干旱绿洲区农田葡萄树蒸散耗水及水分利用策略研究

发布时间：2020-07-14 02:35

【摘要】：农田生态系统是干旱区生态系统的主要类型,揭示干旱区农田生态系统作物蒸散耗水过程、根系分布特征及水分利用策略,对理解区域水量平衡、改善农田生态系统管理手段以及提高农业水资源利用率具有重要意义和实践价值。在环境因子和植物生理因子同步观测的基础上,联合应用树干液流和涡度相关技术,分析了2014-2018年5个生长季不同尺度葡萄树蒸散耗水特征及其影响因素,同时,利用双作物系数法分析了研究区不同类型作物系数的变化规律及其影响因素;最后,在分析根系分布的基础上,结合氢氧稳定同位素方法对2017-2018年6-8月葡萄树的水分利用策略进行了初步研究,主要得到以下结论:(1)2014-2018年5个生长季内不同天气条件下,树干液流速率的日变化规律呈现出显著的差异性:晴天和阴天,其液流速率与环境因子的日变化趋势均为单峰曲线,夜间亦存在少量的液流;而雨天,葡萄树液流速率启动时间不明显,与晴天和阴天的日平均液流速率相比明显偏低。不同月份下,日均液流速率也呈现出较为明显的变化特征。5月份,太阳辐射较弱,蒸腾拉力较小,日均液流速率较小;6月份,随着叶面积的迅速增加,日均液流速率随之增大,到7-8月份达到全年最大值,9月份,由于太阳辐射逐渐减小,温度降低等因素的影响导致葡萄树树干日液流量逐渐减小10月份,由于叶片脱落,太阳辐射和冠层温度的进一步下降,其树干日液流量降低到最小。(2)半小时尺度上,葡萄树平均瞬时液流速率与4种环境因子之间的关系随月份的变化而变化。5月份,树干液流速率与四种环境因子之间表现出较低的相关性。6-10月份,树干液流速率与冠层温度、相对湿度以及饱和水汽压亏缺呈现出先逐渐明显后基本消失的环状特征,且回环方向均为顺时针,而与相对湿度的回环方向为逆时针。光合有效辐射与液流速率之间始终呈现出线性正相关,并与树干液流的相关性始终保持在较高水平。葡萄树平均瞬时液流速率与叶水势以及气孔导度之间的关系随月份的变化而表现出先升高后降低的线性相关变化,相关性均达到显著水平(P0.01),相关性大小随着月份的变化而变化。日尺度上,树干液流速率与冠层温度、净辐射、相对湿度、饱和水汽压亏缺、光合有效辐射以及参考作物蒸散量6个环境因子均呈线性正相关关系,且相关性均达到显著水平(P0.01),其中,液流速率与冠层温度的相关性最强。(3)研究区葡萄树整个生长季多年平均总冠层蒸腾量约为517.2 mm,平均总蒸散发约为867.7 mm;多年平均冠层蒸腾约为2.97 mm d-1,而平均总蒸散发约为4.96 mm d-1,蒸腾占总蒸散的比值范围为59.7-66.4%。这一结果表明,相对于土壤蒸发,研究区作物蒸腾量(T)是总蒸散发(ET)的主要水通量。同时,通过对比本研究与不同方法、不同生态系统上对蒸散发分割的结果,以期更深入地解释干旱绿洲区葡萄树蒸散发及其组分的变化规律,为全球蒸散发研究中T/ET的研究提供一定的数据支持。(4)生长季初期,反映土壤蒸发的作物系数(Ke)占反映总蒸散作物系数(Kc)的比重较大,而反映植被蒸腾的作物系数(Kcb)则处于较低值。到生长中期,Kc与Kcb均达到极大值,而此时Ke值逐步达到极小值;随着生长季的持续进行,Kc与Kcb的值逐渐开始下降,到生长季末期达到极小值。Kc和Kcb均与叶面积指数(LAI)呈线性正相关,与冠层导度(Gc)呈对数正相关,且无论是对于Kc还是Kcb而言,其与叶面积指数的相关性总是高于冠层导度,说明LAI相对于Gc可以更好的反映Kc和Kcb的变化规律。同时,研究区绿洲平流作用对作物系数的影响作用也比较明显,影响不容忽视。(5)根系空间分布情况:垂直方向上,根系分布集中区出现在约40-140cmcm深度范围内,其总根系和吸水根系的根重密度平均值分别占总根系(200cm)分布的91.4%和86.1%。在水平方向上,根系主要分布在0-100cm的范围内,其根重密度和有效根重密度分别总根系分布的84.6%和77.2%,其总根重密度与细根根重密度在80cm以后随径向距离的变化其变化差异均不明显。垂直方向上,葡萄树总根重(长)密度以及有效根重(根长)密度与土层深度呈二次函数形式的分布规律;水平方向上,葡萄树左右两侧根系呈非对称分布,右侧总根重(长)密度和有效根重(根长)密度均随着径向距离的增加而表现出指数形式的分布,而左侧则表现出对数形式的分布规律;研究区葡萄树的二维根系分布可采用二次函数的形式来描述。在6-8月份主要生长季内,葡萄树不同月份的根系水分利用深度存在较为明显的差异,因此,在干旱绿洲区,植物的根系分布特征是影响其水分利用策略的一个主要的因素。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S181;S663.1
【图文】：

示意图,水分循环,农田生态系统,称重式

图 1-1 农田生态系统水分循环示意图（引自：Wang and Dickinson, 2012）。Fig.1-1 Process of hydrological cycle in an agricultural ecosystem (Drived from Wang anDickinson, 2012).蒸渗仪法（Lysimeter）：也叫直接水量平衡法，最早于 1830 年在洛桑实验成，一般分为称重式和非称重式两种类型，它无需任何假设，可在短时间内

趋势,年变化,来源,变化规律

最低气温-30.5℃。研究区年总辐射 6418.58 MJ cm-2，日照时数 3257.9 h，无霜期约为 150 d。由图2-1 可知，敦煌地区 60 年来降水与温度呈逐渐增加的趋势，而从多年平均结果来看，5-8 月为其年均降水与温度比较集中的时段。土壤类型主要由有灌游土、沼泽土、风沙土和潮土等。植被类型以荒漠植被为主，如梭梭(Achnatherum splendens(Trin.) Nevski )、白刺（Nitraria tangutorum Bor.）、红柳（Tamarix ramosissima）、红砂(Reamuriasoongorica)、罗布麻(Apocynum venetum)等。图 2-1 敦煌市气温与降水变化规律；（a）年变化趋势；（b）多年平均趋势（来源：孙朋, 2017）。Fig. 2-1 The tendency of the temperature and precipitation in dunhuang city. (a) theannual variation trend, (b) Multi-year average tendency（.Data derived from Sun，2017）13

茎流,无核白葡萄,微气象,观测设备

该茎流计采用 Dynagage 茎流传感器，基于能量平衡原理（Sakuratani, 1981），通过计算植物蒸腾时带走的热量来进一步确定植物的液流速率，是目前直接测量植物液流速率最可靠、最精确的仪器，适用于胸径 20-150mm 的植物。数据采集使用 CR1000（Campbell,USA）数采器，采集间隔为半小时。包裹式茎流计安装15

【参考文献】