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本文以荒漠河岸林主要建群种胡杨为研究对象,从植物水分传输过程出发,以根系吸水、树干液流和叶面蒸腾这一连贯的过程为主线,研究了植物水分输移过程、运移规律及水分耗散机理;结合地下水监测,探讨了浅层地下水动态与植物蒸腾之间的耦合关系,并以植物液流参数为依据确定了维系胡杨生存的适宜水位:通过胡杨树干边材和胸径关系的研究,建立了基于树干液流的林分尺度耗水模型,对整个林分耗水量进行了推算。主要研究结果如下:
(1)塔里木河中下游胡杨林下土壤0～140cm土层垂直分异特征有利于土壤水分的保持,细根的垂向分布集中于60～120cm土层,水平方向分布面积很广,距离树干550cm仍没有呈现减少趋势;胡杨根系液流的负向流动及其幼苗控制实验结果说明了胡杨根系存在提水作用,提水发生在夜间,主要影响到60～100cm土层与细根集中层一致。胡杨幼苗与成株侧根的脆弱性曲线显示,成株侧根具有更好的抗栓塞能力。
(2)胡杨茎干液流具有明显的昼夜节律,在夜间同样能保持有一定的液流通量,液流启动的时间略迟于日出,并受到天气状况或水分条件的影响而产生波动。6～10月的单株耗水量以7月最大,10月最小。胡杨形态和结构上的差异是造成液流空间变异的原因。胡杨夜间液流主要用于补充白天蒸腾造成的水分亏缺,其茎干储水量约占日蒸腾量的18.5%。
(3)胡杨叶气界面的水分散失以受到气孔控制为表象,其实质是植物水分状况改变下的气孔调节行为,引起气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率的相应变化。在塔里木河中下游地区,地下水埋深影响着胡杨的气孔导度。
(4)胡杨茎干液流通量与各气象因子之间均显著相关,并随气象因子的变化表现出不同趋势。趋势分析表明,胡杨在净辐射量达到350W/m2、气温叶温达到40℃、风速达到10m/s、空气相对湿度50%、饱和水汽压差6kPa后,胡杨液流通量随着这些变量的增大而呈现减小趋势或变化趋缓。表现出胡杨蒸腾对这些变量响应的阈值。
(5)水盐胁迫下的胡杨叶片脯氨酸累积体现了植物适应干旱的渗透调节作用。在这种作用下胡杨叶片气孔导度也随胁迫程度做出反应,表现为胁迫越重气孔导度越低,最终导致胡杨液流通量也随胁迫程度和胁迫时间逐渐降低。综合分析5g/L盐分处理不对胡杨构成胁迫;10g/L盐分处理可造成轻度胁迫;20g/L,盐处理可造成重度胁迫,与0灌溉的胡杨状态相当。但受干旱胁迫的胡杨复水后能够很快恢复到胁迫前水平,说明了渗透调节的可逆性。
(6)胡杨茎干液流通量密度与地下水埋深显著相关,P=0.887;植物调查显示胡杨在地下水埋深4～6m区段下的密度、盖度、频度最大;胡杨液流通量密度在地下水埋深大于4.41m后变幅趋缓。综合分析认为,适宜胡杨生长的地下水埋深为4.5m。
(7)胡杨胸径与边材面积显著相关,P=0.959。以胡杨胸径为纯量,结合胡杨茎级分布调查和胡杨液流通量密度,建立单株到林分尺度耗水的转换模型。与涡度相关实测值以及参考蒸散量比较,通过林分尺度模型计算所得耗水量偏低,分别约是前两种方法的的79%和94.4%。计算的出胡杨6～10月的林分蒸腾耗水量为382.4 mm。同时根据塔里木河中下游的胡杨茎级调查数据,以4～6m区段胡杨的种群指标为参照,计算塔河中下游胡杨生长季总耗水量为1.17×108m3。