全 文 ：第 v|卷 第 t期
u s s v年 t 月
林 业 科 学
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¤±qou s s v
黄土半干旱区集水造林条件下林木生长
适宜的土壤水分环境 3
贺康宁tl 田 阳vl 史常青wl 宋吉红xl 张光灿ul
k北京林业大学 教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室 北京 tsss{vl k山东农业大学林学院 泰安 uztst{l
摘 要 } usss年在山西方山 o采用 Œp yuss光合测定系统和 Œp tyss稳态气孔仪 o对不同集水措施试验地
的刺槐 !侧柏和苹果的生理指标进行了实地观测 o并辅以相同树种实地盆栽苗木水分胁迫条件下的林木生理
指标观测 o研究了林木净光合速率 !羧化效率 !水分利用效率与土壤含水量的定量关系 ∀结果表明 }维持刺槐 !
侧柏和苹果净光合作用的最佳土壤含水量分别为 tz1tv h !tx1| h和 ty1tt h o三树种维持叶片水分利用效率
的最佳土壤含水量依次为 tv1uv h !ts1yy h和 tu1v{ h ~羧化效率最高时的土壤含水量临界值依次为 tx1z h !
tx1x h和 tx1{ h ~土壤水合补偿点分别为 w1xx h !v1|t h和 w1w| h ∀上述三树种蒸腾速率所适宜的土壤含水
量分别为 t{1{u h !t|1zs h和 ty1vv h ∀根据集水造林的基本构思 o可选取维持最佳叶片水分利用效率的土壤
含水量临界值作为集水造林林木密度调控的土壤水分阈值和林木需水量的低限计算条件 ∀这一指标可量化
为刺槐 ts h ∗ tv h o苹果 ts h ∗ tu1x h o侧柏 |1x h ∗ tt h ∀
关键词 } 集水造林 o适宜土壤含水量 o光合速率 o蒸腾速率 o水分利用效率
收稿日期 }usst p sw p tz ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目kv||zsyuul o教育部高等院校青年骨干教师科研专项基金资助项目 ∀
3 tl !ul !vl !wl !xl 为作者排序 ∀
ΤΗΕ ΣΥΙΤΑΒΛΕ ΣΟΙΛ ΜΟΙΣΤΥΡΕ ΧΟΝ∆ΙΤΙΟΝ ΦΟΡ ΦΟΡΕΣΤ ΓΡ ΟΩΤΗ
ΙΝ ΧΑΤΧΗΜΕΝΤ ΑΦΦΟΡΕΣΤΑΤΙΟΝ ΙΝ ΣΕΜΙ2ΑΡΙ∆ ΡΕΓΙΟΝ
ΟΝ ΛΟΕΣΣ ΠΛΑΤΕΑΥΣ
‹¨Ž¤±ª±¬±ªtl ׬¤± ≠¤±ªvl ≥«¬≤«¤±ª´¬±ªwl ≥²±ª¬«²±ªxl
k Κεψλαβορατορψοφ Σοιλανδ Ωατερ Χονσερϖατιον o ∆εσερτιφιχατιον Χοµβατινγ οφ ΜΟΕ o Βειϕινγ Φορq Υνιϖq Βειϕινγ tsss{vl
«¤±ªŠ∏¤±ª¦¤±ul
k Φορεστρψ Χολλεγε o Σηανδονγ Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ται. αν uztst{l
Αβστραχτ } Œ±·«¬¶³¤³¨µo³«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ ¬±§¨¬²© …¯¤¦®²¦∏¶·k Ροβινια πσευδοαχαχιαl o’µ¬¨±·¤¯ „µ¥²µ√¬·¤¨ k Πλατψχλαδυσ
οριενταλισl ¤±§„³³¯¨k Μαλυσπυµιλαl ∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±·¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±§¬·¬²±¬±·«¨ ¦¤·¦«°¨ ±·¤©©²µ¨¶·¤·¬²±©¬¨ §¯¤±§∏±§¨µ·«¨
¦²±§¬·¬²± ²©º¤·¨µ°¨ ±¤¦¨ º¤¶°¨ ¤¶∏µ¨§¥¼ ³²µ·¤¥¯¨³«²·²¶¼±·«¨¶¬¶¶¼¶·¨° kŒp yussl ¤±§³²µ·¤¥¯¨¶·¨¤§¼ ³²µ²°¨ ·¨µkŒ
