全 文 ：第 wu卷 第 |期
u s s y年 | 月
林 业 科 学
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晋西黄土区主要造林树种单株耗水量研究 3
张晓明 余新晓 张学培 魏天兴 孙中锋
k北京林业大学水土保持学院 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室 北京 tsss{vl
摘 要 } 依据水量平衡原理 o采用桶栽试验分别测算晋西黄土区主要造林树种侧柏 !刺槐 !杏和河北梨生长季
kw ) ts月l单株耗水量 o并根据林地土壤水分动态及土壤水分特征曲线标定的各树种无效水界值 o分析各树种土壤
水分供耗特点及其有效性 ∀结果表明 }tl ussu年k贫水年l生长季降水量 wvs1z °° o试验树种同期耗水量约为 wvs
∗ w|s °° o供耗失衡 ~ussv年k丰水年l降水量 {zs1u °° o耗水量约为 w{s ∗ xtx °° o但降雨分配不均 ox !ts月供耗也
略有失衡 ∀ul 不同树种年内土壤含水量变化趋势相近 o而同月耗水量差异较大 o同一树种不同月耗水量差异也较
大 o丰水年各试验地土壤水分状况要好于贫水年 ∀vl侧柏 !刺槐 !杏和河北梨无效水界值分别为 {1s h !{1w h !|1u h
和 |1z h o侧柏较其他 v个树种利用水分能力强 ~贫水年林外单株树木土壤含水量在一段时间内低于对应树种的无
效水界值 o影响树木正常生长 ~单株树木依靠冬季和次年春季降水补充 o生长季初期都能恢复到速效水水平 ∀
关键词 } 造林树种 ~单株耗水量 ~土壤水分特征曲线 ~黄土区
中图分类号 }≥ztx1w 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyls| p sstz p sz
收稿日期 }ussx p sz p tw ∀
基金项目 }国家重大技术研究计划 |zv课题kussu≤…tttxsul和国家攻关课题kusst…„xts…stl ∀
3 余新晓为通讯作者 ∀
Ωατερ Χονσυµ πτιον οφ Σινγλε2Τρεεφροµ τηε Μαιν Αφφορεστατιον Σπεχιεσιν
Ωεστερν Σηανξι οφ Λοεσσ Αρεα
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k Χολλεγε οφ Σοιλανδ Ωατερ Χονσερϖατιον o Βειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ ΚεψΛαβορατορψοφ Σοιλανδ Ωατερ Χονσερϖατιον ανδ
∆εσερτιφιχατιον Χοµβατινγ o Μινιστρψοφ Εδυχατιον Βειϕινγ tsss{vl
Αβστραχτ } • ¤·¨µ¬¶·«¨ ®¨ ¼©¤¦·²µ·² √¨ ª¨·¤·¬²± ªµ²º¬±ª¬± ²¨¶¶¤µ¨¤q׫¨µ¨©²µ¨ oµ¨¶¨¤µ¦«¨µ¶¤µ¨ ®¨ ±¨ ²±·«¨ ¶·∏§¼ ²©·µ¨¨
·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±©²µ¤ ²¯±ª·¬°¨ qŒ±²µ§¨µ·²³µ²√¬§¨ ·«¨ ¶¦¬¨±·¬©¬¦¥¤¶¬¶¤±§³µ¤¦·¬¦¤¯ ¬±¶·µ∏¦·¬²±©²µ·«¨ √¨ ª¨·¤·¬²±µ¨¦²±¶·µ∏¦·¬²±¤±§
µ¨¦²√¨ µ¼ ¬± ²¨¶¶¤µ¨¤o·«¨ ³¤³¨µ °¨ ¤¶∏µ¨§ ¤±§ ¦¤¯¦∏¯¤·¨§ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²© ³²·¨§ Πλατψχλαδυσ οριενταλισo Ροβινια
πσευδοαχαχιαo Αρµενιαχα ϖυλγαρι󤱧 Πψρυσ ηοπειενσισ ¶¨³¤µ¤·¨¯¼ §∏µ¬±ª·«¨ ªµ²º¬±ª¶¨¤¶²± k©µ²° „³µq·² ‘²√ ql oº«¬¦« º¨ µ¨
