甘肃泾川中沟小流域刺槐生长盛期树干液流动态分析

费俊娥 王正安 邸利

摘要：文章通过对泾川县中沟小流域生长盛期刺槐树干液流特征与气象因子相互关系研究，揭示该区域刺槐蒸腾耗水及其适应环境因子的內在联系，为实现森林资源健康可持续经营提供参考依据。应用热扩散式探针（TDP）于2017年8月1日至31日，对人工刺槐林树干液流速率与气象因子进行连续观测。结果表明，刺槐晴天树干液流速率的变化呈单峰型曲线，日平均液流速率分别为22.09g/h、22.43g/h和20.66g/h，生长盛期日平均液流速率为17.07g/h;刺槐树干单位边材面积的液流速率与空气温度、光合有效辐射、水汽压亏缺呈极显著正相关，与相对湿度呈极显著负相关，其相关程度绝对值依次为光合有效辐射>水汽压亏缺>空气温度>相对湿度>风速;单位边材面积的液流速率随胸径的增大而减小。

关键词：刺槐林;树干液流;环境因子

刺槐具有耐旱耐贫瘠、成活率高等优势，成为黄土高原水土保持造林的树种之一，然而，黄土高原半干旱区降水较少、多数人工林的树种单一、林下植被覆盖度较低严重影响了水土保持生态效益的发挥与林分的可持续发展。树干液流反映植物体内生理活动和水分动态变化，准确测定单位边材面积树干液流及尺度上推到林分蒸腾耗水速率是树木应对干旱胁迫和延长健康寿命的重要指标。王连春等研究酸枣树干液流发现其呈单峰型变化;凡超等对荔枝树干液流研究认为树干液流日变化具有明显的昼夜节律。树木瞬时液流与土壤水分以及环境因子密切相关，通过研究树木边材液流变化趋势与环境因子的关系，可定量分析树木生长与林分蒸腾耗水的相互关系。不同地区不同树种的树干液流已有大量研究，但对黄土高原半干旱区人工刺槐林生长盛期液流特征研究较少，因此，探讨生长盛期刺槐的耗水特征、平衡林水供需关系，是该区域当前亟待解决的问题。本研究以甘肃泾川中沟小流域25年生人工刺槐林为研究对象，采用热扩散探针对树干液流与气象因子进行持续监测，分析刺槐蒸腾耗水与环境因子之间的关系及水分传输与环境因子的内在联系，为实现林木抚育与健康经营提供理论参考。

一、研究区概况与研究方法

（一）研究区概况

研究区位于陇东黄土高原的泾川县中沟小流域，在东经107°15′～107°45′，北纬35°11′～35°31′之间，气候类型为典型的大陆性气候，四季分明，降雨多集中于夏季。年蒸发量1339.6 mm，相对湿度69%，干燥度0.95～1.28。地貌地形属典型的黄土丘陵沟壑区，土壤以黄土为主，现有林地面积54.2万hm2，森林覆盖率达38%，仅官山林场栽植以刺槐为主的人工林就达1327 hm2。植被类型属于森林-草地过渡带，刺槐林面积占林木总面积的92%，立体结构林分少，林下草本植物主要为灰条菜（Chenopodium allbum）、沙棘（Hippophae rhamnoides）等。

（二）研究方法

1. 样木选取

建立面积为20×20m的标准样地，对样地进行每木检尺，测定标准木胸径为16.86cm，选择生长状况良好、树干通直的3株接近标准木胸径的刺槐作为监测木（表1）。应用热扩散探针在8月1日到8月31日对其进行连续监测。为避免太阳直射引起的测量误差，将探针统一安装在树干北侧1.3米处。数据记录间隔设置为10min。

