發(fā)布時間：2017-09-18 21:38

  本文關(guān)鍵詞：黃土丘陵半干旱區(qū)山地棗樹蒸騰規(guī)律及其節(jié)水調(diào)控策略

  更多相關(guān)文章： 蒸騰 土壤水分 氣象因子 節(jié)水調(diào)控 黃土高原

【摘要】：紅棗(Ziziphus jujube Mill.)是陜北地區(qū)的傳統(tǒng)樹種,自1999年國家退耕還林政策實施以來種植規(guī)模逐漸擴大,干旱缺水一直是制約當?shù)丶t棗產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的瓶頸。由于長期粗放的種植經(jīng)營方式和林地土壤水分的過度消耗,導致了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的退化甚至永久性土壤水分干層的出現(xiàn)。棗林地的蒸騰耗水受到氣象因子、土壤水分狀況、立地條件以及自身生長發(fā)育狀況的綜合影響,變化復(fù)雜。掌握棗樹蒸騰規(guī)律進而對其耗水過程進行有效的調(diào)控,對于實現(xiàn)林地土壤水分的動態(tài)平衡和生態(tài)經(jīng)濟林(棗林)的可持續(xù)經(jīng)營均具有重要的意義。本文以陜北榆林地區(qū)廣泛種植的梨棗(pear-jujube)為研究對象。采用TDP樹干液流監(jiān)測系統(tǒng)、CNC100中子水分儀、TDT土壤水分監(jiān)測探針、自動氣象站以及冠層分析儀等觀測設(shè)備對棗林的蒸騰動態(tài)、深層土壤水分狀況(0~10m)、氣象因子、樹體生長發(fā)育指標等進行連續(xù)三年的定位觀測,對棗樹和棗林地的耗水及其變異規(guī)律、各影響因子對其響應(yīng)方式及其節(jié)水調(diào)控策略進行了深入分析,得到如下研究成果:(1)樹體液流日內(nèi)變化總體呈現(xiàn)單峰變化趨勢,但其啟動時間、峰值大小、旺盛蒸騰時長、開始減弱和基本停滯的時間會隨著生育期的改變以及其他影響因子的變化而發(fā)生變化。棗樹蒸騰在生育期始末的5和10月較低,而在生育中期的6~9月較高(80~105mm/月)。棗樹生育期的蒸騰主要發(fā)生在白天,但是夜間也存在液流現(xiàn)象,棗樹夜間液流占全天蒸騰的10%~25%左右。引起夜間液流現(xiàn)象的主要原因是樹體的根壓吸水作用。在棗樹生育期和休眠期其液流測定參數(shù)的變化規(guī)律存在顯著差異,基于這一特征可以對棗樹的生育期進行較為準確的界定。通過對比發(fā)現(xiàn),基于液流特征確定的生育期和觀察樹體萌芽落葉確定的生育期時長基本一致,都約為160天左右。但基于液流特征確定的生育期日期會提前5天左右。棗樹樹體液流的啟動要早于樹體的萌芽,而樹體的落葉發(fā)生在液流基本停止以后。樹體的液流在生育初期啟動以后要經(jīng)歷約1個月左右的增強過程,而樹體液流的減弱到基本停止僅需要2~3天。(2)棗樹的蒸騰和其生長發(fā)育指標之間關(guān)系密切,樹體的邊材面積和瞬時蒸騰(液流速率)成反比,而和日蒸騰量呈正比,棗樹全生育期葉面積和葉面積指數(shù)均呈二次曲線變化,當葉面積較小時(LA2.1m2),葉面積和蒸騰之間存現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.84)。不同樹齡棗樹的耗水規(guī)律基本相同,在生育初期,不同樹齡間耗水差異不顯著,而生育中后期隨著樹齡的增加,耗水會顯著增強。日蒸騰的最大值一般出現(xiàn)在7~9月份。不同樹齡棗樹蒸騰的變異與波動在年際存在差異,2012和2014年,不同樹齡的生育期蒸騰的變異系數(shù)在生育始末期變異較小,中期差異很大(C.V值40%~60%),符合二次曲線變化規(guī)律(R22012=0.6061,R22014=0.3196)。2013年的變異系數(shù)在初期和后期都比較小,符合3次曲線變化(R22013=0.3483),這可能和當年生育后期降雨頻繁,輻射強度偏低有關(guān)。(3)棗樹蒸騰和氣象因子的關(guān)系比較顯著,而且逐日蒸騰、逐月蒸騰和全生育期蒸騰的主要影響因子不同,相同影響因子的響應(yīng)程度(R2)和響應(yīng)方式(K)也會隨著時間的改變而發(fā)生變化�？傮w而言VPD和PAR是影響蒸騰的兩個主要因子,同時也是棗樹蒸騰兩個主要的驅(qū)動因子。通過對液流上升、下降階段和兩大驅(qū)動因子的關(guān)系重點分析,發(fā)現(xiàn)兩因子和液流均呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系,而且液流和PAR的相關(guān)性比VPD更高。棗樹的日蒸騰和兩因子也呈極顯著相關(guān),但是相關(guān)系數(shù)會隨著研究時間尺度的提高而降低,生育期各月液流和兩因子均呈極顯著相關(guān),且液流對PAR的響應(yīng)程度均高于VPD。