·«¨ °¤¬± ¤©©²µ¨¶·¤·¬²±¶³¨¦¬¨¶¬± º¨ ¶·¨µ± ≥«¤±¬¬²©²¨¶¶¤µ¨¤o¥¤¶¨§²±·«¨ ³µ¬±¦¬³¯¨²©º¤·¨µ¥¤¯¤±¦¨ q…¨ ¶¬§¨¶o¤¦¦²µ§¬±ª·²·«¨
§¤·¤²©¶²¬¯ º¤·¨µ§¼±¤°¬¦¤±§·«¨ µ¤±ª¨ ²©¤√¤¬¯¤¥¯¨ °²¬¶·∏µ¨ ²©³²·¨§°¤·∏µ¨ ·µ¨ ¶¨o·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨ ±¨ º¤·¨µ¶∏³³¯¼ ¤±§
¦²±¶∏°³·¬²± ¤±§·«¨ ¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ ¤√¤¬¯¤¥¬¯¬·¼¤±§§¨©¬¦¬·¶·¤·¨ º¨ µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §q≥¨ √¨ µ¤¯ ¦²±¦¯∏¶¬²±¶¤µ¨ ¬¯¶·¨§¤¶©²¯ ²¯º¶}tl Œ±·«¨
§µ¼ ¼¨ ¤µkussul o§∏µ¬±ª·«¨ ªµ²º¬±ª¶¨¤¶²±·«¨ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± º¤¶wvs1z °° ¤±§·«¨ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²©³²·¨§·µ¨ ¶¨º¤¶©µ²°
wvs °°·²w|s °°q ²µ¨ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ¤±§¯¨¶¶¤√¤¬¯¤¥¯¨º¤·¨µ¶∏³³¯¼ ²¦¦∏µµ¨§o¶«²º¬±ª¤¶¨µ¬²∏¶º¤·¨µ§¨©¬¦¬¨±¦¼qŒ±
·«¨ µ¤¬±©¤¯ p¯µ¬¦«¼¨ ¤µkussvl o§∏µ¬±ª·«¨ ªµ²º¬±ª¶¨¤¶²±·«¨ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± º¤¶{zs1u °° ¤±§·«¨ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²©³²·¨§
·µ¨ ¶¨º¤¶©µ²° w{s °°·²xtx °°q⁄∏¨ ·²∏±¨ √¨ ± §¬¶·µ¬¥∏·¬²±²©µ¤¬±©¤¯¯o·«¨ º¤·¨µ¥∏§ª¨·¯²¶·¥¤¯¤±¦¨ ¤¥¬·¬± ¤¼ ¤±§‘²√ q
ul ׫¨ ¦∏µ√¨ ¶²©¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·²©§¬©©¨µ¨±·¶³¨¦¬¨¶«¤§¶¬°¬¯¤µ¦«¤±ª¨ ·µ¨±§¶¬±¤±±∏¤¯ ¥∏·§¬©©¨µ¨±·¬±·«¨ ¶¤°¨ °²±·«o¤±§
·«²¶¨ ²©·«¨ ¶¤°¨ ·µ¨¨¶³¨¦¬¨¶¬± §¬©©¨µ¨±··¨¶·³¯²·¶«¤§§¬©©¨µ¨±·¦«¤±ª¨ ·µ¨±§¶¬±·«¨ ¶¤°¨ °²±·« ¬¨·«¨µqvl ‘²±p¤√¤¬¯¤¥¯¨¶²¬¯
º¤·¨µ¦²±·¨±·²© Πq οριενταλισo Ρ q πσευδοαχαχιαo Αq ϖυλγαρισ ¤±§ Πq ηοπειενσισ º¤¶¯¨¶¶·«¤± {1s h o{1w h o|1u h ¤±§
|1z h µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ oº«¬¦«¬±§¬¦¤·¨§·«¤·Πq οριενταλισ∏¶¨§º¤·¨µ°²µ¨ ©¨©¬¦¬¨±·¯¼·«¤±²·«¨µ¶qŒ±·«¨ §¨©¬¦¬·º¤·¨µ¼¨ ¤µkussul o
©²µ¶¨√¨ µ¤¯ °²±·«¶o¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·²©³²·¨§·µ¨ ¶¨º¤¶ ²¯º¨ µ·«¤±¬·¶±²±p¤√¤¬¯¤¥¯¨¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·oº«¬¦«¦²∏¯§¬±©¯∏¨±¦¨
