不同林龄胡杨液流特征及耗水量研究

摘要：本研究针对不同林龄的胡杨进行了液流速率及耗水量的研究。结果表明，不同林龄的胡杨在液流速率和耗水量上存在显著差异，其中，中龄林的液流速率最高，幼龄林和成熟林相对较低。不同林龄胡杨生长季耗水量为：幼龄林7478.10 m3/公顷，中龄林12424.65 m3/公顷，成熟林7678.34m3/公顷。

关键词：胡杨；液流；年均耗水量

Study on sap flow characteristics and water consumption of Populus

euphratica in different forest ages

Gulimina·Tursunjiang， Chen Qimin， Sang Baye

（Institute of Afforesttation and Sand Control Research， Xinjiang Acadamy of Forestry Science， Urumqi 830063， China；Xinjiang Tarim Poplus Riparian Forest Ecosystem Research Station， Luntai 841600，China；Luntai Populus euphratica forest ecosystem Observation and Research Station of Xinjiang，Luntai 841600，China）

Abstract： In this study， sap flow rate and water consumption were investigated for Populus euphratica of different stand ages. The results showed that there were significant differences in sap flow rate and water consumption among different stand ages， with the highest sap flow rate in the middle-aged forest， and relatively lower in the young and mature forests. The water consumption in the growing season of populus eueutica at different ages was 7478.10 m3/ ha for young forest， 12424.65 m3/ ha for middle forest and 7678.34 m3/ ha for mature forest.

Keywords： Populus euphratica; Liquid flow; Annual water consumption

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基金项目：阿克苏山水林田湖草沙一体化保护和修复工程关键问题和关键技术研究（AKSSSXM2022620）；2023 年新疆维吾尔自治区林业发展补助资金项目 （XJLYKJ-2023-03）

作者简介：古丽米娜·吐尔孙江（1995-），女，硕士，主要从事防护林研究，E-mail：2096284974@qq.com

通讯作者：陈启民（1975-），男，硕士，研究员，主要从事水土保持和荒漠化防治、防护林研究，E-mail：xjchenqimin@126.com

胡杨（Populus euphratica Oliv.）是杨柳科乔木，具有耐干旱、耐寒、耐盐碱、喜光、抗风沙的特点[1]， 广泛分布于中国西北干旱半干旱地区，特别是塔里木河流域[2]。作为重要的生态屏障，胡杨在防风固沙、维护区域生态平衡和生物多样性中发挥着关键作用[3]。树体蒸腾耗水的研究手段众多，其中，树干液流是反映树体蒸腾的重要表征[4]，对于揭示胡杨的生理生态适应机制及制定科学的管理措施具有重要意义。

在干旱地区，水分是限制植物生长和分布的关键因素之一[5]。胡杨作为一种耐旱性强的树种，其液流特征及其耗水量的研究对于理解其在极端环境下的生存策略至关重要。特别是不同林龄的胡杨，由于其生理结构的差异和适应环境的差异，可能会导致其液流速率和耗水量的变化[4]。因此，探究不同林龄胡杨的液流特征及其耗水量，不仅有助于我们深入了解胡杨的生理生态特性，还能为胡杨林的恢复与重建提供科学依据。

本研究选择不同林龄的胡杨为研究对象，对胡杨的液流速率、边材面积及林下蒸散进行测定，分析揭示不同林龄胡杨液流特征的变化规律，从而得出不同林龄胡杨林年耗水量，本研究的结果将为胡杨林的可持续经营与管理提供理论支持。

1 材料与方法

1.1研究区概况

尉犁县（E84°02′50″～89°58′50″，N40°10′33″～41°39′47″）位于新疆中部，地处塔里木盆地东北缘，属典型的暖温带大陆性干旱气候，光照充足，热量丰富，四季分明。年平均气温10.5℃，≥10℃积温4121.3℃；降水量少、蒸发量大，年平均降水量为50.7 mm，蒸发量为2730.3mm；干燥度为18.4～21.5。主风向为东北向，其次是南西向，年平均风速2.3m/s，最大风速24m/s，春夏季节八级以上大风平均为15d，风沙日23.1 d，浮尘天气平均达24.2d。

1.2 试验材料

供试树种为胡杨，不同林龄样地选择胡杨10棵，3个重复，每个林龄共计30棵。

1.3 液流速率监测

根据胡杨林龄，选择10株样株，3个重复，利用SFM插针式茎流仪测定液流速率，每30 min读取一次数据。

1.4边材面积测定

边材面积测定：边材面积采用生长锥测定，利用生长锥垂直树干钻取木芯，以木材色泽区分心材、边材和皮层。

1.5林下蒸散发测定

加工小型不锈钢蒸渗桶，直径11cm，高度60cm （成熟林、中龄林、幼龄林各3个） 和40cm （成熟林、中龄林、幼龄林各3个）。

1.6数据分析

采用Excel软件对数据进行统计、分析和作图。

2 结果与分析

2.1 不同林龄胡杨液流速率变化规律

对不同林龄胡杨林样株液流速率进行监测，由图1可知，不同林龄胡杨液流速率间有所差异。幼龄林平均液流为12.62cm/h、中龄林为19.67cm/h、成熟林为13.41 cm/h，从大到小依次为：中龄林>成熟林>幼龄林，未完全随着林龄的增大而增大，这可能跟不同林龄水分条件、光热条件、生长阶段和健康水平的差异有关。

