中間錦雞兒水分吸收、蒸騰耗水特征與生態(tài)水文效應(yīng)研究.pdf

1、在干旱半干旱地區(qū)，水分成為制約植物生長(zhǎng)的主要限制因子。因此準(zhǔn)確探明植物的吸收、耗水機(jī)制以及由此產(chǎn)生的生態(tài)水文效應(yīng)對(duì)于植被的合理建植、科學(xué)管理，有著重要的指導(dǎo)意義。本研究，選擇廣泛分布于蒙古高原荒漠化草原區(qū)和黃土高原北部典型草原區(qū)的防風(fēng)固沙植物中間錦雞兒作為研究對(duì)象。在總結(jié)前人的工作基礎(chǔ)上，采用了Granier熱擴(kuò)散探針?lè)ê头€(wěn)定性同位素示蹤法，分別以風(fēng)沙土基質(zhì)和黃綿土一黃土基質(zhì)上生長(zhǎng)的中間錦雞兒為例對(duì)中間錦雞兒的水分吸收方式、樹干液流特征

2、、蒸騰耗水量、群落特征及其水分利用狀況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查分析，在闡明中間錦雞兒耐旱適應(yīng)機(jī)理的同時(shí)，分析了渾河流域中間錦雞兒灌叢的水分收支狀況。本研究在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)選擇在了毛烏素沙地腹地（行政區(qū)劃位于烏審旗）和黃土丘陵溝壑區(qū)的渾河流域。
　　 結(jié)果：如下：
　　 1、中間錦雞兒水分吸收特點(diǎn)
　　 1）中間錦雞兒的根系形態(tài)可塑性強(qiáng)，可以適應(yīng)不同基質(zhì)的土壤含水量變化。風(fēng)沙土基質(zhì)中間錦雞兒根系形態(tài)構(gòu)型特點(diǎn)是：

3、主根扎根較淺，側(cè)根和吸收根（根徑<1mm）主要分布在10-30cm土層中，數(shù)量占根系總量的72.2％，側(cè)根主要以水平生長(zhǎng)為主；黃綿土一黃土基質(zhì)中間錦雞兒根系形態(tài)構(gòu)型特點(diǎn)是：主根扎根很深，主根直徑隨著土壤深度的增加逐漸減?。粋?cè)根和吸收根（根徑<1mm）的數(shù)量也隨土壤深度的增加呈下降趨勢(shì)。側(cè)根和吸收根（根徑<1mm）主要分布于0-70cm的土層中，其中0-50cm土層中的側(cè)根和吸收根的數(shù)量占到根系總數(shù)的91.7％。
　　 2）水力提

4、升現(xiàn)象：中間錦雞兒全天具有水力提升現(xiàn)象，但是在18:00到次日凌晨2:00這段時(shí)間的水力提升現(xiàn)象對(duì)植物的影響最大；中間錦雞兒的水力提升現(xiàn)象，除了可以滿足自身水分需要外還可以為鄰近植物提供水分，提高了自身及鄰近非水力提升植物的競(jìng)爭(zhēng)力；根據(jù)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算得出中間錦雞兒幼苗提升水量為1.33gH2O·d-1·株-1.
　　 3）兩種基質(zhì)上生長(zhǎng)的中間錦雞兒有著不同的水分吸收方式。黃綿土一黃土基質(zhì)上生長(zhǎng)的中間錦雞兒即可以通過(guò)主根利用深層土壤水

5、，也可以利用表層發(fā)達(dá)的吸收根獲取降水時(shí)所補(bǔ)充的淺層土壤水。風(fēng)沙土基質(zhì)上生長(zhǎng)的中間錦雞兒，其水分主要來(lái)源于大氣降水所補(bǔ)充的淺層土壤水，并依靠側(cè)根的水平生長(zhǎng)來(lái)增加水分的吸收面積。
　　 2、中間錦雞兒樹干液流特征
　　 1）中間錦雞兒樹干液流速率日變化呈明顯的“幾”字型寬峰曲線，沒(méi)有出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。全天樹干液流速率變化可以劃分為：液流迅速上升、液流相對(duì)穩(wěn)定、液流迅速下降和夜間液流四個(gè)階段。影響中間錦雞兒樹干液流速率日變化的

6、環(huán)境因子有太陽(yáng)輻射、空氣溫度、水汽壓虧缺、大氣相對(duì)濕度、土壤溫度和風(fēng)速，除了大氣相對(duì)濕度與樹干液流速率呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系以外，其余環(huán)境因子均與樹干液流速率呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。
　　 2）中間錦雞兒樹干液流速率日變化同太陽(yáng)輻射、水汽壓虧缺的變化并不完全同步，存在時(shí)滯現(xiàn)象。風(fēng)沙土基質(zhì)上生長(zhǎng)的中間錦雞兒，其樹干液流速率的變化要滯后于太陽(yáng)輻射60min，提前于水汽壓虧缺90min。黃綿土-黃土基質(zhì)5月份、7月份中間錦雞兒樹干液流變化要滯