·µ¨ ¶¨«¨ ¤¯·«¼ ªµ²º¬±ªq„©·¨µ¶∏³³¯ °¨¨ ±·¶²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ²© º¬±·¨µ¬±·«¨ ¼¨ ¤µ¤±§¶³µ¬±ª¬±·«¨ ±¨ ¬·¼¨ ¤µo¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·¶
º¨ µ¨ «¬ª«¨µ·«¤± ·«¨ ²¯º¨ µ ¬¯°¬·²©¶²¬¯ µ¨¤§¬¯¼ ¤√¤¬¯¤¥¯¨ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·o º«¬¦«¬°³¯¬¨§·«¤·¬±·¨µ¤±±∏¤¯ º¤·¨µ¶∏³³¯¼ ¤±§
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Κεψ ωορδσ} ¤©©²µ¨¶·¤·¬²±¶³¨¦¬¨¶~º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²©¶¬±ª¯¨·µ¨¨~¶²¬¯ º¤·¨µ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¦∏µ√¨ ~²¨¶¶¤µ¨¤
水分是影响植物生长的重要因素 o特别在干旱半干旱的黄土区 o由于降水量少且时空分布不均 o黄土深
厚疏松 o水分在土壤中再分配作用明显 o因此土壤水分成为制约黄土区生态环境建设的/瓶颈问题0k王华田
等 ousst ~ƒ §¨¬¦® ετ αλqoussw ~王力等 ousssl ∀自重大生态环境工程建设开展以来 o黄土高原区营造了大面
积防护林 o由于对林地水分环境容量研究不够 o在造林后期出现了/小老头林0和林地土壤干化现象k魏天兴
等 ot||| ~张晓明等 oussvl o为此林木耗水特性的研究日益引起关注k刘奉觉等 ot||z ~ • ∏¯¯ ¶¦«¯ ª¨¨µετ αλqo
t||{ ~马履一等 oussvl ∀王百田等kussvl !韩蕊莲等kt||wl !刘淑明等kussvl !王华田等kusswl通过研究林木
蒸腾 !耗水和抗旱的生理学特性 o建立协调的植被与水分的关系 o为黄土区的造林树种选择与林分结构配置
提供理论指导 ∀准确定量测算树木蒸腾耗水量技术是另一个研究热点 o国内外也开展了许多这方面的研究
k孙长忠等 ot||y ~陈建耀等 ot||| ~石青等 oussw ~¤¦«¨ ±¤∏§ ετ αλqoussu ~ „¯ ¤µ¦χ²± ετ αλqousss ~ Šµ¨ ±¨ ετ
αλqoussv ~ƒ µ¨µ¤µ¤ ετ αλqoussxl ∀目前的测定技术不但能够动态地掌握单株树木的蒸腾耗水规律 o还与生态
学尺度转换方法有机结合 o为实现直接测定林分的蒸腾耗水量提供了条件 o并为自然条件尤其是降水量不同
的地区适宜耗水量的树种选择提供了重要的理论依据k马履一等 oussu ~刘奉觉等 ot||z ~王华田 oussv ~陈
永金等 oussw ~苏建平等 ousswl ∀但关于黄土区造林树种单株耗水量的研究则较少 o本研究利用水量平衡
原理 o根据长期定位观测资料定量测算了生长季主要造林树种成熟单株树木耗水量 o并对各树种耗水特性 !
林木土壤水分供耗特点作了分析 o为黄土区生态环境建设提供科学依据和实践指导 ∀
t 研究地区概况
研究地区位于山西吉县蔡家川流域kttsβwxχ ) ttsβwzχ ∞ovyβssχ ) vyβsxχ ‘l ∀该区土壤为褐土 o黄土母
质 ∀属暖温带大陆性气候 o多年平均年降水量 xzx1| °° o降水量年际变化较大 o且季节分配不均 o旱季 w ) y
月降水量占全年总降水量的 uy1| h o雨季 z ) ts月降水量占 yw1u h ∀吉县年均蒸发量为 t zuv1| °°∀营造
防护林的主要树种有刺槐k Ροβινια πσευδοαχαχιαl !油松k Πινυσ ταβυλαεφορµισl和侧柏k Πλατψχλαδυσ οριενταλισl等乔
木 ∀经济林树种主要有苹果k Μαλυσ πυµιλαl !杏kΑρµενιαχα ϖυλγαρισl和河北梨k Πψρυσ ηοπειενσισl等 ∀
u 研究方法
211 试验设计
采用大型桶栽试验 ∀桶栽容器蒸腾桶壁厚 s1x ¦° !桶高 u ° !直径 t1z ° o桶无底 ∀试验树种刺槐 !侧柏 !
