荒漠河岸林植物水分传输过程及蒸腾耗水量研究

以干旱荒漠区植被SPAC界面水分传输过程为研究重点，以塔里木河流域中受水分胁迫最严重、生态环境最脆弱的下游为主要研究区，以荒漠河岸林主要建群种为研究对象，分析该区域内典型植物（胡杨、柽柳）的水分传输过程及蒸腾耗水特性。采用野外调查观测、定位控制实验和计算机数据分析处理等方法相结合的手段，对土壤水、地下水、土壤化学特征、水盐因子、气象因子实时监测，分析研究荒漠河岸林群落主要建群种水分传输过程和在水盐胁迫条件下的动态变化，探讨影响荒漠河岸林植物蒸腾变化的主导因子，建立塔里木河流域荒漠河岸林植被耗水量的估算模型，确定干旱区内陆河流域荒漠河岸林建群物种的生态需水量，系统阐明干旱荒漠区主要树种的蒸腾耗水规律、环境因子影响，以及典型林分的水量平衡组成，为荒漠生态系统演替、变化与生态系统的恢复与重建以及区域有限水资源的合理配置提供科学依据。

本项目通过2012-2014年的野外实验、定位观测、人工控制试验以及室内样品处理及数据分析，重点开展了荒漠河岸林建群种植物的水分利用过程、蒸腾耗水特征，以及蒸腾耗水的尺度转换及耗水量估算等方面的研究。以液流通量密度和茎直径最大日收缩量为指标诊断了不同地下水埋深条件的胡杨水分状况，得出了维系塔里木河下游荒漠河岸林胡杨正常生长的适宜地下水位应维持在4.5-5m；δ13C值表明随着地下水埋深增加，胡杨叶片δ13C 值先升后降，在9.1m 处胡杨可能通过减少地上生物量的方式来适应加剧的干旱，而柽柳叶片δ13Ｃ值表明其通过增加水分利用效率来抵御加剧的干旱；稳定同位素分析结果表明胡杨幼苗94%的水分来自于土壤水，成熟和过熟胡杨主要利用地下水，地下水利用比重分别占85%和96%；随着地下水位下降，胡杨的光合活性明显降低，叶片光饱和点显著下降，胡杨的光合作用光能利用份额下降，耐受高光强的能力减弱；胡杨储水能力反映水分调节能力，储水占蒸腾的比重分别为幼林胡杨24%；成熟胡杨29%；过熟胡杨8%。由储水消耗特征反映成熟林和幼林“挥霍型”而过熟林 “保守型”的水分利用策略。在荒漠河岸林植物水分消耗特征及环境耦合关系方面，探讨了胡杨茎干液流的空间差异，塔河和黑河下游胡杨夜间平均液流速度分别为13.11cm/h和11.72cm/h；而在白天，液流速度差异显著，塔河和黑河下游胡杨白天平均液流速度分别为30.63cm/h和16.05cm/h（P<0.05），对比分析显示环境差异造成黑河下游胡杨对空气相对湿度的适应性高于塔河下游，而对气温和VPD的适应性弱于塔河下游；控制实验结果表明胡杨幼苗的生理生化参数可作为判定胡杨幼苗盐分耐受限度的参考指标，胡杨幼苗在浓度5g/lNaCl溶液灌溉下可基本维持正常生长,10g/l即受到胁迫，在20g/l咸水灌溉下受到重度胁迫，与干旱胁迫相当。而对人工灌溉下荒漠防护林的监测实验表明，4种树木液流通量密度大小排序为俄罗斯杨>胡杨>榆树>沙枣树，环境因子深刻影响着胡杨蒸腾，灌溉量过量反而会对植物生长产生抑制。在荒漠河岸林胡杨蒸腾耗水特征的多尺度分析中，分别从叶片、单株、和林分尺度分析了胡杨的耗水特性，并以液流和边材面价为参数构建了胡杨的林分尺度耗水模型，估算出塔里木河中下游6-10月的蒸腾耗水量为1.17x108m3