全 文 ：第 v|卷 第 u期
u s s v年 v 月
林 业 科 学
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¤µqou s s v
宁南山区华北落叶松人工林蒸腾耗水规律
及其对环境因子的响应
熊 伟 王彦辉 徐德应
k中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 应用热脉冲速度记录仪在宁夏固原六盘山地区研究了主要造林树种 ) ) ) 华北落叶松的蒸腾耗水
规律 ∀结果表明 otv ¤的单木液流量在生长季中后期kz ∗ ts月份l表现出明显的昼夜变化节律 o夜间液流活动
微弱且时断时续 o其值一般在 s1sss s{ °v#«pt以下 ~白天随太阳辐射和空气温度升高而持续上升 o其最大值可
达 s1sst sz| °v#«pt o树干径向不同位点液流速度的变化由外向里呈现出低 ) 高 ) 低的态势 ∀用日累积液流
量作为单木日蒸腾量的估计值 o并用/截干测定0方法进行验证 o结果说明两者的日变化曲线基本吻合 o后者
uw «蒸腾量为 s1ssv tz °v o比前者高出仅 {1u h o这主要是因为热脉冲仪还难以准确地观测到较弱液流 ∀同
时 o分别以胸径和边材面积作为空间纯量 o在单木日蒸腾量估算的基准上通过尺度放大转换估计了整个林分
的日蒸腾量 o前者估计值为 s1yw °°#§pt o较后者低 s1sxt °°#§pt o这与边材长度的确定缺乏足够高的精度有
关 ∀最后分析了单木蒸腾量和环境因子间的关系 o发现太阳辐射强度 !空气温度和相对湿度是影响单木日蒸
腾量的三个主要环境因子 o并建立了线性回归模型 ∀
关键词 } 森林水文 o林分蒸腾 o尺度转换 o环境因子 o华北落叶松
收稿日期 }ussu p st p sz ∀
基金项目 }科技部社会公益研究专项资金项目/林业生态工程的水资源调节影响监测研究kusst p {ul0 !国家自然科学基金重点项目
/干旱半干旱地区森林与水资源的相互影响及合理调控机理kvsuvsu|sl0 !国家/十五0科技攻关计划子课题/黄河上游黄土高原水源涵养
型植被建设技术研究与示范 kusst…„xts…su p syl0和国家 / |zv0项目子项目 / 森林植被对坡面水文过程与水量转化的调节机理
kussu≤…tttxstl0 ∀
3 王彦辉为通讯作者 ∀中国林业科学研究院刘奉觉先生 !巨关升硕士和孙鹏森博士给予了大力支持和帮助 o中国科学院西北水土
保持研究所的程积民研究员帮助进行了草本植物的鉴定 o在此一并致谢 ∀
ΡΕΓΥΛΑΤΙΟΝΣ ΟΦ ΩΑΤΕΡ ΥΣΕ ΦΟΡ ΤΡΑΝΣΠΙΡΑΤΙΟΝ ΟΦ ΛΑΡΙΞ ΠΡΙΝΧΙΠΙ
2ΡΥΠΠΡΕΧΗΤΙΙ ΠΛΑΝΤΑΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΙΤΣ ΡΕΣΠΟΝΣΕ ΟΝ ΕΝςΙΡ ΟΝΜΕΝΤΑΛ
ΦΑΧΤΟΡΣ ΙΝ ΣΟΥΤΗΕΡΝ ΝΙΝΓΞΙΑ ΗΙΛΛΨ ΑΡΕΑ
÷¬²±ª • ¬¨ • ¤±ª≠¤±«∏¬ ÷∏⁄¨ ¼¬±ª
k Τηε Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ Εχολογψo Ενϖιρονµεντ ανδ Προτεχτιον o Χηινεσε Αχαδεµψοφ Φορεστρψ Βειϕινγtsss|tl
Αβστραχτ } ׫¨ ¶¤³©¯²º ²© Λαριξ πρινχιπι2ρυππρεχητιι oº«¬¦«¬¶²±¨ ²©·«¨ °²¶·³µ¬±¦¬³¤¯ ¶³¨¦¬¨¶©²µ¤©©²µ¨¶·¤·¬²±¬± ±²µ·«2
º¨ ¶·¨µ± ≤«¬±¤oº¤¶µ¨¶¨¤µ¦«¨§¥¼ °¨ ¤±¶²© «¨¤·³∏¯¶¨ °¨ ·«²§q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¬±§¬¦¤·¨§·«¤··«¨ ¶¤³©¯²º ¦«¤±ª¨§µ¨ª∏¯¤µ¯¼
©µ²° §¤¼·²±¬ª«·¬± ¤¯·¨µªµ²º·«¶¨¤¶²±qŒ±·«¨ ±¬ª«·o¬·º¤¶√¨ µ¼¶¯²º ¤±§·«¨ √¤¯∏¨ º¤¶∏¶∏¤¯ ¼¯ ¥¨ ²¯º s1sss s{ °v#«pt o
¤±§¥¨¦¤°¨ ¶·µ²±ª¨µº¬·«¬±¦µ¨¤¶¬±ª²©¶²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±¬±·¨±¶¬·¼ ¤±§¤·°²¶³«¨µ¨ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¬± §¤¼·¬°¨ o¤±§·«¨ °¤¬¬°∏°
¦²∏¯§µ¨¤¦«s1sst sz| °v#«pt q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¤¯¶²¶«²º¨ §·«¤··«¨ ¶¤³√¨ ²¯¦¬·¼ ²©³²¬±·¶²©¶·¨° ¶¨¦·¬²±©µ²° ²∏·¨µ·²¬±±¨ µ