河北梨 !杏 o于 t||y年栽植 ot||{年将蒸腾桶移入 ∀方法是 }根据桶的口径沿苗木周围开挖环形坑道 o至适当
深度后将蒸腾桶从苗木上方顺入 o桶壁高出桶内地面约 x ¦°∀桶内试验树种土壤为原状土 ∀选择 u块试验
地 }一为林内试验地 o对梨园 !杏园林分内桶栽标准木进行观测试验 ~二为林外试验地 o即在林外阶地对分别
单独桶栽的刺槐 !侧柏 !河北梨和杏进行观测试验 ∀u块试验地都选择在坡阶地 o高程相差不足 xs °∀林内
试验地土层较厚 o直接采用 u °高的日产蒸腾桶 ~林外试验地土层较薄 o下面为基岩 o因此将桶高截为 t °∀
各试验树种桶底均外接导水管和盛水器 o以便量测暴雨时深层渗漏量 ∀试验地树种特征见表 tkussu年测
定l ∀
表 1 试验地与供试树种特征
Ταβ .1 Τηε εξπεριµεντ σιτεσ ανδ τηε χηαραχτεριστιχσ οφ τρεε σπεχιεστεστεδ
试验地
× ¶¨·³¯²·¶
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
树龄
„ª¨Π¤
树高
‹ ¬¨ª«·Π°
胸径
⁄…‹Π¦°
冠幅k直径l
≤µ²º±k§¬¤°¨ ·¨µlΠ°
侧柏 Πq οριενταλισ | t1{x s1|{ t1s
林外 刺槐 Ρ q πσευδοαχαχια { w1tx v1su t1v
’∏·²©¶·¤±§ 河北梨 Πq ηοπειενσισ { v1uy v1vt t1x
杏 Αq ϖυλγαρισ { u1|{ w1ss t1z
林内
Œ± ¶·¤±§
半阳坡 !坡上部 !坡度 ttβ
≥ °¨¬p¶«¤§¼ ¶¯²³¨ o∏³³¨µ¶¯²³¨ ottβ 河北梨 Πq ηοπειενσισ | v1ts v1tw t1x
半阴坡 !坡上部 !坡度 tvβ
≥ °¨¬p¶∏±±¼ ¶¯²³¨ o∏³³¨µ¶¯²³¨ otvβ 杏 Αq ϖυλγαρισ | u1{v v1xu t1y
212 单株耗水量计算的原理和方法
桶栽试验苗木土壤表面有秸秆覆盖 o土面蒸发量很小 o且由于桶壁阻隔 o各桶栽土壤水分与周围土体水
分不发生交换 ∀在对桶栽的单株苗木长期土壤含水量动态监测的基础上 o由实测资料根据水量平衡计算生
{t 林 业 科 学 wu卷
长季单株耗水量 ∀水量平衡方程为 }
Ω© € Ωs n Πp ΕΤp Ρ¶ p Ρ© ktl
式中 }Ωs 为某一时段初期土壤贮水量k°°l oΩ©为时段末期土壤贮水量k°°l ~Π为该时段有效降雨量k°°l ~
ΕΤ为单株耗水量k°°l o包括土面蒸发和单株蒸腾 ~Ρ¶为土内深层渗透量k°°l ~Ρ©为地表径流k°°l ∀土壤
贮水量 Ω可根据下式计算 }
土壤贮水量k°°l € 土壤水分含量kª# ®ª
ptl ≅ 土壤密度k·# °pvl ≅ 土层厚度k°°l ≅ t sss
水密度kt qs ª# ¦°pvl kul
试验设计中蒸腾桶壁高于桶内土壤表面约 x ¦° o且试验地均为水平阶地 o因此在该试验中无地表径流 o
即 Ρ© € s o因此土壤水分的增量 ∃ Ωk°°l为 }
∃ Ω € Ω© p Ωs € Π p ΕΤ p Ρ¶ kvl
式中 }∃ Ω正值表示土壤水分的盈余 o负值表示该时段水分支出大于收入 o土壤水分亏损 ∀由式kvl得单株蒸
腾耗水量为 }
ΕΤ € Π p ∃ Ω p Ρ¶ kwl
当深层渗透量 Ρ¶ € s时 o式kwl变为 }
ΕΤ € Π p ∃ Ω kxl
式kul中不同试验地各层的土壤密度k试验树种桶内土壤密度l见表 u ∀
表 2 不同试验地土壤密度
Ταβ .2 Σοιλ δενσιτψιν διφφερεντ τεστ πλοτσ ·#°pv
土层
≥²¬¯ ¤¯¼¨ µΠ
¦°
林外 ’∏·²©¶·¤±§ 林内 Œ± ¶·¤±§
刺槐
Ρ q πσευδοαχαχια
侧柏
Πq οριενταλισ
杏
Αq ϖυλγαρισ
河北梨
Πq ηοπειενσισ
杏
Αq ϖυλγαρισ
河北梨
Πq ηοπειενσισ
s ∗ us t1tu t1sx t1sy t1sy t1s{ t1sz
us ∗ ys t1ty t1uv t1ts t1ts t1tv t1ty
ys ∗ tss t1ut t1uy t1tw t1tw t1tz t1ut
213 降水
降水量用自计雨量计测定并结合气象站资料得到 ∀
214 土壤水分测定
ussu年用土钻法测定土壤含水量 o即在生长季kw ) ts月l每月上旬和中旬分别测定各桶栽树种 s ∗ us !
