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Transpiration Rate of Cinnamomum camphora and Its Dependence on the Ecological Factors around Canopy Layer

樟树林冠层生态因子及其对蒸腾速率的影响


The ICT-2000TE meteorological measurement system was used to determine the transpiration rate of Cinnamomum camphora and the variation of main ecological factors around canopy layer.The results indicated that under full light condition in sunny days, a single peak curve was found in the daily variation of radiation and temperature around canopy layer. The radiation started to increase at 6:00 am and reached the peak of 150~800 μmol·m-2 s-1 at 12:00 , then declined to 0 at 18:00—0:00pm. The summer had the high variation and long time of radiation. Temperature reached the peak at 15:00—17:00. However, the daily change of humidity showed a reverse tendency in comparison with that of radiation and temperature. The humidity began to decrease at 6:00 and slumped to the lowest at 15:00 and then increased. The daily change of transpiration rate of C. camphora was found in the form of single peak curve and the highest value occurred at 14:00. The highest transpiration rate of 0.503 1 L·kg-1 DW h-1 appeared in the flourishing period of leaf, the intermediate of 0.2054L·kg-1 DW h-1 appeared in the senescent period, and the lowest of 0.165 1L·kg-1 DW h-1 appeared in the defoliating period. The rank of transpiration rate under different weather condition was in the order of sunny day > changeable day > rainy day. Annually, the lowest transpiration rate of 0.0436L·kg-1 DW h-1 occurred in March and the zenith of 0.1793L·kg-1 DW h-1 appeared in June. Radiation and temperature had great influence on the transpiration rate of C. camphora.


全 文 :第 ws卷 第 u期
u s s w年 v 月
林 业 科 学
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樟树林冠层生态因子及其对蒸腾速率的影响
闫文德 田大伦 项文化
k中南林学院生态研究室 株洲 wtussyl
关键词 } 樟树 o蒸腾速率 o林冠层 o生态因子
中图分类号 }≥zt{1wv 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsu p stzs p sw
