全 文 ：第 25卷　第1 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2005 年　1 月
Vol.25　No.1　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2005
基金项目:国家“十五”科技攻关黄土课题(2001BA 508B17);中国科学院知识创新项目(KZCX1206)
第一作者简介:卜崇峰(1977—),男 ,陕西榆林人 ,博士研究生 ,主要从事水土保持与 GIS应用研究工作。
收稿日期:2004-08-07
黄土丘陵沟壑区狼牙刺的蒸腾作用研究
卜崇峰1　刘国彬2
(1.中国科学院地理科学与资源研究所 , 北京　100101)
(2.中国科学院水土保持研究所 , 杨凌　712100)
摘　要　对狼牙刺和柠条的蒸腾日变化 、月变化作了动态测定 ,研究了狼牙刺的蒸腾特性及其同
环境因子及土壤水分之间的关系。结果表明:(1)狼牙刺和柠条的蒸腾速率日变化基本是以单峰
型曲线为主 ,少数为双峰型。在 10:00 ～ 14:00时段是狼牙刺和柠条的高速蒸腾期;蒸腾极大值多
出现在12:00。(2)从 6 ～ 9月份 ,狼牙刺和柠条的蒸腾速率呈逐月下降趋势 ,不同林龄狼牙刺之间
的蒸腾速率月均值差异不明显 ,但狼牙刺与柠条的蒸腾速率月均值的种间差异比较明显 ,即柠条
的蒸腾作用略高于狼牙刺 。(3)一天当中 ,狼牙刺的蒸腾速率与光合有效辐射 、空气温度密切正相
关 ,与大气湿度负相关;6 ～ 9月 ,狼牙刺蒸腾速率的日均值与土壤水分状况密切正相关。(4)在黄
土丘陵沟壑区进行人工林草植被建设过程中 ,应该主要充分了解物种在 6 、7月份(林木生长旺盛
期)的耗水特点及土壤供水能力 ,以保证植被的快速恢复。
关键词　狼牙刺;柠条;蒸腾作用;环境因子
Study on the transpiration of Sophara viciifolia in the
hilly and gully Loess Plateau
BU Chong-Feng1　LIU Guo-Bin2
(1.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research , Chinese Academy of Sciences , Beijing　100101)
(2.Institute of Soil and Water Conservation , Chinese Academy of Sciences , Yangling　712100)
Abstract　Based on the measurements of the diurnal and monthly transpiration rate , the characteristics of
transpiration of Caragana korshinskii Kom and Sophara viciifolia Hance and the relationship between transpi-
ration and environmental factors and soil water were studied.The following conclusions can be drawn:the
curves of the diurnal variations of transpiration rate in Sophara viciifolia Hance and Caragana korshinskii
Kom show one-peak type mainly , their highest transpiration rate occurred in period of 10:00 ～ 14:00;The
transpiration rate of Sophara viciifolia Hance and Caragana korshinskii Kom decreases gradually from June to
September , there is no big difference with the average value of monthly transpiration among the different age
s Sophara viciifolia Hance , but the transpiration rate of Sophara viciifolia Hance is higher than Caragana ko-
rshinskii Kom from June to September;the curves of diurnal variation of transpiration rate in Sophara viciifolia
Hance has a positive correlation with PAR and air temperature and has a negative correlation with air humidi-
ty ;the seasonal changes of transpiration rate has a close relation with the content of soil water.As a result ,
we should know the plant s water-consumption and the ability of soil s water supply in the process of vegeta-
tion reconstruction in the hilly and gully loess area to ensure the vegetation restoration.