p tyssl ¬± ƒ¤±ª¶«¤±o≥«¤±¬¬°µ²√¬±¦¨ q׫¨ ∏´¤±·¬·¤·¬√¨ µ¨ ¤¯·¬²± ¤°²±ª±¨·³«²·²¶¼±·«¨¶¬¶µ¤·¨o¦¤µ¥²¬¼¯¤·¬²± ©¨©¬¦¬¨±¦¼
¤±§º¤·¨µ∏¶¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼ º¬·«¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·º¤¶¶·∏§¬¨§q׫¨ µ¨¶∏¯·¶«²º¶²³·¬°∏°¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·®¨ ³¨¬±ª°¤¬±¨·
³«²·²¶¼±·«¨¶¬¶µ¤·¨²©…¯¤¦®²¦∏¶·o’µ¬¨±·¤¯ „µ¥²µ√¬·¤¨ ¤±§¤³³¯¨¬¶tz1tv h !tx1| h ¤±§ty1tt h ¬±·∏µ±1 ’³·¬°∏°¶²¬¯
º¤·¨µ¦²±·¨±·®¨ ³¨¬±ª¥¨·¨µ¯ ¤¨©º¤·¨µ∏¶¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼ ²©·«µ¨¨®¬±§¶²©·µ¨¨¬¶tv1uv h !ts1tz h ¤±§tu1v{ h 1 ≥²¬¯ º¤·¨µ
¦²±·¨±·¬¶tx1z h otx1x h ¤±§tx1{ h ¬±·∏µ± º¬·«·«¨ «¬ª«¨¶·¦¤µ¥²¬¼¯¤·¬²± ©¨©¬¦¬¨±¦¼µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q≥²¬¯ º¤·¨µ¦²°³¨ ±¶¤2
·¬²± ³²¬±·©²µ«¼§µ¤·¬²±²©·«µ¨¨®¬±§¶²©·µ¨¨¬¶w1xx h ov1|t h ¤±§w1w| h q׫¨ ¶∏¬·¤¥¯¨¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·©²µ·µ¤±¶³¬µ¤2
·¬²±µ¤·¨ ²©·«µ¨¨®¬±§¶²©·µ¨¨¬¶t{1{u h ot|1zs h ¤±§ty1vv h µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q„¦¦²µ§¬±ª·²·«¨ ·«²∏ª«·²©¦¤·¦«°¨ ±·¤©©²2
µ¨¶·¤·¬²±o·«¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·°¤¬±·¤¬±¬±ª·«¨ ¥¨¶·¯ ¤¨©º¤·¨µ∏¶¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼¦¤± ¥¨ ¦«²¶¨±¤¶¤¦µ¬·¬¦¤¯ √¤¯∏¨ ©²µ·µ¨¨§¨±2
¶¬·¼ ¦²±·µ²¯ ¬±¦¤·¦«°¨ ±·¤©©²µ¨¶·¤·¬²± ¤±§·«¨ ²¯º±¨ ¶¶√¤¯∏¨ ©²µ¦¤¯¦∏¯¤·¬±ª·µ¨¨º¤·¨µµ¨ ∏´¬µ¨°¨ ±·q׫¬¶ª¨ ±¨ µ¤¯ ¬±§¨¬¦¤±
¥¨ ¶«²º± ¤¶ts h ∗ tv h ©²µ…¯¤¦®²¦∏¶·ots h ∗ tu1x h ©²µ„³³¯¨¤±§|1x h ∗ tt h ©²µ’µ¬¨±·¤¯ „µ¥²µ√¬·¤¨ q
Κεψ ωορδσ} ≤¤·¦«°¨ ±·¤©©²µ¨¶·¤·¬²±o≥∏¬·¤¥¯¨¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·o°«²·²¶¼±·«¨¶¬¶µ¤·¨o×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨o • ¤·¨µ∏¶¨ ©¨©¬2
¦¬¨±¦¼
对集水整地为基础的径流林业而言 o林木生长所适宜的土壤水分条件是估算林木需水量和确定林
木水分环境容量的依据和关键 ∀而适宜的水分条件应该是多少 o维持林木正常生长 o至少获得中度以上
