北京山区典型树种水分利用机制研究

发布时间：2020-07-11 07:34

【摘要】：植物的水分来源是干旱半干旱地区植物水分关系研究的重要方面,有助于理解该地区植物对季节性干旱环境的适应。北京山区不仅是北京市区的重要生态屏障,也是整个华北平原生态屏障的重要环节,该区土壤浅薄贫瘠,降水量有限而且年内分布具有显著的季节性,旱季和雨季交替出现,森林植被常常面临土壤水分活性的季节性变化。而在全球气候变化的背景下,区域降水格局的变化势必将会影响植物的建立、生长以及再生产,使得植被与水分的关系变得更为复杂。目前,对北京山区森林植被如何适应水资源短缺和季节性干旱环境条件的研究还较少,有必要对森林植被在不同季节的水分利用方式和来源进行研究,并根据生理生态特征变化规律,分析两个树种适应季节性干旱的机制。本研究选取了北京山区典型优势树种落叶阔叶林栓皮栎(Quercus variabilis L.)和常绿针叶林侧柏(Platycladus orientalis L.)为研究对象,系统地研究了他们的水分利用模式和机制。对水文、土壤、植被和地形因子进行野外调查与观测,通过对不同时间尺度的降水、土壤水、植物水以及地下水的野外采样和室内稳定同位素分析,研究不同时间尺度不同水体同位素特征动态变化规律,基于土壤水分同位素特征与土壤含水量的结合,分析降水入渗过程和运移方式;通过土壤水和植物水同位素特征的结合,利用直接相关法和Isosource多元线性混合模型分析了植物的水分利用来源及贡献率；并总结了不同生长期内树种的水分利用模式；通过对不同生长期两树种生理生态特征变化规律的分析,结合树种水分利用模式,分析植物适应季节性干旱的机制。主要研究结果如下：(1)大气降水的同位素特征由于水汽来源的季节性差异,以及研究区地形条件带来的强烈局地水汽再循环,而显示出独特的变化规律。研究区典型次降水过程,大气降水线的斜率和截距以及降水同位素的年均值与全球、中国和北京地区之间显示出较大的差异。(2)两种林分土壤水分对降水响应的敏感区域集中于表层0-30cm；侧柏林下降水在土壤中以“驱替”的形式运移,而栓皮栎林下土壤,在旱季运移方式为“混合扩散”,雨季为“驱替”。(3)研究区地下水稳定同位素特征集中分布于大气降水线附近,表明北京山区地下水受到了来自当地降水的补充。(4)两个树种在年内的水分利用模式表现出相似的变化规律,但栓皮栎的水分利用深度相对于侧柏更浅。雨季,水分利用来源都集中于表层土壤0-10cm,在干旱前期和中期水分主要来源区域接近,随着干旱的加剧,在干旱末期,主要水分来源区域都下移至更深的土壤层。且两者都不利用地下水作为他们的水分来源。(5)在旱季,侧柏对降水的反应较栓皮栎更加敏感,导致两个树种对降水阂值要求的差异,降水阈值最小值9.2mm;在雨季,由于栓皮栎林内长期积累的枯落物层的影响,导致栓皮栎对降水的响应敏感,并且随着无雨期的延长,其对栓皮栎的贡献率在逐渐减小。(6)在旱季,根系分布和土壤水分含量都是植物水分利用的限制因素,但是在它们之间不存在主导因素。而在雨季,根系分布为他们水分利用的主要限制因素。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.4
【图文】：

图２－１北足市局程图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｂｅｉｊｉｎｇ邋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ邋ｄｒａｗｉｎｇ逡逑

Ｆｉｇ．２－４邋ｔｈｅ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑和地质地貌逡逑国家森林公园地势西高东低，坡度陡哨，起伏变化较大，是由中成山形骨架，园内最高处萝色地北尖海拔１１５０ｍ，相对高差要分布的四种母岩沿海拔从高到低依次为：分布于海拔９００ｍ－１００布于６００ｍ－１０００ｍ的火山角碌岩，分布于８００ｍ－２００ｍ凝灰岩和下的低海拔区域的花岗岩。母岩的不同以及地形地貌和环境条件海拔梯度土壤类型的差异，在海拔１００ｍ至３００ｍ前山为褐土型到９００ｍ为淋溶褐土，９００ｍ以上为棕壤。逡逑和水文逡逑家森林公园属于华北暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，平原气候明显有所不同。年均温１１．６邋°Ｃ，最高气温４１．６邋°Ｃ，最低均降雨量近６３０ｒｎｉｎ，而年蒸发量高达１８００ｍｍ－２０００邋ｍｍ。无霜期

Ｆｉｇ．３－３邋Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ邋ｗｅａｔｈｅｒ邋ｓｔａｔｉｏｎ逡逑气象因子逡逑设置在综合观测样地内，仪器的安装型号和观测指标与据懫集的密度与林外同步。逡逑分特征测定逡逑重量含水率逡逑样地中土壤重量含水量通过测定土壤烘干前后的重量差量。在研究期内利用土钴在研究样地（２号和３号），０ｃｍ，邋３０－４０ｃｍ，邋４０－６０ｃｍ邋等采集土壤样品，上层邋４０ｃｉｎ邋每每间隔２０ｃｍ为一层，每个样地随机选择３个采样点。中，室内１０５°Ｃ烘干至恒重，称量其烘干前后的重量变的平均值。在２０１３－２０１５年的土壤质量含水量，我们主提前后重量变化来进行的。逡逑体积含水量和土壤水势逡逑

【引证文献】

相关博士学位论文 前3条

1 贾剑波;北京山区典型森林生态系统水分运动过程与机制研究[D];北京林业大学;2016年

2 陈婕;内蒙古西鄂尔多斯荒漠珍稀濒危植物水分利用策略[D];中国林业科学研究院;2016年

3 朱金方;渤海海岸贝壳堤湿地灌木水分生态位时空分异研究[D];中国矿业大学(北京);2016年

相关硕士学位论文 前7条

1 付青云;科尔沁沙地不同树龄小叶锦鸡儿用水策略研究[D];内蒙古农业大学;2018年

2 李楠;基于稳定氧同位素的黄土丘陵区不同树龄枣树土壤水分利用研究[D];西北农林科技大学;2018年

3 吕婷;黄土丘陵区典型天然灌丛和人工灌丛优势植物土壤水分利用策略[D];西北农林科技大学;2017年

4 赵培培;兰州市植物水稳定氢氧同位素特征及常见植物吸水深度研究[D];西北师范大学;2017年

5 朱磊;普者黑峰林湖盆区稳定同位素水文过程研究[D];云南师范大学;2016年

6 娄源海;基于同位素技术的森林生态系统水分通量解析[D];北京林业大学;2016年

7 马士友;北京地区侧柏人工林径向生长对采伐、气候因子的响应研究[D];北京林业大学;2016年

本文编号：2750136