全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林 业 科学 研究 《 ,
巴
文章编号 一 以 城 只 扬
毛乌素沙地樟子松蒸腾变化规律及其与
微气象因子的关系
张劲松 , , 孟 平 , , 孙惠民 , , 周泽福‘ , 于延凤 ,
中国林业科学研究院林业研究所 , 国家林业局林木培育重点实验室 , 北京
内蒙古自治区科学技术厅 , 内蒙古 , 呼和浩特
叉
摘要 本研究采用由热扩散植物液流技术测算得到的时间步长 的樟子松蒸腾速率数据 , 结合同步观测得到
的冠层微气象要素值 , 分析了毛乌素沙区 年生樟子松主要生长季节蒸腾耗水规律及其冠层微气象的关系 。 结果
表明 樟子松蒸腾速率具有明显的时间变化特征 。 多云天气 日 , 蒸腾速率 日内变化总体呈多峰曲线趋势 , 单株
蒸腾速率 在 一 月各月白天 一 的平均值为
· 一 ’ 晴天 日 , 除 月蒸腾速率 日内变
化呈多峰曲线趋势外 , 其余各月总体趋势呈单峰曲线 , 月时 在 左右 、 左右 、巧 左右出现峰值 , 在
左右出现谷值 。 一 月各月 日内 在 左右出现峰值 。 一 月各月 白天平均值为
·
一 ’ 阴天天气日 , 蒸腾速率日内变化总体呈单峰曲线趋势 , 日内 最大值出现在 左右 。 一 月各月 白天
一 平均值为
· 一 ’。 在日际变化或季节变化方面 , 从 月份起 , 樟子松蒸腾耗水量逐渐
增加 , 月耗水量在 月达到最高值 , 此后有所减小 。 一 月总耗水量为 , 日平均为 , 月份月耗
水总量相对最大 。 、 、 、 、 及 月耗水量分别占主要生长季节总量的 、 、 、 、
、 。 主要生长期内 , 与冠层太阳总辐射 , 空气温度 、湿度 尺厅 , 风速 等气象要素
有很好的复相关性 , 并通过显著性检验 二 , 且各月内影响樟子松蒸腾的最主要气象因子都是 。
关键词 毛乌素沙区 樟子松 蒸腾 热扩散植物液流
中图分类号 阶 文献标识码
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一 , 一 , 一
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收稿 日期 拐凌碎
基金项 目 国蒙“
’, 节水专项课题 部分研究内容
作者简介 张劲松 一 , 男 , 浙江永嘉人 , 博士 , 研究员 , 主要研究方向 复合农林业 、农 林 业气象
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林 业 科 学 研 究 第 卷
, , , ,
叹 , , , , , , ,
口 二 , , ,
功
。 妙而“
蒸腾是植物耗水特征的主要方式 , 在土壤
植物 一 大气连续体 水热传输过程 中占有
极为重 要的地位 , 一 直是农学 、 林学 、 气象学 、 水
文学 、生态学等相关学科及领域共同关注的重要
课题之 一 。 随着水资源 紧缺问题的 日益严重化 ,
蒸腾问题的研究 已 受 国 际社会 的愈加重视 。 揭
示林木耗水规律及 其影 响机制对水资源 紧缺地
区林业 建设战略规划 、林种布局 、 树种选择 、 林分
结构配置及 林地水分管理等具有重要 的理论指
导意义 , 可为我国正在实施 的退耕还林工程建设
提供必 要 的水分生 态理论依据 。 毛乌素沙地 为
我国北部 自东 向西 断续分布的一个典型 内陆沙
区 , 地跨内蒙古 、 陕西和宁夏三省 自治区 , 占据
鄂尔多斯高原南部和黄土高原北部 区域 , 总面积
约 万 , 其中 乃 分布在内蒙古鄂尔多斯市
乌审旗境 内 。 该沙地 的历 史演变及现实状况很
大程度 七代表 了我 国干旱半干旱沙 区所存在 的
人类活动与 自然 环境 间相互关系 的许多典型 问
