高羊茅草坪草冠气温差时间变化特征及其水分利用效率的研究

摘要

水对于生命体有着十分重要的作用，它同时影响着地球表面植物的种类和分布。我国北方水资源严重不足，开展植物叶片水分利用效率(WUE)对环境因子响应过程及机制的研究，并建立高效节水灌溉制度是这些地区的必然选择。本研究于2013年5月至12月在河北省保定市河北农业大学农业科技园，基于高羊茅草坪的空气温度、空气相对湿度、太阳总辐射、冠层净辐射、土壤含水量、降雨量、风速、空气饱和差等气象因子的实时观测，测算出高羊茅草坪生长期连续时段的冠气温差值，并以此为依据研究了冠气温差值在不同天气条件下、不同月份的日变化规律;测定了各月份高羊茅草叶的稳定碳同位素组成(Stable carbon isotope ratio，δ13C)，计算了各月份水分利用效率（water use efficiency，WUE）。着重分析了环境因子和土壤含水量对草坪冠气温差和水分利用效率的相关关系及响应，旨在为解决水分供需矛盾提供一定的理论依据，为节水灌溉提供重要的指导意义。所得结论如下:
　　(1)在1d中，高羊茅草坪在成坪期冠气温差Tc-Ta均为负值。受环境因子的影响，晴天日冠气温差日变化过程呈现明显的规律性，在05:00达到最大值，后逐渐减小，15:00左右达到最小值，后又逐渐增大。阴天日冠气温差日变化规律与晴天日相似，但其绝对值明显低于晴天日，且阴天日谷值出现的时间比晴天日推迟约2h。雨天日冠气温差变化幅度不明显，其值在-2～0℃之间。
　　(2)在高羊茅草坪生长期内各月晴天日，冠气温差昼夜变化比较明显，冠气温差的值都低于0℃。冠气温差值在07:00至08:00达到最大值，然后冠气温差开始减小，通常情况下在14:00至15:00之间达到最小值，之后冠气温差值又逐渐增大，到19:00以后较缓慢变大。因此，14:00至15:00是观测高羊茅草坪生长时期冠气温差最低值的最佳时间段。
　　(3)灌水条件下的冠气温差日较差比未灌水条件下小，其谷值出现的时间提前1h，且冠气温差值也较大，表明灌水对草坪冠气温差的影响程度较大。
　　(4)在高羊茅草坪整个生长期，δ13C值(‰)和WUE（mmol C·mol-1H2O）表现出较一致的变化趋势，6月至7月升高，8月降低，9月份又升高，之后逐渐降低。高羊茅草叶δ13C值在-30.5‰±0.11‰～-27.79‰±0.13‰间变化，平均值为-28.91‰±0.16‰。高羊茅草坪δ13C值和WUE最高值出现在9月，分别为-27.78，19.37;最低值出现在11月，分别为-30.50，13.67。
　　(5)高羊茅草坪整个生长期所有晴天日不同时刻的冠气温差与环境因子（空气温度、空气相对湿度、太阳总辐射、冠层净辐射、土壤含水量、风速、空气饱和差）相关性从大到小基本上依次是:RH＞VPD＞Ta＞W＞Rn＞Ra＞SW-2＞SW-1。高羊茅草坪冠气温差值全天与RH和VPD显著相关。其中与空气相对湿度全天都保持显著正相关，与空气饱和差全天保持显著负相关。
　　(6)高羊茅草叶δ13C值与取样之前第3天的气象因子（空气温度、空气相对湿度、太阳总辐射、空气饱和差）的之间具有显著相关性，相关性按照大小排列是Ta＞VPD＞Ra＞RH。WUE值与取样之前第3天的气象因子之间具有显著相关性，相关性按照大小排列是VPD＞Ta＞RH＞Ra。δ13C值和WUE与空气温度、太阳辐射和水气压亏缺呈显著正相关，而与相对湿度之间是显著负相关。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 冠气温差研究进展

1．3．2 水分利用效率研究进展

2 研究区概况与研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 试验地概况

2．1．2 试验材料及种植管理

2．2 研究方法

2．2．1 气象数据的采集

2．2．2 冠气温差研究方法

2．2．3 水分利用效率研究方法

2．2．4 数据处理与分析

3 结果与分析

3．1 高羊茅草坪生长期环境因子和土壤含水量的变化特征

3．2 高羊茅草坪冠气温差的日变化特征

3．2．1 不同天气条件下冠气温差的日变化特征

3．2．2 灌水和不灌水条件下冠气温差的日变化特征

3．2．3 各月晴天和阴天天气日草坪冠气温差的日变化特征

3．2．4 各月晴天天气日草坪冠气温差的平均日变化特征

3．2．5 连续多日冠气温差变化趋势

3．3 高羊茅草坪δ 13C值和水分利用效率

3．4 环境因子对冠气温差和水分利用效率的响应

3．4．1 环境因子对草坪冠气温差的响应

3．4．2 环境因子对草坪水分利用效率的响应

4 结论与讨论

4．1 结论

4．1．1 高羊茅草坪冠气温差变化特征

4．1．2 高羊茅草坪水分利用效率变化特征

4．1．3 高羊茅草坪环境因子的变化特征及其对冠气温差和水分利用效率的响应

4．2 讨论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