Key words　Sophara viciifolia Hance;Caragana korshinskii Kom;transpiration;environmental factors
植物对水分的需要与其所在环境的水分条件
经常处于矛盾之中 ,即植物在其生长发育过程中 ,
经常出现水分不足或者水分过多的情况 。在半干
旱黄土丘陵沟壑区 ,水分的缺乏是限制植物生长发
育的主要因子[ 1] 。如何对有效的水资源进行合理
的配置 ,实现水分平衡下的林木培育 ,特别是在干
旱半干旱地区进行有效的植被恢复与重建 ,是广大
学者普遍关注的问题[ 2] 。可见 ,研究当地天然林草
植物的蒸腾特征 、耗水规律对于该区人工植被建设
中的物种选择 、营造措施等具有重要实践意义 。
狼牙刺(Sophora viciifolia Hance)广泛分布于黄
土区 ,是一种能够自我演替且具有很好的水土保持
功能的天然灌木种。枝水势对比研究表明[ 3] ,狼牙
刺比柠条(Caragana korshinskii Kom)具有更强的抗
旱性 。本文对抗旱灌木种狼牙刺的蒸腾特征 、耗水
规律及其与环境因子之间的关系作了分析 ,并与柠
条对比研究 ,进一步探讨了其抗旱性 ,旨在为人工
植被建设提供理论指导。
1　材料与方法
1.1　研究区概况
试验地位于陕北黄土高原丘陵沟壑区 ,是延河
支流杏子河下游的一级支沟 。在气候区划上属于
暖温带半干旱气候 ,年日照时数2 300 ～ 2 400 h之
间 , ≧ 0℃积 温 为 3 733.5℃, ≧ 10℃ 积 温 为
3 282.7℃。降雨年内分布不均 ,7 ～ 9月份降雨量
占全年降雨量的61.1%。土壤类型以黄绵土为主 ,
土壤调萎湿度约4.5%,田间最大持水量18.4%,表
层土壤平均容重1.30。土壤水分补给主要依靠自
然降水 ,水分交换主要在垂直方向上进行。
流域在植被区划上属森林草原区 ,灌木植被类
型分为 5个群丛组。其中 ,狼牙刺群丛组和小叶锦
鸡儿群丛组是两个主要的落木植被型。狼牙刺群
丛组分布于流域内阳坡 、半阳坡 ,天然林为主 ,小叶
锦鸡儿(柠条)群丛组 ,分布于全流域 ,全部为人工
栽植 ,盖度在80%以上 。
表 1　试验样地概况
Table 1　The status of sample site
样地名称 Site
地上部分年龄
Age of shrub
above-ground
土壤质地及土层厚度
Character and
thicknees of soil
坡度
Slope
坡向
S lope
di rection
坡位
Slope
position
7月灌层盖度(%)
Bush layer
coverage in July
狼牙刺(S.vici ifolia) 14 黄绵土 , >10 m 18° 南偏东 18° 梁坡中部 85
狼牙刺(S.vici ifolia) 17 黄绵土 , <=1 m 19° 南偏东 15° 沟坡下部 78
狼牙刺(S.vici ifolia) 6 黄绵土 , <=2 m 22° 南偏西 10° 沟坡下部 73
柠条(Caraganar korshinskii) 15 黄绵土 , >4 m 20° 南偏西 15° 沟坡下部 82
1.2　试验材料
于2002年在纸坊沟流域内选取 6 、14 、17龄狼
牙刺和15龄柠条为供试材料(表 1)。
1.3　测定指标及方法
蒸腾速率测定(E):鉴于叶片发育状况和所处
位置对蒸腾作用影响较大[ 4] ,因此本研究定株定位
测定 。测定时间是 2002年 6 ～ 9月(狼牙刺生长季
节)每月中下旬的晴天 ,并选取冠丛中上部向阳健
康叶片 ,同时测定狼牙刺和柠条各个生理指标的日
进程(8:00 ～ 18:00),每2 h取样一次 ,每次 2个样
本 ,每个样本 3次重复 。仪器是思爱迪公司生产的
CID—301PS光合作用测定系统 ,可以同时测定:蒸
腾速率 E(mmol·m-2·s-1)、光合有效辐射 PAR
(μ·mol·m-2·s-1)、叶室空气温度 TA(℃)、进(出)
气相对湿度 HR(%)。
土壤含水量测定:土壤含水量用取土烘干法测
定。根据各样地土层深度情况 ,确定测定深度分别
为:6 龄狼牙刺地测深 2 m , 14 龄狼牙刺地测深
3 m ,17龄狼牙刺地测深1 m ,柠条地测深3 m 。2 m
以内每隔10 cm取一个样 , 2 m以下每隔20 cm取一
个土样。每层每次 2个重复 ,并在光合 、蒸腾测定
的当日进行。
降水量测定:生长季内降水量来自该小流域内
的定点降雨观测资料。
651期　　　　　　　　　　　　　　卜崇峰等:黄土丘陵沟壑区狼牙刺的蒸腾作用研究
