华北半干旱区三种常见针叶树种生长季林分水分收支研究

作     者：李江霖 

作者单位：北京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张志强

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：林分蒸腾 林分蒸散 水分收支 降雨再分配 树种选择 

摘      要：近年来极端气候出现的频次越来越高,成为研究人员关注的焦点之一。气候的变化正在增加降雨模式的变异性,降水区域性的减少也是导致我国北方干旱化日益严重的重要原因。在半干旱地区揭示不同树种组成的森林生态系统的水分收支,能为当地森林经营提供树种选择的依据,同时改进气候智能型的水资源管理策略。本研究选取内蒙古自治区呼和浩特市树木园内华北常见针叶造林树种云杉（Picea meyeri）、油松（Pinus tabulaeformis）和樟子松（Pinus sylvestris）纯林（无灌溉）为研究对象,其林分密度分别为764株·ha、705株·ha和500株·ha,在生长季同步测算生长季树干液流、气象因子、土壤含水量、穿透雨、树干径流、枯落物截留和土壤蒸发,获取林分尺度的水分输入量（降雨量）和输出量（蒸散量）,从而建立三个树种纯林的水分收支模式。研究发现:（1）云杉、油松和樟子松林分日蒸腾速率变化存在树种特异性,呈现“单峰、“双峰两种曲线。在生长季期间（以2021年为例）,云杉、油松和樟子松的蒸腾量日均值分别为0.105±0.091 mm·d、0.666±0.302 mm·d和0.785±0.340 mm·d。云杉蒸腾量逐月降低,油松月际差异无明显规律,樟子松呈先上升后下降的趋势。三个树种的林分蒸腾量对于太阳总辐射、饱和水汽压差、风速的响应程度存在种间差异。在2021年生长季,影响云杉蒸腾量的首要气象因素为风速,影响油松、樟子松蒸腾量的首要气象因素为太阳总辐射;而2020年影响三个树种林分蒸腾量的首要气象因素均为太阳总辐射。云杉、油松和樟子松林分蒸腾量分别为同期降雨量的4.34%、40.22%和46.28%。（2）在生长季,云杉、油松和樟子松三种林分的的穿透雨与降雨量呈极显著线性回归关系（R=0.994、0.995和0.996）,分别占降雨的75.70%、73.13%和70.42%;树干径流与降雨量呈极显著线性关系（R=0.918、0.935和0.951）,分别占降雨的1.01%、0.82%和0.78%。林冠截留与降雨量呈极显著线性关系（R=0.827、0.904和0.949）,林冠截留率分别为23.30%、26.05%和28.80%,并与降雨量呈极显著幂函数关系（R=0.799、0.887和0.784）。枯落物截留与降雨量呈极显著线性关系（R=0.904、0.919和0.960）,枯落物截留率分别为5.69%、5.26%和6.48%。2020年8-9月,云杉、油松林分的土壤蒸发量分别为23.95 mm和24.97 mm;2021年5-9月,云杉、油松和樟子松的土壤蒸发量分别为55.03 mm、58.64 mm和54.06 mm。土壤蒸发量受太阳辐射、降雨量、大气温度多重因素影响。观测期间云杉、油松和樟子松林的土壤蒸发分别为降雨量的18.82%、19.93%和21.35%。（3）在生长季,云杉和油松纯林林分蒸散小于降雨量,而樟子松纯林则大于降雨量。在林分水分输入量（降雨量）为166.38 mm的2020年8-9月,云杉和油松林分别盈余91.03 mm和44.93 mm,分别为同期降雨量的54.71%和27.00%。在降雨输入量为253.24 mm的2021年5-9月,二者分别盈余107.53 mm和14.50 mm,为同期降雨量的42.46%和5.76%,而樟子松林则亏缺6.66 mm。根据不同树种的降雨再分配特征可知,该站点的云杉林有效降雨量率最高,为76.71%。在气象条件相同的情况下,云杉林地的蒸腾量最低,为0.106±0.053 mm·d（2020年）和0.105±0.091 mm·d（2021年）,使得更多的水分得以保留在林地中。研究结果表明,在三个林分树木生长情况良好的同时,在仅以天然降雨为水分输入的情况下,本站点的云杉林较油松林,尤其是樟子松林,具有更高的保水能力。森林经营策略的选择在兼顾森林生态服务功能的同时,还应权衡森林对水资源的依赖,本研究结果可为当地造林和植被恢复的树种选择提供科学参考价值。