华北平原杨树农田防护林系统耗水特征的研究

论文摘要

本文于2007年4月-9月,采用热扩散液流法（TDP）试验观测了华北平原农区杨树农田防护林内24年生毛白杨林带蒸腾速率、采用自动气象观测系统观测了林带内农田小气候参数、采用TDR技术观测了土壤含水量、采用Penman-Monteith模型测算了林带内作物（冬小麦/夏玉米）蒸腾量,从林带蒸腾变化规律及其影响机制、防护林内作物蒸腾变化特征及其与开阔农田作物的差异、林带与作物耗水比例关系,分析了华北平原杨树农田防护林系统主要生长期耗水特征,以期为该地区农田防护林及农林复合系统的可持续发展提供必要的理论依据。1、林带蒸腾变化规律及其影响机制4-9月份杨树蒸腾日内变化趋势表现为在清晨（6:30-8:30）时,杨树液流启动并开始缓缓增大,并滞后与太阳辐射40分钟;并于13:00-15:30到达峰值,16:30-17:30以后蒸腾速率迅速下降,19:30时后蒸腾速率变慢,直至来日日出之前到最低值。对于典型天气日,无论晴天还是阴天日,日变化均呈单峰曲线趋势,但后者的峰值明显低于前者。而在多云天气日,由于太阳辐射等气象因子的相对不稳定而其日变化呈多峰曲线趋势。杨树蒸腾日际或月份变化变化趋势是:杨树蒸腾量从4月份开始逐渐升高,5月份由于林网内农作物灌溉量加大的影响,与6、7月份基本持平,并达到全年最高峰,8-9月份逐渐降低。2007年杨树在生长季（4-9月）蒸腾耗水总值为488.02mm,各月耗水量所占生长季总耗水量的比例:11.17%、18.71%、19.30%、19.29%、16.66%、14.88%。各月内杨树蒸腾速率（Tr）与同步观测得到的太阳辐射（Q）、空气温度（Ta）、空气湿度（RH）和风速（V）等气象因子具有很好的复相关性,且各月影响蒸腾的最主要气象因子均为太阳辐射。统计得到4-9月总时段内的多元线性方程为:Tr=0.240*Ta-0.035*RH+0.007*Q+0.0260*V-0.734,R2=0.822（α=0.01）杨树蒸腾速率与叶面积指数的关系则表现为幂函数:Tr=0.2568LAI1.8392,R2=0.8337。2.防护林内作物蒸腾变化特征及其与开阔农田作物的差异防护林内冬小麦蒸腾与开阔农田在不同生育期变化趋势基本一致,在拔节-抽穗期,耗水量较小,扬花-灌浆期耗水量达到最大,成熟期耗水量有所降低。其中,系统内外日平均耗水量在拔节期分别为2.45mm/d、3.23mm/d,扬花-灌浆期分别为2.68mm/d、3.90mm/d,成熟期分别为为2.61mm/d、3.20mm/d;系统内外耗水量在拔节期分别只占主要生长期（拔节到成熟期）耗水的33.18%、31.97%,扬花-灌浆期为51.46%、48.30%,成熟期为18.52%、16.57%。总体而言,冬小麦在拔节到成熟期,系统内外冬小麦的耗水量分别为:212.14mm、155.18mm,复合系统内冬小麦的耗水量降低了26.85%,在α=0.01水平上二者差异显著。防护林内夏玉米蒸腾与开阔农田在不同生育期变化趋势相似,日平均耗水量呈抛物线型。在苗期,日平均耗水量较小,拔节逐渐增大,到抽雄期日平均耗水量达到最大,灌浆后日平均耗水量减小。其中,系统内外日平均耗水量在苗期分别为1.29mm/d、1.46mm/d,抽雄期达到4.15mm/d、4.78mm/d,而成熟期则为2.89mm/d、3.28mm/d;系统内外耗水量在苗期分别只占整个生长期耗水的4.33%、4.30%,而在抽雄期则为25.33%、25.55%,但低于灌浆期（30.81%和30.65%）,到了成熟期降到整个生长期耗水量的19.42%、19.31%。总体而言,夏玉米在整个生长期,系统内外的耗水量分别为374.29mm、327.78mm,复合系统内夏玉米的耗水量降低了12.43%,在α=0.01水平上二者差异显著。冬小麦/夏玉米的蒸腾耗水在防护林内都表现出明显的水平分布特征,随着距离南侧林带距离的增加,其蒸腾耗水量逐渐加大,最大点出现在防护林中心位置（6H）,而后受到北侧林带的影响,复合系统内冬小麦/夏玉米的蒸腾量开始急剧下降,到距离北侧林带0.5H-H范围内,降为最低。3、林带与作物耗水比例关系从4月到9月生长季节,在实际区域面积上,复合系统中冬小麦与杨树蒸腾耗水量的比值为4.8:1,夏玉米与杨树蒸腾耗水量的比值为8.9:1,说明作物耗水是杨树农田防护林系统耗水的主要特征方式,从合理利用水资源的角度而言,该地区适度发展该类农田杨树农田防护林或宽带距杨-农复合系统是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 国内外农林复合系统实践与研究概况
• 1.2.2 农林复合系统耗水特征的研究
• 1.2.3 植物蒸腾及蒸散测算方法
• 1.2.4 研究评述
• 1.3 研究目标和主要研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 第二章 研究材料与方法
• 2.1 试验地概况
• 2.2 试验材料与内容
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 观测内容与方法
• 2.2.3 防护林内试验布设示意图
• 第三章 结果与分析
• 3.1 杨树林带蒸腾耗水特征
• 3.1.1 杨树蒸腾耗水的时间变化规律
• 3.1.2 杨树蒸腾速率的影响机制
• 3.1.3 小结
• 3.2 防护林内作物蒸腾耗水特征
• 3.2.1 防护林内作物蒸腾耗水特征及其与开阔农田的差异
• 3.2.2 防护林内作物蒸腾的水平分布特征
• 3.2.3 小结
• 3.3 杨树农田防护林系统种间耗水比例
• 3.3.1 杨树－冬小麦/夏玉米在生长季的耗水比例
• 3.3.2 小结
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.3 展望
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