题 。 樟 子 松 尸 , 少 , 咭
是鄂尔多斯 毛乌素沙地 主要优势人工林
树种 , 属 当地 林业 生 态工 程 建设 的优选 乔木树
种 , 但有关毛乌素地 区樟子松蒸腾耗水规律及其
影响机制等问题缺少深入研究 , 难 以为该地 区樟
子松人 〔林 的抗旱节水栽培及管理技术提供充
足 的理论依据 。
选择合适的测算技术及方法是蒸腾研究的工作
基础 , 热扩散植物液流 技术是当前测算林木
蒸腾速率的最为稳定的技术 。 面 等〔’〕总结 了
国际上对树干液流量和蒸腾关系的研究成果 , 指出
在正常情况下 的蒸腾量与液流量相等 , 因而在
日时间尺度 上 , 可 以用树干液流量表征蒸腾量 〔 〕。
目前该技术在国外已得到普遍应用 , 我国在此方面
的研究 刚 刚起 步 , 有 关樟 子 松蒸 腾 问题研究 报
道 ’一 因蒸腾速率测定技术条件的限制 , 致使原始
数据时间连续性与稳定性差 , 代表性不大 , 不能深人
揭示蒸腾耗水规律而影响研究结果的应用价值 。 除
昊丽萍等 〔’〕曾采用热脉冲 技术对内蒙古 自
治区乌兰察布市中旗阴山山脉北部地区樟子松树干
液流变异规律进行研究 , 陈仁升等仁’ 采用 技术
试验研究黑河中游的临泽县樟子松蒸腾变化规律及
其与气象因子的关系外 , 其余研究大多采用以
〕稳态气孔仪及 一 等光合分析仪为代表
的气孔计法或离体枝快速称质量法 , 因叶片间变异
程度剧烈 , 在由单叶蒸腾耗水量向整株推算时误差
较大 , 也无法进一步了解蒸腾在一段时期内的连续
变化规律 。 与 虽有相似之处 , 但 在
脉冲信号和读数之间需要一个等待间隔期的不足 ,
以致影响精度以及不能连续监测等局限性 。 就
是针对 这一局限性而改进形成的液流测定技
术 。
本研究采用基于 技术测算得到的监测时
间步长 的樟子松人工林蒸腾数据 , 结合同步
观测得到的微气象要素值 , 分析毛乌素沙区 年生
樟子松林蒸腾变化规律及其影响机制 , 旨在为该地
区发展樟子松林提供必要的水分生态理论依据 , 并
力图进一步完善樟子松蒸腾耗水理论 。
试验设计
试验区概况
试验地位于鄂尔多斯市乌审旗图克苏木境内的
毛乌素沙地开发整治研究中心试验区内。 该试验区
地处 “ ‘ “ ‘ , “ ‘ “ ‘ , 海拔高
度 , 属温带半干旱与干旱区过渡地
带 , 年均降水量为 左右 , 主要集中在
月 , 占年降水量的 。 年蒸发量为
, 干燥度 年 日照时数
, ℃积温 一 ℃ , 年均气温
℃ 。 年平均风速
· 一 ’ , 以西北风为主 ,
年均大风扬沙 日数 , 多集 中在 一 月 。
地带性土壤为栗钙土 , 试验区的土壤除滩地上的沙
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第 期 张劲松等 毛乌素沙地樟子松蒸腾变化规律及其与微气象因子的关系
地草甸土外 , 绝大部分以风沙土为主 , 其中流动风沙
土占 , 固定 、 半固定风沙土 占 , 滩地土壤
丘间低地 占 〔” 〕。 地带性植被为半干旱草
原 , 试验区 内的天然植被以油篙 瑰
为主 , 其次为臭柏 、
柠条 、乌柳 认 。
户 等 人工植被多为沙柳 你
人 。 、 樟子松和杨柴
加 占
等 。
试验材料及方法
试验研究材料为 年生樟子松 。 樟子松林株行
距 , 南北行向 , 营造于 年 , 现树高 ,
郁闭度约 。 林下植被主要 以油篙 、杨柴 、柠条为
主 。 以 巧 株树木的平均胸径为依据 , 在试验地中部选
择 棵顺行相邻样株 。 主要观测内容及方法如下
树干液流与蒸腾观测 年 月 日一
年 月 日 , 在樟子松的南 、北 个方向处 , 采
用 技术测定树干液流 , 传感器型号 探
针 。 数据采集器为 , 每 采集 次 , 每
输出 组平均值 。 树干液流速率计算公式〔‘, 〕如
下
