全 文 ：第 ws卷 第 y期
u s s w年 tt 月
林 业 科 学
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∂²¯1ws o‘²1y
‘²√ qou s s w
栓皮栎水源林林木耗水尺度扩展方法研究
王华田 邢黎峰
k山东农业大学林学院 泰安 uztst{l
马履一
k北京林业大学资源与环境学院 北京 tsss{vl
孙鹏森
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
关键词 } 栓皮栎 o水源保护林 o林木耗水量 o尺度扩展 o •¬¦«¤µ§¶模型 o林地水量平衡
中图分类号 }≥ztx1w 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsy p stzs p sy
收稿日期 }ussv p s{ p s{ ∀
基金项目 }国家自然科学基金项目/ vsvzttwz oussv0 !山东农业大学博士后基金/华北地区主要造林树种耗水特性和耗水调控机制研究0以
及教育部博士点学科专项基金/北京市水源保护林区低耗水树种选择与林分结构配置的研究0kusss p ussul资助 ∀
3 马履一为通讯作者 ∀
Στυδψ ον ΣχαλινγpΥπ Μετηοδ φορ Στανδ Ωατερ Χονσυµ πτιον οφ
Θυερχυσϖαριαβιλισ Ωατερ Χονσερϖατιον Φορεστ
• ¤±ª ‹∏¤·¬¤± ÷¬±ª¬©¨ ±ª ¤|¼¬
k Φορεστρψ Χολλεγε οφ Σηανδονγ Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ταιχανuztst{l k Χολλεγε οφ Ρεσουρχεσ ανδ Ενϖιρονµεντo Βειϕνγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγtsss{vl
≥∏± °¨ ±ª¶¨±
k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ Εχολογψo Ενϖιρονµεντ ανδ Προτεχτιον o ΧΑΦ Βειϕινγtsss|tl
Αβστραχτ} ≥¬±ª¯ 2¨·µ¨ 𨶶¤³º²²§¶¦¤·¨µ¬±ª¶·¼¯¨¤±§§¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶¨¶π §¬∏µ±¤¯ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±µ«¼·«° º¨ µ¨ ¶·∏§¬¨§¬± ¤w{
¼¨ ¤µ¶²¯§ Θυερχυσϖαριαβιλισ¶·¤±§¤··«¨ ¤¨¶·«¬¯¯ ¶¯²³¨ o¯ ²¦¤·¨§¬±·«¨ ƒ²µ¨¶·• ¶¨¨¤µ¦«≥·¤·¬²±²©…¨ ¬­¬±ªƒ²µ¨¶·µ¼ ˜±¬√¨ µ¶¬·¼¬±·«¨
º¤·¨µ¦²±¶¨µ√¤·¬²± ¤µ¨¤¬± …¨ ¬­¬±ªkv|βxwχ‘ottyβu{χ∞l q• ¶¨∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤·µ¨ ¤¯·¬²± ¥¨·º¨ ±¨·µ¨ 𨶶¤³º²²§¤µ¨¤¤±§§¬¤°¨ ·¨µ
¤·¥µ¨¤¶·«¨¬ª«·k⁄…‹l º¤¶¶¬ª±¬©¬¦¤±·q≥¬±ª¯ 2¨·µ¨ 𨶧¤¬¯¼ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ¤¶¦¨±§¨§¤¶⁄…‹ ¤±§¶¤³º²²§¤µ¨¤¬±¦µ¨¤¶¨§o