us ∗ ws !ws ∗ ys !ys ∗ {s和 {s ∗ tss ¦° x层土壤含水量 o每次测定时每个层次 u个重复 ∀考虑土钻对蒸腾桶
内土体的破坏 o于 ussv年起改用 ×⁄• 测定 o其埋深也按照上述 x个层次进行 ∀土壤贮水量根据式kul计算 ∀
215 试验桶栽树种土壤水分特征曲线测定
用离心机的附带环刀采每一试验树种 u个重复的原状土样 o实验室中使其饱和 o利用日产离心机 ‹ p
twss⁄ƒ在不同转速下离心 ys ∗ zs °¬±o使之达到水分平衡 o称质量 ∀离心结束后土样烘干ktsx ε l称重 o并
计算不同水势下的土壤含水量 ∀
转速为 νιkµ#°¬±ptl时的土壤水势 7 ιktsx°¤l为 }7 ι € p t1tu ≅ tsp { ρ νuιkρ为离心半径 o¦°l ∀
土壤水势为 7 ι时的土壤含水量为 }ΣΩΧ€ k 7 ι时的土壤湿质量 p烘干土样质量lΠ烘干土样质量 ∀根据
不同土壤水势下的土壤含水量 o绘制土壤水分特征曲线 ∀
v 结果与分析
311 试验树种生长季耗水量测算与分析
v1t1t 林外单株树木生长季耗水量测算与分析 黄土高原地区 o林地的耗水时段主要集中在生长季 o即每
年的 w ) ts月 o因此在计算黄土高原地区单株苗木的耗水支出时 o以其生长季kw ) ts月l 为耗水量的计算时
段k何永涛等 ousswl ∀研究区 w ) ts月多年平均降水量为 xut1w °° oussu年生长季降水量为 wvs1z °° o低
于多年同期的平均值 o属于贫水年 ~ussv年生长季降水量为 {zs1u °° o高于多年同期的平均值 o属于丰水年
k张晓明 ousswl ∀
ussu年k贫水年l林外各盆栽树木无深层渗透量k即 Ρ¶ € sl o根据式kul !kxl计算树木生长季耗水量k表
|t 第 |期 张晓明等 }晋西黄土区主要造林树种单株耗水量研究
表 3 2002 和 2003 年生长季各月降水量
Ταβ .3 Μοντηλψ πρεχιπιτατιον δυρινγ γροωινγ σεασον ιν 2002 ανδ 2003 °°
年份 ≠ ¤¨µ w月 „³µq x月 ¤¼ y月 ∏±q z月 ∏¯ q {月 „∏ªq |月 ≥ ³¨q ts月 ’¦·q w ) ts月 „³µq) ’¦·q
ussu u|1u wt tst xu1x xx ttu ws wvs1z
ussv ys1u vy1u xx1u y|1u wws1u tvw1u zx {zs1u
wl ∀ussv年k丰水年l{月降水量大 o林外各盆栽树木产生土内径流 o根据式kul !kwl计算试验树种生长季耗
水量k表 wl ∀
ussu年生长季降水为 wvs1z °° o由式kxl可知 }单株树木水分收入项为生长季内降水 o支出项仅为其蒸
腾量 ∀w月树木生长初期 o林木蒸腾耗水甚微 o且气温较低 o各盆栽树木耗水量相对较少 o降雨补给与蒸腾消
耗基本持平 ∀x月气温回升较快 o植物蒸腾加剧 o而降雨量较 w月变化不大 o出现了土壤水分亏缺 ∀而生长
旺期的 y !z !{月植物蒸腾作用持续加剧 o各树木耗水量明显增加 o约占整个生长季耗水总量的 xs h ∗ ys h o
而唯一水分补给的大气降水为 us{1x °° o占生长季降水的 w{1w h o供耗矛盾剧烈 o土壤水分持续亏缺 ∀到生
长季末期的 | !ts月份 o树木耗水量减少 o且降雨补充及时 o供耗矛盾得到缓解 o土壤含水量增加 ∀生长季内
总降水量小于同期各树木总耗水量 o贫水年生长季树木供耗失衡 o土壤水分出现亏缺 ∀
ussv年生长季各树木耗水特性与 ussu年基本一致 ∀整个生长季内降水丰沛 o但分配不均 ox !ts月出现
供耗矛盾 o其余月份土壤水分未出现亏缺现象 ∀生长季内总降水量均大于同期各树木总耗水量 o但因降雨分
配不均 o丰水年树木供耗也会略有失衡 ∀
ussv年生长季各单株耗水量均大于 ussu年 ∀侧柏耗水量较刺槐 !杏和河北梨耗水量小 o这与前人研究
的结果相一致k马履一等 oussv ~韩蕊莲等 ot||wl o说明侧柏较刺槐 !杏和河北梨为低耗水树种 ∀
表 4 2002 !2003 年林外单株试验树种生长季各月耗水量
Ταβ .4 Ωατερ χονσυµ πτιον οφ τεστινγ σινγλε−τρεεσ ουτ οφ στανδ δυρινγ γροωινγ σεασον ιν 2002 ανδ 2003 °°
年份
≠ ¤¨µ
树种
≥³¨¦¬¨¶
w月
„³µq
x月
¤¼
y月
∏±q
z月
∏¯ q
{月
㸻q
|月
≥ ³¨q
ts月
’¦·q
w ) ts月
„³µq) ’¦·q
