六盘山北侧叠叠沟小流域三种典型植被的水分利用效率研究

摘要

为深入认识我国干旱缺水地区植被群落的水分利用特征及其与群落结构之间的关系，2010年5-10月份（生长季），在位于半干旱区的宁夏六盘山北侧的叠叠沟小流域，选择了华北落叶松人工林、沙棘人工林和天然草地等三种典型植被群落，在每种植被群落内各建立了1个固定样地，观测并估计了这三种典型植被群落内各垂直层次的生产力及其月变化特征。同时，通过林冠层截留、林冠树木蒸腾和林下草本蒸散（含土壤蒸发）的观测，计算了植被群落各层次的蒸散量，进而估算了群落(或林分）各层次的水分利用效率(WUE)及其月变化。本研究的结果不仅可以加深对干旱缺水地区典型森林植被的水分利用特征、群落结构与WUE相互关系等的认识，也可为该区森林植被构建与可持续经营提供可靠的理论基础。
　　 本研究的主要结果如下：
　　 (1)在整个生长季中，三种典型植被群落生产力的大小排序为：华北落叶松人工林＞沙棘人工林＞天然草地。具体来说，华北落叶松人工林生长季总生产力为11.76t·hm-2·a-1，其中乔木层生产力是最主要的分量，其值为8.84t·hm-2·a-1，占总量的75.2％；从月变化来看，群落总生产力以5、6、7三个月份较高，说明其波动主要受乔木层生物量变化的影响较大。沙棘人工林的总生产力为10.87t·hm-2·a-1，其中灌木层和草本层的生物量增量各约占总增量的50％;从月变化来看，其群落总产量以6、7、8三个月份较高。天然草地的总生产力为9.15t·hm-2·a-1，从月变化上来看，其生产力在生长季前、中期逐月升高，至8月份生物产量达到最大值为3.45t·hm-2，9月份之后逐渐降低为零。以上事实说明，三种典型植被的生产力组成及月变化特征体现了其群落结构组成与植物种生长节律之间的差异。
　　 (2)在整个生长季中，三种典型植被群落（或林分）的蒸散量按照大小排序为：沙棘人工林＞华北落叶松人工林＞天然草地。具体来说，华北落叶松人工林总蒸散量为433.9mm，其中林冠层与草本层的蒸散量分别为占总量的50.5％和49.5％，其总蒸散呈现为低-高-低的月变化趋势。沙棘人工林总蒸散为461.9mm，其中草本层蒸散占量的68％，其它依次为截留量(17％)和冠层蒸腾量(15％)，其蒸散量总体呈现低-高-低的变化趋势。天然草地的总蒸散量为299.2mm，蒸散量月变化总体上呈现先升后降的起伏变化，最大值出现在8月(92.2mm)。
　　 (3)在整个生长季中，三种典型植被群落（林分）的WUE大小排序为天然草地＞华北落叶松人工林＞沙棘人工林。其中，天然草地的WUE为3.1g·kg-1，在生长季前四个月都保持在3.2～4.8g·kg-1之间，9月之后WUE降低为0。华北落叶松人工林的总WUE为2.7g·kg-1，其中，5月份的WUE最高，为8.17g·kg-1；其变化与乔木层WUE的月变化相同。从WUE在林分各层的分布来看，其乔木层WUE为4.04g·kg-1，而林下草本层WUE仅为1.36g·kg-1。沙棘人工林总WUE为2.35g·kg-1，其中灌木层WUE为2.32g·kg-1，而林下草本层WUE为2.37g·kg-1;其总体表现为前中期较高而后期较低的变化趋势。