上 高处 , 采用小气候 自动监测系统连续观测
空气温度 、相对湿度 双万 及风速 , 太阳总
辐射 。 、降雨量 。 、 和 五万 、尸 所采用的传
感 器 探 头 分 别 为 、 、 、
几 。 数据采集器为 。 观测时间与树干
液流观测同步 。
土壤水分观测 以 中间 棵样株为 中
心 , 以 、 为半径 , 在东 、 南 、 西 、 北 个
方向处采用烘干称质量法 , 每隔 。 测定土壤
含水量 , 测定深度 。 每 测定
次 , 雨后加测 。
结果与分析
时间变化规律
日 内变化规律 对晴天 、 多云 、 阴天 种类
型天气 日各对应时刻的蒸腾速率分别进行平均计
算 , 结果表明 在樟子松主要生长期 一 月 内 , 蒸
腾速率都具有明显的日内变化特征 图 。 在
清晨 , 太阳辐射弱 , 气温低 , 空气相对湿度高 , 樟子
松蒸腾速率上升缓慢 随着太阳辐射的逐渐增加 , 气
温逐渐升高 , 蒸腾速率逐渐增强 , 而后 , 光照强度减
弱 , 温度降低 , 导致叶内外水汽压差减少 , 蒸腾速率
减小 到次日日出时 , 蒸腾速率降低为最低值 。 多云
天气 日 , 蒸腾速率 日内变化总体呈多峰曲线趋势 , 、
、 、 、 、 月单株蒸腾速率 全天平均值分别为
、往 、 、 、 、
· 一 ’, 其中 , 白
天 一 平均值分别为 、 、 、
· 、 、 · 一 。
、、,忆门︸了、百二
介 一
式 、 中 为树干液流速率
· 一 ‘ , 可近似为
蒸腾速率 为边材面积 。 为 日内最
大温差值 , 为某时刻温差值 。
冠层小 气候观测 在中间 棵样株活动面
︵飞
·
闷哥侧傲摧
图 〕 年主要生长期内樟子松单株蒸腾速率多云天气 日内变化趋势
晴天 日 , 除 月份蒸腾速率 日内变化呈多峰曲
线趋势外 , 其余各月总体趋势呈单峰曲线 。 月时
在 左右 、 左右 、巧 左右出现峰值 ,
在 左右出现谷值 。 一 月各月 日内 在
左右 出现峰值 , 、 、 、 、 月 该值分别为
、 、 、 、 、 · 一 。 、 、 、
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林 业 科 学 研 究 第 卷
、 、 月 全天平均值分别为 、 、 、
、 、 科
· 一 ’ , 其中 , 白天 一
平均值分别 为 、 、
、 、
一 。
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二
时刻
碎 年主要生长期内樟子松单株蒸腾速率晴天 日内变化趋势
阴天天气日 , 蒸腾速率 日内变化总体趋势呈单
峰曲线 图 。 日内 最大值出现在 左右 ,
、 、 、 、 月及 月其值分别为 、 、 、
、 、 · 一 ’。 、 、 、 、 、 月 全天
平均值分别为 、
、 、 、 、
· 一 ’ , 其 中 , 白天 一 平均值分别为
、 、 、 、 、 · 一 。
︵一汤山哥侧血镶
时刻
图 “ 年主要生长期内樟子松单株蒸腾速率阴天 日内变化趋势
廿
‘
较图 可发现 , 在 同一月 份 内 , 晴夭 、
多云
、
阴天 种天气 日间蒸腾速率差异并不 十分
明显 。 只不过 由于各月 的气象条件 , 土壤水分 以
及樟子 松 自身的 生 理状况不 同 , 蒸腾 的启动时
间 、结束时间 、 最大值及其出现 的时间出现 了一
定的差 异 。 具体来说 , 各月樟子松蒸腾速率在夜
间差异不大 ,而在 白天则明显不 同 , 其中
, 月蒸
腾速率在 之前提 高的速度最 大 。 这是 由
于 月 的气温 、 太 阳辐射都较高 , 需要 吸 收大量
的水分 , 故蒸腾速率较高 。
蒸腾速率 日际 变化规律 按每公顷 株
的密度将单株蒸腾速率转换为群体或单位土地面积
蒸腾速率 , 并对 年 月至 月内各 日的蒸腾速
率进行积分 , 得到了樟子松全年蒸腾耗水量 日际变
