暖温带四种木本植物茎流规律及其对环境因子的响应研究

摘要

在生态系统中，森林通过拦截降水、储存水量、减少地表径流、提高水分利用等功能，在保护水资源、防止水土流失，改善环境气候方面，发挥着重要的作用。但是，森林也是一个巨大的水分利用系统，植物庞大的根系对地下水的吸收也是不可低估的。随着社会的发展，水资源短缺问题日益严重。森林生态效益和林木生长所需的大量水资源已成为突出的矛盾。在降水偏少、水源紧缺的华北地区，在绿化造林及植被恢复中，通过选择适宜的物种和适当的林分结构，可以减少林木的水分消耗，解决水资源缺乏的矛盾。
　　 当前对植物蒸腾作用的研究测定已成为植物生理生态学的研究热点，从植物枝叶水平到个体水平再到群体水平，都有大量的研究方法。植物的茎流是由植物蒸腾作用带动的体内水分上升的过程，因此对单株植物来说，蒸腾可用茎流来代替。当前对植物蒸腾作用的研究方法主要采取茎热平衡法或热脉冲法，通过测定植物的茎流来间接测定蒸腾作用。
　　 本研究以分布于我国华北暖温带地区的主要造林物种侧柏(Platycladusorientalis)、山杏(Armeniaca sibirica)、君迁子(Diospyros lotus)、刺槐(Robiniapseudoacacia)为研究对象，以7～9月份植物的快速生长季为时间尺度，利用先进的环境与植物生理监测系统，对茎流速率和五个环境因子进行监测。目的是研究四种植物茎流变化规律，探讨植物水分代谢的差异，辨识环境因子对植物茎流变化规律的影响，拟建立茎流速率与环境因子之间的模型，以期为相关区域植被恢复提供理论基础。
　　 结果表明，四种植物在整个快速生长期内茎流速率和茎流日累积量呈现相对一致的规律。茎流速率日变化呈单峰或双峰曲线，茎流清晨启动并迅速增加，午间达到茎流的峰值，傍晚茎流降低到低值，夜间茎流平稳并保持在较低水平。四种植物茎流表现出种间差异，侧柏和刺槐茎流曲线大部分时间为双峰曲线，有午休现象，山杏与君迁子茎流曲线大部分时间为单峰曲线。茎流累积量为S型曲线，四种植物表现出一致的规律，但茎流日累积量大小不同，侧柏的最小，刺槐、山杏、君迁子三种植物茎流日累积量表现出不同的顺序。
　　 在快速生长期内，四种植物茎流速率变化呈现出种间和种内的差异。不同的树种之间，平均蒸腾速率不同，阔叶树种茎流速率大于针叶树。不同树种间茎流速率日变化规律既有相同处有存在着差异，这与不同物种间的生物学特性和所处环境的特异性相关。
　　 植物茎流速率受到环境因子的影响，太阳辐射、空气温度和风速与茎流速率正相关，空气湿度、土壤湿度与茎流速率负相关。采用主成分分析法对环境因子进行统计分析，环境因子分为两类，气象因子和土壤因子。气象因子包括太阳辐射、空气温度、空气湿度和风速。气象因子对茎流速率的影响曲线为二次曲线和对数曲线，其共同的特征是茎流速率在一定范围内随气象因子的增加而加快，在一定时刻达到最大值，随后气象因子数据值继续增大，但茎流速率保持不变或下降。土壤因子对茎流速率的较复杂，没有得到拟合度较高的曲线方程，但从整体上看来，当土壤湿度上升时，茎流速率有加快的趋势。