2.2不同林龄胡杨林蒸腾量

通过对液流速率变化规律的研究，可知在不同林龄胡杨液流速率是不同的，使用3个龄级的液流速率月平均值分别利用以下公式计算其蒸腾量。

式中T0蒸腾量、S为单位面积胸高截面积、P为边材面积比、Vi为液流速率、ti为当月时长。

经野外调差，胡杨幼龄林密度为1200-1500株/公顷，中熟林750-1200株/公顷，成熟林150-375株/公顷。

试验区胡杨幼龄林、中龄林和成熟林蒸腾量见表1。

2.3不同林龄胡杨林下蒸散量

由图2可知，蒸散桶每日水分散失在一周内呈下降趋势，蒸散量在11.59 ～ 11.88 g之间，趋于相对稳定的状态。曲线上的波动由每日的气候变化造成，蒸散差异是由于晴朗高温天气土壤蒸发较大。在研究期内，胡杨林林下平均日蒸散量为11.73 g，合每日蒸散12.30m3/公顷。林下蒸散按胡杨生长季为210天计算，林下蒸散达2583m3/公顷。

2.4 不同林龄胡杨林下总蒸散及年耗水量

利用蒸散发之和法测定林地总蒸散发（ET），ET=T0+EU+I，其中为T0林冠层蒸腾，EU为林下植被蒸散发，包括土壤蒸发和林下植被蒸腾，I为降雨林冠层截留，考虑到尉犁县多年年平均降水量为50.7mm，相对于年平均蒸发量为2730.3mm，仅占1.86%，且多为5mm以下的无效降水，冠层截留 （ I）更小，因此，在本研究中冠层截留 （ I）可以忽略不计；总蒸散发ET=T0+EU。

经计算可知，不同林龄胡杨生长季需水量幼龄林为7478.10 m3/公顷，中龄林为12424.65 m3/公顷，成熟林为7678.34m3/公顷（表2）。

3讨论与结论

本研究结果显示，不同林龄胡杨的液流速率存在显著差异，这可能与胡杨的生理结构、生长阶段以及对环境因素的适应性有关[6]。中龄林的液流速率最高，这可能是由于中龄林处于生长旺盛期，对水分的需求量大，同时其生理结构也更加完善，能够更有效地利用和传输水分[7]。相比之下，幼龄林和成熟林的液流速率较低，可能分别受到生长初期根系不发达和生长后期树体老化、水分利用效率提高的影响[7]。不同林龄的胡杨的需水特征与耗水机制明显不同[8-9]，有研究表明，随着胡杨林龄增大，其水分利用率会下降[10]，加之其蒸腾量也会增大，因此林龄越大则需要更多的水分来维持其生理生化过程。本研究中不同林龄胡杨林单位面积内生长季耗水量并未完全随着林龄增大而增大，这与不同林龄胡杨林单位面积内密度不同有关。因此，研究不同林龄胡杨生长季需水量，我们应综合考量生长地貌、根系分布及胡杨耗水机制等多种因素，为胡杨合理的水分利用提供更为准确的依据。

参考文献

[1]黄雅茹，马迎宾，李永华，等. 库姆塔格沙漠东南部生长季胡杨液流速率动态与气象因子的关系 [J]. 植物科学学报， 2021， 39 （03）： 247-257.

[2]樊大勇，谢宗强.木质部导管空穴化研究中的几个热点问题[J]. 植物生态学报，2004， 28（01）： 126-132.

[3]聂玉鸿， 宗旭祥， 何长福. 困难立地条件下胡杨造林技术及效果分析[J]. 现代农业科技， 2016（02） ： 184-185.

[4]黄雅茹，马迎宾，李永华，等. 不同时间尺度胡杨液流速率与土壤因子的关系 [J]. 中国农业科技导报， 2022， 24 （06）： 196-205.

[5]郭茹茹，杨磊，李宗善，等. 半干旱黄土高原苜蓿草地撂荒过程土壤水分变化特征 [J]. 生态学报， 2020， 40 （23）： 8618-8626.

[6]张华.黄土半干旱区主要造林树种耗水量研究[D].北京林业大学， 2006.

[7]林兵，武胜利，葛欢欢，等. 灌溉量对不同林龄胡杨光合特性和水分利用效率的影响 [J]. 江苏农业科学， 2021， 49 （03）： 125-132.

[8]Song L，Zhu J， Li M， et al．Water use patterns of Pinussylvestris var. mongolica， trees of different ages in a semiarid sandy lands of Northeast China [J]. Environmental and Experimental Botany， 2016，129（09）： 94-107.

[9] Kerhoulas L P， Kolb T E， Koch G W. Tree size stand density， and the source of water used across seasons by ponderosa pine in northern Arizona [J]. Forest Ecology and Management， 2013， 289 （02）： 425-433.

[10]张江.塔里木河下游不同林龄胡杨水分利用策略的探究[D]. 石河子大学， 2018.