全 文 ：第 11卷第 3期 水土保持研究 Vo l. 11　 No. 3
2004年 9月 Resea rch o f Soil and Wa ter Conserv ation Sep. , 2004
①
毛乌素沙地南缘赖草生育期蒸腾速率过程线的初步研究
张维江 1, 2 ,孙保平 2 ,赵廷宁2 ,何　连 3
( 1.宁夏大学土木与水利工程学院 ,宁夏 银川　 750021; 2.北京林业大学水土保持学院 ,北京　 100083;
3.宁夏盐池县绿海苜蓿产业发展有限公司 ,宁夏 盐池　 751500)
摘　要: 对毛乌素沙地南缘的赖草 (Aneurolepidium dasystachy s Trin. )蒸腾速率过程线进行了研究。 数据处理上 ,
打破赖草全生育期特定时间蒸腾速率的季节限制 ,对其进行了重新排序 ,得出赖草不同概率下蒸腾速率的日变化
过程和平均日蒸腾速率过程线 ,并得到各种概率的蒸腾速率和全生育期平均蒸腾速率日变化过程线方程 ,不同概
率的蒸腾速率日变化趋势与有关学者得到的结论有相似之处。
关键词: 毛乌素沙地南缘 ;赖草 ;蒸腾速率过程线
中图分类号: Q948. 112. 3　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1005-3409( 2004) 03-0037-04
A Preliminary Study on the Transpiration Rate Hydrograph of
Aneurolepidium dasystachys ( Trin. ) in Its Procreate Period in the
Southern Border of Maowusu Sandy Land
ZHANG Wei-jiang
1, 2 , SUN Bao-ping
2 , ZHAO Ting-ning
2 , HE Lian
3
( 1. College of Civil and Water Conservancy Engineering , Ningx ia University , Yinchuan 750021,China;
2. College of Soil and Water Conservation , Beijing Forestry University , Beijing 100083,China)
Abstract: The transpira tion r ate hydrog raph of Aneurolepidium dasystachys( Trin. ) in the southern bo rder of Maow usu sandy
land was studied. In th e pro cess of da ta-processing , seasonal limitation to the transpira tion ra te in specific time of g rowing
season of Aneurolepidium dasy stachys ( T rin. ) w as broken. The observa tion data w as rear ranged. Daily va ria tion o f its
tr anspiration ra te in different probability and the hydrog raph of mean daily transpira tion r ate w ere go t. The transpira tion r ate
at ev er y probability and th e daily va ria tion equation o f tr anspiration r ate hydrog raph in the w hole g rowing season w ere
obtained, and th e daily va ria tion tendency o f t ranspiration r ate in different probability is similar to the o ther specialist s
r esults.
Key words: the southern bo rder o f Maowusu sandy land; Aneurolepidium dasystachys( T rin. ) ; tr anspiration ra te h ydrog r aph
1　试验地概况
盐池县地处毛乌素沙漠西南缘 ,地理位置: 东经 106°30′
～ 107°41′,北纬 37°04′～ 38°10′,属典型的黄土丘陵和鄂尔多
斯缓坡丘陵的过渡带 ,即地形上自北向东南为鄂尔多斯缓坡
丘陵向黄土丘陵的过渡带 ,气候上是干旱区向半干旱区的过
渡带 ,植被上是荒漠草原向干草原的过渡带 ,资源利用上是
牧区向农区的过渡带 ,荒漠化的形式是风蚀向水蚀的过渡