ussu 刺槐 Ρ q πσευδοαχαχια uu1x{ tu{1zt tvt1{t v|1u| wz1tw |u1{w u{1wt w|s1z{
侧柏 Πq οριενταλισ vv1yx yt1x| tyz1ut ut1yw us1vz |y1wz u|1|u wvs1{x
杏 Αq ϖυλγαρισ uu1|{ zw1sy tvx1vu {s1xy {v1ux yw1uy tu1st wzu1ww
河北梨 Πq ηοπειενσισ uw1sw zv1tu tt{1{s zv1{w tsv1wy yu1xs tx1y{ wzt1ww
ussv 刺槐 Ρ q πσευδοαχαχια v|1sv tus1{u {s1{s xz1ys zx1uy zv1|z yy1y{ xtw1ty
侧柏 Πq οριενταλισ yx1s| wt1ty {x1ts xv1vs {w1u{ w|1uv tsx1|z w{w1tv
杏 Αqϖυλγαρισ xw1ty ttv1|s x|1zy yu1|v yy1|v yy1zx {|1uv xtv1yy
河北梨 Πq ηοπειενσισ xw1wz {x1ty x{1s{ yv1y{ {w1{| {s1tx {u1vx xs{1z{
v1t1u 林内单株树木生长季耗水量 ussu和 ussv年 o林内盆栽树木生长季耗水量测算方法同林外 o见表 x ∀
对照林内 !林外杏和河北梨 ussu ) ussv年生长季耗水量发现 o丰水年林内河北梨 !杏生长季月耗水量明显大
于贫水年的耗水量 ∀无论贫水年和丰水年 o林内河北梨 !杏生长季月耗水变化与林外河北梨 !杏变化一致 ∀
且林内单株受林内小环境的影响 o生长季耗水量约为林外同类单株树种耗水量的 s1|v ∗ s1|x ∀这可以为进
一步研究有林和无林环境的林木耗水尺度转换提供依据 ∀
表 5 2002 !2003 年林内单株试验树种生长季各月耗水量
Ταβ .5 Ωατερ χονσυµ πτιον οφ τεστινγ σινγλε−τρεεσιν στανδ δυρινγ γροωινγ σεασον ιν 2002 ανδ 2003 °°
年份
≠ ¤¨µ
树种
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w ) ts月
„³µq) ’¦·q
ussu 杏 Αqϖυλγαρισ uy1z| xu1w{ x{1ss {v1ux tsw1yw |x1{| t|1w{ wws1xv
河北梨 Πq ηοπειενσισ uw1zx xv1xz |t1ys |y1xt zv1{s {v1yx uu1tt wwx1||
ussv 杏 Αq ϖυλγαρισ z|1yy v{1x{ zz1xv yt1zs yy1{s zz1z| {t1tx w{u1ut
河北梨 Πq ηοπειενσισ ys1{x v{1yz yx1zy zw1yu {w1xz {u1wv zw1sz w{s1|z
312 单株树木土壤水分有效性分析
v1u1t 单株树木土壤水分有效性季节变化分析 当降水供应不再满足耗水之需时 o通过分析树木土壤水分
有效性来考察土壤水分的消耗是否影响苗木生长 ∀土壤水分特征曲线是土壤水分的能量k水势l和数量k含
水量l指标间的关系曲线 ∀它反映了土壤保持水分的情况 o可以标定出测试样地的有效水利用范围 ∀根据土
su 林 业 科 学 wu卷
壤水分对植物生长有效性原理 o按照凋萎湿度 !生长阻滞含水量和田间持水量对土壤水进行分级分析 ∀由原
状土测定的田间持水量值反查土壤水分特征曲线模型 o试验样地土壤的田间持水量相当于 p s1su ∗ p s1sv
°¤水势时的土壤持水量 ∀造林树种的永久凋萎点达到 p u °¤以下 o可将 p u °¤作为有效水下限 ∀在有
效水范围内 o随着土壤水势下降 o即含水量降低 o植物根系吸收水分的难度增加 ∀因树木的暂时凋萎点可达
p t °¤以下 op t °¤水势值是水容量变化的关键点之一 o因此可将 p t °¤作为迟效水的上限 ∀通过测定
林外刺槐 !侧柏 !杏和河北梨土壤水分特征曲线 o得到对应的曲线拟合方程 o并对对应树种的土壤水分进行了
分类k表 yl ∀
树木土壤含水量处于无效水界值以下 o土壤水分不能被植物吸收利用 o其持续时间的长短直接影响树木
生长 ∀由表 y可知 o林外单株树种中 o侧柏利用水分能力最强 o其有效水界值下限可以达到 {1s h ∀其次为刺
槐 o而杏和河北梨利用水分能力较弱 ∀说明在干旱条件下 o杏和河北梨首先受到水分胁迫 o影响生长 ∀
表 6 林外单株树木土壤水分特征曲线拟合方程与土壤水分有效性范围