的生产量 o所需要的水分上 !下限有多大 o这是节水农林业生产上田间水分管理问题的标准和基础 o这个
标准需要通过对地区环境和植物种类开展系统的定量研究 o以期建立植物节水高产的生产模式 ∀从理
论上讲 o在大田环境条件下研究土壤水分与植物需水量 !水分生产效率及生物量k或是经济产量l之间的
关系 o是确定植物适生土壤水分条件的最佳途径 ∀尽管目前很难完全控制研究林地的土壤水分环境条
件 o但通过不同集水技术所形成的不同林地的土壤水分差异 o辅以盆栽试验条件下的不同水分梯度观测
结果 o就可以较准确的探求实生大田林木的基本水分生理生态特性 ∀
t 试验条件和方法
111 试验地概况
试验地位于山西省吕梁山西麓的方山县峪口镇土桥沟流域k北纬 vzβvyχx{δ o东经 ttsβsuχxxδl的北京
林业大学径流林业试验场 ∀流域内最高海拔 t wwy ° o试区平均海拔 t uss °左右 ∀该地区属暖温带大
陆性季风气候 o干燥度 t1v ∀冬春寒冷干燥 o秋季凉爽少雨 o夏季降雨集中 o无霜期 tws §∀据方山县气象
站 t|zx ∗ t||u年资料统计 o该地区多年平均降水量 wty °° o且年内分配非常不均 oy ∗ |月份降水占全
年的 zs h以上 ~多年平均水面蒸发量高达 t {xz1z °° o最大蒸发出现在 w ∗ y月 o表现出典型的北方严重
春旱的特征 ∀试验区属典型黄土丘陵沟壑地貌 o地表大部分为新生代第四纪马兰黄土所覆盖 o土壤为黄
绵土 o由黄土母质直接发育形成 o层次过渡不明显 ~土层深厚 o质地均匀 o为中壤土 ∀试验地平均土壤容
重 t1us ª#¦°pv o田间持水量 ut1s h左右 ∀
112 试验方法
试验材料选取了本试验场 | ¤生刺槐k Ροβινια πσευδοαχαχιαlts株 o其分别处于 v种集水处理 !x种密
度的 x个试验小区k每小区有 u株重复l o由集水措施和林分密度不同所自然形成的林地土壤水分差异
为试验条件 ∀同理 o选取了 u种集水处理 ox种密度的 tu ¤生侧柏 k Πλατψχλαδυσ οριενταλισlts株 ∀选用 ts
株施用了保水剂的 | ¤生k旱园l金冠苹果k Μαλυσ πυµιλαl o由人为给水产生水分梯度 o苹果生理观测在人
工给水 uw ∗ vy «后 o当土壤剖面土壤水分渗透稳定后进行 ∀
另外布设了 v ¤生刺槐和 w ¤生侧柏苗木k各 us株l的盆栽实验 o通过人为控制产生水分亏缺梯度 o
作为低限土壤水分胁迫条件的辅助观测 o以验证试验小区在低土壤水分条件观测时的数据结果 ∀
林木蒸腾和光合速率采用生长季典型天气全天观测的方法 o每 u «观测一次 ∀蒸腾速率的观测使
用 Œp tyss稳态气孔计 o光合作用观测使用 Œp yuss光合作用测定仪 ∀观测时 o在刺槐 !侧柏林木树冠
南 !北方向的中部和上部 o在苹果树冠南 !北 !东 !西方向的中 !上部 o分别确定标准枝 o选取健康成叶进行
测定 ~蒸腾速率和光合作用的观测同步进行 ∀对刺槐 !侧柏林冠上部叶片蒸腾作用的观测采用剪枝取样
法进行k郭柯等 ot||yl ∀
对刺槐蒸腾作用的观测 o叶片正 !反面均进行测定 o叶片总蒸腾速率为正 !反面之和 ∀叶片总气孔阻
力k Ρ≥·l计算公式为 k康绍忠等 ot||tl }Ρ≥·p t € Ρ≥¤ p t n Ρ≥¥p t ∀式中 }Ρ≥·为叶片总气孔阻力 oΡ≥¤为叶片正
面气孔阻力 oΡ≥¥为叶片反面气孔阻力 ∀
一般情况下 o气孔计测定的蒸腾速率高于自然蒸腾值k刘奉觉等 ot||u ~t||zl o而且水分环境条件越
好 o误差越大 ∀其与仪器中送入的干空气 !仪器内较高的气流流速及较低的界面层阻力有关 ∀因此 o本
研究由快速称重法k感量为千分之一的天平l与同期相同土壤水分条件下 Œp tyss稳态气孔计的观测
值绘制了校正曲线 o对仪器实测值进行了适度校正k刘奉觉等 ot|{{ ~t||ul ∀
参加土壤水分与林木生理参数关系分析的数据 o选自 x ∗ |月观测日 !晴天 | }ss ∗ tt }ss !光量子通
量密度为 {ss ∗ t tss Λ°²¯#°pu¶pt范围内的观测结果 ∀
林地土壤含水量的观测 o采用国产 ‘• p xs„型中子土壤水分仪 o在林木生理观测当日同步进行 o
