全 文 ：林业科学研究
2007, 20( 1): 1~ 5
Forest R esearch


文章编号: 1001
1498( 2007) 01
0001
05
雷州半岛尾叶桉人工林耗水量研究*
张宁南 1, 徐大平1, J im Morris2, 周光益1, 白嘉雨 1, 周
涛 1
( 1.中国林业科学研究院热带林业研究所,广东 广州
510520; 2. Forest Scien ce C en tre, H eidelb erg, V ictoria, Au stral ia
3084)
摘要: 利用热脉冲技术对雷州半岛 2种主要土壤类型下的 4年生尾叶桉人工林林分耗水量进行了为期 1 a的观测,
并对林分耗水与林分生长特性、气象因子及 4 m深土壤有效水关系进行研究。研究结果表明:尾叶桉人工林边材面
积与胸径具有显著的相关性,利用边材面积进行单株向林分尺度耗水的转换可行; 河头、纪家尾叶桉人工林日平均
茎流密度分别为 2 772、1 839 L m- 2 d- 1;日平均耗水量分别为 1. 49、1. 53 mm;河头与纪家尾叶桉人工林林分的
年耗水量分别为 542、559 mm, 分别占年降水量的 35%、36% ;开阔的林冠及较小的叶面积指数、旱季时土壤有效水
的减少及较低的饱和蒸汽压差等在不同程度上都限制了桉树的耗水量。
关键词: 尾叶桉;蒸腾作用; 茎流密度;边材 ;热脉冲技术
中图分类号: S715. 4 文献标识码: A
收稿日期: 2006
04
25
基金项目: 中澳合作项目 桉树与水 !AC IAR FST( 1997 /77)、国家科技部专项 热带林对水资源供需调节的监测研究 ! ( 191)、广东省自
然科学基金 广东主要树种人工林水分利用的比较研究 ! ( 0113931)的部分研究内容
作者简介: 张宁南 ( 1974∀ ) ,湖南会同人,助理研究员,在职博士生.
* John C ollopy、杨曾奖、杨国清、申卫军、余勇、陈明远参加了试验设备安装或部分实验数据收集,在此一并表示衷心感谢!
Water Consumption ofEucalyptus urophy lla P lantations on the Leizhou Peninsula
ZHANGN ing
nan1, XU Da
p ing 1, JIM M orris2, ZHOU Guang
y i1, BA I J ia
yu1, ZHOU Tao1
( 1. Research Inst itute of Trop ical Fores try, CAF, Guangzhou
510520, Guangdong, Ch ina;
2. Fores t Science Cen tre, H eidelberg, V ictoria, Austra lia
3084)
Abstract: T ree grow th, w ater consumption, clima te factors, availab lew ater in so il pro file as deep as 4 meters w ere
mon ito red for 1 year in 4
year
o ldEucalyp tus urophy lla trees grow n in contrasting so il types at the Le izhou pen insu

la, southeastern Ch ina. The present experimental resu lts indica ted that the sapw ood area in Eucalyp tus urophylla
trees w as close ly re lated to d iameter at breast he ight ( DBH ) and itw as possib le to use the sapw ood area in scaling
up estimat ion o fw ater consumption from an ind iv idual tree to stand leve.l Themean daily sap flow density ( SFD) in
Hetou and Jijia, the study sites, w ere respective ly 2 772、1 839 L m- 2  d- 1; mean da ily w ater use w ere 1. 49、
153mm d- 1. Annualw ater use ofHetou and Jijia p lantations w ere 542 and 559mm, respective ly; wh ich w ere
equ iva lent to 35% and 36% of annua l ra infal.l Low w ater use may have resulted from comb ined e ffects o f several
facto rs, including open canopy and low leaf area index, soilw ater decline in the dry season, and low vapor pressure
def ic i,t wh ich lim ited w ater consumption o f the trees.
