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毛乌素沙地沙生植物蒸腾规律探讨


  摘要:用快速称质量法测定宁夏盐池县沙泉湾生态示范区内的代表性植物柠条、沙柳、沙蒿、赖草在生长季的蒸腾速率,同时测定环境因子的变化.结果表明,人工植被柠条的蒸腾速率变化为单峰曲线形式,而同为人工植沙柳的蒸腾速率为双峰曲线形式.天然植被沙蒿和赖草的蒸腾速率变化都为双峰曲线形式,4种植物都具有适应干旱环境的水分生理特性,但是各自的抗旱方式不同.随着温度的升高,4种植物的蒸腾速率都有增加的趋势,由于不同土层的土壤含水率不同,影响了植物蒸腾速率的高低。
  关键词:毛乌素沙地;沙生植物;蒸腾速率;环境因子
  中图分类号:$228
  文献标志码:A
  
  在干旱半干旱地区,水分是植物生长发育的主要限制因子,宁夏回族自治区沙漠化严重,沙漠化土地已达全区面积的25%,宁夏盐池县是北方农牧交错带沙漠化强烈发展地区之一,全县沙漠化土地占土地总面积的52%,严重影响了当地人民的生产和生活,通过对植物耗水规律的研究,探讨干旱半干旱地区植物对环境的适应能力,对充分利用干旱地区有限的水资源,改造局部生态环境,促进区域经济的发展,防止沙漠扩大具有重要的现实和长远意义。
  
   1 研究样地概况
  
  研究地点位于宁夏盐池县王乐井乡周庄子村沙泉湾生态示范区,处于毛乌素沙地西南缘,东经107°23′,北纬37°48′,海拔1560~1 618 m,是典型的中温带大陆性季风气候,由于受西北环流的支配,北方大陆气团控制时间较长,因此形成冬长夏短、春迟秋早、冬寒夏热、干旱少雨、风大沙大、蒸发强烈、日照充足的特点,年均降水量不足300 mm,但蒸发量却为降水量的6~7倍,年平均气温7.7℃,年均风速2.8 m/s,年均相对湿度51%,土壤为风沙土,pH值为8.5~8.8。
  
  2 研究材料和方法
  
  2.1 研究材料
  选取示范区内主要沙生植物:柠条(Caraganamicrophylla‰)、沙柳(Salixpsammophila CWang etCH.Y.Yang)、沙蒿(Artemsia ordosica Krasch.)、赖草(Leymus secalinusGeorgitzvel.)的蒸腾速率为研究对象,同时监测土壤水分及气象因子。
  
  2.2 研究方法
  在面积为13.9 km2的试验样地,根据冠幅及柱高均值选择标准株,通过对当年生、面向南的枝条正常功能叶测定结果。
  2.2.1 植物蒸腾速率采用快速称质量法进行测定,选定典型天气日(如:晴天,多云,阴天),由于植物夜间的光合作用十分微弱,但是呼吸作用并未停止,虽然体内还存在一定的水分运移,但夜间蒸腾速率很小,植物的主要蒸腾发生在白天,因此蒸腾速率的测定时间为06:OO~18:00,每隔2 h测定1次,重复3次,求得平均值,得到植物蒸腾速率的日变化规律。
  2.2.2 土壤含水量 土壤含水量采用烘干法测定,分为15,30,60 cm,3层测定,从单本个体水平了解植物的蒸腾耗水特性,对比不同植物种个体蒸腾耗水的差异,从微观角度分析蒸腾与植物个体、环境因子和水分供应的关系,进而为土壤水分平衡提供佐证。
  
  3 结果与分析
  
  3.1 蒸腾速率日变化特征
  由人工植被沙柳和柠条的日变化规律(图1、图2)发现,2种植物表现不同的蒸腾特征,柠条的蒸腾速率日变化呈现单峰曲线形式,沙柳的蒸腾速率日变化呈现双峰形式,这与2种植物的水势日变化规律相似。
  