(4)棗樹對兩大蒸騰驅(qū)動因子的響應(yīng)存在明顯的“時滯效應(yīng)”。在蒸騰的啟動階段,兩因子和蒸騰幾乎同時啟動。達到峰值的時間蒸騰最早、PAR次之、VPD最后。而液流的下降過程,PAR最早、蒸騰次之、VPD最后。由于“時滯效應(yīng)”的存在,棗樹對PAR和VPD的響應(yīng)會存在閾值現(xiàn)象,在液流上升階段當兩因子超過一定閾值時候,蒸騰開始保持基本穩(wěn)定而不再增加。反之在液流下降階段當兩因子降低到閾值以下,液流才開始顯著降低。VPD的閾值在上升下降階段均穩(wěn)定在3.5Kpa左右,而PAR的閾值在上升和下降階段存在差異(1000μmolm-2 s-1~1200μmolm-2 s-1)。這種時滯現(xiàn)象的存在也是棗樹抗旱特征的重要標志,可以有效避免了棗樹的過分失水。但兩因子的響應(yīng)閾值也會隨著環(huán)境溫度等影響因素的改變而發(fā)生改變(5)運用中子儀和土壤水分探針兩種方法監(jiān)測的棗林地1m層土壤水分變化規(guī)律完全一致,但是當土壤水分較低時,TDT探針監(jiān)測的土壤含水量數(shù)據(jù)偏低。棗林地土壤水分受降雨影響波動劇烈。在豐水年(2013年)顯著上升(1m層土壤儲水量+28mm),平水年(2012年)略有虧缺(-5.5mm),在枯水年(2014年)虧缺嚴重(-40mm)。土壤含水量的波動和變異程度(C.V)隨著土層深度的加深逐漸降低,棗林地土壤自上而下按照其水分變化情況和波動程度可劃分為:土壤水分劇烈變化層(0-0.6m),土壤水分變化層(0.6-2.6m),土壤水分干層(2.6-6m)和土壤水分恢復(fù)層(6-10m)。在不同水文年型,棗樹的蒸騰量均會隨著土壤含水量的上升而增加。土壤水分狀況不僅能引起日蒸騰量的變化,也會引起瞬時蒸騰(液流)特征的改變。隨著土壤含水量的上升,液流谷值出現(xiàn)的時間提前,峰值出現(xiàn)時間推后,液流“午休”時間縮短,保持旺盛蒸騰時間延長,反之亦然。(6)通過在不同時間尺度上對影響棗樹蒸騰的氣象因子、土壤水分和生長因子的的綜合分析,發(fā)現(xiàn)各因子和蒸騰相關(guān)性(R2)均在生育期較高。生育期逐月蒸騰在時尺度的主導因子為PAR(R2max=0.68)、日尺度上為RH(R2max=0.78)和WS(R2max=0.81)、旬尺度為LAI(R2max=0.82)和LA(R2max=0.73)。全年蒸騰量在較小時間尺度上(時和日尺度)和氣象因子均呈極顯著相關(guān)(p0.01),而在較大尺度(旬和月尺度)上僅和LAI、LA和SW呈極顯著相關(guān)(p0.01)。土壤水分和棗樹全年蒸騰總量極顯著相關(guān),但是逐月蒸騰關(guān)系并不顯著,即棗樹全年蒸騰總量主要受土壤水分狀況影響,逐月蒸騰主要與自身生長發(fā)育階段有關(guān)。隨著尺度的提升,氣象因子對蒸騰的相關(guān)關(guān)系逐漸減弱,作物自身生長狀況和蒸騰的相關(guān)關(guān)系逐漸增強。但是相同時間尺度上逐月蒸騰量和全年蒸騰量的主要影響因子存在差異。(7)為了探求通過修剪控制棗樹蒸騰和林地水分消耗的有效方法,通過修剪對棗樹樹體規(guī)模進行梯度控制。發(fā)現(xiàn)修剪可以顯著的降低樹體的蒸騰耗水。修剪造成的蒸騰耗水的差異:白天夜間,晴天陰天。在不同生育階段,修剪造成蒸騰耗水的差異在萌芽展葉期差異不顯著,而在開花座果、果實膨大、成熟落葉期以及全生育期均差異顯著。經(jīng)過連續(xù)2年的修剪控制,重度修剪比不修剪對照(CK)蒸騰量減小了68.6%,土壤含水量增加40.5mm。由此可見,通過修剪減少樹體規(guī)�？梢燥@著的減少土壤水分消耗,增加土壤儲水量。構(gòu)建了山地棗林產(chǎn)量和需水量的水分生產(chǎn)函數(shù)方程,確定了山地棗林理論最大產(chǎn)量為16181.2 kg/hm2。此時水分生產(chǎn)效率僅為17.46 Kg/hm2/mm。隨著棗樹產(chǎn)量的增加,會帶來水分生產(chǎn)效率的大幅下降。以當?shù)囟嗄昶骄涤炅?50.1mm為供水量上限。根據(jù)水分生產(chǎn)函數(shù)方程,確定了可實現(xiàn)山地棗林可持續(xù)經(jīng)營的棗林地產(chǎn)量目標:畝產(chǎn)800公斤,此時的水分生產(chǎn)效率上升到26.25Kg/hm2/mm,初步實現(xiàn)了“以水定產(chǎn)”。并通過線性和非線性的評價方法對產(chǎn)量和樹體規(guī)格因子的關(guān)系分別進行了綜合評價,結(jié)合生產(chǎn)實際確定出了冠幅體積和新稍長度兩個“節(jié)水型修剪”的調(diào)控指標,為以產(chǎn)定型(樹體規(guī)格)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：蒸騰 土壤水分 氣象因子 節(jié)水調(diào)控 黃土高原
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S665.1
【目錄】：

