全 文 ：第 卷 第 期
年 月
林 业 科 学研 究
它
,
。 ,
田间供水与杨树生长关系的研究关
田间供水、 蒸腾耗水与材积产量的
关系分析及林木需水量的估算
刘奉觉 郑世错 减道群
中国林业科学研究院林 业研究所
摘 要
在集约栽培的杨树人工林中进行小 区灌溉试验 , 研究了不同供水处理下林木生
长和水分生理指标的变化 , 分析 了田 间供水量 、 蒸腾耗水量和材积产量的关 系。 结
果表明 , 林木蒸腾耗水童和材积年产量均随供水水平的高低而增减。 年生杨树人
工林株行距 在 一 月的蒸腾耗水量 约 。一 。 , 林 木 生 长
材积需蒸腾消耗 一 水 。 作者还 用多种模式分析 了田间供 水量与材
积产量的相 关关 系 , 提 出 了估算杨树人工林需水量的方法和 一 杨人工林需水 量
表 。
关健词 杨树人工林 , 林木蒸腾作 用 , 蒸腾耗水量 , 林木需水量 , 材积增 长童
我川是一个水资源短缺的国家 。 在林木丰产栽培中 , 如何采用灌水措施使林木速生 , 如
何利用有效的灌水量获得木材高产 , 二者的结合就是林木节水栽培 , 这是当前林业生产上值
得重视的问题 。
为了探讨杨树人工林合理用水问题 , 一 年较系统地研究了 一 杨在不同供 水
处理下林木生长量和蒸腾耗水量的关系 。
一 、 试验地区的自然概况
试验地设在山东省葛县廿里乡 。 地处东经 “ ‘ , 北纬 “ ’ , 属海洋性 与大陆 性的
过渡型气候 , 年平均气温 ℃ , 平均年降水量 , 土壤为河流冲积沙壤 土 , 详 细概
况见前文 ‘。
本文于 年 月 日收到 。
· 此项研究为 “杨树丰产栽培 中间试验 ” 国家科委合 同项目 的一部分 。 王 世绩参与试脸设计 , 窦忠福 、 刘 雅荣 、 杨炳
才 、 徐宏远 、 王永江等先后参加部分工作。 本文初稿和修改稿承侯治博研究员 、 王世绩副研 究员以及美国 加 州 大 学
提 出宝贵盆见 。 试脸得到山东省临沂 地区林业局 、 芭县林业局和廿里乡的支持 , 于 现 、 拓 春 等同志协助阅
定 , 谨此一并致谢 。
期 刘奉觉等 田间供水与杨树生长关系的研究
二 、 试验材料与方法
试验林为集约栽培的一 杨 刀 “ 一 人 工
林。 年春季造林后 , 因天气干早而全部平茬 , 株行距为 , 造林前进行条带深翻 ,
带宽 , 深 , 每株杨树施土 杂 肥 巧 , 以后每年生长季节追施化肥 一 次 。 详细
情况见前文’〕。
从 年起进行灌溉试验 , 设三级供水水平
对 照 仅用天然降水 , 个重复区
一级供水 天然降水加人工计量灌水 , 个重复区 ,
二级供水 天然降水加人工计量灌水 , 其人工灌水量约为一级供水 的两 倍 , 个重
复区 。
每个试验小区面积为。 , 一 !年用滴灌管道供水 , 用水表分区计量 。 年
改用畦灌 , 按进畦水流速与时间计算灌水量 。 天然降水从当地气象站抄录 。 除灌水以外的其
它田间管理措施 , 各小区均保持一致 。 试验处理的田 间供水量列入表 。
表 试验处理 一 月的田间供水量
乍 于巡 酬 对 ’ 一蔽毋 二 供 水 二 级 供 水
】
吕
。
吕 。
。
。
各月供水量及供水情况见前文’。
试验测定的指标有
林木蒸腾速率 与蒸腾耗水量 试验用 一 快速称重法进 行 。 在 、 和
年的 一 月 , 每月中旬选择 一 个晴天作为测定日, 每 小时测定 次 , 称样取自
树冠南面中层的功能叶。 根据功能叶的平均蒸腾速率 、 蒸腾时数 、 天气晴阴 、 树冠部位、 枝
条叶位 、 树冠叶量等参数计算树冠蒸腾耗水量 工。
林木生长量 各试验小区设标准木 株 , 在生长季节每半月或 个月测量 次 胸 径
与树高 , 以其平均值 , 按下式计算单株材积 工
。 一
三 、 试验结果与分析
一 林木材积产量对供水的反应及其需水要求
从表 可以看 出 , 随着 田间供水量的增加 , 材积产量 、 蒸腾耗水量和材积需水系数都相
应增加 年材积需水系数稍有反常, 各处理的材积年产量与年蒸腾耗水量也有逐年增加
