本研究依托国家林草局六盘山森林生态定位站,于2019年生长季(5月17日—10月12日)对香水河小流域华北落叶松人工林树干液流进行连续观测,并同步监测气象条件与土壤环境(土壤温度和土壤水分),分析不同天气下华北落叶松树干液流的综合环境响应.结果表明:在日尺度上,华北落叶松树干液流速率呈先升后降的变化趋势,液流速率大小表现为:晴天＞阴天＞雨天;树干液流速率在晴天呈单峰变化趋势,在阴、雨天均呈多峰变化趋势.晴天的液流启动时间和峰值时间早于阴、雨天,持续时间多于阴、雨天.不同天气树干液流的主导因子存在明显差异,饱和水汽压差是晴天和阴天树干液流的主导因子,其贡献率分别为31.1％和27.4％,而雨天液流的主导因子为太阳辐射,贡献率为40.1％.主成分分析表明,晴天树干液流的综合影响因子为水热复合因子(大气温度、土壤温度、土壤体积含水量)、水汽蒸腾因子(相对湿度、饱和水汽压差)和辐射因子(太阳辐射);阴、雨天树干液流的综合影响因子为蒸腾驱动因子(相对湿度、太阳辐射、饱和水汽压差)、综合热量因子(大气温度、土壤温度)和土壤水分因子(土壤体积含水量).晴天液流分别滞后于水热复合因子、水汽蒸腾因子和辐射因子110、80和70 min到达峰值;阴天和雨天液流分别提前于蒸腾驱动因子、综合热量因子和土壤水分因子10、20、30 min和140、60、150 min到达峰值.

中国南方湿润区局地气候条件多变、下垫面情况复杂,导致蒸散发的测算较为困难.树木蒸腾是森林蒸散发的关键组成部分,树干液流监测成为树木蒸腾耗水研究的主要手段.杉木(Cunninghamia lanceolata)林作为新安江源区的代表性植被,对该区的水源涵养、水土保持及气候调节等至关重要.该研究基于树干液流测定系统量化新安江源区杉木树干液流速率(Js),结合气象梯度塔监测和土壤含水率连续观测,揭示杉木生长季(2020年4-9月)环境因子对Js变化的作用机制.主要结果:杉木Js呈显著季节性变化,其平均值8月最大,5月最小;环境因子中太阳净辐射(Rn)及饱和水汽压差(VPD)与Js的相关性最强;主成分分析结果显示,在小时及日尺度上主成分1的方差贡献率分别达59.1％、57.9％,其中,VPD和Rn对主成分1起主要作用,是影响该区杉木树Js变化的关键环境因子;观测期Js峰值提前于VPD约(20±3)min,滞后于Rn约(100±5)min.杉木生长季由降雨产生的土壤含水率差异未对Js产生显著影响,而不同天气条件下Js存在较大差异,晴天Js较高,主要呈单峰变化且启动早结束晚,雨天Js呈多峰型变化,启动晚结束早.

开展城市中不同树种植被遮荫与蒸腾降温效应的量化研究是科学优化植被温度调控服务的重要基础.以南京市栖霞区某小型绿地单元为研究区,对高温晴朗天气下不同树种典型植株树干液流进行了观测,采用“单位叶面积上的平均液流速率×叶面积指数”的扩展方法实现了由单株到林分尺度上冠层蒸腾量与蒸腾降温效应的估算,并根据林上、林下太阳辐射值计算了不同树种与整个绿地单元的遮荫降温效应,进而阐明了蒸腾与遮荫降温对总降温效应贡献率的变化特征.研究结果表明:1)3个树种树干液流均呈现昼高夜低的变化趋势,树干液流通常在6:00左右启动,正午前后达到峰值,且存在明显的“午休”现象,而在同一树种内树干液流会随着胸径的增大而显著增大;2)林分尺度上的冠层蒸腾量与蒸腾降温效应均为杨树＞雪松＞香樟,杨树峰或谷出现的时间(11:00-19:00)均明显晚于雪松(10:00-15:00)和香樟(9:00-16:00);3)3个树种遮荫降温效应总体上与太阳辐射的日变化规律基本一致,但树种间日平均降温效应的差异较小;4)3个树种与整个小型绿地单元的总降温效应在夜间均非常微弱,且全部为蒸腾降温,而在白天遮荫对总降温的贡献率(60％-75％)则明显高于蒸腾降温(25％-40％).