Key words:Eucalyp tus urophy lla; transp iration; sap flow density; sap w ood; heat pulse method
桉树 (Eucalyp tus L#H
ri.t )现已成为华南地区重
要的速生用材树种之一, 大面积造林是 20世纪 80年
代后期和 90年代初期开始的,目前种植面积已超过
100万 hm2以上, 仅次于巴西和印度, 居世界第 3
位 [ 1]。然而,桉树人工林生态环境问题一直受到人们
普遍关注,尤其桉树人工林水分问题是人们争论和关
林
业
科
学
研
究 第 20卷
注的焦点 [ 2, 3]。过去在国外, 桉树人工林经常被指责
大量耗水及破坏当地生态环境,我国也有一些学者担
心大面积种植桉树会对环境造成负面影响。桉树及
其它一些外来树种大面积种植后的耗水情况及对当
地水文学过程的影响已成为人们关注的焦点之一,研
究结果表明:科学的经营管理方法能减少人工林对环
境的负面影响 [ 4]。热脉冲法是基本不破坏树木在自
然生长环境条件下的正常生长状态,可以长期自动监
测树干茎流的动态变化; Huber( 1932)首次将热作为
示踪器测量树干茎流, Edw ards等 [ 5]总结成系统的理
论技术, 后经 O lbrich[ 6]进一步完善。刘奉觉 [ 7]在我
国最早使用热脉冲技术对杨树树干液流的时空动态
进行了研究。
雷州半岛地势平坦,土层深厚, 目前已种植桉
树人工林 20万 hm2, 是我国重要纸浆材生产基
地。尽管地处热带, 降水丰富, 但降水主要集中
在雨季 ( 5∀ 9月 ) , 且主要以大、暴雨出现并以径
流形式流失,工农业生产及生活用水主要来源于
雨季降水对地表、地下水的补充, 因此, 人们普遍
关心雷州半岛大面积种植桉树人工林是否会过
多消耗水分而导致地下水水位下降。本文利用
热脉冲技术对尾叶桉 ( Euca lyp tus urophy lla S. T.
B lake)树木茎流密度进行测定, 以边材面积为耦
合因子经尺度转换推算出林分水平耗水量; 着重
分析了林分耗水与林木生长特性、气象因子及土
壤水分特性的关系, 为今后桉树人工林在生产和
生态效应的研究上提供科学依据。
1
试验地概况
试验地概况详见参考文献 [ 8]。
2
研究方法
2. 1
气象因子测定
详见参考文献 [ 8]。
2. 2
土壤水分特性测定
对河头与纪家不同深度土层 ( 50、150、250、350
cm )土壤含水量自动监测详见参考文献 [ 8]。 1999
年 9月 (雨季结束后 )及 2000年 4月 (旱季开始
前 ) ,用土钻在两样地内对土深 390 cm的土壤进行
分层 (每层 30 cm )取样, 对土壤机械组成及土壤含
水量进行分析测定,通过滤纸法测定样品的水势 [ 9]。
土壤有效水是指土壤保持介于饱和含水量与萎蔫含
水量之间的水量。根据所测定土壤样品含水量与水
势的关系建立土壤水分特征曲线, 并确定土壤萎蔫
含水量 (基质势为
1 500 kPa) [ 10 ]。
2. 3
林木生长特性测定
每半年对河头、纪家点的固定样地进行每木检
尺,利用 V ertex测高仪 ( Foresto r Instrumen,t瑞士 )对
选取的一定数量样木 (每个点 34株 )树高进行测定,
利用树高 (H )与胸径 (DBH )的回归方程 (H =
1. 558 4DBH - 0. 025 7 DBH
2
, R
2
= 0. 88)测算出整