¤¦¦²µ§¨§º¬·«·«¨ ¤¯º·«¤··«¨ √¨ ²¯¦¬·¼¬¶¶¯²º2 ∏´¬¦®2¶¯²º q׫¨ §¤¬¯¼·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ²©¬±§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨¨ º¤¶ ¶¨·¬°¤·¨§²±·«¨
¥¤¶¬¶²©¦¤¯¦∏¯¤·¬²±²©§¤¬¯¼¦∏°∏¯¤·¬√¨ ¶¤³©¯²º o¤··«¨ ¶¤°¨ ·¬°¨ o·«¨ ¦∏··µ¨¨ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·º¤¶§²±¨ ·²√¤¯¬§¤·¨·«¨ √¤¯∏¨ q
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§ptl º¤¶{1u h «¬ª«¨µ·«¤±·«¨ ©²µ°¨ µo¥¨¦¤∏¶¨ ·«¨ ²¯ªª¨µº¤¶±²·¨ ±²∏ª«¶¨±¶¬·¬√¨ ·²µ¨¦²µ§ ²¯º¶¤³©¯²º q„±§·«¨ ¶·¤±§
§¤¬¯¼ º¤·¨µ∏¶¨ ©²µ·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± º¤¶ ¶¨·¬°¤·¨§¥¼¤³³¯¼¬±ª·²⁄…‹ ¤±§¶¤³º²²§¤µ¨¤¤¶·º²¶¦¤¯¤µ¶·²¶¦¤¯¨∏³¥¤¶¨§²±¬±2
§¬√¬§∏¤¯ ·µ¨¨ °¨ ¤¶∏µ¨°¨ ±·µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q„±§·«¨ ©²µ°¨ µ√¤¯∏¨ º¤¶s1yw °°#§pt oº«¬¦«º¤¶s1sxt °° ²¯º¨ µ·«¤±·«¨ ¤¯·2
µ¨q „·¯¤¶·o·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨ ±¨ §¤¬¯¼·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±¤±§ ±¨√¬µ²±°¨ ±·©¤¦·²µ¶º¤¶¶·∏§¬¨§¥¼¦²µµ¨ ¤¯·¬²±¤±¤¯¼¶¬¶q׫¨ µ¨2
¶∏¯·¶«²º¨ §·«¤·¶²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±¬±·¨±¶¬·¼o¤·°²¶³«¨µ¨ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¤±§µ¨ ¤¯·¬√¨ «∏°¬§¬·¼ º¨ µ¨·«µ¨¨¶¬ª±¬©¬¦¤±·¨ ±√¬µ²±°¨ ±·¤¯
©¤¦·²µ¶·² §¨·¨µ°¬±¨ §¤¬¯¼·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± º¤·¨µ∏¶¨ o¤±§·«¨ µ¨ªµ¨¶¶¬²± ¨´ ∏¤·¬²± º¤¶¦²±¶·µ∏¦·¨§¤¦¦²µ§¬±ª¯¼q
Κεψ ωορδσ} ƒ²µ¨¶·«¼§µ²¯²ª¼o×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±o≥¦¤¯¬±ª∏³o∞±√¬µ²±°¨ ±·¤¯ ©¤¦·²µ¶o Λαριξ πρινχιπι2ρυππρεχητιι ³¯¤±·¤·¬²±
华北落叶松kΛαριξ πρινχιπι2ρυππρεχητιιl是我国北方山区的主要造林树种之一 ∀该树种 t|yw年引入宁
夏南部山区 o表现为适应性强 !生长良好 ∀该树种造林地多属土石山区 o且坡度较大 o在水源涵养林建设
中发挥着重要作用k李怀珠 ot|||l ∀林分蒸腾耗水规律的研究不仅是森林生态学和森林水文学所关注
的焦点问题之一 o同时对于林业生产实践也具有重大的指导意义 o尤其在我国北方广袤的干旱半干旱地
区更是如此 ∀迄今为止 o对于华北落叶松人工林蒸腾耗水规律的研究尚未见报道 ∀
传统上 o森林蒸腾耗水研究常与林地土壤水分蒸发紧密联结在一起 o即在森林蒸散量k如微气象方
法l中往往很难将二者分开测定 o这就为森林水分循环的进一步深入研究带来了一定困难 ∀进入 us世
纪 |s年代以后 o随着用热脉冲技术测定单木蒸腾耗水研究的日益完善以及与生态学尺度转换方法的有
机结合 o直接测定林分蒸腾耗水量成为了可能 o同时该方法还克服了微气象方法对下垫面和气体稳定度
要求严格的限制以及传统森林水文法具有较大不确定性的缺点 k‹¤·²± ετ αλqot||x ~孙鹏森 ousst ~魏天
兴 ot|||l ∀因此 o该方法已在国际上广为应用k‹¤·²± ετ αλqot||x ~∂ µ¨·¨¶¶¼ ετ αλqot||zl ∀
tl 孙鹏森 q京北水源保护林格局及不同尺度树种蒸腾耗水特性研究 q博士学位论文 q北京林业大学 ousss ∀
