六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林蒸腾的坡位差异及影响因素

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Richie911
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六盘山位于半湿润与半干旱区的过渡带上,是我国西北地区主要的气候分水岭。华北落叶松人工林(Larix principis-rupprechtii)是六盘山区主要的森林类型,其林分蒸腾耗水对该区的水量平衡和供水功能具有重要影响。目前有关森林蒸腾的研究主要集中在样地和流域尺度,但在坡面测定的研究报道较少。因此,本文以六盘山叠叠沟小流域华北落叶松林典型坡面为研究对象,在2021年生长季(5-10月)调查坡面植被结构和土壤物理性质,运用热扩散技术测定华北落叶松的单株和林分蒸腾,并同步测定林外气象因子和不同坡位土壤水分的连续变化,分析单株和林分蒸腾的时空变化特征及主要影响因素的关系。所得结果如下:(1)水文要素的坡位变化在2021年生长季(5-10月),研究区总降雨量443.7 mm,但其季节分配不均,其中5-8月干旱少雨(147.7 mm,33.3%),9-10月降雨较集中(296.0 mm,66.7%),属于典型干旱年。华北落叶松林植被结构存在明显的沿坡变化。随离开坡顶水平距离增加,林分的平均树高、平均胸径、郁闭度、冠层叶面积指数及草本层生物量均呈先升高后降低,而枯落物层生物量呈先降低后升高的趋势,林分密度则持续增大。坡面土壤物理性质存在明显的沿坡变化。土壤容重随离开坡顶水平距离增加呈先升高后降低,而孔隙度、持水率以及饱和导水率均呈先降低后升高的趋势。(2)土壤含水量的降雨响应土壤含水量(m~3·m-3)的季节变化表现为先降低后升高,其中8月份最低(0.112);土壤含水量的坡位差异显著,整体表现为上坡位(0.191)>中坡位(0.158)>下坡位(0.146),同时土壤含水量的坡位差异因处于干旱年主要受植被蒸散影响,而受坡面汇流影响不大;随着土层的加深,土壤含水量逐渐增大,其中0~20 cm土层的含水量波动剧烈,20~60 cm土层的含水量相对稳定。在同一降雨量级时,因受土壤孔隙度、持水能力、林下草本截持以及优先流等的影响差异,中坡位的土壤含水量对降雨量增加的响应最敏感,其次是上坡位,下坡位最不敏感;本研究中,降雨事件以小于10 mm的小降雨为主,7 mm是形成有效降雨的阈值,超过此阈值后才有可能缓解土壤干旱和补给浅层土壤水分。(3)单株蒸腾特征及影响因素在晴天和阴天,单株蒸腾的日变化呈单峰型曲线,在雨天的变化幅度相对较小。相比阴天和雨天,晴天单株蒸腾的启动时间早,结束时间晚,峰值大。同时,随着太阳辐射强度减弱,单株蒸腾的坡位差异明显降低。单株蒸腾量(ml·min-1)随生长季进行呈降低-升高-降低的趋势,5月份最高(202.35),10月份最低(35.54)。单株蒸腾量的季节变化存在坡位差异,5、6、7、9月份中坡位最高,8月份下坡位最高,而10月份随坡位上升逐渐降低。影响单株蒸腾的主要因子各月不同,在5、9月份主要受气象因子限制,在6、10月份受气象因子和土壤水分的共同影响,在7月份主要受土壤水分限制,在8月份下坡位受气象因子限制,而中坡位和上坡位主要受土壤水分限制。(4)林分蒸腾特征及其多因素响应林分蒸腾量(mm)随生长季进行呈下降-上升-下降的趋势,5月份最大(37.39),10月份最小(6.58);受气象因子、土壤水分和林分结构的坡位差异影响,导致林分蒸腾也有明显的坡位变化,整个生长季总蒸腾量的坡位变化为中坡位(118.82)>下坡位(110.47)>上坡位(106.93)。林分日蒸腾量(T,mm)对潜在蒸散(PET,mm·d-1)、土壤可利用水分(REW)的响应符合趋于饱和的指数增长关系,对冠层叶面积指数(LAI)的响应遵循线性增长关系。基于这些关系,连乘建立林分日蒸腾模型:=(8.501×1-EXP 0.03)×(8.54×1-EXP 0.016)×(12.493-4.349),该模型能较好地模拟林分日蒸腾对环境的响应。
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