石漠化过程对人工任豆林林分蒸腾的影响及其机制

Reforestation, playing an active role in rocky desertification control, is an important measure for ecosystem restoration and construction in karst mountain area. Conversely, rocky desertification has important impacts on the growth and distributions of plantations.The planted trees grow quite well in mild rocky desertification area. However, the planted trees grow poorly and some even become little old trees in severe rocky desertification area.To improve the sustainable management of panted forests, it is in urgent need to study the impact of rocky desertification on stand transpiration and further to evaluate the adaptability and sustainability of planted trees in karst mountain area. We choose sample plots along a rocky desertification gradient both on the slopes and in the depressions of peak cluster-depression to study the transpiration of 12-year-old Zenia insignis plantation. First, we analyze the variations of stand transpiration along a rocky desertification gradient at different geomorphological positions using sap flow system and scaling-up method. Second, we study the variations both in the responses of stand transpiration to environmental factors and in ecological adaptation along a rocky desertification gradient. Third, we try to reveal the mechanisms of the effects of rocky desertification on stand transpiration based on the site environment, stand structure, and plant physiological properties. Finally, we evaluate the sustainable adaptability of planted forests in complicated karst environment to provide theory basis for eco-restoration in karst mountain area.

人工造林是岩溶山地生态系统修复与建设的关键措施，在石漠化治理中发挥了积极的作用。反之，石漠化过程对人工林生长与分布状况产生重要影响，轻度石漠化地段人工造林效果好，树木生长健康，而严重石漠化地段人工林生长速率逐渐减缓或发育不良，甚至出现“小老头树”。研究地质干旱环境中石漠化过程对人工林蒸腾的影响机理，定量评估人工林的适应性与可持续性，是岩溶山地人工林可持续经营管理的理论与实践需求。本项目选择相同林龄的人工任豆林为研究对象，分别在峰丛洼地的中下坡和洼地部位设置石漠化梯度样地，采用树干液流技术和尺度扩展方法，从立地尺度分析不同地貌部位石漠化过程影响人工林林分蒸腾的内在规律，探讨不同石漠化梯度人工林林分蒸腾对环境因子的响应差异及其生态适应机理，并综合立地环境、林分结构和植被生理属性，揭示石漠化过程对林分蒸腾的影响机制，进而评估人工林对不同石漠化环境的长期适应性，为岩溶山区的生态恢复提供理论依据。

研究地质干旱环境中石漠化过程对人工林蒸腾的影响机理，定量评估人工林的适应性与可持续性，是岩溶山地人工林可持续经营管理的理论与实践需求。本研究在典型岩溶生态系统宏观调查基础上，以阳山县石漠化综合治理封山育林区为监测试验地，分别按照石漠化梯度和不同地貌部位设置7块人工任豆林监测样地，对树干液流和环境因子进行了长达2年的连续观测，从不同时间尺度分析石漠化过程中人工任豆林水分蒸腾的变化规律及其影响机制。结果表明：（1）区域尺度，结合降水利用率RUE和归一化植被指数NDVI两者的变化趋势，识别岩溶生态系统的恢复实质来评估人工林的可持续性是可行的。（2）不同物候期任豆树的蒸腾日变化规律基本一致，均呈多峰型曲线分布格局，最大峰值出现在11:00-14:00之间。（3）5-10月是任豆树生长旺盛的季节，蒸腾作用强烈，耗水量占全年比例65%~85%；冬季任豆处于落叶期，蒸腾作用微弱，耗水量仅占全年的5%~18%。（4）石漠化梯度上，任豆林的蒸腾日变化和季节变化均表现为极重度>重度>中度>轻度的规律，主要原因是大面积裸露的岩石吸热升温加快树木蒸腾速率。（5）不同坡位的树干液流密度分异明显，日变化和季节变化均表现为上坡位>下坡位>中坡位，且上坡位达到峰值时间最早，下坡位次之，中坡位最迟，导致的主要原因是不同坡位接受光照的差异及气温的垂直变化特征。（6）影响任豆蒸腾的环境因子具有明显的尺度特征，大气温度、水汽压亏缺两个因子在小时尺度、日尺度和月尺度均起重要作用，太阳辐射、空气相对湿度仅在小时尺度作用比较大，叶面积指数仅在月尺度起控制作用，土壤水分在小时尺度、日尺度、月尺度均无明显影响。（7）任豆可通过气孔调节蒸腾速率，白天气孔导度约为0.05~0.25μmol/m2.s；任豆树根系发达，可扎入岩溶层吸收沿岩溶裂隙下渗的雨水进行光合作用；任豆树能以落叶方式减少呼吸和蒸腾消耗，安全渡过低温干旱季节。概言之，任豆树具有适应石漠化地区干旱和高温的生理生态学适应特征，是岩溶山区石漠化治理的优良造林树种，即使在上坡位严重石漠化地段人工任豆林仍具有长期可持续性。研究结论对岩溶山区的石漠化治理及生态修复的可持续管理具有重要的理论指导意义，值得继续观测及深入研究。