荒漠河岸林胡杨夜间蒸腾的发生、驱动力及生态水文意义

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fenghuah
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全球气候变化研究表明,北半球大气温度夜间比白天增加得快,要是大气湿度不增加,植物夜间水分需求将会增加。研究植物夜间蒸腾对于进一步明确全球气候变化对植物水分关系的影响及植物对夜间气温升高的适应性具有重要意义。目前,在不同生境物种上均观察到了夜间蒸腾,而且夜间蒸腾是整日水分损失的重要组成部分。然而,人们普遍认为当缺乏光合有效辐射时,夜间叶片气孔是关闭的,因此植物是不存在夜间蒸腾的。许多生态水文模型的建立及生态系统水分收支的估算也忽略了夜间蒸腾,这势必会造成很大的误差。胡杨是荒漠河岸林的主要建群种,广泛分布于降水稀少的黑河下游额济纳绿洲,在夜间水汽压差很大,且没有充足水汽供应的条件下,该区胡杨夜间耗水规律的研究对于进一步明确荒漠植物水分利用策略,精确量化生态需水量具有重要意义。  试验于2012-2014年胡杨生长季在阿拉善荒漠生态水文试验研究站进行。胡杨单株尺度夜间蒸腾采用澳大利亚ICT公司生产的热比率树干茎流仪测定;叶片尺度夜间蒸腾及气孔导度采用LI-6400便携式光合作用仪测定。在胡杨样方内安装自动气象站,同步观测气温、相对湿度、风速、土壤含水量等环境要素。采用WP4露点水势仪和压力势水势仪分别观测土壤和叶片水势。胡杨径向生长采用树木径向生长测定仪连续监测。主要研究了荒漠河岸林胡杨夜间蒸腾的发生、驱动力及生态水文意义,结论如下:  1)2012-2014年5-10月胡杨均存在持续的夜间液流,3年的平均液流速率分别为4.67±1.77 cm/h,4.83±2.30 cm/h,4.37±1.45 cm/h,且夜间液流通量与日间液流通量的比值分别为59.64%,56.76%,69.92%,高比例夜间液流的存在为夜间蒸腾的发生提供了先决条件。为了证实夜间蒸腾的存在,对胡杨夜间气孔导度进行观测,发现5-10月胡杨夜间气孔导度均不为0,最大值出现在7月,值为0.17molH2Om-2s-1;最小值出现在10月,值为0.005 molH2Om-2s-1。为了进一步证实夜间蒸腾的存在,用扫描电镜法对胡杨夜间气孔的开闭进行观测,同样也发现5-10月虽然胡杨有部分气孔在夜间已经闭合,但仍有部分气孔呈不完全的闭合状态。夜间只要气孔没有完全闭合,叶片内部水分就有机会通过未完全闭合的气孔散失,说明荒漠河岸林胡杨存在夜间蒸腾。  2)胡杨各月夜间蒸腾的数量差异较大,5、6、10月夜间蒸腾的数量较小,7、8、9月夜间蒸腾的数量较大。2012-2014年胡杨夜间蒸腾量的月均值分别为12.73mm,11.66mm,15.87mm。2012-2014年胡杨夜间蒸腾量占夜间液流通量的百分比分别为22.09%,21.03%,26.38%。2012-2014年胡杨夜间蒸腾量占整日蒸腾量的百分比分别为13.05%,8.94%,18.57%。胡杨夜间蒸腾速率在不同天气条件下的变化存在差异,晴天的波动幅度大于阴天和雨天。不同风速条件下胡杨夜间蒸腾速率的变化趋势也不同。3 m/s风速下胡杨夜间蒸腾速率受风速的影响很小;6 m/s风速下空气流动较快,蒸腾速率增大;9m/s风速下夜间蒸腾速率呈波动变化,没有明显的规律性。胡杨夜间蒸腾存在明显的季节变化规律,春末和冬初夜间蒸腾量的变化幅度较大,夏季和秋季变化幅度较小。此外,小降雨事件会在短时间内导致土壤水分的变化,从而降低了当日的夜间蒸腾量。  3)胡杨夜间蒸腾与水汽压差的变化有很好的生态学同步性,5-10月夜间蒸腾与水汽压差的变化趋势基本一致,两者呈显著的正相关。夜间蒸腾与气温的波动规律基本相似,两者也呈显著的正相关。夜间蒸腾与相对湿度的变化趋势相反,两者呈显著的负相关。由于风速的变化没有明显的规律性,各月风速变化差异很大,因此夜间蒸腾与风速的变化没有显著的相关性,只有当风速超过一定值后才对夜间蒸腾速率有较大的影响。土壤含水量直接影响土层内的水贮量,因而也会影响胡杨夜间蒸腾的变化,将胡杨夜间蒸腾与土壤含水量进行Pearson相关分析发现夜间蒸腾和土壤含水量均呈正相关。为了消除环境因子间的共线性,取任一因子作为分析变量,控制其他独立的环境因子,然后与夜间蒸腾进行偏相关分析,发现水汽压差和气温是夜间蒸腾最关键的驱动力。最后采用逐步回归分析方法,建立了胡杨夜间蒸腾与环境因子的回归方程。  4)采用冠层装袋法研究了夜间蒸腾对黎明前叶片水势和土壤水势的影响。发现就水势变化趋势来看,无论夜间蒸腾是否受到抑制,叶片水势和土壤水势的变化趋势均呈不规则“V”型变化,但冠层装袋抑制夜间蒸腾后,胡杨夜间叶片水势的变化幅度减小。抑制胡杨夜间蒸腾后,黎明前叶片水势和土壤水势的差值约为0.065MPa,而未抑制夜间蒸腾的胡杨黎明前叶片水势和土壤水势差值约为0.143MPa。总之无论夜间蒸腾抑制与否,黎明前叶片水势和土壤水势都是不均衡的,但是冠层装袋抑制蒸腾后,黎明前水势不均衡的量级降低了。  5)夜间胡杨净生长量占整日生长量的90%以上,对胡杨夜间蒸腾与径向生长量进行线性拟合,发现不同季节胡杨径向生长量与夜间蒸腾具有很大的相关性,其中春季胡杨径向生长量和夜间蒸腾的拟合相关性较差,夏季胡杨径向生长量与夜间蒸腾的拟合相关性最好,说明胡杨径向生长在夏季与夜间蒸腾有密切关系。
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