深度为每间隔 us¦°一层 ∀盆栽土壤含水量在采样后由烘干法测定 ∀
tt 第 t期 贺康宁等 }黄土半干旱区集水造林条件下林木生长适宜的土壤水分环境
有关线性和非线性回归统计计算 o采用了目前常用的 ≥°≥≥统计分析软件 ∀
u 结果与分析
就林木生理指标与土壤含水量的关系k重量含水量 o h l o本研究主要选择了如下内容 }
净光合速率k Π± }Λ°²¯#°pu¶p tl与土壤含水量 ~蒸腾速率k Τµ} °°²¯#°pu¶p tl与土壤含水量 ~叶片水
分利用效率k ΩΥŏ}Λ°²¯ ≤’u#°°²¯ ‹u ’ p tl与土壤含水量 ~羧化效率k≤∞}°²¯#°pu¶ptl与土壤含水量 ~气
孔导度k Χ¶ }¦°#¶ptl或气孔阻力k Ρ¶ }¶#¦°ptl与土壤含水量 ~光合速率与叶片气孔导度 ~蒸腾速率与叶
片气孔阻力 ∀
叶片水分利用效率k ΩΥŏl指单位水量通过叶片蒸腾散失时光合作用所同化的 ≤’u 量 o为光合速
率与蒸腾速率的比值k Π±ΠΤµl o是水分利用效率的理论值k刘昌明等 ot|||l ~羧化效率采用光合速率与胞
间 ≤’u 浓度的比值k Π±ΠΧ¬l来衡量 o其大小表明叶肉因素对 Π± 的影响程度 k邹琪 ot||wl ~气孔状况指标
分别采用气孔阻力k一定温度下单位水蒸汽量通过单位叶面积由叶肉扩散到叶外空气中所需要的时间l
和气孔导度k气孔阻力的倒数表示l o气孔导度与 ≤’u 或水汽扩散通量呈线性关系 o使用起来比较方便 o
而气孔阻力与扩散通量呈双曲线关系 o数据处理不方便 ∀大量研究表明 o蒸腾作用及气孔导度都随水分
胁迫的发展而降低 o是 u个反映土壤水分亏缺的最敏感指标 ∀
通过 usss年 x !z !|月的集中实地观测 o得到刺槐 !侧柏和苹果生理指标与土壤水分的关系 o经统计
回归 o建立了其数学拟和模型 k见表 tl ∀
表 1 刺槐 !侧柏和苹果生理生长指标与土壤含水量关系的数学拟和模型
Ταβ . 1 Τηε στατιστιχσ µ οδελ οφ Σ ΩΧ ωιτη ϖεγεταλ πηψσιολογιχαλ παραµετερ
树种
≥³¨¦¬¨¶
生理因子
⁄¨ ³¨ ±§¨ ±·
¬±§¨ ³¨ ±§¨ ±·
模拟方程
·« °²§¨¯
相关系
数平方
• ¶´
自由度
§q©
Φ值
Φ
显著
水平
≥¬ª©q
Π± ∗ Η Π± € p tv1vvy n v1v{t {Ηp s1s|{ zΗu s1|sv vv txv1uv s1sss
Π±ΠΧ¬∗ Η Π±ΠΧ¬€ p s1syz v n s1stx zΗn s1sss xΗu s1{xs vv |v1wy s1sss
Τµ∗ Η Τµ€ p s1tzy | n s1uzv xΗn s1sw| uΗu p s1ssuΗv s1zzx vu vy1yw s1sss
刺槐 ΩΥŏ∗ Η ΩΥŏ€ p v1wtw { n t1s|yΗp s1sy| uΗu n s1sst wΗv s1{tu vu wy1t{ s1sss
²¦∏¶· Χ¶∗ Η Χ¶€ ¬¨³k p s1tsw z p {1vwv yΠΗl s1zwx vw ||1wx s1sss
Ρ¶∗ Η Ρ¶€ ¬¨³ks1tsw v n v1vwz |ΠΗl s1zwy vw ||1yy s1sss
Π± ∗ Χ¶ Π± € p y1xs| u n xx1vz| sΧ¶p vv1wxx Χ¶u s1{yy vv tsz1sw s1sss
Τµ∗ Ρ¶ Τµ€ tu1{x| { Ρ¶p s1|xz x s1{|y vw u|v1vu s1sss
Π± ∗ Η Π± € p y1twu w n t1z|u sΗp s1sxy |Ηu s1|u{ ws ux|1tu s1sss
Π±ΠΧ¬∗ Η Π±ΠΧ¬€ p s1sux v n s1ssy uΗn s1sss uΗu s1|sw ws t{z1vt s1sss
Τµ∗ Η Τµ€ t1u|t v p s1u{| xΗn s1syv xΗu p s1sst |Ηv s1|u{ v| tzu1ts s1sss
侧柏 ΩΥŏ∗ Η ΩΥŏ€ p y1y{t | n t1vyy {Ηp s1s|z zΗu n s1ssu tΗv s1{vx v| yx1zw s1sss