目前 o国内仅有刘奉觉kt||vl !李海涛kt||zl !孙鹏森tl等少数学者运用热脉冲方法进行了相关研
究 o这对本项研究具有很高的参考价值 ∀本文在此基础上做了如下工作 }ktl应用热脉冲技术测定了华
北落叶松人工林中单木液流量的时空动态变化 o估计了单木的日蒸腾量 o并用 /截干测定0k¦∏··µ¨¨ ¬¨2
³¨µ¬°¨ ±·l方法进行了验证 ~kul分别采用胸径和边材面积作为空间纯量进行了尺度放大转换 o完成了对
整个林分日蒸腾耗水量的估测 ~kvl利用统计分析方法研究了单株日蒸腾量与环境因子之间的相关关
系 o并建立了相应的预测模型 ∀
t 试验区自然条件概况
试验区位于六盘山北侧的宁夏回族自治区固原县k东经 tsyβs|χ ∗ tsyβvsχ o北纬 vxβtxχ ∗ vxβwtχl境内
的赵千户林场 o属暖温带大陆性气候 ∀据县气象局统计 o该地区年均气温 y ∗ z ε o年日照时数 u xvw1u
«o年均降水量 wu{ °° o多集中于 z ∗ |月份 o∴ts ε 积温 u tss ∗ v uss ε ∀赵千户林场地处土石山区 o海
拔约 t zss ° o土壤类型为灰褐土 o土层平均厚度为 {s ∗ tss¦°o土壤容重为 t1s ª#¦°pv ∀
u 研究方法
2 .1 标准地的建立与调查
选择生长良好的落叶松林 o建立 us ° ≅ us °的固定标准地 ∀北坡 o坡位中上 o平均坡度 uxβ o树龄 tv
¤o密度 u {ss株#«°pu o平均树高 w1xx ° o平均胸径 w1|x¦°∀林内有极少量的黄刺玫k Ροσα ηυγονισl和沙
棘k Ηιπποπηαε ρηαµνοιδεσl等灌木 o草本主要有铁杆蒿k Αρτεµισα ϖεστιταl !冰草k Αγροπψρον χριστατυµl !白颖苔
草k Χαρεξ ριγεσχενσl !凤毛菊k Σαυσσυρεα αµαραl !长芒草kΣτιπα βυνγχαναl和飞燕草k ∆ελπηινιυµ αϕαχισl等 ∀
2 .2 单木液流量的测定
在标准地调查的基础上 o选择有代表性和生长良好的样木 o利用热脉冲速度记录仪k«¨¤·³∏¯¶¨ √¨ ²¯¦2
¬·¼ µ¨¦²µ§¨µo以下简称 ‹°∂ • l在 usst2z ∗ ts逐月测定样木树干液流情况 o每月 u ∗ v次 o每次 uw ∗ zu «连
续昼夜观测 ∀仪器的安装见刘奉觉kt||vl和李海涛kt||{l的文献 ∀
2 .3 单木日蒸腾量的估计与验证方法
用树干液流量的 uw «累积值作为单木日蒸腾量的估计值 ∀用/截干测定0试验即整树容器法对单
木日蒸腾量的估计值进行验证 o具体操作方法请参考刘奉觉kt||zl的文献 ∀
2 .4 环境因子的测定
u 林 业 科 学 v|卷
林冠层微气象因子用德国产的 ‹˜≤∞• 微型电子天气监测器测定 ∀主要测定项目有空气温度k ε l !
空气相对湿度k h l和风速k°#¶ptl ~太阳辐射强度kΛ• #¦°pul用 ƒ p „ 型幅照计测得 ~s ∗ us ¦°地温
k ε l用曲管地温表测定 ~土壤含水率k h l用烘干法测定 o以上测定均与树干液流观测同步进行 ∀
2 .5 从单木到林分蒸腾耗水量的尺度放大转换
要解决尺度放大转换问题的最直接方法是测定林分中的每株树木 o然而在足够大的样地内去测定
所有样木的蒸腾量是不现实的 ∀实际采用的方法是在单木液流量测定的基础上 o通过寻找较为可靠的
空间纯量k如叶面积和胸径等l并了解其在整个林分中的分布情况来完成尺度放大转换k‹¤·²± ετ αλqo
t||x ~∂ µ¨·¨¶¶¼ ετ αλqot||wl ∀本研究分别采用胸径和边材面积作为空间纯量 o通过单木液流量进行尺度
放大来完成对整个落叶松人工林分日蒸腾耗水量的估计 ∀
v 结果与分析
311 树干液流的时空变化规律
在固定标准地中选取生长良好的样木 z株 o在 z ∗ ts月份应用 ‹°∂ • 系统测定了它们的树干液流 o
各测试样木的基本参数如表 t ∀
表 1 华北落叶松 7 株样木的热脉冲测定基本参数
Ταβ . 1 Παραµετερσφορ 7 σαµ πλε τρεεσ οφ Λ . πρινχιπι2ρυππρεχητιι µεασυρεδ οφ σαπ φλοω ωιτη ΗΠς Ρ
样木
号
‘²q
起始时间
≥·¤µ·¬±ª·¬°¨ Π
k¼¼2°°2§§l
终止时间
≥·²³³¬±ª·¬°¨ Π
k¼¼2°°2§§l
热脉冲
长度
‹ ¤¨·³∏¯¶¨
¯¨ ±ª·«
Π¶
间隔
时间
≥¤°³¯¨
¬±·¨µ√¤¯
Π°¬±
木质部
直径
⁄¬¤°¨ ·¨µ²©
¬¼¯ °¨
Π¦°
心材
直径
⁄¬¤°¨ µ·¨µ²©
«¨¤µ·º²²§
Π¦°
输导面积
×µ¤±¶³²µ·¤·¬²±
¤µ¨¤
Π¦°u
液质比
∂²¯∏°¨ ©µ¤¦·¬²±
²©º¤·¨µ
Πh
木质比
∂²¯∏°¨ ©µ¤¦·¬²±
²©º²²§
Πh
探头深度
°µ²¥¨ §¨³·«
Π°°