收稿日期 }ussv p sv p t| ∀
基金项目 }国家自然科学基金重大项目kv|{||vzsl o国家重点野外台站资助项目k≈usss 国科基便字第 szy号l o国家林业局重点科研项目
kusst p zl o湖南省自然科学基金kss≠usuwl和中南林学院青年基金项目kuzwvl的部分内容 ∀
Τρανσπιρατιον Ρατε οφ Χινναµοµυµ χαµπηορα ανδ Ιτσ ∆επενδενχε
ον τηε Εχολογιχαλ Φαχτορσ αρουνδ Χανοπψ Λαψερ
≠¤± • ±¨§¨ ׬¤± ⁄¤¯∏± ÷¬¤±ª • ±¨«∏¤
k Ρεσεαρχη Σεχτιον οφ Εχολογψo Χεντραλ2Σουτη Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ζηυζηουwtussyl
Αβστραχτ } ׫¨ Œ≤×2usss×∞ °¨ ·¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ °¨ ¤¶∏µ¨°¨ ±·¶¼¶·¨° º¤¶∏¶¨§·² §¨·¨µ°¬±¨ ·«¨ ·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨ ²© Χινναµοµυµ
χαµπηορα ¤±§·«¨ √¤µ¬¤·¬²± ²©°¤¬± ¦¨²¯²ª¬¦¤¯ ©¤¦·²µ¶¤µ²∏±§¦¤±²³¼ ¤¯¼¨ µq׫¨ µ¨¶∏¯·¶¬±§¬¦¤·¨§·«¤·∏±§¨µ©∏¯¯ ¬¯ª«·¦²±§¬·¬²±¬±
¶∏±±¼ §¤¼¶o¤¶¬±ª¯¨³¨¤®¦∏µ√¨ º¤¶©²∏±§¬±·«¨ §¤¬¯¼ √¤µ¬¤·¬²±²©µ¤§¬¤·¬²±¤±§·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¤µ²∏±§¦¤±²³¼ ¤¯¼¨ µq׫¨ µ¤§¬¤·¬²±
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Κεψ ωορδσ} Χινναµοµυµ χαµπηοραo×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨o„µ²∏±§¦¤±²³¼ ¤¯¼¨ µo∞¦²¯²ª¬¦¤¯ ©¤¦·²µ¶
林木蒸腾速率随天气状况 !叶面积大小 !林冠构架和土壤水分等因素的变化而变化k¤±§¶¥¨µª ετ αλqo
t||zl o在一定程度上也反映了林木调节水分损失和对环境胁迫的适应能力 ∀近年来国内对树木蒸腾作用与
环境因子的关系进行了大量的研究k张启昌等 ousss ~曾小平等 ousss ~高健等 ousss ~钟育谦等 ot||| ~高洁等 o
t||z ~孙慧珍等 oussu ~阮成江等 ousst ~肖文发等 oussu ~张劲松等 oussu ~刘淑明等 ot|||l o但在较小的时间尺
度k如 «l上连续对树木蒸腾特性和林冠层各生态因子进行测定的报道很少 ∀林木蒸腾速率有不同的测定方
法 o≥¤∏ª¬¨µ等kt||zl采用枝袋k¥µ¤±¦«¥¤ªl !树干液流k¶¤³©¯²ºl和涡动相关法k §¨§¼¦²√¤µ¬¤±¦¨l对寒温带松树林
的蒸腾进行了测定 o各种方法测定的日蒸腾量趋向一致 ∀目前在测定林木蒸腾速率时较多地采用热技术树
干液流的方法 o然后进行尺度转换k≥·¤± ετ αλqousssl ∀樟树k Χινναµοµυµ χαµπηοραl为我国亚热带常绿阔叶
林的组成树种 o多生长在南方低山 !丘陵及村庄附近 o也是重要的城市绿化和经济树种 ∀本研究目的是了解
樟树林冠层主要生态因子的变化规律 o研究樟树蒸腾速率及其对环境因子变化的响应 o为进一步探索樟树林
生态系统的结构与功能 !集水区水资源管理提供了理论依据 ∀
1 材料与方法
t qt 试验地概况 试验地设在中南林学院植物标本园内 o位于湖南省株洲市境内k∞ttvβ|χ o‘uzβxsχl o地处
湘江中游 o海拔在 xs ∗ uss °左右 o相对高度在 tss °左右 o属湘中丘陵地带 ∀气候为典型的亚热带湿润气
候区 o年降水量为 t t{x1{ ∗ t |tu1u °° o多集中于 w ) z月 o年均气温 tz1w ε o年相对湿度在 {s h左右 ~冬无严