带 ,这种地理上的过渡性形成了本地区的定位多样性 ,如农
牧交错区、水蚀风蚀交错区、气候过渡区、生态脆弱区等等。
试验区位于盐池中部的猫头梁村 ,属典型中温带大陆性
气候 ,按宁夏气候分区 ,属盐池- 同心 -香山干旱草原半荒漠
区。 四季分明 ,春季多风、夏季炎热、秋季凉爽、冬季寒冷 ,据
1954～ 2000年的资料 ,多年平均温度为 7. 7°C,≥ 10°C的有
效积温 2 944. 9°C,年平均日照时数为 2 867. 9 h,无霜期 128
d。 多年平均降雨量 296. 4 mm ,年际变化大 ,时空分布不均 ,
降雨量主要集中在 7～ 9三个月 ,占全年的 62% ,其中大部分
以局地暴雨形式出现。 年平均蒸发量为 2 179. 8 mm。
赖草是本地区天然草场主要建群种之一 ,也是本地区天
然优良牧草之一 ,研究其蒸腾特性对改良和恢复天然草场具
有指导意义。赖草一般在 4月萌芽 , 9月下旬进入枯黄期 ,主
要生育期为 5～ 9月。
① 收稿日期: 2004-02-25
　基金项目:国家“十五” 重大科技攻关项目:宁夏河东沙地退化草场植被恢复与风蚀沙化防治技术示范区 (盐池 ) ,编号 2002BA517A
　作者简介:张维江 ( 1963- ) ,男 ,宁夏海原人 ,宁夏大学副教授 ,博士生 ,主要从事水土保持与荒漠化防治教学及研究工作。
2　试验材料与研究方法
试验材料采自研究区赖草群落样方内自然生长的赖草
叶片。 考虑到测定对象大部分为草类 ,蒸腾速率采用快速离
体称重法 (简称称重法 )并在条件许可时用英国 PP sy stems
( PPS)国际有限公司生产的 CIRAS- 1型便携式光合作用
测定系统 (简称 CIRAS- 1法 )进行对比测定。
称重法使用上海第二天平仪器厂制造的 JNA- 1000型
精密扭力天平 ,在赖草主要生育期内每旬测定一次 ,每次 24
h或 12 h(白天 )。定点采摘长势相同或近似植株的叶片。将
采摘的新鲜赖草叶片迅速称重后置于室外 ,自然风干 5 min,
随之立即称重。 利用式 ( 1)计算其蒸腾速率 (鲜重 )。
Tr 1=
(Wa- Wb )· 3600000
W· t ( 1)
式中: Tr 1—— 蒸腾速率 , ( mg· h- 1· g- 1 ) ; Wa—— 蒸腾前
重 , mg ;Wb—— 蒸腾后重 , mg; t—— 蒸腾时间 , s。
CIRAS- 1法在赖草主要生育期内每月测定一次 ,每次
24 h或 12 h(白天 )。测定时将不离体的赖草叶片放入叶室并
输入叶片的面积 ,仪器自动显示被测叶片的蒸速率 E( mmol
· m- 2· s- 1 ) ,为了便于对比 ,同时测定叶片单位面积重量 ,
换算为以鲜重表示的蒸腾速率。 蒸腾速率的计算公式:
Tr2= 6480E /G ( 2)
式中: Tr 2—— 蒸腾速率 , ( mg· h- 1· g- 1 ) ; G—— 赖草单位
面积鲜重 , mg /cm2 ,对于赖草而言 ,单位面积鲜重在生育期
内基本不随时间变化 ,为 21 mg /cm2。
CIRAS- 1法测定的蒸腾速率数据相对较少 ,但与称重
法的测定值有较好相关关系 ,这将另文讨论。 称重法获得的
数据量大且均是按旬连续测定 ,本文据此分析赖草蒸腾速率
的变化特征。
3　结果与分析
3. 1　赖草蒸腾速率的日变化和月变化
赖草各个时期的蒸腾速率日变化见图 1。
图 1　赖草各时期蒸腾速率日变化过程线
　　从图 1可知 ,赖草的蒸腾速率在一天之内变化很大 ,一
般上午 8: 00以后开始快速增加 ,下午 18: 00以后急剧减小。
在 8: 00～ 18: 00之间 ,部分在 12: 00达到最大 ,也有一部分
在 12: 00前和 16: 00分别达到一天当中的两次高峰 ,这除了
与植物本身的生理活动有关 [1 ] ,也受到一天之中气象要素的
瞬间变化影响。
不同月份测定的蒸腾速率日变化过程不一样 , 5月和 6
月上旬蒸腾峰值出现在上午 10: 00左右 ,大部分时间中午
12: 00的蒸腾速率相对减少 ; 8月蒸腾峰值出现在中午 12: 00;
在下午 14: 00和 16: 00各月的蒸腾速率变化幅度较小。
赖草蒸腾速率即使在相近的季节 ,变化也是比较大的。
观测中发现 ,即使观测选择在天气比较晴朗的时候 ,气象要
素的瞬时变化将引起植物蒸腾速率的明显变化 ,这在利用
CIRAS- 1法测定时变化最为明显 ,即使一片很小的云团 ,
对植物的光合速率和蒸腾速率的影响也是很大的。实际上要
对一种植物在每一时刻的蒸腾速率的研究也是没有意义的 ,
因为在一天之中 ,气象要素的变化是瞬间的 ,只能在统计意
义上进行研究 ,那么 ,与气象要素密切相关的赖草的蒸腾速
率研究也只能使用统计方法才有意义。
3. 2　赖草全生育期蒸腾速率的变化分析
图 1表明 ,赖草的蒸腾速率在一天当中是变化的 ,不同
的月份 (或旬 )其蒸腾速率日变化过程也是不同的 ,这取决于
赖草的生理特性、立地条件、瞬时气象要素的变化 (时相 )和
区域大气候决定的季节变化 (季相 )。气象要素的瞬时变化值