„µ¥²µ√¬·¤¨ Χ¶∗ Η Χ¶€ ¬¨³k p s1u|v p |1t{w vΠΗl s1|ws wt yv{1st s1sss
Ρ¶∗ Η Ρ¶€ ¬¨³ks1u|v { n |1tzx |ΠΗl s1|v| wt yu|1xs s1sss
Π± ∗ Χ¶ Π± € p v1tzx t n xs1yvy yΧ¶p yt1vts Χ¶u s1{v{ ws tsv1ws s1sss
Τµ∗ Ρ¶ Τµ€ ts1uxs v Ρ¶p s1|y| x s1{|z wt vx{1tt s1sss
Π± ∗ Η Π± € p tv1vzt n v1wyv yΗp s1tsz xΗu s1{|s w| usy1ww s1sss
Π±ΠΧ¬∗ Η Π±ΠΧ¬€ p s1svy y n s1ss| xΗn s1sss vΗu s1{ty w| ts{1v{ s1sss
Τµ∗ Η Τµ€ p w1tsw w n t1t{w |Ηn s1ssz {Ηu p s1sst {Ηv s1{{y w{ tuv1|y s1sss
苹果 ΩΥŏ∗ Η ΩΥŏ€ p t1x{u { n s1yw{ wΗp s1swu |Ηu n s1sss |Ηv s1z|w w{ yt1xt s1sss
„³³¯¨ Χ¶∗ Η Χ¶€ ¬¨³ks1syx z p y1|tw xΠΗl s1|ux xs yt{1| s1sss
Ρ¶∗ Η Ρ¶€ ¬¨³k p s1syx z n y1|tw xΠΗl s1|ux xs yt{1| s1sss
Π± ∗ Χ¶ Π± € p tz1zst n {{1zzx y Χ¶p yu1tx sΧ¶u s1zzv w| {v1ys s1sss
Τµ∗ Ρ¶ Τµ€ tx1yus v Ρ¶p t1xxu z s1z{s xs tzz1s s1sss
已有研究表明 o侧柏与刺槐的土壤水分补偿点分别为 p x1vz °¤和 p v1|t °¤左右 k李吉跃 o
ut 林 业 科 学 v|卷
刺槐 ²¦∏¶· ο观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~ ) 模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
侧柏 „µ¥²µ√¬·¤¨ ω观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~ 模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
苹果 „³³¯¨ π观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~ p p模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
图 t 刺槐 !侧柏和苹果净光合速率 !羧化效率及气孔导度与土壤水分的相互关系
ƒ¬ª1t ׫¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¶¥¨·º¨¨ ± ±¨ ·³«²·²¶¼±·«¨¶¬¶µ¤·¨o¦¤µ¥²¬¼¯¤·¬²± ©¨©¬¦¬¨±¦¼o¶·²°¤·¬¦
¦²±§∏¦·¬√¬·¼ ²©²¦∏¶·o„µ¥²µ√¬·¤¨ i „³³¯¨ º¬·«¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·
t||tl ~黄土高原主要树种凋萎湿度的研究结果中 o刺槐为 w1xu h o侧柏为 v1| h o苹果为 w1u{ h ∗ w1v{ h
k王斌瑞 ot|{{l o与本研究的结果基本一致 ∀
从以上分析并参照图 t结果 o可以确定 }
刺槐光合速率最大值相对应的土壤含水量相当于田间持水量的 {t1xz h o此时的气孔导度 Χ¶在随
土壤水分变化的明显转折点 s1xx ¦°# ¶pt附近 ~如光合速率维持最高水平的 zs h以上 o其相对应的土壤
含水量最低应在 ts1ux h k相当于 w{1{ h的田间持水量l以上 o此时的气孔导度 Χ¶恰好在由急变缓的
