū)250cm范圍內的VSW存在極顯著相關性,并且SV與距莖基20cm處VSW存在極顯著負相關,這可能是由于梭梭吸水根系集中分布在距莖基20cm以外,土壤水分一部分被根系吸收,一部分儲存于莖基處。梭梭SV與0—100cm土層VSW相關性最高,也充分說明梭梭吸水根系主要集中在100cm土層以上。

5 結論

(1)晴天時,隨月份增加,梭梭樹干液流通量日變化啟動時間和波峰區(qū)均依次遞減,并且6—8月份梭梭液流出現(xiàn)明顯的“寬峰型”現(xiàn)象。陰、雨天,梭梭樹干液流通量日變化成雙峰或多峰型,并且樹干液流通量明顯低于晴天。

(2)不同直徑梭梭SV季節(jié)波動性較大,并且直徑越大波動越高。梭梭日均液流通量值在119.89—146.79 cm3cm-2d-1之間。6—11月,不同直徑梭梭樹干液流量均表現(xiàn)出先增后降的變化趨勢,7月份液流量最高。

(3)梭梭液流通量與氣象因子響應關系因月份及時間尺度的不同表現(xiàn)出較大差異。日尺度SV與氣象因子的相關性程度依次為：空氣溫度>凈輻射>飽和水汽壓差>相對濕度。小時尺度,晴天、陰天SV主要影響因子為VPD。

(4)土壤水分是干擾氣象因子對梭梭液流通量響應程度的主要因子。晴天根區(qū)梭梭土壤水分與樹干液流極顯著相關,并且100cm土層以上的0—250cm根區(qū)是影響樹干液流的主要區(qū)域。

(5)在整個觀測期間,隨著直徑增大,梭梭總耗水量表現(xiàn)出增大趨勢。梭梭總耗水量為495—1232kg、日均耗水量為2.0—8.3 kg/d,并且耗水量近似于古爾班通古特沙漠梭梭生長季(5—10月)總耗水量458—1044kg以及日均耗水量1.8—6.4 kg/d。利用TDP技術測定梭梭耗水量具有一定的可靠性。

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The effect of environmental factors on stem sap flow characteristics ofHaloxylonammodendron(C. A. Mey.) Bunge in Minqin oasis-desert

ZHANG Xiaoyan1,CHU Jianmin1,*,MENG Ping1, YAO Zengwang1,WANG Hesong2,LI Delu3, JIANG Shengxiu3

1KeyLaboratoryofTreeBreedingandCultivationofStateForestryAdministration,ResearchInstituteofForestry,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China2CollegeofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China3MinQinNationalStudiesStationforDesertSteppeEcosystem,GansuDesertControlResearchInstitute,Wuwei733000,China

In arid and semi-arid ecosystems, water resources are the key ecological factor restricting the structure and function of the oasis-desert ecotone. The objective of the present study was to determine the effect of environmental factors on the characteristics of stem sap flow and water consumption ofHaloxylonammodendronin the whole growing season. Thermal dissipation sap flow velocity probes (TDPs) and an automatic weather station were used to measure sap flow velocity in trunks of different diameters, and environmental factors such as air temperature (T), relative humidity (RH), solar net radiation (Rn), vapor pressure deficit (VPD), and precipitation (P), respectively, in the Minqin oasis-desert ecotone, Gansu Province, China, from June to November 2014. On clear days, the peak wave area of daily sap flow velocity (SV) ofH.ammodendrontrunks of different diameters gradually reduced with changing seasons, whereas the phenomenon “broad peak shape” ofSVshowed as excessive growth from June to August. TheSVon cloudy or rainy days was lower than that on sunny days. TheSVof differentH.ammodendrontrunk diameters often fluctuated, furthermore the larger the diameter, the higher the fluctuating during the growing season. However, there was no obvious consistency and relationship betweenSVand stem diameter. From June to November, the water consumption ofH.ammodendroninitially decreased, and the highest peakSVwas in July. The larger the stem diameter, the water consumption was more higher. Environmental factors correlated positively withSVin different time scales and weather conditions. The weather condition effected theSVcorrelation ofH.ammodendronsignificantly, where it was higher on sunny than on cloudy and rainy days. The correlation ofSVwith VPD was the highest with the total weather factors on sunny and rainy days, while the correlation ofSVwith Rn was the highest on cloudy days. In the study period, the correlation coefficitents betweenSVandTexceeded 0.842 (P<0.01). Rn was the second-most important influence onSV(R2=0.811,P<0.01), with the third influence factor of VPD (R2=0.769,P<0.01). The correlation ofSVwith soil moisture in the root area at 0—250 cm level points and 0—100 cm depths was the most significant. Therefore, from the results it could be deduced thatH.ammodendronof Minqin is an efficient drought-resistant plant.

Haloxylonammodendron; meteorological factors; soil moisture; sap flow; TDP

國家自然科學基金項目(31370707,31000322)；國家重點基礎研究發(fā)展計劃(2014CB954204); 中央基本科研業(yè)務費專項資金項目(200714)

2015- 09- 24;

日期:2016- 07- 13

10.5846/stxb201509241961

*通訊作者Corresponding author.E-mail: cjmcaf@163.com

張曉艷, 褚建民, 孟平, 姚增旺, 王鶴松, 李得祿,姜生秀.民勤綠洲荒漠過渡帶梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey)Bunge)樹干液流特征及其對環(huán)境因子的響應.生態(tài)學報,2017,37(5):1525- 1536.

Zhang X Y,Chu J M,Meng P, Yao Z W,Wang H S,Li D L, Jiang S X.The effect of environmental factors on stem sap flow characteristics ofHaloxylonammodendron(C. A. Mey.) Bunge in Minqin oasis-desert.Acta Ecologica Sinica,2017,37(5):1525- 1536.