寒 o气候温和 o雨水充沛 o湿润度较大 ∀该区地层古老 o母岩以变质岩为主 o风化程度较深 o土壤为森林红壤 o
呈酸性 o地带性植被为常绿阔叶林 ∀测定的樟树林为 tx ¤生的人工林 o郁闭度为 s1z ∗ s1{ ∀林地在造林前
进行过平梯整地 o挖穴造林后林木处于半自然状态 o林内混生有泡桐k Παυλοωνια φορτυνειl !杉木k Χυννινγηαµια
λανχεολαταl等树种 ∀蒸腾速率测定木为樟树人工林平均木 o树高 x ° o胸径 ts1x ¦°o冠高 v ° o冠幅 v °∀
t1u 测定手段与数据采集 采用 Œ≤× p usss×∞k×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±2∞±√¬µ²±°¨ ±·l自动监测系统对樟树的树干液流和
环境因子通过同一数据采集器进行同步测定 ∀该系统配备了 t|个 ts种不同规格的传感器 o利用其中 tu个
传感器测定试验林地的林冠上总辐射kΣΚΣl !林冠层的有效辐射k ΣΚΠtl !林冠下的有效辐射k ΣΚΠul !土壤温
度kτ¶l !树冠内的空气温度kτ¤tl !林冠层的空气温度kτ¤ul !树冠内的空气相对湿度k ΡΗ¤tl !林冠层的空气相对
湿度k ΡΗ¤ul等生态因子 ∀利用规格为 ג⁄p vs的热耗散茎流探头测定林木的液流速率 ∀
林冠上总辐射传感器设在林冠上方 u °处 o林冠层的有效辐射传感器和林冠层的空气温度 !湿度传感器
设置在 u行樟树树冠中部k水平位置距树冠 t °l o林冠下的有效辐射传感器设在第一个活枝下 u ° o距树干
t1x °处 ~根据樟树根系分布情况 o土壤温度传感器设在根系分布密集区k地下 s1w °l ~树冠内的空气温度和
湿度传感器放置在树冠内 o具体布置在第一个活枝上 t1x ° o距树干 t °处 ∀ ג⁄p vs的热耗散茎流探头插
在树干胸径处 ∀从 usss年 {月至 ussu年 z月进行了 u ¤的试验 o每月选定晴天和阴天各 v §o全天进行测定 o
数据采集时间间隔为 tx °¬±∀各指标的分析值为观测时段的平均值 ∀
t1v 蒸腾速率的计算 蒸腾速率k ΤΡl用每 «每 ®ª干叶重的叶片上的蒸腾水量表示 o即 #®ªpt ⁄• «p t o具
体计算公式为 }ΤΡ € ΦλοωΠ∆Ω o式中 oΤΡ 为蒸腾速率 oΦλοω为树液茎流量 o∆Ω为被测树木的总干叶重 ∀利
用被测树木附近具有相似树高 !胸径 !冠幅 !冠高和树叶密度的同树种的林木叶量作为被测树木叶重的估计
值 o在每年 v月 !z月和 tt月对选定植株的叶干重进行测定 ∀先把选定植株的树冠分成上冠 !中冠和下冠 v
部分 o在各层选取标准枝 o测定标准枝的叶重 o分别计算各部分重量 o然后取样 o在 {s ε 的恒温箱内烘 uw «o
取出称重 o计算叶干重 ∀树液茎流量的计算公式为 }Φλοω € Α≅ ςo式中 oς为树液茎流速度 oΑ为有树液茎流
木质部的横断面积 ∀一般树木的树液中午流速最快 o因此在中午将 {s °°长的热扩散探头 ) ) ) ×⁄°{s缓慢
地插入树干来确定木质部的位置 o在 ×⁄°{s尖端 ts °°处有 …端感温点 o将 ×⁄°{s逐渐插入樟树木质部 o但
…端温差无变化时 o可确定边材厚度 o由此可算出有树液茎流的木质部横断面积 ∀树液茎流速度 ςk°#¶ptl
测定公式为 }ς€ s1sss tt| ≅ Κt1uvt o式中 Κ€ k ∆Τ° p ∆ΤlΠ∆Τo∆Τ为加热的上方探头与下方环境探头的温度
差 o∆Τ° 为记录的最大温差 o樟树的 ∆Τ° 值一般出现在早晨 yΒss o这时的树液茎流可以认为 s ∀
2 结果与讨论
u1t 樟树林冠层生态因子变化 根据观察将樟树的生长划分为换叶期ku ) w月l !叶盛期kx ) ts月l和叶衰
期ktt ) 翌年 t月lv个物候期 ∀在晴天全光照条件下 o樟树林冠层辐射的日变化表现出明显的单峰变化趋
势k图 t¤l o早晨 y }ss后逐步增加 otu }ss左右达到最大峰值 o最大值为 txs ∗ {ss Λ°²¯#°pu¶pt o然后开始下
降 o下午 y }ss ) { }ss时变为 s ∀不同季节的日变化格局基本一致 o但夏天的变化幅度较大 o且持续的时间要
长 ∀在多云阴雨天气 ov种辐射量波动很大 o没有规律性 ∀不同层次的辐射日变化表现出相同的变化规律
k图 t l¨ o即以中午 tu }ss为最大值的单峰变化趋势 ∀
受太阳辐射的影响 o晴天全光照条件下不同季节的树冠内气温kτ¤tl日变化也呈现出单峰变化趋势k图
