喀纳斯自然保护区主要树种蒸腾耗水特性研究

摘要

喀纳斯国家级自然保护区地处新疆阿尔泰山西北部，在改善区域气候与环境、维持区域生态平衡等方面具有重要的意义。保护区内的森林植被为南泰加林型山地森林，其乔木优势树种为西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledeb.)、西伯利亚云杉(Picea obovata Ledeb.)、西伯利亚冷杉(Abies sibirica Ledeb.)、西伯利亚红松(Pinus sibirica(Loud.) Mayr.)、疣枝桦(Betula pendula Roth.)等。为了解树种在参与森林生态系统水分循环中的作用，利用FLGS-TDP插针式热耗散植物茎流计监测了生长季(6~9月)内不同径级、不同树干方位的西伯利亚云杉、西伯利亚红松、西伯利亚落叶松、西伯利亚冷杉和疣枝桦的树干液流；同时采用LI-6400便携式光合仪测定西伯利亚冷杉的光合生理指标，分析树干液流、蒸腾作用、光合速率三者之间的关系。结果表明：
　　(1)生长季内，所有样木的树干液流速率均呈“昼高夜低”的变化趋势，大径级样木的树干液流速率明显高于小径级的；树干阳生面的液流变化趋势与阴生面的一致，但液流启动时间和达到峰值时间均早于阴生面的，且其液流速率的峰值和日均值也均高于阴生面的。
　　(2)在不同天气情况下，测定样木的树干液流速率日均值大小排序基本规律为：晴天>雨天>阴天；但Ⅱ径级西伯利亚云杉、Ⅲ和Ⅳ径级的西伯利亚冷杉例外，其树干液流速率的日均值呈现雨天>晴天>阴天的特征。
　　(3)生长季内，不同径级样木的树干液流速率大小变化差异明显。Ⅰ、Ⅱ径级西伯利亚云杉和Ⅰ、Ⅱ径级西伯利亚红松树干液流速率大小的月变化规律为7月>8月>6月>9月；西伯利亚落叶松的为6月>7月>8月>9月；疣枝桦、Ⅰ和Ⅳ径级西伯利亚冷杉的为7月>8月>9月>6月；Ⅱ径级西伯利亚冷杉的为9月>7月>8月>6月；Ⅲ径级西伯利亚冷杉的为7月>9月>8月>6月。
　　(4)树木蒸腾耗水量与树木径级之间没有呈现特定的比例关系，但相同树种在不同径级间的蒸腾耗水量差异明显。其中，Ⅰ、Ⅱ径级西伯利亚云杉的蒸腾耗水量分别为1997.06 g和2873.09 g；Ⅰ、Ⅱ径级西伯利亚红松的蒸腾好水量为1198.52 g和5802.96 g；西伯利亚落叶松的是3464.84 g；疣枝桦的是2221.25 g。4个径级西伯利亚冷杉的蒸腾好水量分别为705.08 g、1667.61 g、2919.18 g和6050.99 g。
　　(5)在晴天时，不同径级西伯利亚冷杉叶片蒸腾速率、光合速率的日变化趋势一致，其大小排序均为：Ⅳ径级>Ⅱ径级>Ⅲ径级>Ⅰ径级。其中，同一株样木，树体阳面与阴生的蒸腾和光合速率的变化趋势一致；但不同径级阳生面的蒸腾速率是阴生面的1.0~2.8倍，阳生面的光合速率是其阴生面的1.1~4.3倍。
　　(6)树干液流速率与气温、光合有效辐射呈极显著正相关关系(P<0.01)，与空气相对湿度呈显著负相关(P<0.01)；与水汽压呈极显著正相关(P<0.01)(Ⅰ径级西伯利亚云杉和疣枝桦除外)；与风速呈极显著正相关(P<0.01)(Ⅱ径级西伯利亚云杉除外)；Ⅰ径级西伯利亚云杉、疣枝桦和西伯利亚冷杉的树干液流与土壤温度呈极显著负相关(P<0.01)；除Ⅱ径级西伯利亚云杉、西伯利亚落叶松、Ⅰ和Ⅳ径级西伯利亚冷杉外其余的与土壤湿度呈显著正相关(P<0.05)。树干液流速率与土壤温度相关性绝对值最高达0.421，与土壤湿度的相关性绝对值最高达0.215。
　　(7)西伯利亚冷杉的蒸腾速率与气温、光合有效辐射呈极显著正相关(P<0.01)，与空气相对湿度呈极显著负相关(P<0.01)，除Ⅰ径级西伯利亚冷杉蒸腾速率与水汽压呈负显著相关(P<0.05)，其余径级与之呈负相关(P>0.05)，与风速呈正相关(P>0.05)。蒸腾速率与不同层次土壤温度均呈负相关(P>0.05)。
　　(8)以样木树干液流作为自变量，以环境因子作为应变量，进行多元线性回归，达到显著水平(P=0.000)。其中，落叶树种与环境因子拟合效果较好，均达到了0.6以上。疣枝桦拟合效果最好，评判值 R2达到0.810，拟合方程为Y=-2.951+0.735T-0.036AH-6.356VDP-0.158WS-2.752ST5+8.202ST10-13.462ST20++0.22SP10-0.789SP20。而对于常绿树种，大径级样木拟合效果明显好于小径级样木。
　　(9)不同径级西伯利亚冷杉的蒸腾速率与相应的光合速率和树干液流速率呈极显著正相关(P<0.01)。不同径级西伯利亚冷杉的蒸腾速率与光合速率的相关性最大值为0.873，与树干液流速率的相关性最大值为0.846。

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1 文献综述

1.1 研究目的与意义

1.2 测量蒸腾耗水方法

1.2.1 叶片水平

1.2.2 单株水平

1.2.3 林分水平

1.2.4 区域水平

1.3 国内外研究进展

1.3.1 树干液流国内外研究进展

1.3.2 植物蒸腾作用与环境因子关系研究现状

2 引 言

2.1 研究背景

2.2 研究主要内容

3 试验设计与方法

3.1 研究区域概况

3.2 研究方法

3.2.1 样木选择

3.2.2 试验方法

3.2.3 树干液流的测定

3.2.4 叶片蒸腾速率的测定

3.3 数据收集及处理

3.4 技术路线

4 结果与分析

4.1 树干液流速率变化特征

4.1.1种典型天气条件下树干液流速率的日变化

4.1.2 树干液流速率月际变化

4.1.3 生长季样木的蒸腾耗水量

4.1.4树干液流速率与环境因子关系

4.1.5 样木树干液流速率与环境因子预测回归模型

4.2 西伯利亚冷杉叶片蒸腾速率变化特征

4.2.1 蒸腾速率的日变化

4.2.2 蒸腾速率与树干液流速率、气孔导度和光合速率的关系

4.2.3 蒸腾速率与环境因子相关性

4.2.4 蒸腾速率与光合速率、树干液流速率的相关性

5讨论与结论

5.1 讨论

5.1.1 树干液流日变化特征

5.1.2 不同月份树干液流差异

5.1.3 生长季期间蒸腾耗水量

5.1.4 样木树干液流速率与环境因子关系

5.1.5蒸腾作用、树干液流和光合速率之间的关系分析

5.2 结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表论文情况