为明确环境因子对树木蒸腾过程的驱动机制,以晋西黄土残塬沟壑区的苹果树(红富士)为对象,利用热扩散式液流技术监测生长季苹果树树干液流的动态变化,并同步监测了气象和土壤水分等环境要素的季节动态.结果表明:在众多环境因子中,太阳净辐射(Rn)、大气水分亏缺(VPD)与液流速率(Js)间的相关性最强.在小时或日尺度,环境因子主成分分析中前3个主成分的累积方差贡献率均在86％以上.其中,第一主成分主要包含VPD、Rn等因子,方差贡献率达52％(小时尺度)和63％(日尺度)以上,可归为蒸发需求因子(EDI),是影响该地区果树树干液流的关键综合环境要素集;第二主成分主要包括土壤含水率(SWC)等因子,归为土壤水热供给因子;第三主成分主要包括风速等因子,归为大气水热散失动力因子.在小时或日尺度上,Js对两种环境因子综合变量(EDI或潜在蒸发散ET0)的响应都呈显著的指数增长关系,在小时尺度上,基于EDI模拟苹果Js的指数模型精度更高(R2=0.72),在日尺度上,基于ET0模拟苹果Js的指数模型模拟精度更高(R2=0.88).研究结果对于明确苹果树水分传输对环境驱动的响应规律,根据气象要素估算苹果树蒸腾耗水量,并指导果园水分管理均具有重要意义.

树木夜间会维持部分气孔开放,从而能够在一定环境驱动因子的情况下进行夜间蒸腾.夜间液流作为储存水的重要来源,能够补充植物白天的水分亏缺,使其恢复水分储备,对植物生长发育有重要意义.采用TDP热探针法测定了位于八达岭林场的元宝枫树干液流密度,同步监测了主要环境因子,以深入揭示树木夜间蒸腾耗水规律和植被应对环境胁迫的调控机制,为山区植被建设、森林健康经营和挑选节水树种提供理论依据.结果 表明:以0:00为界区分前半夜和后半夜,元宝枫夜间液流速率前半夜较后半夜活跃,且前半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的53.85％-64.10％,而后半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的35.9％-46.15％.5月的夜间累积液流量最大,平均夜间液流通量为5月＞6月＞8月＞9月＞7月.存在水分胁迫的条件下降雨之后夜间液流会增大,而当土壤水分条件较好,土壤水分不再是夜间液流的限制因子时,夜间液流通量并不高.不同树木形态的夜间液流通量有显著差异,在一定范围内,胸径树高冠幅越大的样木,夜间液流通量越大.用于夜间蒸腾的夜间液流通量与饱和水汽压差、温度、空气相对湿度、风速相关,其中夜间蒸腾存在于前半夜,表现为前半夜夜间液流通量与环境因子的相关性相较后半夜相关性较为显著,后半夜则以补水为主,补水量取决于土壤含水量和日蒸腾强度.存在干旱胁迫的条件下,夜间液流既用于夜间蒸腾,又有一部分用来补水;而土壤水分条件好时夜间液流则主要用于补水,此时夜间树干液流与环境因子相关性不高.元宝枫夜间液流通量的日蒸腾贡献率5、6月份大于7、8月份,即干季比湿季贡献率更高.夜间液流通量的日蒸腾贡献率与白天总蒸腾量相关性较高,并与累积太阳辐射成负相关.