t¥l o峰值出现在 tx }ss ) tz }ss ∀在测定期内 o同一时段林冠层气温和树冠内气温的均值日变化表现出相同
的变化趋势k图 t§l ∀林冠层的相对湿度与辐射 !温度的变化趋势相反k图 t¦l os }ss ) y }ss缓慢上升 o变化幅
度较小 o此后逐步下降 o由早晨的 |y h ∗ tss h降低到中午的 xs h ∗ zs h otw }ss ) tx }ss跌至最小值 o然后又
逐步上升 o变化幅度较大 ∀不同物侯期的日变化均表现为单峰变化格局 o但叶衰期变化幅度最大 ∀
u1u 樟树蒸腾速率的变化 在晴天全光照下 o樟树蒸腾速率日变化曲线为单峰型 o表现出非蒸腾午休型的
特征k董学军等 ot||wl o即生长在土壤湿度较大的地段 o蒸腾曲线为宽大 !单峰型的植物的典型类型 ∀从早上
tzt 第 u期 闫文德等 }樟树林冠层生态因子及其对蒸腾速率的影响
y }ss开始到中午随辐射量增强和气温增加 o樟树蒸腾速率逐渐增大 o到中午 tw }ss达最大值 o然后逐步下降 ∀
在不同的物候期内 o蒸腾速率日进程有不同的变化k图 ul o叶盛期蒸腾速率最大 o其最大值为 s1xsv t #
®ªpt⁄• «p t ~叶衰期次之 o其最大值为 s1usx w #®ªpt ⁄• «p t ~换叶期最小 o其最大值为 s1tyx t #®ªpt ⁄•
«p t ∀
图 t 林冠层生态因子的日变化
ƒ¬ªqt ׫¨ §¤¬¯¼ √¤µ¬¤·¬²± ²©·«¨ ¦¨²¯²ª¬¦¤¯ ©¤¦·²µ¶¤µ²∏±§¦¤±²³¼ ¤¯¼¨ µ
图 u 不同物候期蒸腾速率的日变化
ƒ¬ªqu ׫¨ §¤¬¯¼ √¤µ¬¤·¬²± ²©·«¨ ·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨
¬± §¬©©¨µ¨±·ªµ²º·«¶¨¤¶²±¶
图 v 不同天气条件下蒸腾速率日变化
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¬± §¬©©¨µ¨±·º ¤¨·«¨µ¶
在叶盛期 o不同天气条件下樟树的蒸腾速率有明显差异k图 vl o蒸腾速率大小依次为 }晴天 晴转阴 
雨天 ∀在晴天和晴转阴天气条件下 o蒸腾速率的最大值出现在中午 tw }ss o而雨天则出现在 ty }ss o最低点都
出现在早晨 y }ss ∀不同天气条件下樟树蒸腾速率的变化也说明了环境因子对蒸腾作用的影响 ∀
从图 w可看出 o樟树蒸腾速率的月变化存在一定的波动性 o其总趋势为前一年 {月至次年 v月间蒸腾速
率逐渐下降 ov月至 z月逐渐上升 o在 v月份出现最低值 o为 s1swv y #®ªpt ⁄• «p t o最大值出现在 y月份 o为
s1tz| v #®ªpt ⁄• «p t ∀这一规律反映出樟树生长对环境变化的适应 ∀春季来临之后林木代谢加快 o蒸腾加
uzt 林 业 科 学 ws卷
强 ∀在 y月份 o樟树处于旺盛的生长期 o气候适宜 o蒸腾速率达到最大 ∀z ) ts月份蒸腾速率维持在一个较
高水平 ∀随着辐射量和气温的降低 o蒸腾速率从 ts月份开始下降 ou ) w月则维持在一个较低水平 ∀
图 w 蒸腾速率的月变化
ƒ¬ªqw ׫¨ °²±·«¯¼ √¤µ¬¤·¬²± ²©
·«¨ ·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨
u1v 樟树蒸腾速率与树冠界面层生态因子相互关系的多元回归
分析 树木蒸腾过程受林冠层叶片气孔导度的控制 o影响气孔导
度的生态因子对林木蒸腾速率产生影响k¤±§¶¥¨µª ετ αλqot||zl ∀
因此 o在同一立地条件下 o同种森林类型内林木蒸腾速率主要受
林冠层生态因子的制约 ∀利用测定时段内k«l樟树蒸腾速率的均
值与同时测定的林冠各层辐射 !气温 !相对湿度 !土壤温度相对应
的均值进行多元回归分析 o结果如下 }ΤΡ € s1tzw n t1swt ≅ tsp w
ΣΚΣp x1w{s ≅ tsp y ΣΚΠt n u1sx| ≅ tsp w ΣΚΠu p |1vzs ≅ tsp v τ¶ p
|1uvs ≅ tspu τ¤t n t1svs ≅ tsp t τ¤u p u1uzs ≅ tsp u ΡΗ¤t n u1tv| ≅
tsp u ΡΗ¤u1 Ρ € s1|wv oν € zu oΦ € yu1yx|  Φs1sx kz oxzxl € u1sv ∀