Ταβ .6 Εθυατιονσφορ σοιλ ωατερ χηαραχτεριστιχ χυρϖε ανδ τηε ρανγε οφ αϖαιλαβλε σοιλ µ οιστυρε οφ σινγλε2τρεε ουτ οφ στανδ
树种
≥³¨¦¬¨¶
土壤水分特征曲线
拟合方程
∞´ ∏¤·¬²±©²µ¶²¬¯ º¤·¨µ
¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¦∏µ√¨
采样深度
⁄¨ ³·«Π¦°
重力流出水
Šµ¤√¬·¤·¬²±¤¯
º¤·¨µΠh
k ∴ p s1sv °¤l
有效水范围
•¤±ª¨ ²©¤√¤¬¯¤¥¯¨¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨Πh
速效水
• ¤¨§¬¯¼ ¤√¤¬¯¤¥¯¨ º¤·¨µ
k p s1sv ∗ p t °¤l
迟效水
‹¤µ§¤√¤¬¯¤¥¯¨ º¤·¨µ
k p t ∗ p u °¤l
无效水范围
•¤±ª¨ ²©∏±¤√¤¬¯¤¥¯¨
¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨Πh
k [ p u °¤l
刺槐
Ρ q πσευδοαχαχια
ΣΩΧ€ tw1sv 7 p s1tzs z
Ρu € s1|tw ν € ux  tz1u tz1u ∗ |1x |1x ∗ {1w  {1w
侧柏
Πq οριενταλισ
ΣΩΧ € tv1yz 7 p s1tz{ v
Ρu € s1|v| ν € ux  ty1| ty1| ∗ |1t |1t ∗ {1s  {1s
杏
Αq ϖυλγαρισ
ΣΩΧ € tx1wu{ 7 p s1tyu w
Ρu € s1{zt ν € ux
ws ∗ ys
 t{1{ t{1{ ∗ ts1y ts1y ∗ |1u  |1u
河北梨
Πq ηοπειενσισ
ΣΩΧ € tz1suw 7 p s1txt w
Ρu € s1{|u ν € ux  t|1{ t|1{ ∗ tt1y tt1y ∗ |1z  |1z
图 t为各苗木生长季 s ∗ t °层的平均土壤含水量与其无效水界值时的土壤含水量对比 ∀从图中可看
出 o贫水年与丰水年各树木土壤含水量月变化趋势基本一致 o仅变幅不同 ∀从 w月初到 y月底雨季来临为
止 o因气温回升很快 o土壤水分大量蒸散消耗 o其含量不断降低 o处于消耗状态 ∀z月初到 {月底 o树木生长
最为旺盛 o气温达到全年最高值 o树木蒸腾作用强烈 ∀ussu年雨季降水量少 o土壤水分未得到及时补充 o除
河北梨外 o土壤水分均处于无效水界值以下 o不能被树木有效利用 o此时试验树种的生长受到抑制 o但由于少
量降雨的补充 o试验苗木仍然存活 ∀ussv年雨季降水丰沛 o土壤水分入渗量大于消耗量 o且都能被充分吸收
利用 o处于水分积累期 ∀{月底各树木的土壤含水量都达到雨季最高值 ∀|月初到 ts月底 o降水少 o但气温
仍很高 o林木蒸腾强度大 o土壤水分处于消退时期 ∀ussu年刺槐 !侧柏的土壤含水量接近但略高于无效水界
值 o而杏 !河北梨则低于无效水界值 ∀ussv年该时期土壤水分也处于下降阶段 o但因 {月份的有效积累 o仍
维持在较高水平 ∀
v1u1u 单株树木土壤水分年际供耗分析 树木蒸腾耗水主要集中在生长季 o进入 tt月树木停止生长 o土壤
开始冻结 o水分损耗主要是以蒸发为主 ∀表土因枯落物及积雪覆盖防止了土壤水分损耗 o至次年 w月初 o若
有大量积雪融化或有降雨补给 o土壤水分含量会持续增加 o恢复到去年 w月初的状态 o从而可保证林木一直
正常生长 ∀表 z为 usss ) ussw年k不包括 usst年l林外单株树木 w月中旬土壤含水量 ∀
表 7 林外单株树木土壤含水量
Ταβ .7 Χοµ παρισον οφ σοιλ ωατερ χοντεντ οφ σινγλε2τρεε ουτ οφ στανδ h
年份 ≠ ¤¨µ 刺槐 Ρ q πσευδοαχαχια 侧柏 Πq οριενταλισ杏 Αq ϖυλγαρισ 河北梨 Πq ηοπειενσισ
usss tt1u{ |1yt t{1vy tz1vz
ussu tw1{t tu1v| ty1{s tx1ut
ussv tx1t{ |1tw t|1uu tx1su
ussw ty1vv tw1ux tz1wu tz1sx
除侧柏 usss年和 ussv年 w月中
旬土壤含水量波动较大外 o其余树种
变化不明显 ∀对照表 y可知 o各树种
土壤含水量均在速效水范围内 ∀
t||| ) ussv 年各年降水量分别为
wsu1v !w{|1{ !wvu1ykw ) ts月l !w{x1x !