¤±§µ¨ ¤¯·¨§¶¬ª±¬©¬¦¤±·¯¼q ⁄¤¬¯¼ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²© §¬©©¨µ¨±·§¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶¬± ≥¨ ³·¨°¥¨µ¤¶¦¨±§¨§¶·¨¨ ³¯¼ ©µ²° ·«¨ ¤¨µ¯¼
°²µ±¬±ª¤±§ª²··«¨ ³¨¤®¤µ²∏±§tt }ss ³°o¤±§·«¨ ± §¨¶¦¨±§¨§·¬¯¯ t{ }ss º«¨ ±¬·ª²··«¨ √¤¯¯¨ ¼ ¶¯²º¯ ¼q׫µ¨ p¨§¬°¨ ±¶¬²± °²§¨¯
²©§¤¬¯¼p¤¦¦∏°∏¯¤·¨§º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± º¤¶¤¦´∏¬µ¨§¥¼ ¶¦¤¯¬±ªp∏³ °¨ ·«²§©µ²°·«¨ ·¼³¬¦¤¯ •¬¦«¤µ§¶°²§¨¯ ¤±§¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦
³¤µ¤°¨ ·¨µ¶²©§¤¬¯¼¶·¤±§º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±¦²∏µ¶¨ º¨ µ¨ ¦¤¯¦∏¯¤·¨§©µ²° °²§∏¯¤·¨§•¬¦«¤µ§¶¨´ ∏¤·¬²± §¨µ¬√¤·¬√¨ }
Ωδιτϕ € kp z1twz n t1tzwδιl≈t p kp v sux1|vz n δu1tzxι l k¨ps1sttτϕl 
tΠktp δs1uwuι lk Ρ € s1|{x {l q
Κεψ ωορδσ} Θυερχυσϖαριαβιλισo • ¤·¨µ¦²±¶¨µ√¤·¬²±©²µ¨¶·o≥·¤±§k×µ¨ ¶¨l º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±o≥¦¤¯¬±ªp∏³o •¬¦«¤µ§¶°²§¨¯o
• ²²§¯¤±§º¤·¨µ¥¤¯¤±¦¨
北京是一个严重缺水的城市 o年均可供利用的水资源总量为 wss亿 ∗ wus亿 °v o人均 vxs °v o为世界平
均水平的 tΠv o为全国的 tΠz ∀水资源短缺已经成为制约北京城市发展和社会事业进步的主要因子 ∀北京市
辖区内现有各类林业用地约 |s 万 «°u o其中以水源保护林为主的有林地 wy 万 «°u o主要树种为栎类
kΘυρχυσl !油松k Πινυσ ταβυλαεφορµισl !刺槐k Ροβινια πσευδοαχαχιαl !山杨k Ποπυλυσ δαϖιδιαναl !侧柏k Πλατψχλαδυσ
οριενταλισl等 o对涵养和保护北京市水资源发挥着巨大作用 ∀袁嘉祖kt|||l利用线性规划方法 o按照国民经济
发展对水资源合理分配提出的要求和北京市水源保护林发展战略 o根据现有森林耗水强度估算 o提出北京市
水资源能够承载的森林覆被率为 uw1ty h kws万 v yss «°ul o这显然不能满足北京市生态城市建设和绿色奥
运的要求 ∀如何准确计算和评价林木个体与群体的耗水量 o进而选择低耗水树种和科学配置林分结构 o对于
编制水源保护林发展规划和营建技术方案无疑是十分重要和亟待解决的问题 ∀
传统的林木个体与群体耗水计算方法普遍存在着精度偏低和描述能力不足的问题k王华田 oussul ∀
¤µ¶«¤¯¯kt|x{l !≥º¤±¶²±kt||wl和 ∞§º¤µ§¶等kt||yl在 ‹∏¥¨µkt|vxl工作的基础上 o成功地研制出第一代完整