7、后于太陽(yáng)輻射30min，9月份沒(méi)有出現(xiàn)滯后；5月份、9月份的水汽壓虧缺滯后于中間錦雞兒樹干液流變化的時(shí)間均為150min，7月份滯后時(shí)間為120min。
　　 3）不同月份中間錦雞兒的樹干液流速率和液流量存在差異。5月份中間錦雞兒在的樹干液流速率（0.05kg·h-1）和液流量（36.75kgH2O·株-1）最低，7月份樹干液流速率（0.08kg·h-1）和液流量（62.52kgH2O·株-1）均達(dá)到了整個(gè)生長(zhǎng)季的最大值，8月、

8、9月樹干液流速率和液流量開始下降但整體保持在一個(gè)較高的水平。中間錦雞兒樹干液流速率季節(jié)變化與水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射、空氣溫度和風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，與大氣相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　 4）中間錦雞兒具有夜間水分補(bǔ)償現(xiàn)象；中間錦雞兒夜間仍然存在著樹干液流變化，與白天樹干液流相比，變化比較平緩，波動(dòng)較少，液流量明顯低于白天的液流量，中間錦雞兒的夜間液流現(xiàn)象，是在補(bǔ)充白天因強(qiáng)烈蒸騰而導(dǎo)致的自身水分虧缺，而且不同月份的中間錦雞兒夜間樹干液流速

9、率存在差異。
　　 5）不同天氣條件下中間錦雞兒樹干液流變化存在差異，而且影響樹干液流的環(huán)境因子也不同。但是，太陽(yáng)輻射始終是影響中間錦雞兒樹干液流的主要環(huán)境因子。
　　 3中間錦雞兒整株叢蒸騰耗水特征
　　 在利用樹干液流計(jì)算中間錦雞兒整株叢蒸騰耗水量時(shí)，要剔除夜間樹干液流的數(shù)據(jù)。中間錦雞兒整株叢蒸騰速率日變化規(guī)律呈明顯的“幾”字型寬峰曲線，沒(méi)有出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象；中間錦雞兒的整株叢蒸騰速率季節(jié)變化規(guī)律呈現(xiàn)“拋物線

10、”狀，7月份中間錦雞兒的蒸騰耗水量最高，5月份最低，9月份雖然進(jìn)入中間錦雞兒生長(zhǎng)的后期，但是仍然具有較高的蒸騰耗水量。不同天氣情況下中間錦雞兒的蒸騰耗水量存在差異，晴天的蒸騰耗水量要明顯高于陰天的蒸騰耗水量。
　　 4中間錦雞兒灌叢蒸騰耗水量與生態(tài)水文效應(yīng)
　　 1）中間錦雞兒灌叢7月份的蒸騰耗水量最高。黃綿土-黃土基質(zhì)中間錦雞兒灌叢整個(gè)生長(zhǎng)季的蒸騰耗水量5月份最低（19.53mm），7月份最高（45.65mm），9月份

11、中間錦雞兒雖然進(jìn)入生長(zhǎng)后期，但是群落的蒸騰耗水量仍然保持較高水平（27.6mm），整個(gè)生長(zhǎng)季變化規(guī)律呈“拋物線”狀。
　　 2）中間錦雞兒灌叢水分收支平衡，在理想的狀態(tài)下，除生長(zhǎng)中期的7月份灌叢水分出現(xiàn)盈余以外，生長(zhǎng)初期的5月份和生長(zhǎng)后期的9月份灌叢水分均不同程度的出現(xiàn)虧缺。說(shuō)明，僅依靠當(dāng)期大氣降水補(bǔ)充到土壤中的水分無(wú)法滿足中間錦雞兒灌叢水分需求，植物仍需要從土壤中獲取大量的水分，進(jìn)而加劇了土壤水分虧缺現(xiàn)象的出現(xiàn)。
　　

12、 3）中間錦雞兒灌叢生態(tài)水文效應(yīng)：①中間錦雞兒灌叢各月份均有土壤干層現(xiàn)象的出現(xiàn)，多數(shù)情況下土壤含水量處于凋萎濕度以下，土壤水分極度匱乏。②中間錦雞兒灌叢內(nèi)外的土壤含水量存在明顯差異，灌叢外沒(méi)有明顯的土壤干化現(xiàn)象而灌叢內(nèi)的土壤干化現(xiàn)象則較為明顯。③從中間錦雞兒灌叢與毗鄰其它群落土壤水分的比較中，可以看出，中間錦雞兒灌叢各層土壤含水量均低于其他群落，整體呈下降趨勢(shì)，存在明顯的土壤干層。80cm以下土層的土壤含水量低于凋萎濕度，土壤水分極度匱

13、乏，說(shuō)明中間錦雞兒更容易造成土壤干層現(xiàn)象的出現(xiàn)。④中間錦雞兒灌叢與其他群落相比，土壤水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力較差，灌叢土壤水庫(kù)88.53％的調(diào)節(jié)能力持久性地喪失。中間錦雞兒灌叢土壤水分的交換深度在80-100cm之間，100cm以下的土壤水分無(wú)法進(jìn)行有效的水分交換，土壤干層現(xiàn)象無(wú)法得到緩解。
　　 4）渾河流域中間錦雞兒灌叢生長(zhǎng)期水分收支平衡狀況，在僅依靠大氣降水的情況下，除7月份中間錦雞兒灌叢存在26.9mm的水分盈余以外。5、9月份均