个林分树高、优势木高 (即每公顷最大 200株树的平
均高 )、蓄积量 ( V = DBH 2 ∃H /30 000 m3 )及年平均
生长量 (MAI )。利用生长锥在两样地中钻取 38株
树,每株树 2~ 3个树芯, 测定出边材长度。使用 Ac

cupar ceptometer叶面积测定仪 ( Decagon Devices,
Pullm an,美国 )对样地的叶面积指数进行测定。
2. 4
林分耗水量测定
热脉冲技术具体的测定及计算方法详见参考文
献 [ 8]。根据 1999年 9月河头、纪家点样地调查结
果,按各径阶实际分布状况按比例从中随机选出 18
株样木,每次对 2株样木树干茎流密度进行测定。
日茎流密度 ( L m- 2  d- 1 )为一天内每 30m in平均
茎流密度的累加值 [ 8]。以边材面积为耦合基础进行
单木耗水向林分耗水尺度的转换 [ 11] , 即林分日茎流
密度为被测样木日茎流密度的平均值。胸径与边材
面积显著相关,可通过胸径推算边材面积,林分边材
总面积则为各单木边材面积的总和。林分日耗水量
为林分日茎流密度乘以边材总面积, 而林分年耗水
量则为观测期间 ( 1999年 9月 15日至 2000年 9月
23日 )林分所有日耗水量的平均值乘以 365。
3
结果与分析
3. 1
气象因子变化特征
雷州半岛地处我国东南沿海,受季风环流影响,降
水量比较丰富,但季节分配不均。1999年 9月至 2000
年 9月,河头、纪家的降水量分别为 1 531、1 539mm,相
差不大,但月降水量存在差异;雨季 ( 5∀ 9月 )降水量分
别为 1 289、1 217mm,占年降水量的 84%、79% (图 1a);
最大日降水量河头出现在 2000年 6月 26日,为 162. 6
mm,纪家出现在 2000年 6月 27日为 125. 8mm。两地
相距较近,太阳辐射变化相似, 全年总太阳辐射量为
3 962. 9M J m- 2;由于地处热带北缘北回归线,受太阳
高度角随季节变化的影响较小;受云量变化的影响,日
太阳辐射量波动较大 (图 1b)。河头、纪家空气较潮湿,
全年饱和蒸汽压差 ( VPD )较低, 很少超过 2. 5 kPa(图
2
第 1期 张宁南等:雷州半岛尾叶桉人工林耗水量研究
1c),旱季 ( 10月至翌年 4月 )气温较低, VPD基本在 1. 5
kPa以下;在雨季时气温较高, VPD并不高。两地全年
气候温暖,月最高气温河头在 8月 ( 369 % ),纪家在 6
月 ( 34. 6 % ),月最低气温河头、纪家均在 12月,分别为
8. 7、10. 0 % , 1999年 12月 22日受寒潮影响河头与纪家
出现 - 2. 1、0 % 的年最低气温。根据两地气象观测结
果显示,河头气温普遍较纪家高 2~ 3 % , VPD也较高。
图 1
河头与纪家月降水量、日太阳辐射、周平均 VPD变化过程
3. 2
土壤水分特性及土壤有效水
河头、纪家均是遭受严重侵蚀的红壤,由于发育的
母岩不同 (河头属浅海沉积物,纪家属玄武岩 ),导致其
土壤质地结构及持水特性有很大差别 (图 2、3)。土壤
水分特征曲线受土壤质地影响明显,以砂粒为主的河
头砖红壤较黏粒含量高的纪家持水能力差,河头、纪家
土壤萎蔫含水量分别为 0. 16、0. 38 cm3 cm- 3。
图 2
河头与纪家土壤机械组成随深度的变化
图 3
河头与纪家土壤水分特征曲线
河头、纪家 50 cm深土壤含水量日变幅分别为