的树木边材液流检测系统 ∀ Šµ¤±¬¨µkt|{zl根据双热电偶检测热耗散原理开发出热扩散式液流探针k·«¨µ°¤¯
§¬¶¶¬³¤·¬²±¶¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼ ³µ²¥¨ o×⁄°l o实现了连续或任意时间间隔树木边材液流速率的测定 o能够动态地掌
握整株树木的蒸腾耗水规律 o并揭示其生态 !生理作用机制k • ∏¯ ¶¯¦«¯ ª¨¨µετ αλqot||{l ∀依据热平衡原理测
定树木整株耗水特性 o其变量只有检测部位的树干边材横断面积kŠµ¤±¬¨µot|{zl ∀据此 o可以根据林分群体
边材分布规律 o完成林分群体蒸腾耗水的尺度转换 ∀¤§¨©²ª¨§kt|yvl !≤ µ¨°¤®等kt|{zl !• µ¨®kt|{{l !‹¤·²±
等kt||sl !∂ µ¨·¨¶¶¼等 kt||zl分别以冠幅 !树干基部横断面积和林冠投影面积为基准变量 o进行单木耗水的尺
度扩展研究 o结果都不甚理想 ∀ ∂ µ¨·¨¶¶¼等kt||xl和 ‹¤·²±等kt||xl研究发现 o叶面积是实现单木到林分耗
水尺度转换最为可信的变量 o认为木质部输导组织断面积 !叶面积 !胸径和基于生态地域理论的单木占地面
积都是比较理想的空间推导纯量 o其中树干胸径因为宜于测定 o并且与比叶面积 !边材面积等相关性强 o是实
现林木耗水尺度扩展的理想变量k孙鹏森等 oussul ∀
邢黎峰等kt||{l通过对树木多种生长过程的研究 o认为用 •¬¦«¤µ§¶生长方程描述胸径 !树高 !材积等方
面的生长特征 o具有可塑性强 !弹性大 !描述准确 !方程生物学意义完整等优点 ∀树木单株累计日耗水过程为
一典型的 ≥曲线tl o符合生物生长过程的一般特征 o利用生长方程描述这一过程 o通常可以取得满意的结果 ∀
tl王华田 q北京市水源保护林区主要树种耗水特性研究 q北京林业大学博士学位论文 oussu
1 试验地点概况
试验地位于北京林业大学鹫峰教学实习林场kv|βxwχ‘ottyβu{χ∞l ∀气候属于暖温带半湿润半干旱季风
气候 o年均温 z ∗ ts ε o年降水量 yv{1{ °° o蒸发量 t {ss ∗ u sss °°∀土壤有褐土型耕作土 !淋溶褐土 !棕壤
等类型 ∀森林类型均属于防护林和风景林 ∀自然植被属于典型温带落叶林带的山地栎林和油松林带 ∀人工
植被低山主要为侧柏林 !刺槐林 o中山地带为油松林 !栎林和五角枫kΑχερ µονοl与栓皮栎k Θυρχυσϖαριαβιλισl混
交林 o高山地带有小片落叶松kΛαριξ πρινχιπισpρυππρεχητιιl林 ∀
试验地设在燕子岭栓皮栎人工林内 o海拔 w{s ° o坡度 t{β o梯田整地 o淋溶褐土 o土层厚度 ys ¦°o枯落层
v ∗ tx ¦°∀栓皮栎 w{年生 o平均胸径 t|1z ¦°o平均树高 tv1x °∀
2 试验材料与方法
在 us ° ≅ vs °标准地上进行每木检尺 o测量胸径k ∆t1vl !树高 !冠幅k∞• ≅ ‘≥l !枝下高等 o计算林分平均
木和径阶平均木的胸径和树高 o并在标准地内标出 o用于测定径阶单木整株耗水量 ∀用生长锥法调查林内立
木不同树干方位边材分布规律 o同时选择与标准木生长状况相近的立木 o伐倒后按照标准尺寸截取圆盘 o查
数年轮 o测定边材和心材年轮数和年轮宽度 o计算边材面积和心材面积 o用于对生长锥调查结果的校正 ∀
利用 ×⁄°探针于 |月份连续测定栓皮栎人工林各径阶标准木树干边材液流速率 o根据边材面积计算单
木边材液流通量 ∀利用微型自动气象站组成的测定系统连续测定林分大气和土壤常规环境因子 ∀边材液流
