寧夏六盤山主要樹種及典型森林植被的水分利用效率研究.pdf

1、針對我國溫帶干旱缺水區(qū)林水矛盾的問題，本文以六盤山區(qū)幾種典型森林植被為研究對象，在半濕潤氣候的香水河小流域和半干旱氣候的疊疊溝小流域，采用穩(wěn)定性碳同位素技術(shù)及樹木年輪測定儀、樹干徑向變化記錄儀和SF-L樹干液流儀等儀器，通過估算典型植被葉片的δ13C、生物量與生產(chǎn)力以及耗水，研究了六盤山主要森林植被水分利用效率（WUE）的部位、種間、生活型和水分生境等方面的差異及不同時間（年內(nèi)、年際）的變化規(guī)律，同時在個體和林分尺度上分析了主要環(huán)境因子

2、對WUE的影響。本研究結(jié)果將有助于系統(tǒng)認(rèn)識森林植被WUE的特征和變化規(guī)律，在半干旱地區(qū)植被建設(shè)中的節(jié)水樹種選擇、樹種合理配置和森林經(jīng)營管理措施制定等方面具有一定的指導(dǎo)意義。本論文的主要結(jié)論如下：
　　1.主要樹種葉片水平上的水分利用效率
　　華北落葉松、油松、華山松、遼東櫟、少脈椴、白樺、沙棘和山桃8個六盤山主要樹種的穩(wěn)定性碳同位素技術(shù)研究表明：同一樹種的葉片 WUE存在冠層部位差異，但各樹種表現(xiàn)各異。華北落葉松、白樺和油松

3、表現(xiàn)為：上部＞中部＞下部；而華山松和遼東櫟為：下部>上部>中部。香水河小流域各樹種葉片的WUE分布范圍為3.62～7.09mmol/mol，平均值為5.35（±0.66）mmol/mol；疊疊溝小流域各樹種葉片WUE分布范圍是10.42～13.14 mmol/mol，平均為11.47（±0.88）mmol/mol；香水河小流域各樹種葉片 WUE的大小順序為：油松＞山桃＞沙棘＞遼東櫟＞華北落葉松＞華山松＞少脈椴＞白樺；不同生活型樹木葉片

4、WUE基本上呈現(xiàn)出灌木>小喬木>常綠針葉樹>落葉針葉樹>落葉闊葉樹的變化規(guī)律。8個樹種葉片WUE在生長季初期較高，而在生長季中、后期較低，但季節(jié)變化幅度隨樹種而異。不同水分生境下的華北落葉松、山桃和沙棘等三種樹種葉片 WUE都存在著明顯的種內(nèi)個體差異，但總體上呈現(xiàn)出半干旱區(qū)主要樹種葉片WUE極顯著地（P＜0.01）大于半濕潤區(qū)的趨勢。
　　2.主要樹種個體水平上的水分利用效率——以華北落葉松為例
　　在生長季內(nèi)，華北落葉松個

5、體 WUE與蒸騰量的變化表現(xiàn)一致，均為先略有升高后下降的變化規(guī)律，6月份最高。個體WUE在0.88~9.73g/kg之間，平均值為3.97g/kg，6月份的WUE最大。除空氣濕度外，華北落葉松個體水平的WUE與太陽輻射、降水、溫度、風(fēng)速等氣象因子都呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，但與太陽輻射和潛在蒸發(fā)散達(dá)到顯著性相關(guān)。
　　3.典型植被群落水平的水分利用效率
　　1）華北落葉松林的WUETr（生物量增量/蒸騰量）和WUEET（生物量增量/

6、蒸散量）在初期最高，然后持續(xù)降低；降水利用效率（RUE）的變化規(guī)律是先略有升高后下降。華北落葉松林三種不同表達(dá)形式的WUE變化幅度存在差異。其中，WUETr在0.016~14.373g·m-2·mm-1變化，均值為5.72 g·m-2·mm-1，整個生長季W(wǎng)UETr為6.933g·m-2·mm-1；WUEET在0.008~10.718g·m-2·mm-1之間，平均為3.84 g·m-2·mm-1，整個生長季W(wǎng)UEET為4.035g·m-

7、2·mm-1；RUE變化幅度是0.002~5.126g·m-2·mm-1，均值為1.81 g·m-2·mm-1，整個生長季RUE為1.787g·m-2·mm-1。
　　2）華山松林RUE的年際變化表現(xiàn)出“快速上升-緩慢上升-緩慢下降”趨勢，但年際之間的波動幅度存在差異；而華北落葉松林和油松林的RUE呈現(xiàn)出波動快速上升的趨勢。華北落葉松林和油松林與華山松林的RUE存在極顯著差異（P＜0.01），但華北落葉松林和油松林的差異不顯著。多

8、年平均RUE（g·m-2·mm-1）的大小依次為：華北落葉松林（1.12）＞油松林（0.97）＞華山松林（0.45）；華北落葉松人工林的RUE年際變異最大（0.54），華山松林次之（0.45），油松林最?。?.41）。
　　三種針葉林的RUE受降水量年內(nèi)分配格局的影響。華山松天然林的RUE與上年8月降水量呈顯著正相關(guān)，與當(dāng)年9~11月降水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；華北落葉松和油松林的RUE與上年9月降水量顯著正相關(guān)，與當(dāng)年4月降水量

9、顯著負(fù)相關(guān)，且華北落葉松林的RUE還與當(dāng)年9月降水量顯著正相關(guān)。華北落葉松和油松林的RUE與大多月份溫度成正比，而華山松林的RUE與大多月份溫度成反比。3、6月份溫度顯著或極顯著的影響三種針葉林的RUE，6月溫度還影響上年的RUE；華山松與2月月均溫和月最高溫度呈顯著性負(fù)相關(guān)；華北落葉松林的RUE與4、5月份的溫度呈顯著正相關(guān)，而油松林的RUE與4月溫度、5-8月份最低溫極顯著相關(guān)。華山松林的RUE與3月份的濕度極顯著正相關(guān)，而華北落葉

10、松和油松林的RUE與4月空氣濕度顯著負(fù)相關(guān)。
　　4.幾點認(rèn)識
　　1）隨年降水量的增加，華山松林的RUE逐漸減小，而華北落葉松林和油松林的RUE均先略有升高后降低；在濕潤年份，三種林分的RUE趨向于相同的最小值；而在干旱年份，三種林分也趨向于相同的RUE，但不一定是最大值。
　　2）樹木W(wǎng)UE隨著研究尺度的擴(kuò)大呈遞減的趨勢，這可能與光合產(chǎn)物和水分的無效消耗增多有關(guān)。同時，不同尺度影響 WUE的關(guān)鍵環(huán)境因子不同。因此，

11、在實踐生產(chǎn)中要綜合分析不同尺度上WUE及其主導(dǎo)環(huán)境因子，可能才能做到適地適樹的原則。
　　3）沙棘、山桃、油松和華北落葉松等4個人工主要造林樹種在干旱條件和濕潤條件下都具有較高的葉片WUE，是具有較高的抗旱能力的生態(tài)型節(jié)水樹種，在干旱缺水地區(qū)可選為主要的造林樹種。同時，不同的水分生境下，灌木和小喬木的WUE均大于喬木的，故干旱缺水區(qū)可適當(dāng)減少喬木比例；樹木的WUE具有保守性和變異性，可采取適度的抗旱鍛煉等措施提高造林樹種的WUE。