科尔沁沙地南缘沙地樟子松人工林水收和利用策略

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植物水分吸收和利用策略是了解植物与水分间关系的重要组成部分,有利于加深对植物生理机制的理解和合理管理水资源,对于改善区域生态环境具有重要的理论与实践价值。本文以科尔沁沙地南缘沙地人工樟子松林(章古台:人工纯林和大青沟:疏林草地)和红花尔基沙地樟子松天然林为对象,通过稳定性同位素δD和δ18O追踪人工林樟子松水分吸收来源,基于稳定性同位素δ13C比较人工林和天然林树木水分利用效率差异,借助于热扩散技术(TDP)监测人工樟子松林树干液流季节变化规律并估算林分蒸腾耗水量,揭示科尔沁沙地南缘沙地樟子松水分吸收策略和生存机理、阐明人工樟子松林生长过程中受到的水分胁迫,明确人工樟子松林分蒸腾耗水量,最终为阐明沙地樟子松衰退提供基础参数。本试验于2010年4月-10月进行,该年总降雨量为579.8 mm,与多年平均降雨量474 mm相比,是一个降雨丰沛年。结果表明:(1)章古台和大青沟的人工林樟子松水分吸收策略存在差异,章古台地区樟子松生长季初期主要利用土壤水(4-6月),随着时间变化利用土壤水的深度逐渐增加,生长季中期利用土壤水和地下水(7-8月),生长季后期主要利用土壤水(9-10月),整个生长季没有直接利用雨水;大青沟地区樟子松整个生长季主要利用土壤水,并没有直接利用地下水和雨水。樟子松水分吸收策略可能与土壤含水量和地下水位埋深关系密切,地下水位埋深高(5.22 m)的章古台地区樟子松可以直接利用地下水,而地下水位埋深低(2.30 m)的大青沟樟子松不能直接利用地下水。(2)与天然林樟子松年轮早材宽度、晚材宽度和总宽度相比,人工林樟子松年轮宽度在1990-1996年间呈明显的下降趋势。人工林和天然林樟子松年轮早材和晚材α-纤维素中δ13C呈显著正相关关系。人工林樟子松早材和晚材δ13C与基于年轮δ13C值的水分利用效率(iWUE)随着树龄增加呈上升趋势,而天然林樟子松早材和晚材δ13C则随着树龄增加变化不大,iWUE随着树龄增加呈上升趋势。年平均温度是影响人工林樟子松年轮δ13C的主要因素:而降雨量是影响天然林樟子松年轮δ13C的主要因素。与天然林地区降雨量随时间没有显著的变化趋势相比,人工林地区温度随着时间变化呈明显的升高趋势,导致人工林樟子松iWUE升高,是引起人工林樟子松衰退的原因之一。(3)不同径级人工林樟子松树干边材液流启动时间随着季节变化逐渐推迟;东、南、西、北4个方位树干边材液流速率具有相似的变化趋势,但不同方向上液流速率的变化过程并不一致,尤其是不同方位树干液流速率达到当天最大值的时间不同;不同天气条件下,树干平均液流速率日变化呈不同变化趋势,晴天为明显的单峰曲线,多云和阴天呈现多峰曲线;不同生长季树干平均液流速率与光合有效辐射、大气温度和水汽压亏缺均呈显著正相关关系,与大气相对湿度呈显著负相关关系;胸径与边材面积有极显著幂函数关系:随着径级的增加,蒸腾耗水量逐渐增加,且与降水量变化密切相关;以2010年5-10月为例,28a生人工纯林(密度为1389株·hm2、平均胸径为11.2 cm、平均树高5.7 m)林分的蒸腾耗水量为300.5mm.(4)章古台地区年降雨量呈下降趋势,地下水位埋深呈直线上升趋势,土壤水分已经显亏缺状态,目前樟子松仍可以吸收利用地下水,这必将进一步引起大面积樟子松纯林的衰退。年平均温度是影响人工林樟子松iWUE的主要因素,而降雨量是影响天然林樟子松生长和iWUE的主要因素,在生长发育过程中,当人工林樟子松iWUE超过天然林樟子松时,表明人工林樟子松受到的水分胁迫程度高于天然林樟子松,是引起人工林樟子松衰退的原因之一。28 a生人工林樟子松(密度为1389株·hm2,平均树高为5.7 m),随着径级的增加,蒸腾耗水量逐渐增加,可能是引起樟子松衰退的原因之一.
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