速率 !单木液流通量 !单木整株耗水量 !气象因子和土壤因子的测定和计算方法见王华田等kussul ∀
3 结果与分析
v1t 林分单木直径与边材面积的相关性 表 t是栓皮栎人工林调查结果 o相关分析结果表明 o各径阶测定
样木胸径与边材面积相关显著k Ρ € s1|txl o但胸径与边材宽度 !树冠面积与边材宽度 !树冠面积与边材面积
之间相关性不显著 ∀
v1u 单木耗水量沿直径变化规律 从图 t可以看出 o栓皮栎边材液流速率和液流通量随着胸径的增大逐渐
增大 o不同直径日周期内树干边材液流进程表现出相似的规律 o边材液流从 { }ss ) | }ss开始大幅度上升 o
tt }ss达到最大值 o然后逐渐下降 ot{ }ss以后进入夜间液流缓慢传输阶段 ∀
图 u是不同直径栓皮栎单木日周期内各时段耗水量 o从中可以看出 o不同直径单木耗水的时间变化特征
十分明显 ∀边材液流的启动时间随直径增大而提前 o上升速率随直径增大而增大 ∀直径 uw1s ¦°的单株 o树
干边材从凌晨 w }ss即有明显的液流传输 o{ }ss突然增大 ot{ }ss以后液流传输进入低谷 ~直径 uu1{ ¦°的单
株 o边材液流从 { }ss开始上移 o| }ss开始大幅度上升 otz }ss停止 ~直径 t|1v ¦°和 t{1y ¦°的单株 o液流开始
传输和停止的时间相同 o均为 { }ss和 t{ }ss ot{ }ss以后进入缓慢的夜间液流传输阶段 ~直径 ty1v ¦°单株液
tzt 第 y期 王华田等 }栓皮栎水源林林木耗水尺度扩展方法研究
表 1 栓皮栎标准地径阶标准木生长状况 ≠
Ταβ .1 Γροωτη οφ αϖεραγε τρεεσιν διαµετερ−χλασσεσιν Θ . ϖαριαβιλισ πλοτ
径阶 ⁄¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶Π¦° uw1s uu1s us1s t{1s ty1s
树高 ‹ ¬¨ª«·Π° tu1s tt1x tu1x tt1s ts1s
径阶平均胸径 m∆t1vΠ¦° uv1x uu1z us1z tz1w ty1{
标准木胸径 ∆t1vΠ¦° uw1s uu1{ t|1v t{1y ty1v
枝下高 ×µ∏±® «¨¬ª«·Π° u1{ w1u w1t x1x v1z
冠幅
≤¤±²³¼ º¬§·«Π°
∞ w1s v1u u1x u1x w1s
≥ v1z v1w u1v v1x u1{
• u1v u1t u1w u1{ t1|
‘ v1u u1z v1v v1w v1s
树冠面积 ≤¤±²³¼ ¤µ¨¤Π°u vw1u ux1x ut1y u|1u uy1|
树皮厚 …¤µ® ¤¯¼¨ µΠ¦° t1x t1x t1u t1u t1u
边材宽 ≥¤³º²²§º¬§·«Π¦° v1| v1z v1z v1x u1{
心材宽 ‹ ¤¨µ·º²²§º¬§·«Π¦° y1x x1u w1z w1y x1{
边材面积 ≥¤³º²²§¤µ¨¤Π¦°u usz1s tyv1{ txu1u tvt1y tuy1y
≠ m∆t1v µ¨©¨µ¶·² §¬¤° ·¨¨µp¦¯¤¶¶ ° ¤¨± §¬¤°¨ ·¨µ¤·¥µ¨¤¶·«¨¬ª«·¬± ³¯²·~ ∆t1v µ¨©¨µ¶·²
¶¤°³¯¨·µ¨¨§¬¤° ·¨¨µ¤·¥µ¨¤¶·«¨¬ª«·²©§¬¤°¨ ·¨µ2¦¯¤¶¶q
流开始传输的时间为 | }ss o在 x个径
阶中启动最晚 o上升的幅度也最小 ∀
对栓皮栎胸径或树干横断面积与
单株耗水量关系进行线性回归分析
k表 ul o结果发现 o胸径 !边材面积和
胸高横断面积与单木日累计耗水量 !
