桉树人工林土壤水分多时间尺度变化及水分利用效率研究

发布时间：2020-05-06 16:35

【摘要】：桉树作为中国南方速生丰产林的战略性树种,产生了较好的经济效益,但因其速生丰产,桉树种植对生态产生的影响一直存在争议,尤以水生态问题最为突出。热带海南岛的中西部地区属于半湿润、半干旱区,也是中国南方桉树栽种较为集中的地区,开展桉树种植对土壤水生态影响及桉树水分利用效率研究对评估桉树人工林的土壤水文生态影响具有重要意义。本研究以海南儋州林场桉树林为研究对象,采用TDR与土钻法对林场6块典型代表样地的土壤水分与气象因子进行长期连续监测,利用Li-6400光合仪监测其生理生态指标,定期监测样地100株桉树的生长量,并利用DD胸径仪监测桉树胸径实时变化,茎流测量系统监测其液流速率实时变化,阐明日、月、年不同时间尺度下桉树林地土壤水分的变化特征及其与环境因子的关系,从叶片尺度、单株尺度比较旱季与雨季桉树的水分利用效率,为桉树人工林的水分合理利用,科学经营提供理论依据。研究结果表明:(1)日尺度晴天土壤水分基本不变,而雨天土壤水分随着降水量增加呈非线性增加。超过2.6 mm降水可以透过桉树林冠层,形成有效降水,使表层(0-10 cm)土壤水分增加,当降水量超过11.4 mm,土层0-10 cm土壤水分增加很少或停止增加;10-30 cm、30-60 cm土层土壤水分对降水的响应具有类似特点。晴天土壤水分与相对湿度呈显著正相关(P0.01),而与太阳辐射、温度相关性不显著(P0.05);雨天土壤水分与降水呈显著正相关(P0.01),而与太阳辐射、温度、相对湿度相关性不显著(P0.05)。(2)月尺度土壤水分处于高值时段较长,最高值出现于雨季后期(9月),土壤质量含水量为10.27%;土壤水分最低值出现于旱季末期(4月),土壤质量含水量为7.43%;月尺度土壤水分含量与当月降水量之间关系最密切,呈极显著或显著相关,而与太阳辐射、大气温度、相对湿度之间的相关性不显著(P0.05)。(3)2010-2017年降水量年际变化差异显著(P0.01),而年尺度桉树林地土壤水分波动较小,土壤水分多年之间差异不显著(P0.05),且随着土层深度增加,土壤水分多年间的变异系数逐渐减小。即从多年来看,桉树种植不会引起海南热带季风气候区土壤水分持续降低,对土壤水生态影响较小。(4)旱季、雨季桉树光合速率日变化呈现相似的变化规律,第一个峰值出现在上午10:30左右(旱季17.73μmol·m~(-2)·s~(-1),雨季20.67μmol·m~(-2)·s~(-1)),第二个峰值出现在下午16:00左右(旱季12.33μmol·m~(-2)·s~(-1),雨季15.41μmol·m~(-2)·s~(-1)),总体上看,旱季光合速率小于雨季光合速率。旱季、雨季桉树蒸腾速率变化呈不明显的双峰曲线。第一个峰值(最大值)出现在10:30左右(旱季8.51 mmol·m~(-2)·s~(-1),雨季9.91 mmol·m~(-2)·s~(-1)),第二个峰值出现在16:00左右(旱季4.15 mmol·m~(-2)·s~(-1),雨季6 mmol·m~(-2)·s~(-1)),旱季的峰值均较雨季小。(5)桉树径向生长主要受降水影响。旱季,树干径向生长与降水呈显著正相关关系,与温度、太阳辐射呈极显著负相关关系;雨季,树干径向生长与降水呈极显著正相关关系,与太阳辐射呈显著负相关关系。桉树单木日耗水量晴天㧐阴天㧐雨天;月耗水量雨季㧐旱季;旱季,日耗水量与30-60 cm土壤水分、温度、太阳辐射、饱和水汽压差呈极显著正相关关系,与相对湿度呈极显著负相关关系,与0-10 cm土壤水分呈显著负相关关系;雨季,日耗水量与太阳辐射、饱和水汽压差呈极显著正相关关系,与降水、相对湿度呈极显著负相关关系。(6)旱季、雨季水分利用效率日变化趋势比较类似,但雨季叶片尺度水分利用效率略低于旱季;而雨季单木尺度的水分利用效率显著大于旱季,旱季水分利用效率仅为雨季的63.01%。
【图文】：

位置,林场,采伐周期,浆纸

2.1 研究区概况儋州林场位于海南省儋州市新州镇（19°42′31″N，，109°18′43″E）。境内地势平地形多为平原、台地，年均日照时数≥2000 h，年平均温度 23.2 ℃，≥10 ℃的年积8400-8900 ℃；年均降水 800-1600 mm，年均蒸发量 1200-2500 mm；该地气候温和属热带季风气候类型；干湿季分明，11 月-次年 4 月为旱季，5 月-10 月为雨季。季干旱严重，缺乏地表径流，大气降水是水分最主要的补给来源。土壤为砂质砖红壤力较低，土层厚度普遍在 150 cm 以上。儋州林场桉树连片分布（图 2-1），除部分为生态公益林外，多为浆纸经济林。林短伐连栽种植，采伐周期 6-7 年。儋州林场主要栽种尾叶桉（Eucalyptus urophyllBlack）、细叶桉（Eucalyptus tereticornis Smith）、赤桉（Eucalyptus camaldulensis D等品种，林下植被稀疏，主要地被物种有黄花稔（Sida acuta Burm. f.）、飞机草（Eupaodoratum L.）、画眉草（Eragrostis pilosa（L.）Beauv）、雀稗（Paspalum thunbergiiex Steud.）、马唐（Digitaria sanguinalis（L.）Scop.）等。

土壤体,年降水,含水量,桉树人工林

制具有重要意义。3.1 日尺度下桉树人工林土壤水分变化特征3.1.1 日尺度下桉树人工林土壤水分变化特征选取 2016 年全年日尺度下桉树人工林的土壤水分逐日变化特征进行分析。2016 年观测到 121 次降雨事件，总降水量 2420.3 mm，集中在雨季（6-10 月），雨季的降雨量约占总降雨量的 95.63%。8 月和 10 月受台风影响，降雨量高达 1286.9 mm和 530.4 mm，形成 2 个不同程度的峰值，为当年降雨量的 53.17%、21.91%；降水的入渗导致土壤含水量的上升，每一次较大降水会引起土壤水分峰值。土壤含水量波动幅度在表层（0-10 cm）最大，且随土层深度加深而变小；在进入 11 月份之后，随着降水的减少，土壤蒸发减弱，各层土壤含水量恢复到相对稳定的状态（图 3-1）。
【学位授予单位】：海南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S714;S792.39

【参考文献】