• 摘要6-9
• 英文摘要9-16
• 第一章 緒論16-28
• 1.1 研究目的意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究進展17-26
• 1.2.1 （林）果樹蒸騰的測定方法研究進展17-20
• 1.2.2 氣象因子對樹體蒸騰的影響的研究進展20-21
• 1.2.3 黃土高原土壤水分狀況研究進展21-22
• 1.2.4 蒸騰對土壤水分的影響的研究進展22
• 1.2.5 修剪對果樹調(diào)控的研究進展22-24
• 1.2.6 修剪對果樹蒸騰調(diào)控的研究進展24-26
• 1.2.7 蒸騰主要影響因子的時間尺度效應(yīng)研究進展26
• 1.3 研究存在的不足26-28
• 第二章 研究方法與試驗設(shè)計28-36
• 2.1 試驗區(qū)概況28
• 2.2 研究目標28-29
• 2.3 研究內(nèi)容29
• 2.3.1 樹體生長發(fā)育狀況對棗樹蒸騰的影響29
• 2.3.2 氣象因子對棗樹蒸騰的影響29
• 2.3.3 土壤水分狀況對棗樹蒸騰的影響29
• 2.3.4 棗樹蒸騰主要影響因子的時間尺度效應(yīng)29
• 2.3.5 棗樹蒸騰的節(jié)水調(diào)控策略29
• 2.4 試驗方案29-31
• 2.4.1 樹形修剪觀測試驗30-31
• 2.4.2 不同樹齡棗樹蒸騰觀測試驗31
• 2.5 觀測指標與方法31-35
• 2.5.1 氣象指標31
• 2.5.2 土壤指標31-32
• 2.5.3 葉面積、葉面積指數(shù)的監(jiān)測32-33
• 2.5.4 邊材面積的確定33-34
• 2.5.5 液流速率監(jiān)測34
• 2.5.6 樹體生長、形態(tài)和產(chǎn)量的指標：34
• 2.5.7 數(shù)據(jù)處理與分析34-35
• 2.6 技術(shù)路線圖35-36
• 第三章 棗樹的液流特征與蒸騰變化規(guī)律36-44
• 3.1 棗樹液流參數(shù)特征36-38
• 3.1.1 棗樹液流參數(shù)的測定36-37
• 3.1.2 生育期休眠期液流參數(shù)特征值差異37-38
• 3.2 基于液流參數(shù)特征的生育期界定38-39
• 3.2.1 傳統(tǒng)的棗樹生育期界定方法38
• 3.2.2 基于液流參數(shù)的生育期界定38
• 3.2.3 生育期液流的加強和減弱過程38-39
• 3.3 棗樹的液流特征39-40
• 3.4 棗樹蒸騰變化規(guī)律40-42
• 3.4.1 生育期逐月蒸騰41
• 3.4.2 逐日蒸騰與晝夜分配41-42
• 3.5 小結(jié)42-44
• 第四章樹體生長發(fā)育對棗樹蒸騰的影響44-50
• 4.1 邊材面積對蒸騰的影響44-45
• 4.2 葉片規(guī)模對蒸騰的影響45-46
• 4.2.1 葉面積與葉面積指數(shù)動態(tài)45-46
• 4.2.2 葉面積和蒸騰的關(guān)系46
• 4.3 樹齡對棗樹蒸騰的影響46-49
• 4.3.1 不同樹齡棗樹的蒸騰差異46-48
• 4.3.2 不同樹齡年際蒸騰耗水差異48-49
• 4.4 小結(jié)49-50
• 第五章 氣象因子對棗樹蒸騰的影響50-65
• 5.1 蒸騰和氣象因子的逐日變化50-53
• 5.2 氣象因子對蒸騰的影響53-56
• 5.2.1 氣象因子對月蒸騰的影響53-55
• 5.2.2 氣象因子對全生育期蒸騰的影響55-56