林 业 科 学 研 究 卷
的趋势。
总 结了许多研究者测算的不同值物群落的蒸腾 能水量 指出欧洲 、 美洲 、 日本
在年降水星 一 条件下混交林年蒸腾耗水量约 一 ‘。。 双 。 只
在供水充足条件下测定 年生欧美杨年蒸腾 陇水量为 一 , 形成 立方米材积 需消
耗 水 〔’。这些结果 与本试验相应处理的数值 表 大体相近似 。
田 间供水量 与材 积产量的相 关分析 用四种回归关系分析了历年各处理的年供 水 量
与材积产量的关系表 。 比较四种回归方程的相关系数和回归系数的显著性得出 , 以
式的回归显著性最好 , 都达到了显著或极显著水准 。 因此 , 用 十 表示供水与材积
产量的关系是较为合适的 。 这种关系意味着 随着材积产量的增加 , 增产材积所需的供水量愈
来愈大。 必然表现为材积需水系数随产材量而增大 。
表 供水量 、 材积产量 、 燕腾耗水盆与材积孺水系数
年 供 水 皿 年廿积产皿
’
年 蒸肠耗水皿
年 处 理
村积需水系数
,
对 照
一 级 供 水
二 级 供 水
八口协山叮,今
对 照
一 级 供 水
二 级 供 水
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∀ # ∃ 。 8
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2 15 .0
一…l1986 又全 J狱一 级 供 水
二 级 供 水
林木生 长 l m 3讨不1的族脾耗水盘 。
表 3 年供水量与材积增量的相关分析
。 。 _、 二 …。 相关因 于 相 关系 故 回 少1系互文 ’ 常 赶之
亡于
1 9 8 3
1 三) 8 二
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1 9 8 3
1 9 8 4
1 9 8 6
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3 .2 2 0 .
4 .0 5 7二
3 .283
(3) y 之 b + a I n x
1 9 8 3
1 9 8 4
1 9 8 6
0 . 8 8 4 5 .
0 .9 5 0 3二
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1 4 5 8
.
1 7 7 5
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.
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.
5 1 2 8
一 7 7 7 7 . 8 1 7 1
一 7 4 8 8 4 . 1 0 7 6
一 8 7 0 8 . 7 6 0 8
2 2 7 . 8 7
7 7 8 . 8 生
4 8 6 .0 9
4 4 4 .1 9
.2 9 2 7 .9 7
5 6 7 .2 0
(4 ) y = b x .
1 9 8 3
1 9 8 4
1 9 8 6
0 .8 9 9 9 .
0 .8 5 7 4 .
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1 .0 3 8 3
2 7 8 4 7
0 .3 6 8 0
1 9 4 1 5
0 .0 0 0 0 2
58 6 .0 0 2 4
0 .1 4 9 2
0 .2 2 2 5
0 。 0 7 8 5
0
.
2 9 0 8
0
.
8 3 6 5
0
.
0 9 1 6
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.
5 7 1
.
3
.
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.
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.