0. 166~ 0. 185、0. 395~ 0. 532 cm 3 cm- 3; 0~ 4m土
壤有效水变幅分别为 133 ~ 220、156~ 478 mm (图
4a、b)。河头为砂质壤土,结构疏松,水力传导度高,
降水后水分快速下渗至土壤深层,土壤持水性差; 纪
家黏粒含量高,持水性强,但透水性差。两地属热带
北缘海洋性气候,旱季降水少,土壤水分补充少, 因
此各层土壤含水量均呈下降的趋势, 其中以近地表
层 ( 50 cm深 )土壤含水量下降最快, 最低值接近萎
蔫含水量,这与雷州半岛砖红壤有机质含量低、持水
性差有关 [ 12]。
图 4
河头与纪家 50 cm深土壤含水量及 0~ 400 cm深土壤有效水动态变化
3. 3
林木生长特征
玄武岩发育的砖红壤较浅海沉积物保水保肥能力
强,因而,纪家林分生长较河头好。从表 1看出,纪家点
因种植密度大,林木平均胸径较河头小,但MAI、边材面
3
林
业
科
学
研
究 第 20卷
积及叶面积指数均较河头大; 4年生尾叶桉林由于对
光、养分的竞争加剧,受压木自然淘汰率高,MAI增长放
缓,林分高生长缓慢。1999年 9月至 2000年 8月期间,
河头与纪家尾叶桉胸径分别增加了 16%和 12%,边材
面积分别增加了 33%和 15%。2个样地林分的叶面积
指数均较低,且较为空旷,雨季后均有所增加。
表 1
1999∀ 2000年河头与纪家 4年生尾叶桉人工林生长特征
项目 河头 (年
月 )
1999
092000
03 2000
08
纪家 (年
月 )
1999
09 2000
05 2000
08
立木度 / (株 hm- 2 ) 1 356 1 331 1 330 1 994 1 974 1 894
平均胸径 / cm 8. 5 9. 5 9. 9 8. 5 9. 3 9. 5
平均树高 /m 11. 1 11. 5 11. 4 11. 1 11. 9 11. 9
优势树高 /m 16. 7 18. 0 18. 5 16. 3 17. 5 17. 9
MAI / (m3 hm- 2 a- 1 ) 16. 3 17. 9 19. 7 22. 6 24. 7 22. 8
边材面积 / (m2 hm- 2 ) 4. 55 5. 38 6. 03 7. 65 8. 71 8. 77
叶面积指数 1. 14 1. 53 1. 89 2. 98
河头、纪家 38株树 (胸径测定范围为 4 ~ 16
cm )胸径 (DBH , cm )与边材面积 ( SA, cm2 )的回归
方程如下:
河 头: SA = 0. 359DBH 2 + 0. 537DBH
R
2
= 0. 96n = 20
F = 219. 85
纪 家: SA = 0. 331DBH 2 + 1. 298DBH
R
2
= 0. 92n = 18
F = 188. 39
两点胸径与边材面积相关性显著 ( P < 0. 05) ,
纪家林分总边材面积大于河头, 这与其种植密度大、
立地条件好有关。
3. 4
林分茎流密度与耗水量
1999年 9月至 2000年 9月期间,采用热脉冲技
术分别对河头 (观测 291 d)和纪家 ( 266 d) 4年生尾
叶桉林茎流密度进行测定, 河头桉树单株平均耗水
量为 13. 9 L d- 1,日最大耗水量为 49 L d- 1,纪家
则分别为 8. 6、27 L d- 1;林分水平河头与纪家日茎
流密度变幅分别为 439~ 4 900、362~ 3 789 L m - 2
 d- 1,日耗水量变幅分别为 0. 22~ 2. 79、032~ 2.