s1w ¦°#¶pt附近k图 t⁄l ∀
侧柏维持最大净光合速率的土壤含水量大约在田间持水量的 zx1z h左右 o比刺槐低 y h o此时的 Χ¶
在 s1wt ¦°#¶pt处 ~维持 zs h最大光合速率的土壤含水量应在 |1uz h以上k相当于 ww h的田间持水量l ∀
苹果最适光合作用相对应的土壤含水量相当于田间持水量 zy1zt h o比刺槐低 x h o此时的气孔导
度 Χ¶在 s1z ¦°#¶pt附近 ~维持最大光合速率 zs h以上水平相对应的最低土壤含水量为 |1zx h o相对应
的 Χ¶值位于随土壤含水量递增由急变缓的 s1xv ¦°#¶pt处 ∀
212 蒸腾作用与土壤水分的关系
集水措施改善了林木根系的吸水条件 o从而影响到水分由土壤经林木树体输送到叶片的速率 o使叶
片组织受水分胁迫的概率减小 o这一过程的效果可以从叶片的气孔阻力表现出来 ∀图 u表明 o由于土壤
水分条件对刺槐气孔阻力的影响而最终影响到蒸腾速率 o表现出土壤含水量越高 o叶片在一天中整体的
气孔阻力越低 ~蒸腾速率随气孔阻力降低而递增 ∀但同一时间的土壤水分对叶片气孔阻力的影响不及
太阳辐射强度因子 ∀图 u≤为正午与早晚的 Τµ2 Ρ¶曲线 o每条拟和曲线的数据中包含 w种土壤水分条件
vt 第 t期 贺康宁等 }黄土半干旱区集水造林条件下林木生长适宜的土壤水分环境
下测定的结果 o说明太阳辐射强度对 Τµ2 Ρ¶关系的影响程度大于土壤水分 ∀这是因为气孔阻力的大小
除受制于叶组织结构外 o主要受气候因子的调节而不是土壤水分的供应能力k康绍忠等 ot||wl ∀
图 u 不同土壤水分条件下刺槐的蒸腾速率和气孔导度kt||{ p sy p u{l
ƒ¬ªqu ׫¨ ×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨ ¤±§¶·²°¤·¬¦¦²±§∏¦·¬√¬·¼ ²©²¦∏¶·¬± §¬©©¨µ¨±·≥• ≤
图 v 刺槐林冠层不同光照条件下的蒸腾速率 !气孔导度日过程kt||{ p sy p uxl
ƒ¬ªqv ׫¨ §¤¬¯¼ ¦²∏µ¶¨ ²©·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨ ¤±§¶·²°¤·¬¦µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ²© ²¯¦∏¶·≤¤±²³¼¬± §¬©©¨µ¨±·¬¯¯∏°¬±¤±¦¨
图 v表明 o蒸腾速率与太阳辐射强度同步变化 o在林冠的不同部位由于透射的光照强度发生变化 o
气孔阻力也相应改变 o气孔阻力从下到上随光照强度增加而递增 ~在相同的土壤水分条件下 o蒸腾速率
随着气孔阻力的降低而增加k图 wl ∀水分蒸腾在植物体内产生的水势梯度控制着水分吸收和液流上升
的速度 o在炎热晴朗的天气条件下 o蒸腾作用几乎每天都会引起叶片的暂时水分亏缺 o特别是当土壤干
燥 !土壤水势降低使根系吸水滞后于蒸腾失水时 o就会发展成持久性的水分亏缺并导致植物萎蔫 ∀实际
上 o在干旱半干旱地区 o由于蒸腾引起的水分亏缺使植物生长受到伤害或引起枯死的现象要比任何其它
原因造成的多k王斌瑞等 ot||yl ∀若蒸腾作用被减少而又不影响光合作用 o则植物的水分利用效率就会
显著提高 o由干旱造成的伤害也会大为减少 ∀
不同土壤水分梯度的林木蒸腾速率观测结果k图 w o表 tl表明 }蒸腾速率随土壤含水量变化的总趋
势 o可以用三次四项式描述为 }ψ € αξv n βξu n χξ n δ ∀式中 }ψ为蒸腾量 ~ξ为土壤含水量 ~αoβ oχ oδ为
拟合参数 ∀Τµ随 Η的变率为 }§ψΠ§ξ € vαξu n uβξ n χ∀
令 §ψΠ§ξ € s o可求出 Τµ最高时所对应的土壤含水量 o即蒸腾速率 Τµ峰值处的土壤含水量的临界
值 o侧柏为 t|1z h k田间持水量 |v1{ h l o刺槐和苹果分别为 t{1{u h k田间持水量 {|1y h l和 ty1vv h k田
间持水量 zz1{ h l ∀
从 Ρ¶与 Τµ的关系上看k图 w≤l o随 Ρ¶的增加 oΤµ呈幂指数递减 ∀但在不同的土壤含水量范围内 o