• 5.3 棗樹蒸騰的主要驅(qū)動因子56-62
• 5.3.1 主驅(qū)動因子的確定56-57
• 5.3.2 瞬時蒸騰（液流）和驅(qū)動因子的變化規(guī)律57-59
• 5.3.3 瞬時蒸騰的增強與減弱59-60
• 5.3.4 日蒸騰和主要驅(qū)動因子的關(guān)系60-61
• 5.3.5 主要驅(qū)動因子的時間變異性61-62
• 5.4 液流的時滯特征62-63
• 5.5 小結(jié)63-65
• 第六章 土壤水分對棗樹蒸騰的影響65-75
• 6.1 土壤水分時空變化規(guī)律65-70
• 6.1.1 土壤水分時間變化65-67
• 6.1.2 土壤水分的垂直（空間）變化67-70
• 6.2 土壤水分對蒸騰的影響70-74
• 6.2.1 液流（瞬時蒸騰）峰值、谷值出現(xiàn)時間與土壤水分關(guān)系70-71
• 6.2.2 生育前期土壤水分對蒸騰量的影響71-73
• 6.2.3 中后期土壤水分狀況對蒸騰量的影響73-74
• 6.3 小結(jié)74-75
• 第七章 棗樹蒸騰主要影響因子的時間尺度效應(yīng)75-84
• 7.1 數(shù)據(jù)篩選的預(yù)處理75-76
• 7.1.1 主要影響因子的篩選與確定75
• 7.1.2 不同時間尺度蒸騰的確定75-76
• 7.1.3 數(shù)據(jù)標準化處理76
• 7.2 月蒸騰主要影響因子的時間尺度效應(yīng)76-81
• 7.2.1 時蒸騰對其影響因子的響應(yīng)76-78
• 7.2.2 日蒸騰對其影響因子的響應(yīng)78-79
• 7.2.3 旬蒸騰對其影響因子的響應(yīng)79-80
• 7.2.4 不同尺度蒸騰對影響因子響應(yīng)的逐月動態(tài)80-81
• 7.3 全年蒸騰主要影響因子的時間尺度效應(yīng)81-82
• 7.4 討論82-83
• 7.5 小結(jié)83-84
• 第八章 修剪對棗樹蒸騰的調(diào)控作用84-94
• 8.1 指標觀測與修剪處理84
• 8.2 典型修剪強度下的蒸騰84-87
• 8.2.1 瞬時尺度下（10mins）蒸騰差異84-85
• 8.2.2 各生育期蒸騰差異性85-86
• 8.2.3 典型修剪強度下的土壤水分狀況86-87
• 8.3 樹體規(guī)格和樹體蒸騰的關(guān)系87-89
• 8.3.1 棗股棗吊與蒸騰的關(guān)系87
• 8.3.2 冠幅體積、枝條和蒸騰的關(guān)系87-88
• 8.3.3 葉面積、葉面積指數(shù)和蒸騰的關(guān)系88-89
• 8.4 水量約束下的目標產(chǎn)量89-90
• 8.4.1 樹體蒸騰和產(chǎn)量的關(guān)系89
• 8.4.2 目標產(chǎn)量的確定89-90
• 8.5 合理樹體調(diào)控指標的確定90-92
• 8.5.1 皮爾遜相關(guān)分析90-91
• 8.5.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析91-92
• 8.5.3 評價指標的確定92
• 8.6“節(jié)水型修剪”理論的提出與展望92-93
• 8.7 小結(jié)93-94
• 第九章 總結(jié)與討論94-97
• 9.1 本文的主要結(jié)論94-96
• 9.2 本文的主要進展96
• 9.3 研究的不足與展望96-97
• 參考文獻97-110
• 致謝110-112
• 作者簡介112-114