t st p sz p sx st p sz p sz s1t vs y1ss t1{s ux1zu s1wuv s1v{x xΠtsΠtxΠus
u st p sz p tx st p sz p ty s1t vs x1zt t1sx uw1zv s1vu{ s1vs{ xΠtsΠtxΠus
v st p s{ p sz st p s{ p s| s1t vs x1zs t1ux uw1u{ s1wst s1v{{ xΠtsΠtxΠus
w st p s{ p u| st p s| p st s1t vs x1|s t1vs uy1ss s1wvy s1vtv xΠtsΠtxΠus
x st p s| p tv st p s| p tw s1t vs x1st t1wx t{1sx s1wts s1vvs xΠtsΠtxΠus
y st p s| p vs st p ts p su s1t vs {1vs v1ts wy1xw s1v|y s1vux xΠtsΠtxΠus
z st p ts p tw st p ts p ty s1t vs y1sx t1|s ux1|s s1wsw s1v{y xΠtsΠtxΠus
v1t1t 树干液流的昼夜变化规律 在整个测定阶段 o无论是晴天还是阴天 o落叶松树干液流日进程都
呈现较明显的昼夜变化规律k见图 tl o这与刘奉觉kt||vl和李海涛kt||{l等的研究结论相类似 ∀通常液
流量在夜间kus }ss ∗ uu }ss开始l非常微弱 o且时断时续 o其值一般在 s1sss s{ °v#«pt以下 ~白天从 z }ss
∗ { }vs开始 o随着太阳辐射 !空气温度的升高和空气相对湿度的下降表现为持续上升 o呈现出双峰或多
峰曲线 o其峰值大小随当日气象条件 !土壤湿度和土壤温度等因子变化 ∀在观测期内白天树干液流量和
图 t 两种典型天气下华北落叶松树干液流量的昼夜变化
ƒ¬ªqt ≤«¤±ª¨¶²©¶·¨° ¶¤³©¯²º ²© Λq πρινχιπι2ρυππρεχητιι ∏±§¨µ·º² ®¬±§¶²©·¼³¬¦¤¯ º ¤¨·«¨µ¦²±§¬·¬²±
¤qt号样木 ≥¤°³¯¨t ~ ¥qy号样木 ≥¤°³¯¨y q
v 第 u期 熊 伟等 }宁南山区华北落叶松人工林蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应
液流速度的最大峰值分别可达 s1sst sz| °v#«pt和 s1tuv | °°#¶pt ∀在表 u中 o依据在部分观测日观测
到的树干液流量和对应液流速度数据的大小 o列出了前 v个峰值 o可以看出 ots }ss ∗ tu }ss和 tw }ss ∗
ty }vs左右 o为峰值出现最多的时间 o而它们在中午的值则位于两峰之间的相对/低谷0 o这种树干液流
量和平均液流速度的日变化与大多数树种叶片光合速率的日进程基本同步 o因此可以认为白天树干液
流的活动情况与冠层光合作用是紧密相关的 ∀然而 o夜间液流微弱上升则是为了在树体内部蓄水 o以保
证第 u天冠层正常耗水所需 o其动力是根压的存在kŽµ¤°°¨ µot|{v ~李海涛等 ot||{l ∀
表 2 华北落叶松 7 株样木日树干液流量和平均液流速度的峰值及到达时间
Ταβ . 2 Τηε πεακσ ανδ τιµε οφ σαπ φλοω ανδ µεαν σαπ ϖελοχιτψφορ τηε 7 σαµ πλε τρεεσ οφ Λ . πρινχιπι2ρυππρεχητιι
样木号
‘²q
第 t峰值
׫¨ ©¬µ¶·³¨¤®
出现时间
׬°¨
液流量
ƒ¯ ²ºΠ
k°v#«ptl
平均流速
 ¤¨± √¨¯²¦¬·¼Π
k°°#¶ptl
第 u峰值
׫¨ ¶¨¦²±§³¨¤®
出现时间
׬°¨
液流量
ƒ¯ ²ºΠ
k°v#«ptl
平均流速
 ¤¨± √¨¯²¦¬·¼Π
k°°#¶ptl
第 v峰值
׫¨ ·«¬µ§³¨¤®
出现时间
׬°¨
液流量
ƒ¯ ²ºΠ
k°v#«ptl
平均流速
 ¤¨± √¨ ²¯¦¬·¼Π
k°°#¶ptl
t sz p sx p ty }vs s qsss xt| s1swz sz p sy p ts }vs s1sss xtz s1swy | sz p sy p tt }ss s1sss w|u s1sww z
u sz p ty p tt }ss s1sss vtx s1svx w sz p ty p tu }ss s1sss uxt s1su{ u sz p ty p tw }vs s1sss uw{ s1suz |
v s{ p sz p ty }ss s1sss vuy s1swt { s{ p s{ p tt }ss s1sss uut s1su{ v s{ p s{ p ts }ss s1sss t{z s1suv |
w s{ p u| p tx }ss s1sst sz| s1tuv | s{ p vs p tt }ss s1sss v{x s1sww v s{ p vs p ts }vs s1sss vux s1svz v