化曲线 图 。 从图 可 以看出 樟子松 日耗水量
呈现出明显的日际变化或季节变化特征 。 从 月份
起 , 樟子松耗水量逐渐增加 , 月耗水量在 月达到最
高值 , 此后有所减小 。 一 月 总耗水量为
, 日平均为 。 、 、 、 、 、 月各月的耗
水总量分别为 、 、 、
、 、
, 分别占主要生长季节 月一刁 月 总耗
水 量 的 、 、 、 、
、 。 可见 , 在 年主要生长季节
期 , 樟子松耗水量于 月份相对最高 。
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第 期 张劲松等 毛乌素沙地樟子松蒸腾变化规律及其与微气象因子的关系
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日期 月一 日
图 樟子松林 《 年主要生长季节蒸腾量 日际变化曲线
樟子松蒸腾速率与冠层微气象要素的关系
回归分析 年 一 月 与冠层微气象要
素的关系表明 与冠层风速 、 大气温度 、
大气相对湿度 五刀 、太阳总辐射 具有很好的
相关关系 , 多元线性回归方程如下
扑 一 几 一 以〕
。的
式中 、 、
、 的单位分别 为
· 一 ‘ 、 ·
一 ’、 ℃ 、 · 一 , , 为无量纲数 , 以 计量 。 相关
系数 了 , 。 。
, 通过显著性检验 , 其中 ,
、 、 、 的偏相
关系 数 分 别 为
、 、 一 、
。 可见 , 影响樟子松蒸腾的最主要气象因子
为太阳总辐射 。 各月 内 与 、 、 、 也具有
很好的相关关系 , 回归方程见表 。
表 主要生长期内各月影响樟子松蒸腾的主要气象因子模型与比较
月份 回归模型
的 几 一 洲洲 的 “
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一 刃 一 洲 】 。
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结论与讨论
樟子松蒸腾具有明显 的时间变化规律 多
云天气 日 , 樟子松蒸腾速率 日内变化总体呈多峰曲
线趋势 晴天 日 , 除 月份 日内变化呈多峰曲线趋势
外 , 其余各月蒸腾速率 日内变化总体趋势呈单峰曲
线 , 月 时蒸腾 速 率在 左右 、 左 右 、
左右出现峰值 , 在 左右出现谷值 , 一
月各月 日内樟子松蒸腾速率在 左右出现峰
值 阴天天气日 , 蒸腾速率 日内变化总体呈单峰曲线
趋势 , 日内樟子松蒸腾速率最大值出现在 左
右 。 只不过由于气象条件 、土壤水分以及林木 自身
的生理状况的不同使蒸腾的大小 , 启动时间 、结束时
间 、最大值及其出现的时间各 自不同 。
从 月份起 , 樟子松耗水量逐渐增加 , 月耗水量
在 月达到最高值 , 此后有所减小 。 月一 月总耗
水量为 , 日平均为 。
主要生长期内 , 单株蒸腾速率与冠层太阳
总辐射 、空气温度
、 空气湿度 、 风速等气象要素有很
好的复相关性 。 各月内影响樟子松蒸腾的最主要气
象因子都是冠层太阳总辐射 。
目前受土壤水分测 定技术的限制 , 在测
定蒸腾速率及冠层微气象参数的同时 , 日内没有
同步 自动观测土壤水分 。 为 了进一步深入
、
系统
地分析蒸腾速率的影响机制 , 需进一步开展蒸腾
速率与包括 土壤含水量在 内的环境 因子 关 系 的
研究 。
本文初步研究了 年主要生长季节樟子
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松蒸腾变化规律及其与气象因子的关系 , 为进一步
深人揭示蒸腾变化规律及其影响机制 , 将开展不同
年份的试验研究 。
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