华北地区四种典型造林树种蒸腾节律的实验研究

论文摘要

目前很多国家和地区水资源供需矛盾突出，在国土绿化与城市园林绿地建设中使用水资源利用效率高的植物资源，是解决水资源供需矛盾和植被恢复中水资源缺乏的根本途径之一。因此，植物的蒸腾与蒸发（合称蒸散）速率的测定和计算方法成为目前植物生理生态学水分代谢的研究重点，这对我国干旱、半干旱地区的农、林、果业发展更具有特殊重要意义。蒸散是地表水分循环重要而复杂的过程，是地表蒸发和植物蒸腾的总和。现在测定植物蒸散量的方法越来越多，各有各的优势和不足，每一种方法的建立都是依据一定的对象或一定的测定目的而发展起来的，各种方法不能进行直接的比较。目前尚没有一种方法能够适用于所有的测定要求。因此，在选择测定方法的时候需要从空间与时间尺度大小、所需的计算精度、测定所需费用、技术条件等多方面进行综合考虑。目前国内外测定植物蒸散量的主要方法包括：水文学法、微气象学法、植物生理学法、遥感法、热技术方法和SPAC综合模拟法。对比各种方法的主要理论原理、优缺点、适用性及局限性我们采用热技术方法中的根据茎热平衡原理设计的茎流传感器对植物茎干中的液流（茎流）进行监测，间接反映植物的蒸腾速率，并同步监测与植物蒸腾密切相关的六种环境因子。使用以色列Phytech公司生产的Phytalk植物生理监测系统。实验所监测的植株是由林科院提供的山东省常用的造林树种，主要研究了植物茎流的日变化规律、植物在快速生长季内的茎流变化规律以及植物茎流对环境因子的响应等内容。为研究植株水分供需规律，验证节水抗旱措施，相关区域植被恢复等提供理论基础。研究结果表明：四种植物的茎流日变化表现出相对一致的昼夜节律，夜间茎流保持在较低水平，黎明后茎流速率开始进入快速增加期，到中午达到最大，然后进入快速下降期，在傍晚进入变化小的低茎流期。同时植物茎流也表现出种的特异性，主要表现在低茎流期的速率；茎流启动、达到峰值以及茎流稳定的时间；最高速率维持的时间，在不同的物种间存在较大差异。同一物种在不同月份，平均茎流启动时间、峰值出现时间和稳定时间也存在差异。具体表现为：七月份君迁子和皂角茎流启动较早，侧柏相对较晚；君迁子较早达到峰值，山杏相对较晚；侧柏茎流稳定时间较早，君迁子相对较晚。在八月份君迁子最早启动茎流和达到峰值，山杏茎流启动较晚，侧柏较早稳定，山杏相对较晚稳定。九月份山杏启动最早，侧柏较早达到峰值，山杏茎流稳定时间较晚。相对来说，八月份植物茎流启动早，九月份峰值出现时间和稳定时间早。物种间，君迁子茎流启动时间和峰值出现时间早，侧柏茎流稳定时间早。以植物种类为分组变量，对植物茎流日变化进行方差分析并进行F检验，F（3，572）=58．411，P=0．0000<0．01，结果表明，植物茎流日变化存在极显著差异。具体结果为：植物茎流日变化侧柏和君迁子差异显著，侧柏和山杏、皂角之间以及君迁子和山杏、皂角之间差异极显著，山杏和皂角差异不明显。在整个快速生长季，四种植物茎流的变化表现出较大的种间差异，突出表现在周期的长短与波动幅度上，各旬之间茎流变化均差异极显著。植物茎流连日变化曲线各日峰形基本相同，但峰值差异很大。茎流启动、达到峰值和稳定的时间也有差异。以时间为分组变量，10天为一组，对四种植物在快速生长季内的茎流变化进行方差分析并进行F检验，结果表明：四种植物的茎流在快速生长季内各旬之间都存在极显著差异。监测物种对各环境因子的敏感性不一致，风速除了与侧柏茎流显著相关外，与其他物种均相关不显著。空气湿度与所有物种均表现显著负相关。叶片温度、空气温度与所有物种显著正相关。太阳辐射除了与刺槐和紫穗槐相关不显著外，与其他物种均显著正相关。土壤湿度与物种之间的相关性表现出较强的种间差异，正负相关、显著不显著都存在。最后对监测物种和环境因子进行了多元线性逐步回归分析，并建立了相应的回归方程：侧柏：Sf=0．765+0．00089*Sr-0．0059*Ah-0．033*Lt+0．0052*Sm+0．016*At山杏：Sf=-0．202+0．0013*Sr-0．0107*Ah+0．