x s| p tv p t{ }vs s1sss t{ s1suz z s| p tv p t| }ss s1sss tuy s1st| w s| p tw p tt }ss s1sss tty s1stz {
y s| p vs p ty }ss s1sss ||w s1sx| x s| p vs p ty }vs s1sss |w{ s1sxy { s| p vs p tx }vs s1sss |uz s1sxx x
z ts p tw p t{ }ss s1sss xu{ s1sxy y ts p tx p tv }vs s1sss xsw s1sxw s ts p tx p tv }ss s1sss uyx s1su{ w
v1t1u 树干液流在径向不同位点的空间变化 图 u表明 o在两种典型天气下 o华北落叶松在树干径向
不同位点k形成层向里的深度l处的液流速度的昼夜变化趋势与该日树干液流量和平均流速的变化相
同 ∀同时从图中可以看出 o形成层以下 ts °°处的液流速度最大 otx °°和 us °°两点次之且区别不
大 o而 x °°处的流速最低且表现为较平稳的走势 o相比之下 o其余 v点的昼夜液流量大小变化更为明
图 u 两种典型天气下华北落叶松在树干不同位点处的液流速度
ƒ¬ªqu ≥¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼ ¤·§¬©©¨µ¨±·³²¬±·¶²©¶·¨° ¶¨¦·¬²± ²© Λq πρινχιπι2ρυππρεχητιι ∏±§¨µ·º²®¬±§¶²©·¼³¬¦¤¯ º ¤¨·«¨µ¦²±§¬·¬²±
) ) )σ x°° ) ) )υ ts°° ) ) )ϖ tx°° ) ) )÷ us°°
¤qt号样木 ≥¤°³¯¨t ~ ¥qy号样木 ≥¤°³¯¨y q
显 ∀总的来说 o整个树干径向不同位点的液流速度由外到内呈现低 ) 高 ) 低的态势 o这与 ∞§º¤µ§¶
kt|{wl等人的研究结果基本一致 ∀值得留意的是 o图 t和图 u中阴天的液流量及各位点流速均大于晴
天的对应数值 o这是由于 y号样木是固定标准地中的优势木 o具有强劲的生长势头和较大面积的水分输
导组织所致 ∀
3 .2 单木蒸腾量的计算与验证
在对树干液流时空动态变化规律认识的基础上 o利用 ‹°∂ • 系统提供的软件可以计算出观测日各
时间段和累计的液流量 o并以此作为单木蒸腾量的估计值 ∀为了对它的精确性进行验证 o本研究采用
/截干测定0 o每隔 u «观测落叶松单木的蒸腾耗水情况 o结果如图 v ∀可以观察到 o估计值在各时段都与
w 林 业 科 学 v|卷
图 v /截干测定0与热脉冲方法计算的蒸腾量日变化进程对比
ƒ¬ªqv ׫¨ ¦²°³¤µ¬¶²± ²©§¤¬¯¼ ³µ²¦¨¶¶²©·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ¥¨·º¨¨ ±
¦∏··µ¨¨ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¤±§¶¤³©¯²º ¶¨·¬°¤·¬²±
) ) )σ 估计值 ∞¶·¬°¤·¨§ ) ) )υ 观测值 ’¥¶¨µ√¨ §
观测值基本吻合 o两条曲线走势大体相同 ∀经
统计 os{ p u| ∗ s{ p vs连续 uw «内以液流量估
算的落叶松单木蒸腾量为 s1ssu |t °v o而/截
干测定0结果为 s1ssv tz °v #§pt o比前者高
{1u h o这一结论与刘奉觉kt||zl利用两种方
法对 Œp y|杨的研究结果基本一致 ∀ ∂ µ¨·¨¶¶¼
kt||zl认为这主要是因为目前热脉冲探头的
灵敏程度还难以记录较弱液流 ∀
313 林分蒸腾量的估测
本研究分别采用胸径和边材面积作为空
间纯量 o在测定单木液流量的基础上 o通过尺
度放大转换来估计华北落叶松人工林分的蒸
腾耗水量 ∀
v1v1t 以胸径为空间纯量估计林分蒸腾量
首先对标准地中的 ttu株树木进行每木
图 w 林分标准地样木胸径调查统计
ƒ¬ªqw ׫¨ ¦¨±¶∏¶²©§¬¤°¨ ·¨µ¤·¥µ¨¤¶·«¨¬ª«·¬± ³¯²·
调查并记录胸径 o按 t ¦°整化后统计结果见图 w ∀然后
计算出 z株观测样木树干液流量 z ∗ ts月份的平均日树
干液流量 o利用 ≥°≥≥统计软件建立它和胸径之间的回归
方程如ktl式 ∀
Ψ€ p s1ssu yuw n s1sss ||u Ξ Ρu € s1ztt ktl
式中 }Ψ为平均日液流量k°v #§ptl oΞ为胸径k¦°l ∀利
用此式计算出 ttu株单木的日液流量后累加得标准地
kwss °ul的总液流通量 o换算后得出整个林分日蒸腾量
的估计值为 s1yw °°∀
v1v1u 以边材面积为空间纯量估计林分蒸腾量 在标
图 x 两种尺度放大转换方法估计的
林分日蒸腾耗水
ƒ¬ªqx ׫¨ §¤¬¯¼·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ¶¨·¬°¤·¨§¥¼
