宁夏河东沙区刺槐和丝绵木水分利用研究

作     者：柳利利 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩磊

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：蒸腾耗水 水分来源 水分利用关系 氢氧稳定同位素 土壤水分环境 

摘      要：水分是限制干旱半干旱地区人工植被生长的重要因素。水分的有效性和植物的水分利用策略反映了生态系统对环境水分状况的响应并随着全球气候变化而发生改变。开展植物水分利用研究,能为区域植被恢复和防护林林分结构调整提供科学依据。本研究以宁夏河东沙区典型人工林树种刺槐和丝绵木为研究对象,研究了 2个树种在生长季不同时期的蒸腾耗水、蒸腾耗水的影响因素,蒸腾耗水的水分来源、2个树种之间的水分利用关系以及刺槐和丝绵木混交模式对该地区土壤水分环境的影响。主要研究结果如下:(1)在整个生长季,刺槐和丝绵木树干液流速率的日变化均呈现出先增加后减小的变化趋势,刺槐各月液流速率变化范围均大于丝绵木。生长季不同时期2个树种的液流启动时间、峰值时间以及最低值时间均存在差异。刺槐和丝绵木各月均存在微弱的夜间液流。刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量在生长季中期较高,前期和后期较小,刺槐蒸腾耗水量为丝绵木蒸腾耗水量的1.52倍。(2)影响刺槐和丝绵木蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、0—40 cm的浅层土壤质量含水量和40—120 cm的中层土壤质量含水量。在植物叶片属性中,叶片持水力对两种植物蒸腾耗水的贡献率较高。结构方程模型结果显示,环境因子以及植物叶片属性的10个因子分别解释了刺槐和丝绵木蒸腾耗水时间变异性的89.4%和87.8%。气温、太阳辐射、饱和水汽压差一方面直接影响刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量,另一方面通过影响叶片持水力、比叶面积和叶片含水率间接影响2个树种的蒸腾耗水量;降水一方面直接影响刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量,另一方面通过影响叶片持水力、比叶面积、叶片含水率和0—40 cm土壤质量含水量间接影响2个树种的蒸腾耗水量。(3)研究区大气降水线方程斜率小于全球大气降水线方程和中国大气降水线方程,表明本研究区气候干燥,蒸发较强,降水降落时受到云下二次蒸发的影响。土壤水线方程的斜率和截距均小于本地大气降水线,土壤水受到了二次蒸发的影响。地下水的氢氧稳定同位素分布相对集中,主要分布于大气降水线和土壤水线之间,研究区地下水受降水和土壤水的补充,并且地下水也会在一定程度上补充土壤水。(4)在蒸腾耗水量较高时,刺槐主要吸收利用中层土壤水,丝绵木主要吸收利用浅层土壤水,蒸腾耗水较低时,刺槐主要吸收利用浅层土壤水,丝绵木主要吸收利用中层土壤水;在整个生长季,丝绵木的水分生态位宽度高于刺槐,丝绵木的水分利用能力较刺槐强。在土壤水分含量较小的月份,刺槐和丝棉木主要通过水分利用空间上的差异来应对干旱,维持自身的蒸腾耗水;土壤水分含量较高的月份,刺槐和丝绵木的生态位重叠指数最大,存在较强的水分竞争关系。土壤含水量是影响植物水分来源的主要因素,土壤养分通过与水分的耦合来影响植物的水分来源。(5)刺槐和丝绵木的水分利用造成了林地中深层土壤水分亏缺。浅层土壤水分较高可能反映了土壤水分再分配作用下植物对水分和养分获取需求之间的平衡。