【摘要】：華北地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)是華北平原重要的生態(tài)屏障,森林生態(tài)系統(tǒng)與水資源之間的關(guān)系是華北地區(qū)森林植被建設的關(guān)鍵問題。為了研究華北地區(qū)森林系統(tǒng)水分運移過程與利用機制,本文分別以北京山區(qū)優(yōu)勢造林樹種側(cè)柏、栓皮櫟和張北高原區(qū)主要防護林樹種小葉楊為研究對象,通過降水量梯度控制試驗,基于穩(wěn)定氫氧同位素技術(shù),定量分析不同時間尺度下樹木對水源的吸收比例,并利用長期定位觀測的TDP、HRM數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù),對華北地區(qū)主要林分的水分運移、利用和平衡過程進行研究,力求揭示華北地區(qū)林木水分運動機制,為華北地區(qū)的森林植被建設提供參考和依據(jù)。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)無降水處理區(qū)的各層土壤含水量(SWC)不隨季節(jié)變化,各層SWC的均值大小順序為 80-100 cm60-80 cm40-60 cm0-20 cm20-40 cm。在有降水處理的區(qū)域,降雨后,各層SWC對不同降雨量的響應程度不同,0-20 cm和20-40 cm的SWC對小于10 mm的降水響應敏感,中層40-60 cm、60-80 cm對小于10 mm的降水響應不顯著,而80-100 cm 土壤對小于10 mm的降水無響應。10-20 mm的降水能顯著增加40-60 cm、60-80 cm的SWC,但對深層80-100 cm的SWC無顯著影響。超過20 mm的降水能滲透到80-100 cm,能增加80-100 cm的SWC。無降水區(qū)域土壤水的δ2H和δ180無明顯季節(jié)波動變化,五個層次土壤水的δ2H和δ180圍繞均值在上下波動;一半降水條件、自然降水條件和二倍降水條件下各層土壤水的δ2H和δ18O值隨著土層的加深而變大,旱季的δ2H和δ18O值大于雨季。泉水的δ2H和δ180值相對穩(wěn)定,其變化范圍分別-73.5‰～-68.18‰和-10.84‰～-9.79‰。(2)在無降水條件下,側(cè)柏主要利用地下水和60-100 cm土壤水,對這兩層水源的吸收比例分別為28.2-38.3%和22.1-39.6%,且隨季節(jié)變化不明顯;栓皮櫟對各層土壤水源的吸收比例較均衡。在一半降水區(qū)和自然降水區(qū)的旱季,側(cè)柏以利用60-100 cm 土壤水和地下水為主,對兩個水源吸收的平均比例分別為26.6-30.1%和26.3-30.6%;雨季側(cè)柏對降水反應敏感,吸收地下水、0-20 cm和60-100 cm的土壤水,對這三者水源的利用比例分別為23.7-30.5%、21.6-26.8%和25.5-26.6%;雨季栓皮櫟的主要水源逐漸向深層土壤轉(zhuǎn)移。在整個觀測期,60-100 cm 土壤水和地下水均為栓皮櫟主要水源之一,在二倍降水區(qū),隨著降水逐漸增加,側(cè)柏的水分來源從深層水逐漸向淺層水過渡,而栓皮棟的對地下水和深層60-100 cm 土壤水分的利用也逐漸增大。(3)隨著楊樹退化程度的嚴重化,對應退化樣地的土壤含水量越低,土壤氫氧同位素值逐漸變大,分餾效應明顯。小葉楊根系呈“傘”狀分布,其根系在垂直方向和水平方向上分別能伸展240 cm和200 cm。小葉楊根系具有“二態(tài)”結(jié)構(gòu)特征,它能吸收多個水源層的土壤水分。隨著小葉楊退化程度的加重,小葉楊對深層土壤水的利用比例降低,對表層土壤水分的利用率升高。正常生長條件下的小葉楊傾向吸收利用深層土壤和水分含量高的水源,處于中度退化和重度退化的小葉楊更傾向于從淺層土壤中吸收水分,但表層濕度變化較大且濕度較低,水分供應不足可能是小葉楊退化的主要原因。(4)在整個生長季,側(cè)柏和栓皮櫟的液流速率在典型晴天呈先升高后降低的“單峰”曲線變化趨勢。生長季內(nèi)闊葉林的液流速率大于針葉林,雨季的液流速率要大于旱季。自然條件下的液流通量為干旱條件下的液流通量高3倍左右,主根處的液流通量小于胸徑處的液流通量但大于側(cè)根處的液流通量。側(cè)柏和栓皮櫟液流速率與太陽輻射、空氣溫度和空氣濕度的相關(guān)性較好,與風速相關(guān)性不顯著。自然條件下側(cè)柏側(cè)根在觀測期內(nèi)的液流僅在8月末期的幾天出現(xiàn)逆向液流,其余時間為正向液流;干旱條件下側(cè)根處逆向液流的通量要高于正向液流的通量。(5)側(cè)柏和栓皮櫟液流在相同月份的時滯時間不一樣,側(cè)柏對輻射和VPD依賴的時滯時間高于栓皮櫟,兩個樹種的樹干液流與VPD和輻射擬合的R2隨時滯時間呈單峰曲線變化。側(cè)柏和栓皮櫟的光合速率在各個月份呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律,其在日內(nèi)都呈“M形”變化,分別在10:00和14:00達到第一次和第二次峰值;栓皮櫟的在日內(nèi)均呈現(xiàn)先增大后降低的單峰“凸”形曲線變化。側(cè)柏和栓皮櫟的光合速率在雨季的峰值均大于其在旱季的峰值。側(cè)柏蒸騰速率和栓皮櫟蒸騰速率與輻射和VPD均呈正相關(guān),側(cè)柏光合速率和栓皮櫟光合速率與輻射和溫度均呈正相關(guān)。(6)側(cè)柏和栓皮櫟的夜間液流均用水樹干儲水,樹干儲水量隨季節(jié)呈波動變化,旱季儲水量小于雨季,非晴天儲水量小于晴天。從3年水量平衡來看。側(cè)柏的逆向液流量、蒸騰耗水量、光合用水量和樹干儲水量占整個液流通量的平均比例分別為2.26%、91.16%、8.84%和6.37%。栓皮櫟的蒸騰耗水、光合用水和樹干儲水占整個液流通量平均比例分別為94.63%、5.37%和6.09%,側(cè)柏和栓皮櫟的光合用水量只占液流通量很少的一部分,而側(cè)柏和栓皮櫟的蒸騰耗水是用水的主要方式。
【圖文】：