和幅度也不完全取决于所处的季节 ,尤其是在夏季 ,但植物
蒸腾和棵间蒸发的研究表明 ,植物蒸腾量与气象要素 (光照、
气温、空气湿度等 )密切相关 [2, 3] ,蒸腾测定时所处的气象要
素瞬间值可能历时短 ,此时观测到的蒸腾速率在这一天当中
可能不具代表性 (观测往往是在几分钟之内完成 ) ,但该气象
要素却是该地区该季节随机出现的 ,只是发生的时间非此即
·38· 水 土 保 持 研 究 第 11卷
彼 ,因此可以做这样的假定:植物的高蒸腾速率总是发生在
以气象要素为主要约束条件的高蒸腾时段 (比如高温、干燥
的天气可能导致植物的高蒸腾 ) ,即使这种气象要素不出现
在特定的季节。
为此 ,我们把各时间的蒸腾速率按从大到小的顺序重新
排列 ,以 n表示全生育期某一特定时间的蒸腾速率观测次
数 ,m 表示蒸腾速率的顺序号 ,则大于某一蒸腾速率的概率
P (% )可表示为:
P=
m
n+ 1
× 100 ( 1)
表 1给出了重新排列后对应概率为 p的赖草全生育期蒸
腾速率日分布值。各概率对应的蒸腾速率日变化过程线见图 2。
图 2　不同概率下赖草蒸腾速率日变化过程线
　　图 2表示 ,由于气象要素的变化导致植物生理活动的变
化 ,赖草的蒸腾速率在各个时间的大小是不同的 ,但是在特
定的年份有一个变化范围 ,即蒸腾速率在上包络线 (图 2中
p= 5. 56%对应的折线 )和下包络线 (图 2中 p = 94. 44%对
应的折线 )的范围内变化。 图 2中每一条曲线都是各时间可
能出现的蒸腾速率值 ,只是出现的概率不同罢了。 虚线则代
表赖草在研究年份全生育期蒸腾速率的平均日变化过程线 ,
这一条线既反映了特定区域特定年份赖草蒸腾速率的大小 ,
也反映了一天之中蒸腾速率的平均变化趋势。平均线以上的
各条折线代表了可能出现的各种高蒸腾情况 ,此时折线的双
峰特性比较明显 ,这与植物在高温、高光照、低空气湿度等天
气情况发生时可能出现休眠现象有关 ;平均线以下 ,各条折
线代表了可能出现的各种低蒸腾情况 ,此时中午前后蒸腾速
率比较平稳 ,无大的起伏 ,说明低温、低光强、高空气湿度等
天气情况发生时尽管蒸腾速率相对较小但在主要的时段内
蒸腾不停地进行者。这与其他研究者得出的有关蒸腾日变化
过程有相似的变化趋势 [2～ 5]。
表 1　赖草全生育期不同概率的日蒸腾速率分布表
顺序编号 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 平均值
　　 0: 00: 00 314. 14 2 66. 00 250. 00 276. 71
时间
2: 00 320 1 13. 56 86. 12 173. 23
4: 00 181. 09 1 32. 84 51. 28 121. 74
6: 00 631. 58 5 97. 29 507. 69 500 237. 15 193. 55 154 124. 03 88. 89 0 303. 42
8: 00 1976. 47 1170. 73 890. 63 720 662. 07 429. 47 400 349. 51 332. 95 316. 55 288 272. 21 252. 10 208. 09 144 109. 54 107. 7 8 507. 65
10: 00 2424. 24 1900 1440. 00 1208. 79 964. 82 948. 45 853. 66 741. 82 712. 87 705. 88 584. 07 521. 74 428. 57 355. 40 321. 07 228. 37 228. 3 7 856. 95
12: 00 1485. 15 1476. 92 1028. 57 1026. 48 905. 66 870. 97 816. 12 710. 9 679. 25 644. 30 620. 69 605. 50 600 587. 97 580. 44 455. 41 376. 3 8 792. 39
14: 00 1868. 85 1040. 59 1010. 53 918. 03 905. 66 900 792. 45 761. 9 727. 27 703. 24 653. 85 590. 16 481. 75 480 420 315. 79 240 753. 53
16: 00 1066. 67 1008. 40 826. 60 766. 92 712. 17 696. 57 680. 71 672. 90 638. 53 582. 09 543. 81 514. 29 468. 29 457. 14 400 370. 79 240 626. 23
18: 00 1500. 00 1473. 68 1179. 19 902. 82 623. 38 610. 17 554. 62 480 432. 43 410. 96 406. 15 400 353. 49 281. 03 226. 42 96. 44 0 584. 16
