杉木人工林生态系统蒸腾耗水规律研究文献综述.doc

中南林业科技大学研究生学位论文文献综述研 究课题 杉木人工林生态系统蒸腾耗水规律研究研究生姓名 赵亮生 年 级 2010级 学科、专业 攻读学位 硕士 导师姓名 闫文德教授 学 院 生命科学■技术学院 论文工作的起止时间 2011年9月-2013年6月 2012年 04 月26杉木人工林生态系统蒸腾耗水规律研究蒸腾是植物通过气孔及角质层以气态形式大录散失水分的过程，是植物叶片重要的生理功能之 一蒸腾遵循物理学原理，同时也受植物结构和生理作用的调节，比一般蒸发过程复杂，它是植物 吸水和物质运转的重要动力蒸腾不仅可以促进水分在植物体内的传导，而且能够降低叶面温度、 使叶片免受强光的灼伤⑴，是植物生长和适应环境的基础⑵蒸腾过程中土壤的营养物质随水分输送 到植物务个器官，为植物进行光合作用和各种生长代谢活动提供了条件因此，研究植物的蒸腾作 用对于了解植物的生命过程以及植物与环境之间相互作用的生态关系至关重要植物蒸腾耗水特性 的研究，一直以来倍受国内外水分生理学家、生态学家、林学家的共同关注，学者们先后在树种蒸 腾测定方法、树种蒸腾特性及其与环境之间的关系、森林水量平衡等方面进行了大量研究，并取得 了大量的成果同。

杉木是我国南方的主要造林树种，具有1000多年的栽培历史，为用途极广的用材树种，也是我 国南方丘陵造林绿化的先锋树种，兼有用材林、水保林和风景林三重功能，作用十分突出通过对 杉木人工林蒸腾特征及其环境影响因子的研究，能够揭示杉木蒸腾耗水规律以及蒸腾对环境因子的 响应关系，为营林造林和如何有效发挥杉木人工林水文、生态功能以及为杉木人工林生产力的评估, 提供科学依据林木蒸腾耗水研究的意义水分利用在林木生长发育、生物量积累和能量流动中具有 重要的作用，作为衡量水分消耗的蒸腾耗水量也是林木生长模型和生物量估算的一个重要参数同 时大量林木组成的森林具有涵养水源、调节径流、保护土壤和改善水质等方面的水交效益和改善环 境的生态效益，在生态建设和环境保护中发挥着巨大的作用蒸腾耗水是林木重要的生理功能，是 森林蒸散耗水的一个分用，有研究表明，林木单株耗水量从法国东部栋林的10kg,到亚马逊雨林林 冠上层木的1180kg, 35个属65个树种中的90%(平均树高21m)日耗水量在10-200kg范围内皿⑻ 在我国北方和西北干旱地区，林木蒸腾量占据了森林蒸散相当大的比例，特别是在西北干旱和半干 旱地区，如何充分利用有限的水资源去恢复和扩大森林资源，进而改善生态环境？为此，学者们对 林木耐旱机理、蒸腾耗水规律等方面进行了研究，希望能够选出耐早性强、耗水量少的树种，为下 一步造林、森林经营管理、水分科学有效管理和植被恢复奠定基础。

1国内外研究进展国外对蒸散发的研究已有200多年历史，己取得了-•系列成果o 1802年道尔顿(Dal-ton)提出了道 尔顿蒸发计算公式,使蒸发的理论计算具右明确的物理意义，对近代蒸发理论的创立有着决定性的作 用1926年波文(Bowen)从能量平衡方程出发，提出了计算蒸发的波文比•能量平衡法1939年桑切斯 ^(Thornthwatie)和霍尔兹曼(Holzman)利用近地面边界层相似理论，提出了计算蒸发的空气动力学方 法1948年，彭曼(Penman)和桑切斯特同时提出了 “蒸发力”的概念及相应的计算公式1951年Swinbank提出用涡动相关法计算各种湍流通量20世纪50年代苏联学者提出大区域平均蒸发量的气候学估算公式及水量平衡法1963年蒙蒂斯(Monteith)在研究作物的蒸发和蒸腾中引入表面阻力的 概念导出Penman-Monlieth公式,为非饱和下垫面的蒸发研究开辟了一条新途径20世纪70年代程」 Hillel等从土壤水运动规律出发结合土壤物理学原理来确定蒸发量，开辟了蒸发计算领域的另一重要 分支20世纪60年代以来，出现了模拟土壤-作物-大气连续系统中能量与物质交换过程的研咒』以更 服传统方法所存在的缺陷。