日平均边材液流速率和日周期最大耗
水量之间存在极显著的相关性 o各变
量之间的线性回归方程经过检验均达
到极显著水平 ∀其中特别有利用价值
的是胸径和单木日耗水量的线性回归
模型 o根据这一简易线性模型 o利用林
分径阶分布规律可以直接在群体水平
上对林分蒸腾耗水进行估测 o实现由
单木水平到群体水平耗水的尺度扩
展 ∀
图 t 栓皮栎不同径阶树干边材液流速率和液流通量密度的日变化
ƒ¬ªqt ⁄¬∏µ±¤¯ ©¯∏·∏¤·¬²± ²©¶¤³©¯²º √¨¯²¦¬·¼ ¤±§¶¤³©¯²º §¨±¶¬·¼¬± §¬©©¨µ¨±·§¬¤° ·¨¨µ¦¯¤¶¶¨¶²© Θqϖαριαβιλισ¬± ≥ ³¨qtx·«
图 u 栓皮栎不同径阶日耗水量变化进程
ƒ¬ªqu ⁄¤¬¯¼ ¶¬±ª¯ p¨·µ¨¨³µ²ªµ¨¶¶¬√¨ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±¬± §¬©©¨µ¨±·§¬¤° ·¨¨µ¦¯¤¶¶¨¶²© Θqϖαριαβιλισ¬± ≥ ³¨qtx·«
uzt 林 业 科 学 ws卷
表 2 栓皮栎胸径与单株耗水量的关系 ≠
Ταβ .2 Ρελατιον βετωεεν διαµετερ ατ βρεαστ ηειγητ ανδ σινγλε2τρεε δαιλψ ωατερ χονσυµ πτιον οφ Θ . ϖαριαβιλισ
自变量
Œ±§¨ ³¨ ±§¨±·
因变量
⁄¨ ³¨ ±§¨ ±·
线性回归参数 • ª¨µ¨¶¶¬²± ³¤µ¤°¨ ·¨µ
Βs Βt
回归显著性
• ª¨µ¨¶¶¬²± ¶¬ª±¬©¬¦¤±¦¨ k Φl
相关系数
≤²µµ¨ ¤¯·¬²± ¦²¨©©¬¦¬¨±·k Ρl
胸径
⁄…‹Π¦°
ςΠ¦° p v1wus∞p u u1wxz∞p w s1ssu s1|{z 3 3 3
ΩτϕΠ®ª p yz1zs{ w1vy| s1ssw s1|zz 3 3 3
Ω°¤¬Π®ª p ts1su{ s1yxw s1sss s1||| 3 3 3
边材面积
≥¤³º²²§¤µ¨¤Π¦°u
ςΠ¦° p u1uus∞p v u1vy|∞p x s1stu s1|xv 3 3
ΩτϕΠ®ª p wts1zuz s1wwy s1sst s1||v 3 3 3
Ω°¤¬Π®ª p y1ysz s1syu s1sty s1|ww 3 3
胸高横断面积
≤µ²¶¶¶¨¦·¬²± ¤µ¨¤¤·
¥µ¨¤¶·«¨¬ª«·Π¦°u
ςΠ¦° p ts1xvs∞p w z1yxu∞p y s1ssv s1|{t 3 3 3
ΩτϕΠ®ª p uw1sxw s1tv{ s1ssv s1|{s 3 3 3
Ω°¤¬Π®ª p v1w{t u1swv∞p u s1sss s1||y 3 3 3
≠ ς}日平均液流速率  ¤¨± §¤¬¯¼¶¤³©¯²º √¨¯²¦¬·¼~Ωτϕ }单株日累计耗水量 ⁄¤¬¯¼¶¬±ª¯ p¨·µ¨¨³µ²ªµ¨¶¶¬√¨º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±~Ω°¤¬ }单株日周期最大耗
水量 ≥¬±ª¯ p¨·µ¨¨ °¤¬¬°∏° º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±¬± ¤§¤¼q回归分析自由度为 twv o3 3 表示 t h 可靠性 o3 3 3 表示 s1t h 可靠性 ∀ • ª¨µ¨¶¶¬²± ©µ¨ §¨²°