Ρ¶对 Τµ的影响程度不同k图 w…l ∀整体上看 o当 Ρ¶值在 u ∗ v ¶#¦°pt以下 o土壤含水量在 ts h以上时 o
wt 林 业 科 学 v|卷
蒸腾速率可保持在较高的水平上 ∀
刺槐 ²¦∏¶· ο观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~ ) 模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
侧柏 „µ¥²µ√¬·¤¨ ω观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~ 模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
苹果 „³³¯¨ π观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~ p p模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
图 w 刺槐 !侧柏和苹果蒸腾速率 !气孔阻力与土壤含水量间的相互关系
ƒ¬ªqw ׫¨ ¤¨¦«µ¨ ¤¯·¬²± ¥¨·º¨¨ ±·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨o¶·²°¤·¬¦µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ²©²¦∏¶·o„µ¥²µ√¬·¤¨ i „³³¯¨ º¬·«¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·
213 叶片水分利用效率与土壤水分的关系
叶片水分利用效率取决于 Π±与 Τµ的比值 o是干旱气候环境下确定栽培植物的种类 !种植方式和
评价其水分生产力的重要指标 ∀在干旱环境条件下 o植物水分利用效率的大小决定了植物节水能力和
水分生产力水平 ∀叶片水分利用效率与土壤水分关系的研究是确定作物不同生育期田间水分管理指标
和措施的重要依据 ∀很多研究认为 oΩΥŏ并非在水分充足时最高 o而在适度的水分胁迫范围内 o由于
光合速率 Π± 随 Χ¶的适度减小而下降的速度滞后于蒸腾速率 Τµ的下降速度 o即由于蒸腾作用对水分
胁迫的响应比光合作用敏感 o蒸腾作用超前于光合作用下降 o使 ΩΥŏ有所提高 o并且作物在适度水分
亏缺时仍可获得较高的产量k山仑等 ot||t ~徐世昌等 ot||xl ∀
根据上述研究结果 o三树种的叶片水分利用效率 ΩΥŏ随土壤含水量 ≥• ≤的变化呈三次四项式的
关系 o具体变化过程近似横 ≥形k图 xl ∀结果表明 }在充分供水的条件下 o土壤含水量 tx h ∗ ux h范围
内 o三个树种的 ΩΥŏ均出现低谷区 ∀
刺槐 ΩΥŏ的第一峰值区出现在土壤含水量 { h ∗ tw h左右范围 o即田间持水量 v{ h ∗ yz h o呈一
定阈值变化 o根据数学拟和式计算 o与峰值对应的土壤含水量为 tv1uv h o相当于田间持水量 yv h ∀
苹果峰值区对应土壤含水量为 ts h ∗ tx h范围 o ΩΥŏ峰值对应的土壤含水量为 tu1v{ h k田间持
水量 x| h l ∀
侧柏峰值区对应土壤含水量为 { h ∗ tu h范围 o相当于田间持水量 v{ h ∗ xz h oΩΥŏ峰值处于土
壤含水量 ts1yy h k田间持水量的 xt h l处 ∀
v 结论
综合上述光合速率 !羧化效率 !水分利用效率与土壤含水量关系的研究分析 o可以基本确定出半干
旱区集水造林适宜刺槐 !侧柏和苹果生长的林地土壤水分调控标准 ∀
刺槐净光合速率最高时的土壤含水量为 tz1tv h o维持最高光合速率 zs h以上的土壤含水量最低
应在 ts1ux h以上 ~维持叶片水分利用效率的最佳土壤含水量为 tv1uv h ~羧化效率最高时的土壤含水
量临界值为 tx1z h ~土壤水合补偿点为 w1xx h ∀
侧柏光合速率最高时的土壤含水量为 tx1| h o维持 zs h最大光合速率的土壤含水量应在 |1uz h以
上 ~叶片水分利用效率最高时的土壤含水量为 ts1yy h ~土壤水合补偿点为 v1|t h ∀