虽然其中一些参数目前还难以精确估计而未能达到应用的程虹但理一 论上是继Monteith 1963年后蒸发计算领域的又一大突破—莒义或&_我_世勇_7?竺代初以网处一.-- 利用遥感信息计算区域蒸发虽然还有许多问题有待解决但由于此法能测定面上蒸发,应用前景、、 广通预期会取得较快的进展最好能再加一点近儿年的研究怡况)我国的蒸发研究工作始于20世纪50年彳yw*奕妙M凯暇国仅交水乂n气级廿站网出 水血蒸发器测得的水面蒸发数虹型蛀作蚣&触i密发跳卷兀卖蛭鱼一60盘代娈1%里更密.、 发测定方法的研究60年代初我国开始了森林蒸散的研究，I960年王正非、崔启武、朱劲炜等在甘＜、、 肃子午岭用能量平衡法对山杨■辽东栋的蒸发散进行了测定,这是我国最早的森林蒸发散测定1983 、年-1985年徐德应和曾庆波对海南岛热带季雨林的蒸散进行了研究；1989年周国逸根据7年的观测数据，用水景平衡法计算出湖南杉木人工林的蒸散年均为880.3 mm,占年降水量的80.4%. [U大伦教授和康文星教授笠对会同杉木人工林蒸散规律也做了大量研究65】林木蒸腾速率随天气状况、叶面积大小、林冠构架和土壤水分等因素的变化而变化(Landsberget al.,1997)项二定程度上世反映工枕木魂节述蚀制及环填肋堕的适应熊刀。

匹年爽围也对列木蒸.[/ 腾作用与环境因子的关系进行了大量的研究(张启昌等,2000；曾小平等,2000;高健等,2000;钟育谦等，1999;高洁等,1997;孙慧珍等,2002;阮成江等,2001消文发等,2002;张劲松等,2002浏淑明等,1999),但在 较小的时间尺度(如h)上连续对树木蒸腾特性和林冠层各生态因子进行测定的报道很少林木蒸腾速 率有不同的测定方法,Saugier等(1997)采用枝袋(branch bag)、树干液流(sap flow)和涡动相关法(eddy covariance)对寒温带松树林的蒸腾进行了测定，各种方法测定的日蒸腾量趋向一致目前在测定林木 蒸腾速率时较多地采用热技术树干液流的方法，然后进行尺度转换(Stanetal.,2000),总之，这些研究的目的都是为在不同条件下的造林规划和生态环境建设提供树种耗水的背景资 料和树种选择方案，为林分密度调节、林分结构与经营方案配置等提供参考资料，并为大面积森林 植被与区域气候和水文关系的研究奠定基础因此，对林木蒸腾耗水的研究，在当前具有重要的社 会效益和生态效益2蒸腾机制2. 1蒸腾基本概念蒸腾是水分从植物体内以水蒸汽的形式散失到大气中的一个包含物理机理的生物学特性过程,删除的内容:,删除的内容：.删除的内容:,删除的内容:,删除的内容:,删除的内容:,删除的内容:,删除的内容:,删除的内容:,删除的内容:,根据蒸腾部位的不同可以将蒸腾分为皮孔蒸腾和叶片蒸腾。

皮孔蒸腾的量非常小，约占全部蒸腾量 的0.1%植物蒸腾作用的绝大部分是在叶面上进行的叶片蒸腾，叶片蒸腾又分为两种方式:气孔蒸腾 和角质蒸腾气孔蒸腾量占叶片蒸腾的大部分，而角质蒸腾仅占总蒸腾量的5%-10%,因此植物蒸 腾作用以气孔蒸腾为主⑶气孔蒸腾主要通过保卫细胞膨压的改变来调节气孔的开张和闭合，可分为两步:首先是水分在细 胞间隙及气孔下室周围叶肉细胞表面上蒸发成水蒸汽，然后水蒸汽分子通过气孔下室及气孔扩散到 叶外水蒸汽扩散是气孔蒸腾的关键步骤，扩散的快慢决定于通过气孔的阻力以及叶表面界面层阻 力扩散阻力的大小由气孔阻力和叶片表面层阻力决定，在这两种阻力中气孔阻力是主要的⑶，同 时这两种阻力与蒸腾强度的大小密切相关蒸腾作用的强度常用蒸腾速率来表示,即植物单位时间 单位面积蒸腾的水量（gHQm”・h」），计算公式如下：忙般动力 气孔下宝木蒂汽分BE-大气水蒸汽分压蒸腾速率=顽^ = 界球阳力小枷力 （】・1）叶片气孔下室和大气之间的水蒸汽压差制约着蒸腾速率，蒸汽压差大时，水蒸汽向外扩散 力强，蒸腾速度快，反之则慢;另外，如果气孔阻力大、扩散层厚，蒸腾慢，气孔阻力小、扩散层薄， 蒸腾快回2. 2国内外对林木蒸腾的测定方法删除的内容:研究进展J国际上对林木蒸腾蒸散的研究工作己有200多年的历史，研究者总结了一系列蒸腾蒸散的计算 方法，但仍存在一些需要进一步探讨的问题。

