陇中黄土高原山杏和油松水分传输特征与调节机制研究

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陇中黄土高原是黄河流域生态保护和高质量发展国家战略的重要区域,该区生态环境脆弱,人工造林是该区生态恢复和保护的重要举措。然而,由于水资源相对匮乏,该区域人工林树木耗水和土壤供水之间的矛盾一直存在,并在全球气候变化背景下不断加剧。山杏(Armeniaca sibirica)和油松(Pinus tabuliformis)作为陇中黄土高原的重要造林树种,明确其水分传输特征与调节机制,对于深入理解两树种耐旱策略和促进当地人工林生态系统可持续健康发展有重要意义。本研究首先对山杏和油松的林地土壤水分、气象因子开展了全年尺度上的监测研究,阐明了两种林地土壤水分和气象因子的特征与变化模式;在此基础上,联合应用树木树干液流监测和水分生理测定手段,对两树种的树干液流密度、不同时间尺度下的耗水特征和树木水分生理特性展开分析,揭示了其水分传输特征与调节机制。主要研究结果如下:(1)降水主要影响林地0-40 cm的表层土壤水分,降水是影响两林地土壤含水量的主要因素之一,而夏季降水未对土壤储水量有显著的补充作用。在研究开始的秋季,山杏和油松林地的土壤储水量显著高于其他季节。在研究周期内(1年)山杏、油松林地土壤储水量在研究结束时分别下降了26.84 mm和27.54 mm,油松林地土壤储水量在各个季节均显著高于山杏。(2)山杏和油松水分传输特征在时间尺度上呈现出明显差异。在小时尺度上,山杏树干液流通量在夏季的峰值和液流持续时间均高于油松,而在其他季节则低于油松;在除冬季外的各个季节,两个树种树干液流均存在对气象因子的时滞效应。在日尺度上,两个树种的日间耗水量、夜间耗水量对环境因子的响应规律呈现出明显的季节和物种差异;夜间耗水量是两个树种耗水总量的重要组成成分,除秋季外,日间耗水量与夜间耗水量均显著正相关。在月尺度上,山杏的树干液流活动主要集中在夏季,油松的树干液流活动主要集中在秋季和春季。在全年尺度上,山杏和油松林地全年耗水量为58.17 mm和55.38 mm,夜间耗水量占比为35.26%和24.9%。(3)山杏和油松午间和黎明前叶水势特征表明两树种分别采取了极端不等水和部分等水的水分调节行为。两树种叶水势日变化模式符合其水分调节行为,在典型晴天,两个树种的叶水势日变化均呈现单峰型曲线,山杏午间叶水势下降更为剧烈。基于两个树种的树木水分生理参数的综合比较,山杏具有更强的忍耐低水势的能力,而油松则具有更强的忍耐脱水的能力,两个树种叶片水分生理特征与其水分调节行为相协调。综上所述,与油松人工林相比,山杏人工林林地土壤水分亏缺相对严重,而且山杏树木全年耗水量比油松高,同时山杏耗水主要集中于夏季,并且油松人工林表现出更加保守的水分利用策略,因而导致山杏人工林面临更加严重的水分亏缺。以上研究结果为加深理解区域水资源不足与植被建设之间的矛盾关系,全面揭示半干旱区山杏和油松树木水分传输特征与调节机制,实现人工植被的可持续管理提供了重要数据基础和科技支撑。
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