液流速率采用Granier（1987）的公式来计算，即：

Vs=0.0119K1.231

K=（dTm-dT）/dT

式中：Vs为瞬时液流速率;dTm为无液流时加热探针与参考探针的最大温差值;dT为瞬时温差值。

2. 环境因子的测定

利用样地旁安装的自动气象站，采集太阳有效辐射、空气温度、风速、空气相对湿度等气象要素。用水汽压亏缺（VPD）来综合反映相对湿度和空气温度的协同效应。

VPD=0.611e■（1-RH）

式中：VPD为水汽压亏缺（kPa），T为空气温度（℃），RH为空气相对湿度（%）。

二、结果与分析

（一）刺槐液流变化特征

1. 刺槐液流日变化特征

选取8月份3个典型连续晴天的树干液流速率来反映其日变化（图1-a）。由图可知，人工刺槐树干液流日变化呈“单峰型”变化规律，样木3的启动时间在6：00～7：00，样木1、2的启动时间在7：00～8：00，启动后的树干液流平均速率分别为30.40g/h（8月9日）>16.10g/h（8月10日）>18.41g/h（8月11日），液流到达峰值的时间为9：00～11：00，就单株的峰值而言，样木3（76.17g/h）>样木2（33.39g/h）>样木1（30.08g/h），样木3的胸径最小，但蒸腾耗水量最多，这可能与样树的胸径有关。22：00左右刺槐液流速率逐渐降到低谷。日平均液流速率分别为22.09、22.43和20.66g/h。8月1日至31日平均液流速率为17.07g/h。

2. 不同径级刺槐树干液流变化

研究表明，单株林木的树干液流与其胸径显著相关，计算单位边材面积的液流速率可实现单木到林分蒸腾量的尺度转换。图1-b为不同胸径的单位边材液流日变化，3株刺槐的液流速率变化大致相同，根据所选样木的参数差异分析其个体特征，发现胸径小的样木单位边材也小，但单位边材面积的液流速率较大。随样木胸径增大，单位边材面积液流速率（g/h）依次为22.90、14.30、14.01，呈减小趋势。

（二）刺槐树干液流与影响因子关系

1. 刺槐树干液流与环境因子

为揭示刺槐树干液流速率与各气象因子的相互作用，选取8月份的气象数据对3株样木树干液流与气象因子进行相关性分析（表2）;以树干液流速率为因变量，以气象因子为自变量，采用多元逐步回归建立树干液流速率与环境因子回归模型（表3）。三个回归模型可较好揭示单位边材面积树干液流与气象因子的相互关系。

2. 刺槐液流动态与土壤水分

土壤的供水水平限制着树木蒸腾耗水能力，生长盛期降雨较多且天数较分散，空气温度较高，蒸发量较大，1米深度的林地土层的土壤水分呈减少趋势（图2），8月6～8日、8月12～14日、8月18～31日均有不同程度的降雨，按0～2 mm、2～5 mm、5～10 mm的区间划分降雨强度，分别选取8月7日（降雨为14.8 mm）、8月18日（降雨为2.2 mm）、8月27日（降雨为0.4 mm）以及无降雨的8月3日不同土层土壤含水量数据作图，由图2可知，连续短历时的少量降雨加之空气温度的影响，林地内20 cm以下的土壤水分仍然呈亏缺态势。与降雨前比较，8月7日有14.8 mm的降雨，降雨历时较长，空气温度和水汽压亏缺均降低，太阳辐射强度减小，风速加大，致使树干液流速率发生了显著性的变化;12日（4.8mm）有短历时的少量降雨，但环境因子的起伏波动不大，液流速率并未发生明显的变化，说明土壤水分在一定程度上影响树木的蒸腾耗水。

三、结语

对陇东黄土高原25年生长盛期人工刺槐研究发现，样木晴天日变化基本呈单峰型曲线，刺槐树干液流启动时间、到达峰值时间与降到最低值时间分别为6：00～8：00、9：00～11：00、22：00，日平均液流速率分别为22.09、22.43和20.66g/h。8月1日至31日的平均液流速率为17.07g/h。

刺槐胸径与边材面积存在显著线性关系，关系式为y=36.8x-566.95，R2=0.9917。刺槐液流速率随胸径增大而减小，随样木胸径增大，单位边材面积液流速率（g/h）依次为22.90、14.30、14.01，呈减小趋势。

刺槐单位边材面积的液流速率与空气温度、太阳有效辐射、水汽压亏缺呈极显著正相关，与相对湿度呈极显著负相关，影响刺槐液流程度的绝对值顺序为光合有效辐射>水汽压亏缺>空气温度>相对湿度>风速。建立单位边材面积树干液流与环境因子的线性模型，可较好的揭示两者的相互关系。研究期土壤水分呈逐渐增加的趋势，基本满足自身生长需要，液流随土壤水分的变化不显著，主要受环境因子的影响。

参考文献：

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[6]孙慧珍，孙龙，王传宽，等.东北东部山区主要树种树干液流研究[J].林业科学，2005，41（03）：36-42.

（作者单位：费俊娥、邸利，甘肃农业大学资源与环境学院;王正安，宁夏农林科学院固原分院。王正安为通讯作者）