1、西北林学院学报2 0 2 3,3 8(4):1 8-2 6J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-7 4 6 1.2 0 2 3.0 4.0 3半干旱黄土区山毛桃树干液流变化特征及其与环境因子的相关分析 收稿日期:2 0 2 2-0 5-2 7 修回日期:2 0 2 3-0 4-1 3 基金项目:草原生态修复治理科技支撑项目(L C J 2 0 2 1 0 0 2 7);国家自然科学基金委员会区域创新发展联合基金(U 2
2、 1 A 2 0 0 5)。第一作者:林 琳,工程师。研究方向:干旱区生态学。E-m a i l:9 4 9 4 8 5 4 6 1q q.c o m*通信作者:蔡国军,研究员。研究方向:林业生态恢复。E-m a i l:c g j 1 6 6 51 6 3.c o m林 琳,蔡国军*,莫保儒,李德丽,薛 睿,柴春山(甘肃省林业科学研究院,甘肃 兰州 7 3 0 0 2 0)摘 要:以半干旱黄土区山毛桃为研究对象,开展树干液流和气象指标、土壤水分含量等环境因子监测,分析在不同时间尺度下液流速率与环境因子的相关性差异,确定主要影响因子,对于理解植物蒸腾对环境的响应机制和时间尺度转化具有重要的意义
3、。结果表明,山毛桃液流速率呈明显的昼高夜低的变化规律,且在非降雨天主要受1 0 0 c m以下深层土壤水分影响,降雨过后则主要与1 0 0 c m和1 2 0 c m深度的土壤水分有关;在月尺度下,饱和水汽压差对于液流速率变化的贡献量达9 0.2%,是关键控制因子;在日尺度下,太阳辐射对液流速率的影响最大,其次是空气温度,贡献量所占比例分别为5 8.1%和1 4.4%;在小时尺度下,对5、6月液流速率的影响最大的环境因子是空气温度,7、8月是太阳辐射,而9月则是饱和水汽压差。研究认为,随着时间尺度的扩展,环境因子对山毛桃液流速率的控制影响愈加强烈。关键词:液流;环境因子;时间尺度;山毛桃中图分
4、类号:S 7 1 8.4 3 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 6 1(2 0 2 3)0 4-0 0 1 8-0 9C h a r a c t e r i s t i c s o f S a p F l o w a n d C o r r e l a t i o n A n a l y s i s W i t h E n v i r o n m e n t a l F a c t o r s o f P r u n u s d a v i d i a n a i n S e m i a r i d L o e s s A r e aL I N L i n,C A I G u
5、o-j u n*,MO B a o-r u,L I D e-l i,X U E R u i,C H A I C h u n-s h a n(G a n s u A c a d e m y F o r e s t r y S c i e n c e s,L a n z h o u 7 3 0 0 2 0,G a n s u,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n g P r u n u s d a v i d i a n a o c c u r r i n g i n s e m i a r i d l o e s s a r e a a s t h e r e
6、s e a r c h o b j e c t,t h e t r e e s a p f l o w a n d e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s w e r e s i m u l t a n e o u s l y m o n i t o r e d,s u c h a s m e t e o r o l o g i c a l i n d i c e s a n d s o i l m o i s-t u r e.T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e s a p f l o w
7、v e l o c i t y a n d e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s a t d i f f e r e n t t i m e s c a l e s w e r e a n a l y z e d.T h e k e y f a c t o r s w e r e d e t e r m i n e d.T h e s i g n i f i c a n c e o f t h i s s t u d y w a s t o u n d e r s t a n d t h e r e s p o n s e m e c h a n i
8、s m o f p l a n t t r a n s p i r a t i o n t o e n v i r o n m e n t a n d t i m e s c a l e c o n v e r s i o n.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e s a p f l o w w a s g e n e r a l l y h i g h i n t h e d a y t i m e a n d l o w a t n i g h t.A t m o n t h l y s c a l e,t h e v a p o r