期 刘奉觉等: 田间供水与杨树生长关系的研究 255
19朗年坦tE\忿吸书燕傀彩担
材积产量 (m 3/h a · a )
材积产盆与材积需水系致 的关系
2. 材积产量与材积需水 系数的关 系 上述的关系如 图 1 所示 , 各年的材积需水系数均随
材积产量的增加而增大; 但各年的变化率(斜率)不同 , 随树龄逐年降低 。
3
. 林木需水节律 在林木生产过程中 , 根部吸收的水分绝大多数用于蒸腾消耗 , 因此林
木的耗水节律反映了它的水分需求。 图 2 是树冠
蒸腾耗水的季节变化。 1 9 8 3 年 与 1986 年略有不
同 。 其原因主要与叶面积的变化有关〔’1 , 1 9 8 3 年
( 2 年生)林木树体较小 , 枝少叶面积小 , 5 月份
的叶面积指数仅在 0.2 左右 , 因此耗水量最小 ,
以后则随叶面积的增大耗水量 增 加; 而 1986 年
( 5 年生) 5 月份的叶 面 积 指 数 已 达 到 3.43 一
·
4 1
, 加之这时的蒸腾速率也较高 , 所以蒸腾耗
水量大 。 这两年的蒸腾耗水节律反映着不同林龄
的耗水特点 。 各月蒸腾耗水量 占 5一10 月总量的
叹‘交介几_-
咭-—寸一一 打一 ~犷一 寸 一节厂‘”份 )
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欢\任三归关准公燕眼年
图 2 树冠蒸腾耗水量的变化
百分数(耗水月比率)反映了林木各月的需水节律(表 4 )。
( 二) 杨树人工林摇水且的估算
1 。 林木需水量的估算方法
在农作物需水量的估算方面 , 联合国粮农组织进行了大量的工作 , 并提出26 种作物栽培
表 4 树 冠 燕 腾 耗 水 月 比 率
矿蔺~ 退火 5 6 7 8 91983 对 照 7 。 7 1 2 。 6 1 8 。 1 1 3 。 4 3 5 。 4 1 2 。 8
一 级 供 水 4 。 2 1 7 。 8 1 9 . 8 2 0 。 9 2 4 . 6 1 2 。 7
二 级 供 水 2 .1 18 .0 1马。 9 2 0 。 3 尹3 . 8 1 5 。 9
平 均 4 .7 16 。 1 1 9 。 3 1 8 。 2 2 7 。 9 1 3 . 8
1 9 8 6 对 照 23 .7 15 。 9 人8 。 a 1 7 。 4 1 2 。 3 1 1 。9
一 级 供 水 21 。 7 1 7 。 9 2 5 . 1 1 5 。 6 1 0 。 0 9 。 7
二 级 供 水 17 。 3 2 0 。 1 2 2 . 3 1 5 。 9 1 2 . 4 1 2 . 0
平 均 20 .9 18 。 0 2 2 。 0 1 6 。 3 1 1 。 6 1 1 。 2
林 业 科 学 研 究 1 卷
产见与用水量之问的关系的研究报告 、 ‘, 。 其研 花方法多是用参比蒸腾蒸炭量 、 作物系数等因
子估算需水量 t6】, 通过最高产量 、 最大蒸腾蒸发量 一与实际产量 、 实际蒸腾蒸发量的分析 , 提
出某作物在某种产量水平下的合理 i位水计戈1。 问题的中心是探讨产量对供水 量的反应 L今, 。
林木需水量的研究 , 比农作物更加复杂和困难 。 T ru c 1 9 6 3 年提出的公式是用辐射量 、气
温和相对湿度等估算杨树人工林的蒸腾蒸发量 , 合理的灌水量等于当月蒸腾蒸发量与降水量
之差 [e1 , 该方法的缺点是没有考虑林木蒸腾因素 。 K a3 aH 邸B H . 只. ( 1 9 8 5 )用叶重 、 蒸腾强
度和时数来估算杨树的蒸腾耗水量 【’] , 但没有考虑到树木蒸腾的空间变化、 白昼长短 、 天气
晴阴等因素。
本试验着重分析田间供水量 、 蒸腾耗水量 [“l与材积产量之间的关系 , 进一步探讨了林木
材积生 一诀对供 水量的反应 , 从而提出估算林木需水量 , 其方法如下 :
( l) 根据试验测定资料 , 找出供 水与材积产量的数学关系式 , 以及林木蒸腾耗水的月比
率 ;
(2) 按林龄和生 长可能性(潜力) , 提出设计的材积年产量 ,
( 3) 用供水与材积关系式计算出设计材积产量的田间需水量 (全生长季节),
( 4) 按蒸腾耗水月比率将生长季节需水量分配成各月需水量;
(5 ) 用田 间持水量 、 土壤含水率 、 土壤容重和预定灌层深度计算休眠季节灌水量 ,