§¨ªµ¨¨¬¶twv q 3 3 µ¨©¨µ¶·²t h ¦²±©¬§¨±¦¨ ³µ²¥¤¥¬¯¬·¼~ 3 3 3 µ¨©¨µ¶·²s1t h ¦²±©¬§¨±¦¨ ³µ²¥¤¥¬¯¬·¼q
v1v 单木耗水三维模型的建立与林分群体耗水量求算 树木边材液流研究的最终目的是研究树木的蒸腾
耗水性 o评价和比较不同树种 !不同立地条件下 !不同林分结构和林分不同生长发育阶段的蒸腾耗水量 o并据
此指导水源保护林造林树种选择和林分结构的合理配置 ∀要实现这一目标必须解决耗水尺度的扩展问题 ∀
图 v是根据各径阶日周期不同时段耗水量累加值绘制的栓皮栎日周期累计耗水动态曲线 ∀从其变化趋
势看 o栓皮栎的累计耗水过程具有典型的生物生长曲线特征 ∀据此确定选用 •¬¦«¤µ§¶模型为基本模型 o选用
径阶和时间为自变量 o对栓皮栎日周期耗水量作三维尺度展开 o建立单木日周期耗水模型 ∀ •¬¦«¤µ§¶生长方
程的一般表达形式为 }
Ψ € βskt p βt p¨ βu ξltΠktp βvl ktl
式中 }Ψ为时间 τ时刻生物累计生长量 ~βs 是累积生长的饱和值 o是生物学过程时间序列的最终稳定值 o即生
物学上限值 ~βt 是生长初始值参数 o决定着生长初始值的大小 ~βu 是生长速率参数 ~βv 是异速生长参数 o它
决定着 ≥曲线的形状 ∀
图 v 栓皮栎不同径阶单株累计耗水量日变化
ƒ¬ªqv ⁄¤¬¯¼ ¶¤°³¯¨·µ¨¨³µ²ªµ¨¶¶¬√¨º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±
¬± §¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶¨¶²© Θqϖαριαβιλισ¬± ≥ ³¨qtx·«
图 w 栓皮栎人工林 •¬¦«¤µ§¶径阶耗水量模型
的空间曲面特征
ƒ¬ªqw vp⁄¦∏µ√¨²© •¬¦«¤µ§¶°²§¨¯²©§¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶º¤·¨µ
¦²±¶∏°³·¬²± ²© Θqϖαριαβιλισ¶·¤±§
树木整株耗水量的时间累积过程具有生物学生长方程的一般特征 o利用 •¬¦«¤µ§¶生长模型描述林分内
各径阶单木耗水量的时间分布过程可以得到理想结果 ∀图 w是对图 v中栓皮栎人工林单木累计耗水量沿径
阶变化的展开形式 o相应的曲面特征方程为 }
vzt 第 y期 王华田等 }栓皮栎水源林林木耗水尺度扩展方法研究
Ωδιτϕ € kp z1twz n t1tzw
διl≈t p kp v sux1|vz n δu1tzxι l p¨s1sttτϕ tΠktp δ
s1uwu
ι l kul
式中 }Ωδιτϕ为林分中胸径 δι 的栓皮栎单株在时间 τϕ时刻的累积耗水量 ~参数 βs € p z1twz n t1tzw
δι oβt €
p v sux1|vz n διu1tzx oβu € s1stt oβv € διs1uwu ∀采用参数回收算法同步求解方程参数 o相关系数 Ρ € s1|{x { ∀
将径阶范围内任一单株的胸径和相应的时间k°¬±l代入方程kul中 o即可得到该单株日周期内自早y }ss
至给定时间的累计耗水量 ∀对该方程求导 o并令二阶导数和三阶导数为 s o可以得到 u组特征值 ∀第 t组为
