水力导度和冠层气孔导度协同调节森林蒸腾的机理

气候变暖改变了降雨的格局，而生态恢复构建的大面积人工森林必然影响区域的水量平衡，森林如何调节蒸腾以适应新的水量分配格局并对水分保持有效利用，是迫切开展研究的重大课题。冠层气孔导度决定森林的蒸腾效率，对驱动水分传输的水汽应力的响应受树木水力结构的影响，由于冠层结构复杂，大多数的森林与大气的水汽交换呈现部分脱耦联，仅以气孔变化难以准确描述水分通量的调节规律。我们提出"树木水力导度和冠层气孔导度之间的权衡协同水势阈值调节森林水分利用对水汽应力的响应"的假说，通过整合叶片气孔气体交换、树干液流、微气象和其他环境因子，研究人工森林不同时间尺度的冠层气孔导度与大气的脱耦联系数及变异范围，分析基于树干液流和叶片/土壤水势梯度的水力导度影响冠层气孔导度响应水汽压亏缺的敏感性，揭示水力度导度和冠层气孔导度协同调节森林蒸腾的机理，研究结果对准确评价未来气候情景下森林对水资源利用的潜在生态效应有明显的科学意义。

阔叶林蒸腾与大气驱动因子之间脱偶联或者部分脱偶联，仅凭冠层气孔导度和水汽压亏缺无法准确描述森林蒸腾的调节机理，项目组围绕“水力导度与冠层气孔导度的权衡、协同水势阈值调节森林蒸腾对水汽应力的响应”的理论假说，严格按照任务书的研究计划和内容，以荷木、大叶相思、柠檬桉、尾巨桉、毛竹、粉单竹人工林和常绿阔叶林实验样地为依托，开展基于树干液流的森林水分利用和环境因子的连续观测研究，测量不同季节冠层叶片水势、气孔气体交换和林分叶面积指数，完成了原定的研究任务，取得以下重要结果和进展：.(1) 大气对脱偶联系数产生复合影响，任何一个因子的作用均受到其他因子的影响或被削弱，应用边界线分析方法研究发现，水汽压亏缺和辐射的互相补偿作用使脱偶联系数维持在一个只与种类相关的恒定值，与风速则是与种类无关的负相关关系。.(2) 华南地区季节性降雨并未引起森林蒸腾干湿季的显著差异，与土壤水分相比，树形对水力导度的影响更加明显。基于树干液流测定值与土壤叶片水势梯度的函数关系获得的干季蒸腾预测值与实测值之差，较好地量化因水力导度补偿效应而产生的蒸腾量，揭示了树木水力导度对土壤水分胁迫的补偿机制。.(3) 通过辐射分区辅以偏相关分析，清晰地揭示了冠层气孔导度对水汽压亏缺的响应在土壤水分充足的湿季更敏感、在干季主要受辐射控制的规律。冠层气孔导度对水汽压亏缺响应的敏感性与参比气孔导度遵循相似变化斜率的线性关系，受土壤养分和水分条件的控制有限，气孔对蒸腾的调节更多地受木质部质量的限制，即与水力特性协同控制树木的水分利用。.(4) 人工造林对区域水分平衡的影响取决于种类组成、造林时间和经营措施。具高度等渗特征的尾巨桉水分利用对干旱响应敏感，但木材密度低导致水力导度高，气孔限制不明显，对区域水分平衡影响较大；次生阔叶林的荷木、红椎、藜蒴、火力楠等树种的水分利用策略趋同，对集水区水分平衡的影响有限；异渗特征鲜明的大叶相思和柠檬桉的水分利用相对保守，在当前气候和土壤条件下对区域水文循环的影响微弱。气候变暖不可避免地增加人工林的水分利用，树木的水力特性、对水汽压亏缺的响应、参比冠层气孔导度的调节因子如木材密度应是未来量化土地利用对水文循环影响需要考虑的重要因素。.(5) 项目执行过程中培养博士3名，硕士4名。发表论文28篇，SCI论文11篇(5篇为学科领域Top10%，2篇Top30%)，其余为中文核心刊物论文。