( 6) 列出全年林木需水量表。
2
. 工一 6 9 杨人工林需水量表的编 制
供试验的 I 一 69 杨人工林以生产小径材为目标 , 7 一 8 年采伐。 分别 用 2一 3 年 和 4 一
5 年 I 一 69 杨人工林的田间供水量 (x , 单位m m )和年材积增量 (y , 单位为 m “ x lo 一 。/ 年 ·株)
进行回归分析比较 , 得出不同林龄的供水与材积产量的数学关系式如下:
1983一1984年: g := 5805 In x :一 3 0 8 0 6 ( l )
1 9 8 5一 1986年: 夕: = 2 5 7 3 In x : 一 1 0 3 5 4 ( 2 )
两式的干[1关系数分别为0.803*. ( l )不120 .808*. ( 2 ) , 回归估计量标准误差 为1256 .87 和
5 65 .85 , 计算 的 t值分另lJ为4.05( P < 0 .0 1)和4 .55( P < 0 .00 1) , 达到极显著水准 , 说 明可以
用上式进 行估算 。
按林地 生严能力 , 提出两种产材水平 : 2 年生林为 了. s m a/ h a 和 13 .sm V h a , 5 年生 林
为3om 3/h a 和 4 5m ’/ h a , 用(l)、 ( 2 ) 式分别计算出生 决季节需水量 。 用表 4 的月比率分配 5一
10月的需水l【李, 休眠季节需水量按下式计算〔.J :
休眠季节需水量 (t / ha) = 100 0O x (田 间持水重 一 当时土壤含水率)
只 土攘容重 x 预 定湿润层厚度
试验地 土壤容重 1.43 9 /cm 3, 田 lJ 持水量为23 .92 % , 如果 4月和 n 月 l米土层 内 平均
土壤含水火按15 % 计 , 则需水处为:
休眠季节需水量 = 100 00 x (0 。 2 3 9 2 一 0 . 1 5 ) x l 。 4 3 x 1 . 0
= 1 2 7 5
。
5 6 t / h
a “日当于z28m m )
将生 民季节各月需水量与休眠季节需水量一并列入表 5 。
利用需水壁表制订林木供水计划的方法 , 首先根据气象预报选用接近预报年(包活月份)
的降水资料 , 作为设计年的降雨量 , 或采用有一定保证率下某年(月 )的降水量作为设计年的
期 刘奉觉等: 田间供水与杨树生长关系的研究 257
表 5 1一69 杨 人 工 林 需 水 量…:)蔗::)衡一井井宁斗一} 一于…卒一:’-…一i 一
降雨量 I“J , 然后技树龄和集约经营程度选择接近的产材量 , 按表中需水量与预报降雨量的差
值制订各月灌水计划 。 这个计划的准确性主要取决于气象预报 。 在没有气象预报的情况下 ,
也可采用当地多年平均降水量 。 月灌水量的分配以均匀分散为宜 , 不要过于集中。
四 、 讨 论
通过供水与林木生长关系的分析 , 对杨树人工林灌水问题提出几点看法 。
( 一) 灌水的宜要性
试验证明 , 灌水对扩大叶面积有特殊的效能 , 从而大大地促进林木的材积增产 , 经济效
益也十分显著[’〕。 因此 , 在林木速生栽培中必须重视灌水措施 。 有些地区由于灌水不及时或
量不足 , 造成材积减产的损失 , 往住不为人们所知 , 应引起注意 。
( 二) 林木供水的均匀性
农作物栽培以收获籽粒为 目的 , 在其生育阶段有一个敏感的灌水临界期 , 此时干旱会导
致籽粒减产或无收 。 而林木与农作物不同 , 速生丰产栽培目的主要是生产木材 , 而林木的材
积生长又是一个连续的过程 , 从 5 月下旬至 8 月下旬都处于较高的生长水平 。 因此 , 林木灌
溉的原则应当是在生长季节内均匀供水 。 根据耗水节律 , 各月略有高低 , 但不可长期缺水 。
试验地区198 6年 5月千旱 ( 5 月降水量 Zo.sm m ) , 未能及时灌水 , 材积生长出现明显的马鞍
形[‘〕, 就是一个证明 。
( 三 ) 人工林初期供水的后效
杨树人工林在造林后第 1一 2 年的供水效应可以影响到以后 5一 6年的材积生产 。 本试
验第 3 一 4 年供水处理的供水量虽然不足 , 但它们的材积产量仍然明显高于对照 , 此点说明
初期供水的重要性 , 增强了人们对灌水后效的认识 。
( 四 ) 试验地区杨树人工林灌水的最低标准
试验地区(山东省临沂地 区)在春季解冻后多出现干旱天气。 因此 , 春季( 4一 5 月 )的一