·º²¶¦¤¯¬±ª2∏³ ° ·¨«²§¶
τ 以胸径为纯量的日蒸腾量 ⁄¤¬¯¼·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±
¶¨·¬°¤·¨§¥¼ ∏¶¬±ª ⁄…‹ ¤¶¶¦¤¯¤µ
υ以边材面积 ´为纯量的日蒸腾量 ⁄¤¬¯¼
·µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ¶¨·¬°¤·¨§¥¼ ∏¶¬±ª¶¤³º²²§ ´ ¤¶¶¦¤¯¤µ
υ以边材面积 µ为纯量的日蒸腾量 ⁄¤¬¯¼·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±
¶¨·¬°¤·¨§¥¼ ∏¶¬±ª¶¤³º²²§ µ ¤¶¶¦¤¯¤µ
准地中要测量 ttu株树木的实际边材面积对林分破坏非常大 o
而且也难以操作 o因此利用随机抽样方法调查了部分样木的边
材面积 o并用 ≥°≥≥软件中提供的线性函数 !幂函数 !指数函数
和对数函数等模型建立了边材面积和胸径二者之间最佳的回
归方程 o结果如表 v ∀林分日蒸腾耗水量估算的其余步骤与
v1v1t所述方法相同 ∀图 x比较了两种尺度放大方法 o其中以
胸径为空间纯量的日蒸腾耗水量估计值ks1yws °°l最小 o以边
材面积 ´为纯量的方法次之ks1yzt °°l o以边材面积 µ为纯量
的方法最大ks1ztt °°l o其中边材面积的平均估计值为 s1y|t
°° o比以胸径为纯量的估计值高 s1sxt °°∀这种误差的存在
是由于目前对于树干边材宽度的确定仅仅是依靠颜色的差别
判断 o有可能高估真实的边材面积 ∀因为眼睛判断的边材面积
实际上包含有已丧失输导能力处于向心材转化中的部分k刘盛
等 ot||ul o这也解释了为什么后者数值大于前者 ∀
314 单木日蒸腾量与环境因子之间的关系
为进一步探究华北落叶松单木蒸腾量对于环境因子的响
应 o研究它与微气象和土壤因子之间的相关关系是十分必要的 ∀本研究选择了土壤含水量等 z个环境
因子作为自变量与蒸腾量进行了偏相关分析 o结果见表 w ∀从中可以看出 o树木蒸腾量与太阳辐射强
x 第 u期 熊 伟等 }宁南山区华北落叶松人工林蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应
度 !空气温度和空气湿度 v因子之间呈显著相关 ∀其中 o太阳辐射强度相关系数最高k Ρ € s1{uzl o这是
树干液流量呈现出明显昼夜变化节律的原因 o白昼随太阳辐射增强而加快 o夜间没有太阳辐射液流量则
十分微弱 ~与空气温度因子显著相关k Ρ € s1y||l o是因为它为树木蒸腾提供了所需的热能 ~空气湿度与
蒸腾量呈负相关k Ρ € p s1y|{l o是因为空气湿度下降为树木体内水分的蒸腾创造了必要的水势梯度 ~
与土壤含水率的相关系数最低 ∀以上结果与阮宏华kt|||l对次生栎林的研究结论相似 ∀
表 3 胸径 −边材面积和胸径Π边材面积 −平均日液流量回归方程 ≠
Ταβ . 3 Τηε ρεγρεσσιον εθυατιονσ βετωεεν ∆ΒΗ − σαπωοοδ αρεα ανδ ∆ΒΗΠσαπωοοδ αρεα2δαιλψσαπ φλοω
纯量
≥¦¤¯¤µ¶
胸径2边材面积回归方程
⁄…‹2¶¤³º²²§¤µ¨¤µ¨ªµ¨¶¶¬²± ¨´ ∏¤·¬²±¶
胸径Π边材面积2平均日液流量回归方程
⁄…‹Π¶¤³º²²§¤µ¨¤2⁄¤¬¯¼ ¶¤³©¯²º µ¨ªµ¨¶¶¬²± ¨´ ∏¤·¬²±¶
胸径 ⁄…‹ ) ) ) Ψu € p s1ssu yuw n s1sss ||u Ξt Ρu € s1ztt
边材面积 ´ ≥¤³º²²§¤µ¨¤ ´ Ψtt € p u1wvs yz| n w1zzt yw| Ξt Ρu € s1zwv uw
边材面积 µ ≥¤³º²²§¤µ¨¤ µ Ψtu € ts quxw {u s¨ qtxt txz Ξt Ρu € s qzww xs
Ψu € s1sss sus yz Ξut1xvz |zy Ρu € s qzsv y
≠ Ξt 表示胸径k¦°l oΞu 表示边材面积k¦°ul oΨtt !Ψtu分别为边材面积 ´和 µk¦°ul oΨu 为平均日液流量k°v#§ptl ~Ξt ¤±§ Ξu µ¨©¨µ·²
⁄…‹ k¦°l ¤±§¶¤³º²²§¤µ¨¤k¦°ul µ¨¶³¨¦·¬√¨¯¼ o Ψtt ¤±§ Ψtu µ¨©¨µ·²¶¤³º²²§¤µ¨¤ ´¤±§ µk¦°ulµ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ o Ψu µ¨©¨µ¶·²§¤¬¯¼ ¶¤³©¯²ºk°v#§ptl q
Ψtt !Ψtu是根据表 v给出的两种边材和胸径之间的函数关系计算分别得到的 o而边材面积k Ξul则表示这里它与平均日液流量之间的关系