图 1　6龄狼牙刺蒸腾速率日变化
Fig.1　Diurnal changes in transpiration rate of 6 years old
S .viciifolia
图 3　 17年生狼牙刺蒸腾速率日变化
Fig.3　Diurnal changes in transpiration rate of 17 years old
S .viciifolia
2　结果分析
2.1　蒸腾速率日变化
三个林龄的狼牙刺及柠条的蒸腾速率日变化
如图1 ～ 4。可以看出 ,从6 ～ 9月的生长季里 ,各林
龄狼牙刺和柠条的蒸腾速率日变化基本是以单峰
型曲线为主 。17龄狼牙刺在 6 月份 、14 龄狼牙刺
在9 月份以及柠条在 7 月份的蒸腾速率日变化曲
线分别呈现双峰型。蒸腾速率日变化与环境因子
的日变化密切相关。陶汉之[ 5]等人的研究表明:茶
树的蒸腾速率日变化呈单峰型 ,中午前后达到峰
值;而杨吉力等人的研究则表明:油蒿等几种天然
植物的蒸腾作用有午休现象 ,而羊柴等几种栽培植
物蒸腾作用却无明显的午休现象 ,并且不同沙生植
物蒸腾速率差异很大 。然而蒸腾速率日变化总的
趋势是:清晨蒸腾作用很弱 ,之后随着光照的增强 ,
一方面气温不断升高 ,大气湿度下降 ,另一方面植
物的生理活动加强 ,从而使蒸腾速率不断提高;下
午影响蒸腾的外部环境因子和植物生理内部变化
则向相反方向变化 , 而使蒸腾作用又不断减
弱[ 6] 。本研究表明 ,各灌木蒸腾速率的峰值出现
图 2　柠条蒸腾速率日变化
Fig.2　Diurnal changes in transpiration rate of
Caraganar korshinskii
图 4　14年生狼牙刺蒸腾速率日变化
Fig.4　Diurnal changes in transpiration rate of 14 years old
S.viciifolia
的时间不尽相同。6龄狼牙刺蒸腾速率 3 次出现
在 12:00 ,1次出现在 10:00;14龄狼牙刺蒸腾峰值
1次出现在 10:00 ,而 3 次出现在 12:00;17龄狼牙
刺的蒸腾峰值则是 2次出现在 10:00 , 2次出现在
12:00;柠条的蒸腾速率 1次在 10:00 , 1 次在 12:
00 ,2次在 14:00 。可见 ,在 10:00 ～ 14:00时段是狼
牙刺和柠条的高速蒸腾期;蒸腾极大值多出现在
12:00 ,表明光照强度和大气温度可能是影响蒸腾
强度的主要外部环境因子。
2.2　蒸腾速率月变化
把各月测定日蒸腾速率的平均值作为该月的
蒸腾速率均值得蒸腾速率的月变化趋势图(图 5)。
可以看出 ,从 6月底至10月初 ,各林龄狼牙刺和柠
条的蒸腾速率呈逐月下降趋势 。不同林龄狼牙刺
之间的蒸腾速率月均值差异并不明显 ,而狼牙刺与
柠条蒸腾速率月均值的种间差异却比较明显 。即
柠条的蒸腾作用略高于狼牙刺 。各林龄狼牙刺月
蒸腾速率的平均值所得的曲线也表明在生长季节
中狼牙刺的蒸腾强度较柠条的低 。
2.3　蒸腾速率同环境因子的关系
诸多研究表明[ 7 ～ 10] ,植物蒸腾速率与外部环
66 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25 卷
图 5　狼牙刺与柠条蒸腾速率月动态
Fig.5　Seasonal changes in transpiration rate of
S .viciifolia and C.korshinskii
境因子之间有着密切而复杂的关系。以 14龄狼牙
刺为例 ,对其在7月份和 8月份的蒸腾速率同光合
有效辐射 、叶室温度 、大气相对湿度的日变化值(见
表 2)作相关分析。
结果表明:7月份狼牙刺蒸腾速率同光合有效
辐射极显著相关 , 相关系数为0.951＊＊(r0.01 =
0.874),与空气温度显著相关 ,相关系数为0.824＊
(r0.05=0.754), 同大气湿度负相关 , 相关系数为
-0.518;而在 8月份 ,蒸腾速率同光合有效辐射和
空气温度均显著相关 ,与大气湿度负相关 ,相关系
数分别为0.842＊ 、0.760＊和-0.550。此结果与郑
阿宝 、杨吉力[ 11 ,12]等人的研究结果是一致的 。上
述表明 ,尽管不同时期蒸腾作用与各环境因子相关
显著性有所不同 ,但一个共同特点是:在整个生长
季节内 ,狼牙刺在晴天状况下的蒸腾作用与光合有
表 2　狼牙刺蒸腾速率与环境因子的日变化
Table 2　The diurnal variations of transpiration rate in S .viciifolia Hance and environmental factors
