杉木人工林蒸腾特征研究

杉木人工林蒸腾特征研究

论文摘要

本文应用基于热扩散法原理的ICT-2000TE(Transpiration-Environment)树干液流和小气候要素自动测定系统,在2006年杉木生长季节,研究了会同第二代杉木人工林样地标准木树干液流速率日变化及季节变化,树干液流速率与环境因子之间的关系,并建立了生长季节不同时期不同天气条件下杉木标准木树干液流速率日变化与环境因子的多元回归模型,标准木晴天和阴天液流速率模型,标准木日耗水量模型,最后估算了标准木蒸腾耗水量及样地林分的蒸腾耗水量。研究表明,杉木人工林样地标准木树干液流速率日变化在生长季节晴天为单峰曲线,阴雨天为单峰、双峰或多峰曲线组合,昼夜交替现象明显。生长季节的夜间杉木仍有较微弱的液流上升,主要动力是根压。不同生长时期树干液流速率差异较大,比较树干液流速率日平均值和峰值发现,夏季生长期>春季生长期>秋季生长期,晴天>阴天>雨天。采用多元回归分析方法找出的不同生长时期影响树干液流的环境因子,晴天主要是空气平均温度、土壤平均温度(负相关)、空气平均饱和差;阴天为空气相对湿度(负相关)、光合有效辐射、空气平均饱和差、空气平均温度和土壤平均温度(负相关);雨天为土壤平均温度(负相关)、光合有效辐射、土壤平均温度(负相关)、空气平均温度和空气相对湿度(负相关)。标准木树干液流速率在生长季节(3-11月)呈双峰曲线变化,夏季生长期的6月出现了生长季节中的第一个峰值10.724 cm3cm-2h-1,之后在7月出现了一个低谷5.139 cm3cm-2h-1,8月则出现第二个峰值6.877 cm3cm-2h-1,秋季生长期的9月液流速率(2.511 cm3cm-2h-1)降到了与春季生长期的3月份(3.081 cm3cm-2h-1)相近的值。各生长时期的光合有效辐射、空气平均温度、土壤平均温度、土壤平均水分含量等与树干液流速率进行相关分析表明,只有空气平均温度相关性最高,达到极显著水平,其他因子均呈较小的相关性。标准木整个生长季节耗水2604.33kg,主要集中在5-8月份,耗水量占整个生长季节耗水量的68.9%。春季生长期、夏季生长期和秋季生长期耗水量分别占整个生长季节耗水量的比例为:27.8%、58.1%和14.1%。测定标准木旁32株杉木东西南北4个方向的边材厚度,建立了边材面积与胸径之间的回归方程S=21.877e0.1028D,并结合杉木标准木胸径和树干液流速率二次趋势面模型建立了晴天和阴天单木日耗水量模型:公式中,E(g)为单木日耗水量,SAP(x1,x2)i为二次趋势面模型模拟的树干液流速率,x1、x2分别为二次趋势面模型中影响液流速率的最主要的两个环境因子,S为边材面积。由于环境因子作用的复杂性、取样样本的大小和模型的适用性等原因使得模型的模拟效果不是很理想,需要结合实际情况修正和研究出更精确的模型。整个生长季节(3-11月)样地(面积为1亩)杉木人工林分总蒸腾量为788.52mm,如果按年平均降雨量1100-1400mm计算,生长季节杉木人工林样地林分总蒸腾量占降雨量的56%-72%。杉木人工林月蒸腾量呈双峰曲线变化,从3月开始逐渐增大,到6月达到第一个峰值212.28mm,之后7月由于空气温度较高或生长间歇等原因,此时的蒸腾量仅为105.13 mm,8月蒸腾量增加到140.67mm,出现第二个峰值;秋季生长期林分蒸腾量逐渐下降到了春季生长期前的水平。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1. 研究综述
  • 1.1 林木蒸腾耗水研究的意义
  • 1.2 蒸腾机制
  • 1.3 国内外林木蒸腾测定方法研究进展
  • 1.3.1 枝叶尺度方法
  • 1.3.1.1 光合系统测定仪法
  • 1.3.1.2 稳态气孔计法
  • 1.3.1.3 快速称重法
  • 1.3.2 单木尺度
  • 1.3.2.1 热技术方法
  • 1.3.2.2 蒸渗仪法
  • 1.3.2.3 整树容器法
  • 1.3.2.4 同位素示踪法
  • 1.3.2.5 风调室法
  • 1.3.3 林分尺度方法
  • 1.3.3.1 涡动相关法
  • 1.3.3.2 波文比-能量平衡法
  • 1.3.3.3 空气动力学法
  • 1.3.3.4 水量平衡法
  • 1.3.3.5 彭曼联合法
  • 1.3.3.6 SPAC法
  • 1.3.4 区域尺度
  • 1.4 林木蒸腾及其影响因子研究
  • 1.4.1 气孔和非气孔调节
  • 1.4.2 太阳辐射
  • 1.4.3 空气温度
  • 1.4.4 空气相对湿度
  • 1.4.5 土壤含水量和土壤温度
  • 1.4.6 风速
  • 1.4.7 环境因子的相互作用
  • 1.5 问题和展望
  • 1.5.1 尺度转换
  • 1.5.2 非均一下垫面
  • 1.5.3 提高仪器精确度
  • 1.5.4 对方法的改进和新方法探求
  • 1.5.5 热技术和遥感技术方法
  • 1.6 本论文的课题来源
  • 2. 研究区概况及研究方法
  • 2.1 研究区概况
  • 2.2 研究方法与技术路线
  • 2.2.1 研究方法
  • 2.2.1.1 研究内容
  • 2.2.1.2 样地调查及标准木选择
  • 2.2.1.3 树干液流速率测定方法
  • 2.2.2 技术路线
  • 2.2.3 杉木生长期的划分
  • 3 研究结果与分析
  • 3.1 杉木树干液流速率日变化规律
  • 3.1.1 春季生长期杉木树干液流速率日变化规律
  • 3.1.2 夏季生长期杉木树干液流速率日变化规律
  • 3.1.3 秋季生长期杉木树干液流速率日变化规律
  • 3.2 环境因子对杉木树干液流速率日变化的影响
  • 3.2.1 春季生长期环境因子对杉木树干液流速率日变化的影响
  • 3.2.2 夏季生长期环境因子对杉木树干液流速率日变化的影响
  • 3.2.3 秋季生长期环境因子对杉木树干液流速率日变化的影响
  • 3.3 杉木树干液流速率季节变化规律
  • 3.4 环境因子对杉木树干液流速率季节变化的影响
  • 3.5 树干边材面积和胸径的关系
  • 3.6 杉木标准木日蒸腾量计算及日蒸腾量与环境因子的关系
  • 3.7 单木耗水模型的建立
  • 3.7.1 日液流速率模型的建立
  • 3.7.1.1 晴天液流速率模型的建立
  • 3.7.1.2 阴天液流速率模型的建立
  • 3.7.2 单木日耗水量模型的建立
  • 3.8 杉木人工林耗水尺度扩展
  • 4 结论与创新点
  • 4.1 结论
  • 4.2 创新点和缺陷
  • 5 参考文献
  • 附录 攻读学位期间的主要学术成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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