9、p r e s s u r e d e f i c i t d o m i n a t e d t h e t e m p o r a l v a r i a t i o n s i n s a p f l o w a n d i t s c o n t r i b u t i o n w a s 9 0.2%.A t d a i l y s c a l e,t h e d o m i n a n t f a c t o r w a s s o l a r r a d i a t i o n,f o l l o w e d b y t e m p e r a t u r e,t h e c o
10、 n t r i b u t i o n r a t e s w e r e 5 8.1%a n d 1 4.4%,r e s p e c-t i v e l y.A t h o u r l y s c a l e,a i r t e m p e r a t u r e w a s t h e d o m i n a n t f a c t o r t h a t d e t e r m i n e d s a p f l o w i n M a y a n d J u n e,s o l a r r a d i a t i o n w a s t h e d o m i n a n t f
11、a c t o r i n J u l y a n d A u g u s t,a n d v a p o r p r e s s u r e d e f i c i t w a s t h e d o m i n a n t f a c t o r i n S e p t e m b e r.T h e s t u d y s u g g e s t s t h a t w i t h t h e e x p a n s i o n o f t i m e s c a l e,t h e i n f l u e n c e i n t e n s i t y o f e n-v i r o
12、n m e n t a l f a c t o r s o n s a p f l o w b e c o m e s m o r e a n d m o r e e x t e n s i v e.K e y w o r d s:s a p f l o w;e n v i r o n m e n t a l f a c t o r;t i m e s c a l e;P r u n u s d a v i d i a n a 半干旱黄土区是地球上降水量稀少,同时蒸发量巨大,从而导致土壤水分含量极小的生态脆弱区域之一1。近5 0 a来,全球气候的变化和人类不合理的活动使得该区域水资源更加匮乏,
13、生态环境愈加脆弱2-3。植物蒸腾作用是植被水分吸收和利用的主要动力,对于植物生长所需的无机盐和矿物质运输、气体交换和缓解热胁迫具有重要意义4。研究该区域典型植物液流动态变化及其与环境因子的相关性不仅可为树种栽植生长和区域水土保持提供科学指导,而且对于理解和预测陆地生态系统对于干旱环境的响应与调节机制有着非常重要的作用。山毛桃(P r u n u s d a v i d i a n a),又名野桃、山桃,蔷薇科李属桃亚属落叶小乔木,耐寒耐旱,适应性强。山毛桃根系发达,具有良好的固土保水能力,能有效防止水土流失,是半干旱地区常见的优良的水土保持树种5。因此,研究该地区山毛桃的蒸腾耗散特征是科学合理
14、经营管理人工林的重要基础。植物主要通过蒸腾作用消耗水分,植物的耗水除了与自身特 性有关外 还会受 到 环 境 因 子 的 影响6。目前,有关液流对环境因子响应方面的研究较为丰富。例如,H u a n g等7研究发现中国北方半干旱地区沙柳(S a l i x p s a mm o p h i l a)的液流速率与太阳辐射强度和空气温度呈正相关,与相对湿度呈负相关;杨文新8认为太阳辐射、空气温度、空气相对湿度对柽柳(T a m a r i x c h i n e n s i s)液流密度影响较大;韩兆敏等9认为干旱区油松(P i n u s t a b u l i-f o r m i s)的液流速
15、率表现为明显的单峰型昼夜变化,控制油松液流变化的主要环境因子依次是太阳辐射强度、空气相对湿度、空气温度和平均土壤温度;苏军德等1 0认为气温是祁连圆柏(S a b i n a p r z e w a l-s k i i)树干液流的限制因子,而土壤含水量则与之无关。以上关于植物液流的研究多以小时为衡量尺度,探究植物液流速率与环境因子的相关性是否具有时间尺度效应,即影响液流速率变化的关键性环境因子在不同时间尺度下是否存在明显不同,尤其在环境极端复杂和液流速率对环境变化十分敏感的半干旱黄土区1 1具有重要意义。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于甘肃省定西市巉口镇龙滩流域,地理坐标为1 0 4
16、 2 7 -1 0 4 3 2 E,3 5 4 3 -3 5 4 6 N,面积1 6.1 2 k m2,属于典型的半干旱黄土丘陵区。区域平均海拔为1 9 6 72 1 6 8 m,年平均气温6.8,年均降水量3 8 6.3 mm,平均无霜期1 5 2 d,平均日照2 0 5 2 h。研究区域内土壤主要为黄绵土,有机质和土壤水分含量低,土壤贫瘠。天然植被主要是多年生草本植物,以赖草(L e y m u s c h i n e n s i s)、阿尔泰狗娃花(H e t e r o p a p p u s a t t a i c u s)等草本为主,人工植被以侧柏(P l a t y c l a d u s o r i e n t a l i s)、柠条(C a r a-g a n a k o r s h i n s k i i K o m.)、山毛桃(P r u n u s d a v i d i-a n a)、山杏(A r m e n i a c a s i b i r i c a)等植物为主1 2-1 3。1.2 液流与环境因子监测在研究 区域内选择 长势良好的 山 毛 桃-苜 蓿(