曲线的拐点 θ o即单木日周期耗水速率最大值及其出现时刻 ~第 u组是曲线上单木耗水速率由慢变快和由快
变慢的分界点 o它们位于曲线拐点的上 !下方 o其中位于拐点下方的是曲线上耗水速率由慢变快的凹点 πt o
位于拐点上方的是曲线上耗水速率由快变慢的凸点 πu ∀
方程拐点坐标 θkξ o ψl为 }
ξ € ±¯≈p βtrkt p βvl βu oψ € βs βv
t
tp βv kvl
耗水速率转换点 πtk ξt o ψtl和 πuk ξu o ψul的坐标为 }
ξ € ±¯ζβv oψ € βs t p
βt
ζ
t
tp βv kwl
其中 ζ € βtukt p βvlku n βv ? wβv n β
u
vl kxl
根据标准地调查结果 o利用耗水方程计算被测林分栓皮栎的径阶耗水量分布 o结果为 }径阶 ty !t{ !us !
uu !uw ¦°k每公顷株数分别为 vv1v !yy1z !xs1s !vv1v !xs1s株l o径阶日耗水量分别为 vys1x{ !zwt1vw !{{t1zs !
t stx1yv !t {tx1zz ®ªo每公顷混交林中栓皮栎日耗水总量 w {tx1su ®ªk表 vl ∀
表 3 9 月 15 日栓皮栎人工林各径阶日耗水量 ≠
Ταβ .3 ∆αιλψ διαµετερ−χλασσ ωατερ χονσυµ πτιον οφ Θ . ϖαριαβιλισστανδ ιν Σεπ .15 τη
径阶 ⁄¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶Π¦° ty t{ us uu uw
m∆t1vΠ¦° ty1y t{1t us1s uu1y uv1x
ν vv1v yy1z xs1s vv1v xs1s
ΩτϕΠ®ª ts1{v tt1tt tz1yv vs1xs vy1v{
ΩδιτϕΠk®ª#«°
pul vys1x{ zwt1vw {{t1zs t stx1yv t {tx1zz
ΩΠk®ª#«°pul w {tx1su
≠ m∆t1v }径阶平均直径 „√¨ µ¤ª¨ §¬¤°¨ ·¨µ¬± §¬¤° ·¨¨µ¦¯¤¶¶~ ν }每公顷径阶株数 ×µ¨¨
±∏°¥¨µ³¨µ«¨¦·¤µ¨ ~ Ωτϕ }径阶平均木日耗水量 ⁄¤¬¯¼ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²©§¬¤° ·¨¨µ2¦¯¤¶¶
¤√ µ¨¤ª¨ ·µ¨¨~ Ωδιτϕ }每公顷径阶日耗水量 ⁄¤¬¯¼ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²± ²© §¬¤°¨ ·¨µ¦¯¤¶¶³¨µ
«¨¦·¤µ¨ ~ Ω }林地日耗水量 ≥·¤±§§¤¬¯¼ º¤·¨µ¦²±¶∏°³·¬²±q
4 问题讨论
对栓皮栎林分内不同径阶单株的
树干边材液流速率同时进行测定 o发
现树干直径与边材面积 !以及树干直
径或冠幅与边材液流速率 !单株耗水
量之间存在着显著的相关性 o与
∂ µ¨·¨¶¶¼kt||xl !孙鹏森等kussul !刘奉
觉等kt||zl的研究结果一致 o符合孙
鹏森等kussul提出的实现林木耗水尺
度扩展所需要的纯量要求 o具有易于
调查 !直观 !可操作性强等优点 o因而
选择胸高直径作为林木耗水尺度扩展的变量是可行的 ∀
林木耗水尺度扩展过程中存在 u个难点 }第 t个难点是如何实现由单木耗水量沿时间进程和径阶的扩