时间 Time
蒸腾速率 Tr
(mmol·m-2·s-1) 气温TA(℃)
光辐射 PAR
(μ·mol·m-2·s-1) 大气湿度 HR(%)
7月/ 8月 7月/ 8月 7月/8月 7月/ 8月
8:00 1.4/ 0.6 24.9/ 18.0 257.5/387.0 73.1/ 66.1
10:00 4.1/ 3.6 29.4/ 31.6 879.6/1 008.1 41.7/ 33.4
12:00 4.3/ 3.3 34.3/ 36.5 1 208.8/1 362.0 30.6/ 26.8
14:00 3.3/ 2.1 34.4/ 33.5 671.5/1 091.6 28.5/ 27.6
16:00 2.4/ 1.5 30.3/ 31.1 349.7/218.4 29.9/ 28.5
18:00 0.7/ 0.8 24.5/ 27.2 133.5/55.2 42.3/ 33.1
表 3　14 龄狼牙刺蒸腾速率与土壤含水量 、总耗水量及降雨量
Table 3　The transpiration rate of 14 years old S .viciifolia and the content of soil water , rainfall and water consumption
月份
Month
蒸腾速率 Tr
(mmol·m-2·s-1)
3 m 土层平均含水量
Average content of soil water
in 3 m profi le(%)
3 m 土层水毫米数
Depth of soil water in 3m
profile(mm)
降雨量
Rainfall
(mm)
土壤水变化
Balance of soil
water(mm)
总耗水量
Total water
consumption(mm)
6 2.9 7.76 291.0 98.3 -92.6 190.9
7 2.4 5.93 222.4 199.7 -68.6 268.3
8 1.95 5.48 205.5 52.2 -16.9 69.1
9 1.88 6.53 244.9 69.8 39.4 30.4
总计Total -138.8 590.9
效辐射及空气温度密切正相关 ,与大气湿度有负相
关性。这三个气候因子是影响蒸腾强度的主导因
子。
2.4　蒸腾速率同土壤含水量之间的关系
郭连生等人[ 13]对九种针阔叶幼树的蒸腾速率
与环境因子关系分析认为:在土壤供水不足的条件
下 ,蒸腾速率与土壤含水量有着密切的关系 ,即日
平均蒸腾速率随着土壤含水量的增加而明显提高 。
同样以 14年生狼牙刺为例 ,对其蒸腾速率与土壤
含水量月均值(表 3)的相关分析表明 ,蒸腾速率与
土壤含水量正相关 , 相关系数为0.742(r0.05 =
0.878)。这说明狼牙刺蒸腾作用的季节变化趋势
671期　　　　　　　　　　　　　　卜崇峰等:黄土丘陵沟壑区狼牙刺的蒸腾作用研究
不仅受其自身生理活动和生长节律以及气候因子
的制约 ,而且与土壤水分密切正相关。
3　结论与讨论
1).从 6 ～ 9月 ,狼牙刺和柠条的蒸腾速率日变
化基本是以单峰型曲线为主 ,少数为双峰型 。在
10:00 ～ 14:00时段是狼牙刺和柠条的高速蒸腾期;
蒸腾极大值多出现在 12:00。
2).在 6 ～ 9月的生长季节里 ,狼牙刺和柠条的
蒸腾速率呈逐月下降趋势 。不同林龄狼牙刺之间
的蒸腾速率月均值差异不明显 ,但狼牙刺与柠条蒸
腾速率月均值的种间差异却比较明显 ,即柠条的蒸
腾作用略高于狼牙刺 ,这可能是狼牙刺的一个抗旱
生理特征 。
3).晴天状况下 ,狼牙刺的蒸腾作用日变化与
光合有效辐射 、空气温度 、密切正相关 ,与大气湿度
负相关 ,这三个气候因子是影响蒸腾强度的主导因
子;狼牙刺蒸腾作用的季节变化与土壤水分状况密
切正相关 。
4).进一步分析表 3 ,可以看出 6 ～ 9月份 14龄
狼牙刺林地土壤含水量呈逐月下降趋势 ,至 8月份
土壤水(5.48%)接近调萎含水量(4.5%);蒸腾速
率与土壤水分含量有相似的月变化趋势 ,并且 6 、7
两个月份蒸腾作用及林地总蒸散耗水量最强 。这
就给我们一个提示:即在黄土丘陵沟壑区进行人工
林草植被建设过程中 ,主要应该充分了解物种在
6 、7月份(林木生长旺盛期)的耗水特点及土壤供
水能力 ,这样才可能也能够保证植被的快速恢复。
参　考　文　献
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