|uu1x °° o分别为贫水年 !正常年 !贫水年 !正常年和丰水年 ∀从中可看出侧柏 usss年和 ussu年 w月中旬土
壤含水量偏低是由于 t|||年和 usst年为贫水年 o土壤水分损耗较大 ~而正常年和丰水年后 o各树种土壤水
分都可在次年生长季初恢复到较高水平 ∀因此 ousss ) ussw年树木的土壤水分在得到冬季和次年春季降水
tu 第 |期 张晓明等 }晋西黄土区主要造林树种单株耗水量研究
图 t ussu和 ussv年林外单株树木生长季各月土壤含水量动态变化
ƒ¬ªqt ≤«¤±ª¨ ²©¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·²©¶¬±ª¯ 2¨·µ¨¨²∏·²©¶·¤±§§∏µ¬±ªªµ²º¬±ª¶¨¤¶²±¬± ussu ¤±§ussv
×∂ }处于无效水界值时的土壤含水量 ׫¨ ·«µ¨¶«²¯§√¤¯∏¨ ©²µ±²±p¤√¤¬¯¤¥¯¨¶²¬¯ º¤·¨µq
补充后 o生长季初期都能恢复到速效水水平 ∀因此 o试验树种在保持适当营养空间下k本试验盆栽容器直径
t1z °l o林地土壤水分在每年生长季初能恢复到相同水平 o林木能稳定生长 o这对晋西退耕还林区植被的营
造具有一定指导意义 ∀
w 结论
依据水量平衡方程 o通过测算得出试验地各树种生长季各月耗水量 o通过与同期降水量比较 o贫水年生
长季降水量小于同期各树木耗水量 o生长季单株树木供耗失衡 ∀丰水年生长季内降水丰沛但降雨分配不均 o
x !ts月树木供耗也略有失衡 ∀丰水年各林木耗水量大于贫水年各林木耗水量 ∀侧柏生长季耗水量最小 o较
刺槐 !杏和河北梨为低耗水树种 ∀林内杏 !河北梨单株受林内小环境的影响 o生长季耗水量约为林外同类单
株树种耗水量的 s1|v ∗ s1|x倍 ∀
不同树种年内土壤含水量变化趋势相近而同月耗水量差异较大 o同一树种不同月耗水量差异也较大 ∀
丰水年各试验地土壤水分状况要好于贫水年 ∀通过土壤水分特征曲线 o标定出侧柏 !刺槐 !杏和河北梨有效
土壤水范围 o其中上述树种的无效水界值分别为 {1s h !{1w h !|1u h和 |1z h o侧柏较其他 v个树种利用水分
能力强 ∀贫水年林外单株树木土壤含水量在一段时间内低于对应树种的无效水界值 o影响树木正常生长 ∀
单株树木依靠冬季和次年春季降水补充 o生长季初期都能恢复到速效水水平 o各单株树木土壤水分能达到年
际供耗平衡 ∀
刺槐 !侧柏 !杏和河北梨作为晋西黄土区退耕还林造林树种 o在保持合理营养空间下 o树木可正常生长 o
此可以为黄土区植被营造提供依据 ∀
参 考 文 献
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uu 林 业 科 学 wu卷
石 青 o余新晓 o李文宇 o等 qussw1 水源涵养林林木耗水称重法试验研究 q中国水土保持科学 oukul }{w p {z
孙长忠 o黄宝龙 qt||y1 单株平衡法的建立 q林业科学 ovukwl }vz{ p v{t
苏建平 o康博文 qussw1 我国树木蒸腾耗水研究进展 q水土保持研究 ottkul }tzz p t{y
王百田 o张府娥 qussv1 黄土高原主要造林树种苗木蒸腾耗水特性 q南京林业大学学报 }自然科学版 ouzkyl }|v p |z
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王 力 o邵明安 o侯庆春 qusss1 土壤干层量化指标初探 q水土保持学报 otwkwl }{z p |s
魏天兴 o朱金兆 qt|||1 黄土区人工林地水分供耗特点与林分生产力研究 q土壤侵蚀与水土保持学报 oxkwl }wx p xt
张晓明 o孙中峰 o张学培 qussv1 晋西黄土残塬沟壑区不同林分暴雨产流产沙作用分析 q中国水土保持科学 otkvl }vz p wu
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k责任编辑 徐 红l
征 订 启 事
ussy年 |月 o/ 5林业科学6数字林业增刊0已出版 o定价 }ux元 ∀现将增刊目录列出 o如有需要请与本刊编辑部联系 ∀
地址 }北京市万寿山后中国林学会5林业科学6编辑部 o邮编 }tsss|t ∀电话 }sts p yu{{|{us osts p yu{{{xz| ∀
Εpµαιλ}¯¬±¼®¬ƒ©²µ¨¶·µ¼q¤¦q¦±∀
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