从20世纪60年代起，国内外陆续提出了多种测定和 研究林木蒸腾耗水的方法包括林分水平上的水景平衡法、空气动力学法、涡动相关法、、彼文比法 和红外遥感法，个体水平上的热技术法、同位素示踪法、风调室法、盆栽称重法、整树容器法和蒸 渗仪法，叶片水平上的光合仪法、气孔计法、剪枝称重法等虽然这些方法得到不断完善和发展， 但山于其技术原理不同，适用性各异，在准确测定上仍没有一个普遍满意的方法到了 20世纪90年代，林木蒸腾耗水的测定方法主要以热技术方法为主刖国内学者刘奉觉（1993） 最早使用热脉冲方法测定了杨树树干液流的时空动态，孙鹏森和弓履一等人利用热技术方法研究了 刺槐、元宝枫、栓皮栋、油松、侧柏等树种树干边材液流传输的时空变化规律，马履一和王华田利 用热扩散式茎流计、严昌荣利用热平衡式茎流计研究了树木边材液流速率和蒸腾耗水性〔⑴，赵平、 马玲和肖以华等学者（222411iJf究了华南丘陵地区马占相思树干液流特征，曹云、李海涛、张宁南〔2肖7】 分别对南方红壤区杜仲、湿地松和按树树干液流进行了研究，吴永波和薛建辉〔29】研究了崛江流域冷 杉树干液流的动态变化规律，同时学者们还对各种方法进行了比较研究，分析了不同方法的优缺点 和使用条件山于林木高大的树体和各种环境影响因K时间和空间的复杂性，蒸腾的测定在单木和林分水平上都存在很多困难。

但是，随着理论和技术的不断完善和发展，特别是热技术方法的发展，以及近 年来单木耗水和生态尺度转换方法的结合，使宜接测定林分蒸腾耗水成为可•能目前国内外使用这一方法估测林木水分利用量的研究己越来越普遍据粗略统计近10年来发表 的有关树木或林分蒸腾文章中，有半数以上是应用热技术进行液流测定研究的针对目前国内外林 木蒸腾研究中提出的多种测算方法，以空间尺度作为划分方式，可以分为枝叶尺度方法、单木尺度 方法、林分尺度方法和区域尺度方法2. 2. 1枝叶尺度方法（1） 光合系统测定仪法光合系统测定仪主要有LI-6400、LI-6200等便携式光合分析仪，其中LI-6400系列光合仪是目 前国内外应用最多、稳定性最好的便携式光合作用测量系统使用LI-6400光合分析系统测定和分 析植物蒸腾速率简便易行，自动功能强，测定精度高”6皿3但该方法所测数据为瞬时蒸腾速率， 反映了树木的潜在耗水能力，与树木实际耗水速率数值差异较大，只能用于比较不同树种耗水特性 而不能用于精确推算实际耗水量⑶2） 稳态气孔计法稳态气孔计主要用来对蒸腾速率和气孔扩散阻力进行测定使用稳态气孔计测定蒸腾时，一般 选树冠中层正常生长的叶片夹入叶室，分别测定上、下两个表面的蒸腾速率，两者之和即为叶的蒸 腾速率,重复n次，用平均蒸腾速率与树冠叶面积换算树冠蒸腾耗水量⑶］,公式为:Tr= （1-2）式（1.2）中，Tr为蒸腾量，［七为叶室水汽密度，P a为千空气水汽密度，F为气流量，A为叶面 积⑹。

稳态气孔计法操作方便，精度高，可进行不肉体无损伤测定，适用于室内外不同树种、不同处理、 不同时空的蒸腾比较研究⑶］但山于测定的是室内叶片。