展 o其中变量的选择及其与单木耗水量的关系 !模型的选择和方程的求解是尺度扩展的核心 o其难度大于一
般林木生长模型和人工林经营模型k杜纪山等 ot||zl ∀单木日周期累计耗水量的研究发现 o其日周期变化
进程呈 ≥形 o具有典型的生物生长曲线特征k王华田等 oussu ~孙鹏森等 oussul o利用 •¬¦«¤µ§¶生长模型拟合
效果理想k邢黎峰等 ot||{l ∀树干直径 !边材面积和单株耗水量的相关分析结果也证明树干直径与边材面
积 !树干直径与单株耗水量之间有非常好的相关性 ∀为此确定采用树干胸径这一最常用的测树指标作为单
木 p群体耗水量尺度扩展变量 ∀对栓皮栎不同径阶单株耗水量日变化的测定结果进行尺度扩展 o所得到的
单木三维耗水模型拟合效果十分理想 ∀耗水尺度扩展中存在的第 u个难点是在对时间尺度和径阶尺度三维
扩展的基础上如何将主导环境因子加入到模型中 o即如何利用现实林分环境条件下林分群体耗水量测定结
果到任意环境条件下林分耗水量的尺度扩展问题 ∀由于影响林分蒸腾耗水的环境因子种类多 o作用机理复
杂 o且彼此之间交互作用变化不定 o尺度扩展中面临的问题庞大而复杂 o难以短时间得到解决 ∀
wzt 林 业 科 学 ws卷
通常情况下 o山地水源保护林林分水量平衡方程中的收入项仅为年度降水量 o而支出项主要为林冠蒸
腾 !林冠降水截流和林地地表蒸发 ∀对于特定树种的林分而言 o在一定气候条件下的林冠截流和地表蒸发与
降水量相关密切k温远光等 ot||yl ∀依据生长季节林地土壤水分状况适宜条件下山地半阴坡上位中层土 w{
年生栓皮栎林分群体耗水三维模型推算 oyss °°降水量林地水分环境容量的最大承载力k即林分理论生态
密度l为 t uwv株#«°pu ∀此时林地的水分环境容量与林分蒸散耗水量相同 o林地水分状况能够满足树木生
长的需要 o但没有多余径流产出 ~林分密度超过这一临界值 o树木生长由于得不到充足的水分供应而受到一
定程度的限制 ~林分密度小于这一临界值 o则在林木正常生长的前提下 o林地尚有多余径流产出k忽略土壤深
层下渗l o径流产出量随着林分密度的减小而增加 ∀
参 考 文 献
杜纪山 o唐守正 q林分断面积生长模型研究评述 q林业科学研究 ot||z otskyl }x|| p ysy
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 p tuy
马履一 o王华田 q油松 !侧柏深秋边材木质部液流变化规律的研究 q北京林业大学学报 oussu ouvkwl }uv p vz
孙鹏森 o马履一 q水源保护树种耗水特性研究与应用 q北京 }中国科技文献出版社 oussu
王华田 o马履一 q利用热扩散式边材液流探针k×⁄°l测定树木整株蒸腾耗水量的研究 q植物生态学报 oussu ouykyl }yyt p yyz
温远光 o刘世荣 q中国主要森林生态类型降水截留规律的数量分析 q见 }蒋有绪 q中国森林生态系统结构与功能规律研究 q北京 }中国林业出
版社 ot||y }uv p vw
邢黎峰 o孙明高 o王元军 q生物生长的 •¬¦«¤µ§¶模型 q生物数学学报 ot||{ ou{kwl }wys p wyw
袁嘉祖 qut世纪首都林业发展战略的思考 q见 }ut世纪的首都绿化 q北京 }中国林业出版社 ot|||
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xzt 第 y期 王华田等 }栓皮栎水源林林木耗水尺度扩展方法研究