20: 00 884. 89 4 93. 15 421. 05 407. 93 321. 07 293. 58 281. 25 240 236. 84 198. 98 190. 19 185. 33 180. 45 120. 00 94. 49 79. 47 289. 29
22: 00 660 5 16. 13 336. 45 302. 52 263. 74 260. 87 240. 60 216. 22 175. 18 51. 7 2 32 277. 77
24: 00: 00 314. 14 2 66. 00 250. 00 276. 71
P 5. 56 11. 11 16. 67 22. 22 27. 78 33. 33 38. 89 44. 44 50 55. 5 6 61. 11 66. 67 72. 22 77. 78 83. 33 88. 89 94. 44
　　可以这样认为 ,采用以上蒸腾速率数据处理方法 ,是对
具有瞬时特性的气象要素采用了统计分析的方法 ,得出各种
可能的日蒸腾速率变化过程。平均线代表研究年份赖草全生
育期平均日蒸腾速率变化过程 ,其时段平均值即为全生育期
赖草的平均蒸腾速率 ,至于蒸腾速率不同年度的差异则体现
在上、下包络线和平均线的位置不同。
上述赖草在 2003年各种可能的蒸腾速率日变化过程线
也代表了其他年份或各个不同季节的蒸腾速率日变化过程
·39·第 3期 张维江等:毛乌素沙地南缘赖草生育期蒸腾速率过程线的初步研究
线。为便于研究和计算 ,现将各条线进行回归分析 ,得到用多
项式表示的日蒸腾速率变化方程:
y=∑4
i= 1
ai x
i+ b ( 2)
式中: x= t /24, t—— 时间 ( 24时制 ) ,单位为 h; y—— 蒸腾速
率 ,单位为 ( mg· g- 1· h- 1 ) , i—— 多项式的次数 ,系数 ai、b
及相关系数见表 2。
表 2　赖草日蒸腾速率回归方程的系数和相关系数
曲线类型 a1 a2 a3 a4 b R
P= 5. 56% 3546. 9 42922 - 77024 37863 251. 77 0. 8690
P= 11. 11% - 3840. 1 37473 - 64658 31171 204. 24 0. 8806
P= 16. 67% - 3996. 4 32971 - 55082 26175 209. 91 0. 9052
P= 33. 33% 356. 11 24415 - 49762 26227 - 773. 8 0. 9656
P= 44. 44% - 6249 39329 - 63628 30887 91. 4 0. 9813
P= 50% - 2054 27150 - 49003 24675 - 436. 2 0. 9839
P= 66. 67% 36060 - 81449 82807 - 32895 - 5359. 4 0. 9998
P= 77. 78% - 13507 54802 - 77653 35689 1048. 7 0. 9700
P= 94. 44% 36060 - 81449 82807 - 32895 - 5359. 4 0. 9998
平均线 - 9684 38266 - 52804 22950 762. 01 0. 9570
4　结果与说明
( 1)赖草的蒸腾速率在一天之中是变化的 ,如果把大于
日平均蒸腾速率过程线的蒸腾日称为高蒸腾日 ,小于日平均
蒸腾速率过程线的蒸腾日称为低蒸腾日 ,那么高蒸腾日表现
为双峰特性 ,且午后高蒸腾可维持到 20: 00;低蒸腾日双峰
不明显 ,且在中午 12: 00～ 16: 00是一天之中蒸腾最大时段
且比较稳定。 这与一些学者得出的结论是一致的。
( 2)赖草全生育期蒸腾速率总是在上、下两条包络线之
间变化 ,就所在研究年份 ( 2003)而言 ,赖草的日平均蒸腾速
率过程线可表示为:
y= 22950x 4- 52804x 3+ 38266x 2- 9684x+ 762. 01
式中: y—— 赖草的蒸腾速率 , ( mg· h- 1· g- 1 ) ; x = t /24, t
为时间 ( 24小时制 ) , h。
上式的相关系数为 0. 957,具有较好的相关关系。 这可
以作为赖草全生育期蒸腾量计算的依据。
不同季节蒸腾速率的日变化可表示为下面的多项式:
y=∑4
i= 1
a ix i+ b
系数 ai和 b及相关系数见表 2。这对于进一步研究赖草
蒸腾速率的日、月和季变化规律及其赖草蒸腾速率的标准变
化过程线具有参考作用。
( 3)由于观测中夜间蒸腾量的蒸腾值进行了有限的几
次 ,数据点相对较少 ,因而使用回归多项式计算早晨 6: 00前
和晚上 20: 00后的平均蒸腾速率有较大的误差 ,利用式 ( 2)
进行计算出现“ - ”值时按 0处理。
( 4)本研究观测资料为 2003年 5～ 9月份 ,不同年份蒸
腾速率与当年气象资料密切相关 ,其赖草生育期平均蒸腾速
率与主要气象要素尤其是年降雨量的关系尚待进一步研究。
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