xt 第 t期 贺康宁等 }黄土半干旱区集水造林条件下林木生长适宜的土壤水分环境
图 x 刺槐 !侧柏和苹果叶片水分利用效率
与土壤含水量的关系
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刺槐 ²¦∏¶· ο观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~
) 模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
侧柏 „µ¥²µ√¬·¤¨ ω观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~
模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
苹果 „³³¯¨ π观测值  ¤¨¶∏µ¨§§¤·¤~
p p模拟值 ²§¨¯¨ § ¬¯±¨
苹果净光合速率最高的土壤含水量为 ty1tt h o维持最
大光合速率 zs h 以上水平相对应的最低土壤含水量为
|1zx h ~维持最高叶片水分利用效率的土壤含水量为
tu1v{ h ~羧化效率最高时的土壤含水量为 tx1u h ~土壤水
合补偿点 w1w| h ∀
上述三个树种蒸腾速率所适宜的土壤含水量均在
tx h 以上 o侧柏为 t|1zs h o刺槐为 t{1{u h o苹果为
ty1vv h ∀
根据集水造林的基本构思 o干旱半干旱地区防护林的
营造和经济林管理是建立在有效提高水分利用效率的基础
之上 o充分供水以达到最高产量不是径流林业的发展目标 o
更何况最高产量的获取必然伴随着牺牲水分利用效率的高
昂代价 ∀所以 o维持高效蒸腾速率的土壤水分不是径流林
业所期待的结果 ∀
因此 o选取维持较高光合速率所需土壤含水量的低限
值 o即刺槐 ts1ux h !苹果 |1zx h !侧柏 |1uz h o选取维持最
高叶片水分利用效率的土壤含水量临界值 o即刺槐
tv1uv h !苹果 tu1v{ h和侧柏 ts1yy h o作为集水造林林木
生长适宜土壤水分环境的土壤含水量低限和高限值 ∀这一
指标可概化为刺槐 ts h ∗ tv h o苹果 ts h ∗ tu1x h o侧柏
|1x h ∗ tt h ∀
参 考 文 献
郭 柯 o董学军 o赵雨星等 q植物剪枝蒸腾速率变化规律的初步研究 q植物学报 ot||y ov{k{l }yyt ∗ yyx
康绍忠 o刘晓明 o王振镒 q冬小麦叶水势 !气孔阻力 !蒸腾速率与环境因子的关系 q灌溉排水 ot||t otskvl }t ∗ x
刘奉觉 o郑世锴编著 q杨树水分生理研究 q北京 }北京农业大学出版社 ot||t }vx ∗ ws
刘奉觉 o郑世锴 o巨关升等 q林木蒸腾耗水测算方法的比较研究 q林业科学 ot||z ovvkul }ttz ∗ tuy
刘奉觉 q使用稳态气孔计的几个技术问题 q林业科技通讯 ot|{{kul }vt ∗ vu
刘昌明 o王会肖著 q土壤 p作物 p大气界面水分过程与节水调控 q北京 }科学出版社 ot||| }vs ∗ vz
邹 琦 q植物光合作用的气孔与非气孔限制 q见 }邹琦等主编 q作物抗旱生理生态研究 o北京 }中国农业科学技术出版社 ot||w }txx ∗ tyv
李吉跃 q太行山主要造林树种耐旱特性的研究k ∏l ) 耐旱生产力 q北京林业大学学报 ot||tk增刊 ul }uxt ∗ uyw
王斌瑞 q晋西黄土高原主要树种凋萎湿度的研究 q北京林业大学学报 ot|{{ ots kwl }tz ∗ uv
康绍忠 o刘晓明 o熊运章著 q土壤 p植物 p大气连续体水分传输理论及其应用 q北京 }水利电力出版社 qt||w }tuu ∗ twz
王斌瑞 o王百田 q黄土高原径流林业 q北京 }中国林业出版社 ot||y }tz ∗ vt
山 仑 o徐 萌 q节水农业及其生理生态基础 q应用生态学报 ot||t ouktl }zs ∗ zy
徐世昌 q水分胁迫对玉米光合性能及产量的影响 q作物学报 ot||x oukvl }vxw ∗ vyv
yt 林 业 科 学 v|卷