次灌水是十分重要的; 5一 6 月为生长初期 , 为了加速林木生长 , 应再灌一次水 , 8 一 6 月
林 业 科 学 研 究 1 卷
降雨较多 , 可以不灌水; 林木落叶后视土壤湿度情况决定是否进行冬灌 。 每年灌水 2 ~ 3 次
是临沂地区杨树人工速生丰产林灌水的最低要求 , 否则 , 林木的材积生长会受到较大的影响 。
林木灌水的数量化、 科学化是林木集约栽培走向高标准 、 高效率的重要 内容。 目前 国内
尚未引起足够的重视 。 本研究是一个初步的尝试 , 今后还要作更多的工作 , 以促进林木合理
灌溉技术在我国林业生产 上推广应用。
参 考 文 献
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R E Q U I R M E N T IN T H E P O P L A R P L A N T A T IO N
L iu F e n g ju e Z h e n g S h ik a i Z a n g D a o q u n
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A n ir r ig a t io n e x pe r im e n t w as e o nd u e t ed in a n i狱en sively c u ltivated P oP Ia r
P la nta tio n (P op 。10 5 d e l t o i d e s B a rt r 。 e v . “L u x ” e x 。 I 一 6 9 / 5 5 ) i n 1 9 8 3 一1986 .
T he result of the relations hiP be tw een w ater suPPly , w a t e r 一 e o ns u m P t i o n fo r
t r a n s P i r a t i o n a n d v o l u m e i n e r e m e lt w a s a na l
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T h e r es u l t s r e v e a l t h a t w i t h
t h e i n e r e a s e o f w a t e r s u P P l y t h e w a t e r
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u m P t i o n fo r t r a n s P i r a t i o n a n d v o l u m e
i n e r e m e n t r a i s e
.
T h e a m o u nt o f w a t e r c o n s u m ed b y t h
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P l a n t a t i o n w i t h a s P a e i n g o f 3 x 6 m in a g r o w i n g S e a so n 1 5 6 0 2
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T h e reg re喊on be tw e n w ater suPPIy ald volum e inc rem ent w as studied . Am ethod for estim ation of w ater r阂uir em en t and a table of w ater suPPly fo rPoPIar Planta tion are rec om m ened 。
K e y w o r d s : P o P I a r P l a nt a t i o n : t ra nS P ir
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r
t r a n s P i r a t i o n : w a t er r 叹uirem en t; volum e inerem ent