ΡΣΚΣ € s1{ws oΡΣΚΠt € s1zus oΡΣΚΠu € s1{tv oΡτ¶ € s1txx oΡταt € s1xss o
Ρταu € s1w|| oΡΡΗαt € p s1zyx oΡΡΗαu € p s1zxy2 ∀由此看出 o樟树蒸腾速率与林冠层总辐射关系最密切 o这是
因为太阳辐射影响叶片和大气的温度 o空气相对湿度下降 o气孔导度升高 o树干液流速度增大 ∀其次是林下
有效辐射和林冠层湿度k负相关l o土壤温度影响最小 ∀
3 结论
在晴天 o樟树林冠层主要生态因子呈现明显的变化规律 ∀林冠层辐射的日变化表现为单峰曲线 o早晨
y }ss后逐步增加 otu }ss左右达到最大峰值 txs ∗ {ss Λ°²¯#°pu¶pt o然后开始下降 o下午 t{ }ss ) us }ss变为
s o夏天的太阳辐射变化幅度较大 o且持续的时间要长 ∀受太阳辐射变化的影响 o林冠层气温日变化全年都呈
现出单峰变化趋势 o峰值出现在 tx }ss ) tz }ss∀相对湿度变化与辐射 !温度的变化趋势相反 os }ss ) y }ss缓慢
上升 o此后逐步下降 otx }ss跌至最小值后又逐步上升 o相对湿度冬季变化幅度最大 ∀
在晴天全光照条件下 o樟树蒸腾速率的日变化曲线也为单峰型 o峰值出现在 tw }ss左右 ∀叶盛期蒸腾速率
最大 o叶衰期次之 o换叶期最小 o各期的最大蒸腾速率依次为 s1xsv t os1usx w os1tyx t #®ªpt⁄• «pt ∀不同天气
条件下 o蒸腾速率大小为晴天 晴转阴 雨天 ∀全年内 o月蒸腾速率最低点出现在 v月 o为 s1swv y #®ªpt ⁄•
«pt o最高点出现在y月 o为s1tz| v #®ªpt⁄• «pt ∀樟树蒸腾速率和测定的环境因子进行多元回归分析表明 o影
响樟树蒸腾速率的主要因子是林冠各层辐射和相对湿度 o最小是土壤温度 ∀
参 考 文 献
董学军 o杨宝珍 o郭 柯等 q几种沙生植物水分生理生态特征的研究 q植物生态学报 ot||w ot{ktl }{y p |w
高 健 o侯成林 o吴泽民 q淹水胁迫对 Œp y|Πxx杨蒸腾作用的影响 q应用生态学报 ousss ottkwl }xt{ p xuu
高 洁 o傅美芬 o刘成康等 q干热河谷主要造林树种水分生理生态学特点 q西南林学院学报 ot||z otzkul }vs p vx
刘淑明 o孙丙寅 o孙长忠 q油松蒸腾速率与环境因子关系的研究 q西北林学院学报 ot||| otwkwl }uz p vs
阮成江 o李代琼 q黄土丘陵区人工沙棘蒸腾作用研究 q生态学报 ousst outktul }utwt p utwy
孙慧珍 o周晓峰 o赵惠勋 q白桦树干液流的动态研究 q生态学报 oussu ouuk|l }tv{z p tv|t
肖文发 o徐德应 o刘世荣等 q杉木人工林针叶光合与蒸腾作用的时空特征 q林业科学 oussu ov{kxl }v{ p wy
曾小平 o赵 平 o彭少麟 q鹤山人工马占相思林水分生态研究 q植物生态学报 ousss ouwktl }y| p zv
张劲松 o孟 平 o尹昌君 q杜仲蒸腾强度和气孔行为的初步研究 q林业科学 oussu ov{kvl }vw p vz
张启昌 o杜凤国 o夏富才等 q美国椴光合蒸腾的生理生态 q北华大学学报k自然科学版l ousss otkxl }wvy p wv{
钟育谦 o郑阿宝 o阮宏华等 q下蜀次生林蒸腾强度的时空变化 q南京林业大学学报 ot||| ouvktl }yt p yw
¤±§¶¥¨µªoŠ²º µ¨≥ × q „³³¯¬¦¤·¬²±¶²©³«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ ¦¨²¯²ª¼·²©²µ¨¶·°¤±¤ª¨ ° ±¨·q„¦¤§¨ °¬¦°µ¨¶¶o≥¤± ⁄¬¨ª²ot||z }tsx
≥¤∏ª¬¨µ…oŠµ¤±¬¨µ„ o°²±·¤¬¯¯ µ¨≠ ετ αλq×µ¤±¶³¬µ¤·¬²± ²©¤¥²µ¨¤¯ ³¬±¨ ©²µ¨¶·° ¤¨¶∏µ¨§¥¼ ¥µ¤±¦«¥¤ªo¶¤³©¯²º ¤±§°¬¦µ²° ·¨¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ ° ·¨«²§¶q×µ¨¨°«¼¶¬2
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vzt 第 u期 闫文德等 }樟树林冠层生态因子及其对蒸腾速率的影响