基于树干液流分析荷木水分利用及部分水力限制补偿作用

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本文利用Granier热消散探针于2011在华南植物园小青山实验样地观测了华南地区常见树种荷木15棵的树干液流,同时监测林冠上方的光合有效辐射、空气湿度和温度、0~30cm的土壤含水量和采用美国生产的PMS压力水势仪测量叶片水势,结合水势和Sperry等提出的土壤-植物连续体的供应关系式计算荷木的整树水力导度。分析了荷木整树水力导度、午间叶片水势以及夜间补充水的季节变化,叶片水势与整树蒸腾的关系,夜间补充水与树形因子、环境因子和生物量的关系,旨在量化整树水力导度和夜间水分补充随土壤含水量的变化特征,从而揭示荷木在土壤含水量较低时的水分利用限制是否能得到部分补偿。得出了以下结论:   荷木整树蒸腾(ET)和叶片水势(ΨL)存在相互调节作用,ΨL并没有随着ET增加而无限制地下降,当ΨL下降到一定值时会趋于稳定,表明植物通过有效调节蒸腾有效控制ΨL,从而影响气孔的开关,以免过度蒸腾造成水分传输结构的损伤,尤其是在土壤水分含量低,而光有效辐射却很高的季节,这种水分利用机理可以很好地保护重要水力结构的完整性。   虽然荷木干季树干液流较湿季要低,但是水力导度较湿季却要大,出现这样的结果很可能是湿季午间有效辐射过强导致午间叶片水势更负;另一方面,虽然由于湿季中午较强的蒸腾作用,导致湿季午间叶片水势(ΨL-mid)较其他季节偏低,但是整个年度ΨL-mid变化不大,这样可以避免由于光辐射太强过渡蒸腾而导致木质部导管空穴化。通过这两个方面的分析,我们知道荷木在不同季节有着不同的水分利用机理,而最终目的都是为了维持自身正常的水分生理和生长发育。   因为夜间光合有效辐射几乎为零,所以认为荷木树干夜间液流是对白天消耗水分的补充。分析发现,荷木夜间水分补充量除了4月份出现异常,较其他季节增加明显,基本比较稳定,虽然干季需要较长的水分补充时间,但总量较湿季并没有明显区别。水分补充量受环境因子影响并不明显,主要是受树形因子和生物量的影响,说明荷木本身结构决定了储存水的多少。此外,本实验发现夜间水分补充量对日总蒸腾的贡献,干季较湿季更明显,说明在土壤水分含量较低时,储存水对整树蒸腾的缓冲作用显得更重要。   本实验证明荷木在某些方面存在一定的水力补偿效应,例如,荷木叶面积:边材面积(AL/As,m2·cm-2)随着树高增加而降低,说明荷木把更多同化的有机物一部分分配到非同化器官,这样维持单位叶面积水分供给的茎干组织越多,植物水分储存能力和供应能力就越强;荷木叶面积随着储存水增加而增加,然后趋于稳定,说明储存水对于荷木叶面积支撑量有一定的贡献;荷木整树水力导度随着储存水呈幂函数增加,且干季两者的相关性较湿季要好,说明土壤含水量低的情况下,夜间水分补充对于调整整树水力导度显得尤为重要,水力导度的增加可以有效提高荷木对土壤水分的吸收。
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