在使用以上公式對三個以上水源進行計算時，由于只有兩個方程但有多個未知數(shù)，逡逑無法生成唯一解，此時可以借用由Ｐｈｉｌｌｉｐｓ邋＆邋Ｇｒｅｇｇ邋（２００３）研發(fā)的Ｉｓｏ－ｓｏｕｒｃｅ模型量化逡逑各水源層對植物的貢獻率，模型操作的界面如下圖１－１所示：逡逑＊邋ｆｉｔｖ邋Ｃａｋ邋（＊ｒｗ４邋Ｃｌｅａｒ邋Ｖｗｗ邋Ｇｒａｐｈ邋ｆｃａｉｔ邋Ａｂｏｕｔ邋Ｈｅｌｐ逡逑徽邐皮板＾分來》逡逑Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ邐＾邋％逡逑Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ邐0［0２邐卜Ｖ邋濯逡逑Ｍｉｘｔｕｒｅｓ邋－５６邋０９０２逡逑■邋；邋－３７．６４４５＇邐［逡逑＇＇－５４．６９４９邋ｊ邐（￣邐＇逡逑￣６４５８３５＂逡逑？７Ｍ８１￣８逡逑－７３．１６０６逡逑ＨＥＳＳ邐一廠逡逑？７０．４５９２邋二邐二邐—逡逑ｊＺＩＺ－邋邐邐Ｌｌ￣ｚｒ＿Ｉ邐；逡逑圖１．１邋Ｉｓｏ－ｓｏｕｒｃｅ模型操作界面逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ邋Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｏｆ邋Ｉｓｏ－ｓｏｕｒｃｅ逡逑１．２．３根系水力再分配逡逑在正常的生理狀況下，根－土界面的水分傳輸是由土壤傳輸進入根系中，但是，在某逡逑些特定情況下，會出現(xiàn)根系將從濕潤土壤吸收的水分釋放到干旱土壤中，即根－土界面水逡逑分的逆向運移。最早發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的Ｒｉｃｈａｒｄｓ邋＆邋Ｃａｌｄｗｅｌｌ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（１９８７）將這一現(xiàn)象定義逡逑為“根系水力提升”（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｌｉｆｔ，ＨＬ）。根系水力提升現(xiàn)象不僅存在于根系吸收深層土逡逑壤水釋放于表層土壤中，同時存在于根系吸收表層土壤水釋放于深層土壤中（水力下傳，逡逑ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｄｅｓｅｎｔ

逡逑研究區(qū)屬于北京市海淀區(qū)西山鷲峰國家森林公園的一部分，為北京林業(yè)大學教學實逡逑驗林場——首都圈森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研宄站（圖２．１），站點坐標為３９°５４Ｗ，逡逑１１６°２８孔林場面積為８３２．０４邋ｋｍ２。東面與北安河村相接，西面與門頭溝妙峰山相連，，逡逑向南到北安河鄉(xiāng)大工村，距離北京市區(qū)約３０邋ｋｍ，距海淀約２０邋ｋｍ，距門頭溝約１５邋ｋｍ，逡逑西面與門頭溝妙峰山相連，向南到北安河鄉(xiāng)大工村，向北距昌平約２０邋ｋｍ。逡逑圖２．１北京研[偳蛭恢猛煎義希疲椋紓酰潁邋澹玻卞澹蹋錚悖幔簦椋錚鑠澹恚幔皰澹錚駑澹攏澹椋輳椋睿玨澹潁澹螅澹幔潁悖楨澹幔潁澹徨義希玻保駁刂實孛蔡卣麇義媳本┦猩降氐暮０撾冢保埃埃埃保擔埃懊字�，平原海拔高度在２０？６０米之间，乞滪海辶x習胃叨任矗常靛澹懟１本┦猩角急冉洗�，门惋埖、房山、石景赊I韃考安轎韃烤蟹皺義喜跡忌角苊婊模常保玻�，北京山区属又@猩鉸觶蚱瀋礁吖壬�、流急坡陡的讋蛘d義咸氐闥亮魘Ы銜現(xiàn)兀槐本┦醒憂�、密云、怀柔、平谷陛吙、蓑G宥輩可教迤露繞藉義希保靛義

本文編號：2617533