  
  
  
  柠条日变化规律为清晨蒸腾速率最低,随着气温的增加,在12:oO达到蒸腾速率的最大值,随后蒸腾速率开始下降,到18:00达到一个低值,但这个低值高于清晨时候的蒸腾速率,在5—9月间柠条的蒸腾速率变化规律相似,其中9月份高于其他月份,平均蒸腾速率为:483.81 mg/(g·h),其次为8月份,蒸腾速率为396.23 mg/(g·h),7月份的蒸腾速率为374.01 mg/(g·h),随着植株的长大,其蒸腾速率也变大。
  沙柳的蒸腾速率日变化规律与沙蒿不同,在清晨,蒸腾速率依然处于较低的水平,随后增加,在10:00左右达到第1个蒸腾的峰值,并在随后的时间有了较大幅度的下降,而在14:00有了明显的回升,达到全天的第2个峰值,随后开始下降,到16:00时达到另一个较低的水平,这是因为植物可能因受大气高温的影响,而不断地蒸发损失水分降低体温,但当气温上升超过植物所能调节的最高叶温时,由于叶片严重失水,气孔阻力增大,导致蒸腾速率下降,此外伴随着气温上升,植物体内的水分状况不断恶化,引起水分亏缺,气孔关闭,蒸腾速率下降,使植物体内水分保持在一定范围内,6月份和9月份的蒸腾速率变化较为一致,7月份和8月份的变化规律相似,但蒸腾速率明显地增加,6月份的平均蒸腾速率为460.90 mg/(g·h),9月份的平均蒸腾速率为543.28 mg/(g·h),7月份的平均蒸腾速率为554.57 mg/(g·h),8月份最大,蒸腾速率为767.10 mg/(g·h)。
  由天然植物沙蒿和赖草蒸腾速率的日变化规律(图3、图4)发现,沙蒿和赖草蒸腾速率日变化规律都为双峰型,且两者出现峰值的时间也相同,第1次峰值出现都在上午10:00左右,第2次峰值出现的时间为16:00左右,沙蒿和赖草都是在6月份出现全年的蒸腾速率的最大值,沙蒿为496.68 mg/(g·h),赖草为896.00 mg/(g·h),随后两者的蒸腾速率下降,赖草蒸腾速率处于下降状态,而沙蒿在8月份的蒸腾速率大于7月份的蒸腾速率,其中,7月份的蒸腾速率为326.04 mg/(g·h),8月份的蒸腾速率为359.72 mg/(g·h),在整个生长季节。比较两者的蒸腾速率,赖草的蒸腾速率各月均大于沙蒿,这说明两者相比赖草属于高蒸腾植物,沙蒿属于低蒸腾植物。
  
  3.2 蒸腾速率与大气温度的关系
  计算了柠条、沙柳、沙蒿、赖草4种植物日变化平均蒸腾速率,平均气温,分别分析日变化过程中,气温与柠条、沙柳、沙蒿、赖草蒸腾速率的变化规律之间的关系,通过查找资料和数据分析,生长季温度变化为清晨最低,随后增加,之后开始下降,日最低温度和4种植物蒸腾速率最低值一致,但4种植物达到蒸腾速率峰值的时间与1 d中温度最高值出现的时间不同,总体说,随着温度的增加,4种植物的蒸腾速率都有增加的趋势,温度与蒸腾速率的变化规律相似,但前者最高值的出现要晚于最高蒸腾速率出现的时间,相关分析表明,对影响植被蒸腾的因素进行相关分析,植物蒸腾速率与大气温度存在一定的相关性,对蒸腾速率与大气温度进行回归分析,得到柠条、沙柳、沙蒿、赖草的蒸腾速率与温度的拟合方程(表1)。
  其中:y为植物的日平均蒸腾速率(rag/(g·h)),T为日平均大气温度(℃),拟合方程表现出一定的相

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