是惟一的 ∀Œ± פ¥qv o Ψtt ¤±§ Ψtu ¤µ¨ ¦¤¯¦∏¯¤·¨§¥¼ °¨ ¤±¶²©·º²®¬±§¶²©µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¶¥¨·º¨¨ ± ⁄…‹ ¤±§¶¤³º²²§¤µ¨¤o¥∏··«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ±
Ψu ¤±§ Ξuk¶¤³º²²§¤µ¨¤l¬¶²±¯¼ «¨ µ¨ q
表 4 蒸腾量与 7 个环境因子相关分析的偏相关系数 ≠
Ταβ . 4 Τηε παρτιαλ χοεφφιχιεντσ βετωεεν τρανσπιρατιον ανδ 7 ενϖιρονµεντ φαχτορσ οφ χορρελατιον αναλψσισ
偏相关系数
°¤µ·¬¤¯ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²±
¦²¨©©¬¦¬¨±·¶
蒸腾量
×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±
辐射强度
•¤§¬¤·¬²±
¬±·¨±¶¬·¼
空气温度
„¬µ
·¨°³¨µ¤·∏µ¨
空气湿度
„¬µµ¨ ¤¯·¬√¨
«∏°¬§¬·¼
土壤含水量
≥²¬¯ º¤·¨µ
¦²±·¨±·
土壤温度
≥²¬¯
·¨°³¨µ¤·∏µ¨
风速
•¬±§¶³¨ §¨
蒸 腾 量 ×µ¤±¶³¬µ¤·¬²± t1sss s1{uz 3 3 s1y|| 3 p s1y|{ 3 p s1ttv s1uxt s1xww
辐射强度 •¤§¬¤·¬²±¬±·¨±¶¬·¼ t1sss s1ztx 3 3 p s1yu| 3 p s1uvw s1vyz s1usy
空气温度 „¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ t1sss p s1zsw 3 3 p s1zxu 3 3 s1{wx 3 3 s1tvt
空气湿度 „¬µµ¨ ¤¯·¬√¨ «∏°∏±¬·¼ t1sss s1w{| 3 p s1xt 3 p s1vvu
土壤含水量 ≥²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±· t1sss p s1{wx 3 3 p s1twt
土壤温度 ≥²¬¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ t1sss s1vtt
风 速 •¬±§¶³¨ §¨ t1sss
≠土壤含水量为 s ∗ tss¦°土层含水量的平均值 ≥²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·¬¶¤ ° ¤¨± √¤¯∏¨ ²©·«¨ √¤¯∏¨¶¬± s ∗ tss¦°¶²¬¯ §¨³·«~土壤温度为 s ∗ us
¦°土层温度的平均值 ≥²¬¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¬¶¤ °¨ ¤± √¤¯∏¨ ²©·«¨ √¤¯∏¨¶¬±s ∗ us¦°¶²¬¯ §¨³·«~3 3 和 3 分别表示该值在 Π€ s1st和 Π€ s1sx的水
平上显著 ׫¨ √¤¯∏¨¶°¤µ®¨ § 3 3 ¤±§ 3 ° ¤¨±·«¨ ¼ ¤µ¨ ¶¬ª±¬©¬¦¤±·¤·Π€ s1st ¤±§ Π€ s1sx µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q
在相关分析的基础上 o可以利用多元线性回归分析确立树木蒸腾量与 v个环境因子之间的数量关
系 o并建立了相应的线性模型 }
Ψ€ t1w|u Ε p x n v1zwt Ε p | Ξt n t1{ty Ε p z Ξu n w1uw Ε p z Ξv Ρ € s1{u{ kul
式中 }Ψ为日蒸腾量k°°l oΞt 为太阳辐射强度kΛ• #¦°pul oΞu 为空气相对湿度k h l oΞv 为空气温度
k ε l ∀经方差分析的 Φ检验 o表明方程kul回归显著 ∀然而 o经各个自变量的偏回归系数检验表明 o空
气温度和相对湿度的偏回归系数被认为是不显著的 o即认为这两个自变量在方程中不起作用 o应剔除并
重新建立更为简单的方程kvl作为单木日蒸腾量的预测方程 ∀
Ψ€ v1v{| Ε p x n v1zv Ε p | Ξt Ρ € s1{uz kvl
w 结论和讨论
411 树干液流时空变化规律
华北落叶松的树干液流量和液流速度在生长季中均呈现出明显的昼夜变化节律 o夜间液流量十分
y 林 业 科 学 v|卷
微弱 o通常在 s1sss s{ °v #«pt以下 o白天随太阳辐射和空气温度增强而达到高峰 o其最大值可达
s1sst sz| °v#«pt ~树干径向不同位点的液流速度以形成层向内 ts °°处最强 otx和 us °°次之 ox °°处
最弱 o树干径向液流速度变化呈现出低 ) 高 ) 低的态势 ∀
412 单木蒸腾量的估算与验证