028*Sm-0．051*Lt+0．0339*At皂角：Sf=-0．815+0．00091*Sr+0．0152*Sm-0．0025*Ah+0．0247*At-0．020*Lt- 0．0058*Ws君迁子：Sf=-2．951+0．0014*Sr+0．086*At-0．0458*Lt+0．00413*Ah+0．036*Sm式中：Sr为太阳辐射、At为空气温度、Ah为空气湿度、Ws为风速、Sm为土壤湿度、Sf为茎流速率。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 植物水分利用效率及蒸发蒸腾测定方法研究进展
• 1.1 植物水分利用效率研究进展
• 1.2 蒸发蒸腾测定方法国内外研究进展
• 1.2.1 水文学法
• 1.2.2 微气象学法
• 1.2.3 植物生理学法
• 1.2.4 遥感法
• 1.2.5 热技术方法
• 1.2.6 SPAC水分传输综合模拟法
• 2 研究内容与方法
• 2.1 研究对象
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 植物茎流的日变化规律
• 2.2.2 植物在快速生长季内的茎流变化规律
• 2.2.3 植物茎流对环境因子的响应
• 2.3 研究设备
• 2.4 研究方法
• 3 植物茎流的日变化规律
• 3.1 七月份植物茎流的日变化规律
• 3.1.1 七月份侧柏茎流日变化规律
• 3.1.2 七月份君迁子茎流日变化规律
• 3.1.3 七月份山杏茎流日变化规律
• 3.1.4 七月份皂角茎流日变化规律
• 3.2 八月份植物茎流的日变化规律
• 3.2.1 八月份侧柏茎流的日变化规律
• 3.2.2 八月份君迁子茎流的日变化规律
• 3.2.3 八月份山杏茎流的日变化规律
• 3.2.4 八月份皂角茎流的日变化规律
• 3.3 九月份植物茎流的日变化规律
• 3.3.1 九月份侧柏茎流的日变化规律
• 3.3.2 九月份君迁子茎流的日变化规律
• 3.3.3 九月份山杏茎流的日变化规律
• 3.3.4 九月份皂角茎流的日变化规律
• 3.4 植物茎流日变化规律的统计分析
• 3.4.1 植物茎流日变化波动规律
• 3.4.2 植物茎流日变化种间差异
• 3.4.3 不同月份植物茎流日变化差异
• 3.5 小结
• 4 植物在快速生长季内茎流变化规律
• 4.1 植物在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析
• 4.1.1 侧柏在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析
• 4.1.2 君迁子在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析
• 4.1.3 山杏在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析
• 4.1.4 皂角在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析
• 4.2 小结
• 5 植物茎流对环境因子的响应
• 5.1 侧柏茎流对环境因子的响应
• 5.2 君迁子茎流对环境因子的响应
• 5.3 山杏茎流对环境因子的响应
• 5.4 皂角茎流对环境因子的响应
• 5.5 环境因子统计分析
• 5.6 植物茎流和环境因子的多元线性回归
• 5.7 小结
• 5.7.1 概述
• 5.7.2 太阳辐射对植物茎流的影响
• 5.7.3 空气温度对植物茎流的影响
• 5.7.4 空气湿度对植物茎流的影响
• 5.7.5 风速对植物茎流的影响
• 5.7.6 土壤湿度对植物茎流的影响
• 5.7.7 降雨对植物茎流的影响
• 6 讨论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表