92 mm d- 1。河头、纪家尾叶桉人工林日平均茎流
密度分别为 2 772、1 839 L m- 2  d- 1,日平均耗水
量分别为 1. 49、1. 53 mm, 年耗水量分别为 542、559
mm,分别占同期年降水量的 35%、36% (图 5a、b)。
河头林内气温及 VPD较纪家点高, 同时, 河头土壤
透水性好,但土壤持水性要比纪家差,河头土壤水分
从土壤渗入到根系和水分由根系进入到导管的阻力
可能要小于纪家; 而河头桉树林的水分输导面积 (边
材面积 )要小于纪家,这都可导致河头茎流密度较纪
家高,但纪家种植密度大导致林分边材总面积大,林
分耗水量反而高。旱季随着气温的降低、土壤有效
水的减少, 林分茎流密度呈逐渐下降趋势; 11月期
间纪家点因降雨土壤水分得到补充后茎流密度有所
回升; 1∀ 3月土壤有效水、气温及 VPD 均降到最低
值,茎流流速缓慢; 雨季时虽然土壤水分供应充足,
但受林木自身的调节作用 (如午间气温较高时导致
气孔关闭,树干茎流密度会明显减缓 )及近海空气潮
湿、VPD不高都影响树木耗水。
图 5
1999年 9月至 2000年 9月河头与纪家尾叶桉人工林日茎流密度与耗水量
4 结论与讨论
( 1)对纯人工林, 通过不同径阶样株耗水转换
到样地耗水,再转换为林分耗水,结合时间尺度获得
全年蒸腾耗水是科学合理的。在单株、样地到林分
耗水的尺度转换中, 可借助于叶面积、边材面积、林
冠投影面积、胸径等 [ 13, 14]。热脉冲技术是通过测定
树干茎流密度并乘以输导面积 (边材面积 )来推算
蒸腾耗水量。因此,通过不同径阶多样组长期测定,
尺度转化为样地蒸腾比较准确。在林木分布均匀、
4
第 1期 张宁南等:雷州半岛尾叶桉人工林耗水量研究
生长环境相似的人工林中, 可按照每木占地面积来
分配耗水份额, 而在同一时刻, 气象因子、土壤水分
对于林分内的每一棵树都是同质的, 且同一径阶树
木之间相同高度断面的输水能力是相同的 [ 15]。基
于边材面积进行单株到林分耗水尺度转换过程中,
可将每个茎流密度的观测值看成整个林分平均茎流
密度的一个瞬间估测值,因此只需保证有足够的林
分边材的测定样本数和无偏差抽样, 就能得到有效
的平均数测定值 [ 16] , 也就是说测定的样本数越大,
林分平均茎流密度值与林分耗水量估计就越精确。
当然在测定期间,应尽量减少因仪器故障 (如热敏探
针、热源针损坏及电池电压不足等因素 )造成数据上
的断点。
( 2)雷州半岛河头、纪家 4年生尾叶桉人工林年
耗水量为 542、559 mm, 分别占同期全年降水量的
35%、36% ,与国外桉树人工林耗水研究结果相比较
低。国外的研究人员对桉树林蒸腾耗水也进行了广
泛的研究:在澳大利亚 V ictoria州北部, 对非灌溉区
5~ 8年生 E. camaldulensis Dehnh. 人工林连续 2年
的年耗水量测定结果分别为 320、358 mm, 而同期降
雨量为 368、338 mm, 这主要与其地下水位较浅有
关 [ 16] ;在印度热带 K arnataka地区,桉树林的耗水量
为 3~ 8 mm  d- 1, 在季风雨后耗水量为 6 mm 
d
- 1
,而季风雨前干旱时小于 1 mm d- 1, 导致旱季
蒸腾耗水少, 这与土壤有效水分供应量少有关 [ 17] ;
在巴基斯坦 Indus平原灌溉区种植的 E. camalduen

sis Dehnh.最大日茎流密度达到 12 000 L  m- 2 
d
- 1
,而其最大日 VPD超过 5. 0[ 18] ; 在巴西如果不受
水分限制时桉树耗水量达到 8mm d- 1[ 19]。在我国
华南地区受土壤水分、肥力及光等环境因素限制, 桉
树人工林种植 3~ 4年后生长速度减慢,叶面积迅速
下降, 林冠比较开阔。雷州半岛农作物一般种植于
缓坡或洼地,桉树人工林则多种植在地势较高的台
地,这影响桉树根系直接吸收浅层地下水; 同时由于
近海空气比较潮湿, 全年 VPD 较低, 很少超过 2. 5
kPa,这些因素都导致了桉树林分较低的耗水量。
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