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈新元;李鴻德;薛維堂;陳國欣;寇艷玲;;陜北黃河沿岸紅棗產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2009年15期

2 劉業(yè)好,魏欽平,高照全,王小偉,魏勝林;“富士”蘋果樹3種樹形光照分布與產(chǎn)量品質(zhì)關(guān)系的研究[J];安徽農(nóng)業(yè)大學學報;2004年03期

3 楊海軍,孫立達,余新曉;晉西黃土區(qū)水土保持林水量平衡的研究[J];北京林業(yè)大學學報;1993年03期

4 朱妍;李吉躍;史劍波;;北京六個綠化樹種盆栽蒸騰耗水量的比較研究[J];北京林業(yè)大學學報;2006年01期

5 陳洪國;;修剪技術(shù)對桂花幼苗生長水分及光合作用日變化的影響[J];中國林副特產(chǎn);2006年04期

6 張毓?jié)?王文棟;李吉玫;李翔;徐金燕;;新疆烏拉泊庫區(qū)沙棗與胡楊光合特性比較[J];西北植物學報;2011年02期

7 賴堅定;拉枝對西子綠梨幼齡樹生長結(jié)果的影響[J];福建果樹;2004年04期

8 許家輝,張澤煌,陳長忠,余東,劉友接,鄭少泉,劉惠玉;拉枝對枇杷枝梢生長與成花的影響[J];中國南方果樹;2004年01期

9 曲桂敏,沈向,王鴻霞,束懷瑞;土壤干旱時蘋果果實對葉片水分利用效率的影響[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2000年02期

10 唐輝;梁惠凌;韋霄;蔣運生;王滿蓮;;銀杏摘心處理對枝梢和葉片生長的影響[J];果樹學報;2007年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李茂松;作物奢侈蒸騰及其調(diào)控基礎(chǔ)研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學院;2010年

2 白一茹;黃土丘陵區(qū)棗林土壤性質(zhì)時空特征研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2012年

3 段驊;高溫與干旱對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理機制[D];揚州大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 陳倩倩;土壤水分含量和抗蒸騰劑對玉米氣孔發(fā)育及生理過程的影響[D];西北農(nóng)林科技大學;2011年

2 周詠梅;常綠果樹整形修剪效應(yīng)及機理研究[D];廣西大學;2005年

3 楊文強;黃土高塬溝壑區(qū)蘋果林水量平衡研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2013年

4 陳云飛;人工經(jīng)營雷竹林CO_2通量及能量通量過程觀測研究[D];浙江農(nóng)林大學;2013年

，

本文編號：877656