暖温带四种木本植物茎流规律及其对环境因子的响应研究

【摘要】：在生态系统中,森林通过拦截降水、储存水量、减少地表径流、提高水分利用等功能,在保护水资源、防止水土流失,改善环境气候方面,发挥着重要的作用。但是,森林也是一个巨大的水分利用系统,植物庞大的根系对地下水的吸收也是不可低估的。随着社会的发展,水资源短缺问题日益严重。森林生态效益和林木生长所需的大量水资源已成为突出的矛盾。在降水偏少、水源紧缺的华北地区,在绿化造林及植被恢复中,通过选择适宜的物种和适当的林分结构,可以减少林木的水分消耗,解决水资源缺乏的矛盾。 当前对植物蒸腾作用的研究测定已成为植物生理生态学的研究热点,从植物枝叶水平到个体水平再到群体水平,都有大量的研究方法。植物的茎流是由植物蒸腾作用带动的体内水分上升的过程,因此对单株植物来说,蒸腾可用茎流来代替。当前对植物蒸腾作用的研究方法主要采取茎热平衡法或热脉冲法,通过测定植物的茎流来间接测定蒸腾作用。 本研究以分布于我国华北暖温带地区的主要造林物种侧柏(Platycladus orientalis)、山杏(Armeniaca sibirica)、君迁子(Diospyros lotus)、刺槐(Robinia pseudoacacia)为研究对象,以7～9月份植物的快速生长季为时间尺度,利用先进的环境与植物生理监测系统,对茎流速率和五个环境因子进行监测。目的是研究四种植物茎流变化规律,探讨植物水分代谢的差异,辨识环境因子对植物茎流变化规律的影响,拟建立茎流速率与环境因子之间的模型,以期为相关区域植被恢复提供理论基础。 结果表明,四种植物在整个快速生长期内茎流速率和茎流日累积量呈现相对一致的规律。茎流速率日变化呈单峰或双峰曲线,茎流清晨启动并迅速增加,午间达到茎流的峰值,傍晚茎流降低到低值,夜间茎流平稳并保持在较低水平。四种植物茎流表现出种间差异,侧柏和刺槐茎流曲线大部分时间为双峰曲线,有午休现象,山杏与君迁子茎流曲线大部分时间为单峰曲线。茎流累积量为S型曲线,四种植物表现出一致的规律,但茎流日累积量大小不同,侧柏的最小,刺槐、山杏、君迁子三种植物茎流日累积量表现出不同的顺序。 在快速生长期内,四种植物茎流速率变化呈现出种间和种内的差异。不同的树种之间,平均蒸腾速率不同,阔叶树种茎流速率大于针叶树。不同树种间茎流速率日变化规律既有相同处有存在着差异,这与不同物种间的生物学特性和所处环境的特异性相关。 植物茎流速率受到环境因子的影响,太阳辐射、空气温度和风速与茎流速率正相关,空气湿度、土壤湿度与茎流速率负相关。采用主成分分析法对环境因子进行统计分析,环境因子分为两类,气象因子和土壤因子。气象因子包括太阳辐射、空气温度、空气湿度和风速。气象因子对茎流速率的影响曲线为二次曲线和对数曲线,其共同的特征是茎流速率在一定范围内随气象因子的增加而加快,在一定时刻达到最大值,随后气象因子数据值继续增大,但茎流速率保持不变或下降。土壤因子对茎流速率的较复杂,没有得到拟合度较高的曲线方程,但从整体上看来,当土壤湿度上升时,茎流速率有加快的趋势。 【关键词】：暖温带 造林树种 快速生长期 茎流 主成分分析 环境因子
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：Q945
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 前言14-24
• 1.1 研究背景14
• 1.2 研究目的与意义14-15
• 1.3 植物蒸腾作用的研究进展15-24
• 1.3.1 蒸腾作用测定方法的研究进展16-19
• 1.3.2 蒸腾作用的环境影响因子19-22
• 1.3.3 蒸腾速率与环境因子的模型研究22-24
• 第2章 研究内容与方法24-33
• 2.1 研究对象24-25
• 2.2 研究区域概况25-26
• 2.2.1 自然地理特征25
• 2.2.2 植被状况25-26
• 2.3 研究内容26-27
• 2.3.1 植物茎流的日变化规律26
• 2.3.2 植物在快速生长期内的茎流变化规律26-27
• 2.3.3 植物茎流对环境因子的响应27
• 2.4 研究设备27-30
• 2.5 研究方法30-31
• 2.5 数据处理31-32
• 2.6 技术路线32-33
• 第3章 植物在快速生长期内的茎流日变化规律33-51
• 3.1 植物在快速生长期内的茎流速率日变化规律33-40
• 3.1.1 侧柏茎流速率的日变化规律33-34
• 3.1.2 山杏茎流速率的日变化规律34-35
• 3.1.3 君迁子茎流速率的日变化规律35-36
• 3.1.4 刺槐的茎流速率日变化规律36-37
• 3.1.5 四种植物茎流速率日变化曲线的比较37-40
• 3.2 植物在快速生长期内的茎流累积量日变化规律40-47
• 3.2.1 侧柏茎流累积量日变化41-42
• 3.2.2 山杏茎流累积量日变化42-43
• 3.2.3 君迁子茎流累积量日变化43-44
• 3.2.4 刺槐茎流累积量日变化44-45
• 3.2.5 四种植物茎流累积量日变化比较45-47
• 3.3 植物在快速生长期内的茎流日变化规律47-48
• 3.3.1 植物茎流速率日变化规律47-48
• 3.3.2 植物茎流累积量日变化规律48
• 3.4 小结48-51
• 第4章 植物在快速生长季内茎流变化规律51-60
• 4.1 植物在快速生长季内的茎流变化规律51-56
• 4.1.1 侧柏在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析51-52
• 4.1.2 山杏在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析52-54
• 4.1.3 君迁子在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析54-55
• 4.1.4 刺槐在快速生长季内的茎流变化规律及统计分析55-56
• 4.2 植物在快速生长期内茎流变化种间差异56-58
• 4.3 小结58-60
• 第5章 植物茎流对环境因子的响应60-93
• 5.1 植物茎流对环境因子的响应60-80
• 5.1.1 侧柏茎流对环境因子的响应60-65
• 5.1.2 山杏茎流对环境因子的响应65-70
• 5.1.3 君迁子茎流对环境因子的响应70-75
• 5.1.4 刺槐茎流对环境因子的响应75-80
• 5.2 基于主成分分析的茎流模型分析80-88
• 5.2.1 环境因子主成分提取81-83
• 5.2.2 基于主成分分析的茎流模型83-88
• 5.3 小结88-93
• 第6章 结论与建议93-96
• 6.1 结论93-94
• 6.2 建议94-96
• 参考文献96-101
• 致谢101-103
• 学位论文评阅及答辩情况表103

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