为了全面认识森林生态系统蒸散各组分及其对蒸散的贡献率在日尺度上的变化规律,本研究利用同位素稳态和非稳态假设理论结合水同位素分析仪系统,对生长季侧柏林生态系统蒸散各组分进行了定量拆分和比较.结果 表明:4个测定日(2016年8月5、8、10、11日)不同来源水体的18O都呈现表层土壤水氧同位素组成(δS)＞枝条水氧同位素组成(δX)＞大气水汽氧同位素组成(δV),说明三者可能因同位素分馏效应表现出明显的差异.土壤蒸发水汽氧同位素组成(δE)在日尺度上为-26.89‰～-59.68‰,整体上呈现出先上升后下降的变化趋势;森林生态系统蒸散水汽氧同位素组成(δET)为-15.99‰-10.04‰,稳态(ISS)下植物蒸腾水汽氧同位素组成(δT-ISS)为-12.10‰～-9.51‰,而非稳态(NSS)下植物蒸腾水汽氧同位素组成(δT-Nss)为-13.02‰～-7.23‰,在日时间尺度上δET与δ T-NSS全天的变化趋势一致,在11:00-17:00 δET、δT-ISS与δT-NSS三者的变化趋势近似一致.总体上,植物蒸腾量对蒸散量的贡献率表现为FT-ISs 79.1％ ～ 98.7％,而FT-NSs 88.7％ ～ 93.7％.这表明研究区土壤蒸发耗水远小于植被蒸腾耗水,植被蒸腾在林地蒸散中起主导作用.

为明确玫瑰光合生理变化规律,选择抗寒优良无性系1#为试验对象,利用紫外分光光度计和Li-6400测定L3(75％±3％)、L2(50％±3％)、L1(25％±3％)、L0(CK)等4种光照强度下的光合生理特性.结果表明:随着光照强度的减弱,玫瑰叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量上升,叶绿素a/b下降.L3、L1、L0光照强度下的净光合速率(Pn)日变化为单峰曲线,不存在光合午休,L2光照强度下的Pn日变化曲线为双峰曲线,存在光合午休;胞间CO2浓度(Ci)日变化曲线为降低-平缓-上升,呈"V"形,气孔限制值(Ls)日变化曲线为先上升后下降,为倒"V"形;由主成分分析可知,前两个主成分累计贡献率达87.167％;选出Pn、Ls、光合有效辐射(PAR)和蒸腾速率(Tr)等4个光合主导因子进行综合评价,结果可知,L1光照强度最适合玫瑰进行光合作用.

叶片气孔是植物进行水汽交换的通道,影响着植物的蒸腾和光合作用.然而叶片气孔行为受环境条件和树种类型的影响,不同树种冠层气孔导度对环境因子响应的差异性,以及在生长季不同时期叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用是否会发生改变,仍不清楚.该研究目的是通过探究各环境因子对不同树种冠层气孔导度的相对贡献率以及叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用,为深入了解植物水分利用状况和山区森林经营提供参考依据.于2018年生长季以北京八达岭国家森林公园内的58年生油松(Pinus tabuliformis)和39年生元宝槭(Acer truncatum)为研究对象,利用热扩散技术对其树干液流进行连续监测,并同步监测环境因子.利用彭曼公式计算冠层气孔导度(Gs).主要结果:(1)油松和元宝槭日间Gs在日、月时间尺度上存在明显差异.5-7月油松和元宝槭日动态Gs均随饱和水汽压差(VPD)和太阳辐射(GR)的增加呈上升趋势,上升持续时间比8月和9月长;在月尺度上,随着VPD、GR的降低和土壤湿度(VWC)的升高,Gs从5月到9月整体上升.(2)利用增强回归树法分析得到VWC和VPD对Gs的贡献率最大,其次是GR、气温和风速.VWC和VPD对油松Gs的贡献率分别为66.4％和17.4％,对元宝槭Gs的贡献率分别为54.8％和21.0％.(3)油松和元宝槭的dGs/dlnVPD值与参考冠层气孔导度之间的斜率均显著高于0.6,气孔调节作用相对较强.综上所述,气孔对环境因子的响应在树种以及生长季不同时期之间存在差异,为防止水分过度散失,两树种在不同土壤水分条件下均通过严格的气孔调节控制蒸腾量.