以树干液流量为基准估计的单木蒸腾量与/截干测定0观测值相差不大 o其昼夜变化走势基本一致 ∀
以 s{ p u| ∗ s{ p vs为例 o前者日蒸腾量kuw «l的估计值为 s1ssu |t °v o而后者为 s1ssv tz °v o比前者高
出 {1u h o这是由于热脉冲仪探头缺乏灵敏程度而无法观测较弱液流活动 ∀
413 林分日蒸腾量的估计
分别以胸径和边材面积为空间纯量 o通过尺度上升转换得到了整个林分日蒸腾量的估计值 o前者为
s1yw °°#§pt o后者平均值为 s1y|t °°#§pt o比前者高 s1sxt °°#§pt o其主要原因是对于边材面积的估计
只靠颜色判断 o还缺乏足够高的精确度 ∀
414 单木蒸腾量对环境因子的响应
相关分析表明 o太阳辐射强度 !空气温度和空气相对湿度是影响单木蒸腾量的 v个主要因子 o其偏
相关系数依次为 s1{uz os1y||和 p s1y|{ o也就是说蒸腾量和前二者呈正相关 o与空气湿度呈负相关 ∀
值得一提的是 o在本研究中 o土壤含水量与树木日蒸腾量的相关系数很低甚至为负值k p s1ttvl ∀
这是因为 o通常在自然条件下二者之间的关系是非常复杂的 o并非是一种简单的因果关系 ∀可以说 o在
干旱半干旱地区土壤含水量是树木蒸腾作用的必要条件而非充分条件 ∀具体来讲 o当处于土壤干旱阶
段时 o树木的蒸腾作用会随着土壤含水量的升高而加快 ~但是在天然降雨条件下 o树木的蒸腾作用同时
还受到自身生理调控 !生理阈值和年生长规律的制约k王孟本等 ousstl ∀本研究在生长季旺期的 z ∗ {
月份多属高温干燥天气 o而生长季后期的 | ∗ ts月份则受阴湿低温天气条件控制 o这可能与落叶松树木
蒸腾作用的前强后弱有关 ∀同时 o相关分析表明土壤含水量和空气温度及空气湿度之间存在着显著的
相互关系 o说明土壤含水量也可能通过在一定程度上影响空气温度和湿度来间接地影响树木蒸腾 ∀综
上所述 o土壤含水量或水势对于树木蒸腾量的影响 o还需要进一步深入研究 ∀
参 考 文 献
李海涛 o陈灵芝 q应用热脉冲技术对棘皮桦和五角枫树干液流的研究 q北京林业大学学报 ot||{ ousktl }t ∗ y
李怀珠 q论宁夏六盘山地区针阔混交水源涵养林工程建设现状及发展规划 q宁夏农林科技 ot||| okvl }uu ∗ uw
刘奉觉 o∞§º¤µ§¶ • • ‘o郑世锴等 q杨树树干液流时空动态研究 q林业科学研究 ot||v okwl }vy{ ∗ vzu
刘奉觉 o郑世锴 o巨关升 q树木蒸腾耗水测算技术的比较研究 q林业科学 ot||z ovvkul }ttz ∗ tuy
刘 盛 o宋全民 q华北落叶松边材在树干中垂直分布的探讨 q吉林林学院学报 ot||u okul }xz ∗ ys
马李一 o孙鹏森 o马履一 q油松 !刺槐单木与林分水平耗水量的尺度转换 q北京林业大学学报 ousst ouvkwl }t ∗ x
阮宏华 o郑阿宝 o钟育谦 q次生栎林蒸腾强度与蒸腾量的研究 q南京林业大学学报 ot||| okwl }vu ∗ vx
王孟本 o李洪建著 q黄土高原人工林水分生态研究 q北京 }中国林业出版社 ousst }{y ∗ {z
魏天兴 o朱金兆 o张学培 q林分蒸散耗水量测定方法述评 q北京林业大学学报 ot||| outkvl }{x ∗ |t
∞§º¤µ§¶ • • ‘o • ¤µº¬¦® ‘ •  q×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±©µ²° ¤®¬º¬©µ∏¬·√¬±¨ ¤¶ ¶¨·¬°¤·¬²± ¥¼·«¨ «¨ ¤·³∏¯¶¨ ·¨¦«±¬´∏¨ ¤±§·«¨ °¨ ±°¤±2²±·¨¬·«¨´ ∏¤·¬²±q‘¨º
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¶¤°³¯¬±ª¶·µ¤·¨ª¬¨¶q×µ¨¨³«¼¶¬²¯²ª¼ot||x otx }ut| ∗ uuz
Žµ¤°¨ µ° q • ¤·¨µµ¨ ¤¯·¬²± ²©³¯¤±·¶q„¦¤§¨ °¬¦°µ¨¶¶oŒ±¦qt|{v
∂ µ¨·¨¶¶¼ • „ o …¨ ±¼²± • Š o ’. ¶∏¯¯¬√¤± ≥ Žετ αλq¨¤©¤µ¨¤¤±§·µ¨¨ º¤·¨µ∏¶¨ ¬± ¤tx2¼¨ ¤µ2²¯§ °²∏±·¤¬± ¤¶«©²µ¨¶·q≤ ±¨·µ¤¯ ‹¬ª«¯¤±§¶ot||w ovt
∂ µ¨·¨¶¶¼ • „ o ‹¤·²± × o • ¨¨ ¦¨ ° ετ αλq∞¶·¬°¤·¬±ª¶·¤±§º¤·¨µ∏¶¨ ²© ¤¯µª¨ °²∏±·¤¬± ¤¶«·µ¨ ¶¨¤±§√¤¯¬§¤·¬²± ²©·«¨ ¶¤³©¯²º ° ¤¨¶∏µ¨° ±¨··¨¦«±¬´∏¨ q
×µ¨¨³«¼¶¬²¯²ª¼ ot||z otz }zwz ∗ zxy
z 第 u期 熊 伟等 }宁南山区华北落叶松人工林蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应