热带北缘季节性气候下常绿与落叶用材树种的蒸腾耗水与调控策略

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由于人口增长,人类社会对于木材产品的需求不断增加,人工林面积不断扩大。由于人工林多种植一些快速生长的树种,其耗水量往往比较大,可能会对区域水循环及生态环境带来较大的负面影响。在全球气候变化,尤其是水资源不断枯竭的形势下,选择合适的栽培品种以及栽种模式,进而优化人工林水分利用至关重要。  本研究选取了21个常见的用材树种(包括11种常绿树种和10种落叶树种,隶属于6个科,共计60株个体),利用Grannier热耗散法系统研究了样木树干液流(SFD)、冠层气孔导度、边材水容、木材密度、导管直径、日间冠层气体交换、不同季节叶片和枝条的水势、整株导水率与土壤相对含水量等,分析了不同季节SFD与气象因子饱和蒸汽压差(VPD),光合有效辐射(PAR),降雨量,以及如树木大小,储水容量,导管直径与物候等一些其它性状的关系。旨在:(1)通过比较不同物种水分利用特征以及气象因子对树冠蒸腾耗水的调控,建立林分水平的蒸腾模型,以及不同树木水分消耗的生理学机制;(2)探讨树木冠层生理如何对主气候因子进行响应及其与生物学性状的关联。结果表明:  为探索常绿植物SFD的季节变化与水分消耗,对8个龙脑香属的树种,分析了SFD与干湿季水分利用,建议了一个有效的普适模型用于林分水平的蒸腾。  1.SFD对于VPD季节变化的响应比PAR的季节变化更紧密。与湿季相比,研究的8种龙脑香有6种旱季水分消耗显著增加;干季水分蒸腾量的增加,来源于植物的根系对底层地下水的获取,以满足高的蒸腾需要。发现林分胸断面积之和与林分水平的蒸腾显示很强的相关性。比较了华南广泛种植的引入种,如桉属与相思木的林分水平的蒸腾。和引入种相比,在给定林分胸断面积之和条件下,龙脑香属树种消耗水分明显较少,使得这些种在这一地区更适宜作为用材树种种植。  为探索多个干湿季的季节性水分蒸腾量,分析了落叶树柚木三年里三个湿季与两个干季的SFD表现。发现湿季显著减少的降水并未影响其整株水分消耗与林分水平的蒸腾。在湿季,SFD其对VPD的响应十分紧密。由于干季柚木的落叶和展叶,此间VPD的增加,并未造成蒸腾量的增加。在VPD、PAR与降雨量这三个非生物因素中,VPD对于柚木的SFD的影响最大。气孔导度(Gs)对VPD的斜率常常被看作是气孔调节行为的敏感性,判断是等水势还是异水势行为。本研究发现柚木在干、湿季均采用等水势气孔调节行为、保守的水分利用策略。  在比较的21种常绿和落叶树种中,VPD均是SFD的主要驱动因子。在给定胸径(1.3m高)时,常绿树种的树冠气孔导度对VPD相应的敏感性比落叶树种更高。同时,该敏感性与胸径及边材水容具有很强的相关。常绿树种的高敏感性是由于较落叶树种有更大的边材面积,导致更大的储水能力,从而在面临蒸腾需求时能更好的响应。常绿树种的快速响应也使得其比落叶树种在湿季能消耗更多的水。常绿和落叶树种,均显示出敏感性对Gsref(VPD为1KPa时的气孔导度)的斜率显著地低于推荐理论值(0.6,Oren et al.,1999),表明这些种均是异水势策略。  为探索枝条水分特征(水容,DBH,导管直径与整株导水率)与冠层生理表现的联系,测定了冠层光合速率、气孔导度,叶片与枝条水势。发现水容在调控叶片与枝条水势时起了关键作用。拥有高水容的树种具有较高的正午叶片和枝条水势。水容与下午和正午叶片水势的差值呈现显著相关。水势还表现出与最大和正午碳同化速率及气孔导度的强烈相关。这一分析说明,水容在维持最大和正午碳同化能力以及气孔导度方面扮演重要角色,它使得冠层水分得到快速补充,保持正午与凌晨的水势差值更小。  综上所述:(1)在稳定的土壤水分供应条件下,树木旱季具有更高的蒸腾消耗;(2) VPD在驱控整株水分利用与林分水平蒸腾上起着主要作用;(3)冠层气孔响应调控整株水分利用,在湿季常绿树种比落叶树种有着更快的气孔响应速度,导致蒸腾消耗更多水。(4)树木可以依赖于边材储水以维持其同化速率与气孔导度;(5)龙脑香属树种比起外来引进种具有更低的蒸腾耗水。因此,通过选择不同物候型的树种、不同水分调控策略的树种混栽造林,有利于维持生态系统和流域水分的平衡,也为广大人工林经营人员提供理论的科学依据。
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