荷木对干湿季土壤水分的利用和适应性调节探析

荷木对干湿季土壤水分的利用和适应性调节探析

李银花1何伟杰1何思建2

雷州市远兴林业开发有限公司1

雷州市正德林业种植有限公司2广东雷州524200

摘要：在监测环境因子的同时利用Granier热消散探针连续监测荷木的一系列数值，如树干液流与叶片水势等参数，以此来了解荷木对土壤水分的利用与适应性，结合同步监测的环境因子分析荷木的水力导度、冠层气孔导度、蒸腾有效储存水量的干湿季变化。监测之后的结果表示干季荷木林出现土壤水分流失严重，而且荷木对水分的吸收和传输受到很大阻碍。荷木林的蒸腾作用在不同季节，与光合作用和水汽压亏缺有密切关系。水热充分的季节荷木蒸腾主要与气孔导度调节有关系，干季在水汽亏缺达到2.132MPa的时候，荷木蒸腾作用被水力导度与气孔导度协同控制。

关键词：干湿季土壤水分含量；蒸腾作用；整树水力导度；水势差；监测

植物生长所需水分与土壤含水量有直接的关系，在新时代的发展下极端气候事件不断出现，降雨分配不均匀、干湿季明显、水资源利用不合理情况等导致雷州等地森林土壤含水量在干湿季节变化十分显著，干湿季变化显著的表现是干季出现水分胁迫植物正常生长的情况。在这种情况下了解荷木林的水分利用特征来揭示树木水分调节机制，确定水分调节机制在水分利用中的关键作用，可以为全球气候变化的背景下干季出现的时候森林树种的水分合理利用。

一、植物水分调节

植物在适应环境变化的过程中通过完善自身水利调节机制与水分利用测量来维持生长，当环境因素出现变化，尤其是土壤水分含量出现变化的情况下，气孔导读、整树导度共同决定了植物的蒸腾速率。两者在协同调节植物水分研究，利用Irvine确定在土壤水分减少的情况下赤松黎明前叶片水势从-0.45MPA降低到-0.71MPA，水力导度下降的情况下气孔关闭，从而维持叶片水势值在-1.5MPA以上[1]。所以植物适应土壤水分变化点保护机制是气孔导度水叶片水分状况的反应，可以避免在木质部气穴化现象。存在一部分研究表示水力结构的调整有利于植物适应不同的水分条件，可以有效克服干季出现的水分缺失。Loustau等人的研究表示土壤水分充足的情况下树干储存水占每日蒸腾的21%，在夏季干旱时段则上升到25%，储存水可以弥补水分的缺失从而缓解水力阻力上升引起的蒸腾和气孔导度的下降。在这种情况下树木单位叶面积的水分利用关系是否可以在亚热带树种中存在，如果存在总降水量丰富但是季节分配不均匀的情况，树木在土壤水分变化的情况下如何适应性调节。本文以荷木林为主要的研究对象，以液流密度、环境因子数据来计算蒸腾有效存储水量、冠层气孔导度，结合叶片水势测定值计算整树水力导度来展示荷木在不同水分条件下的水力调节，从而为研究森林生态系统与各种树木水分利用提供理论依据。

二、试验概述

雷州市某植物园生态试验场荷木林占地面积2885平方米，地势整体情况为海拔高度41M、坡度12度。由于是植物园生态试验场，具备环境因子观测系统和小气候观测等相关的设施。从其中选择6株荷木，在树干北面、胸高处安装Granier热消散探针，使用DL2e型数据采集仪器，用四芯屏蔽电缆连接仪器自动记录树干液流密度，设置为30秒测读一次，在十分钟之内存储一次测读数据。

样品（荷木）样品高度胸径叶面积边材面积0-4CM边材面积大于4CM八月份

表1荷木样树

安装环境监测系统，确定好安装位置，同时分别安装安装有效辐射传感器、空气温度、湿度传感器位置需要精确到树冠高度三分之二处，根据植物根系在土壤中的分布特点把土壤水分传感器根系最密的30CM~50CM处的土层范围内，所有传感器都与DL2e连接测读频率与液流。空气水汽压亏缺有一定的计算方式，即VPD=a×exp［bTa/（Ta+c）］×（1/ＲH），其中RH为空气相对湿度，Ta是叶片温度，a=0.611kpa，b=17.502，c=240.97℃，边材面积与冠层叶面积采取不同的测定法。根据当地的降雨分配特点，其中八月、十一月份分别为湿季、旱季，借助贯彻塔分别在八月份、十一月份选择天气晴朗的下午，确定上述确定好的荷木样树，每株剪取三枝带叶枝条测定叶片水势值，从黎明前到傍晚时分每隔一个小时进行一次测定。分别对液流密度、整树蒸腾、整树水力导度、水力补偿进行相应的计算，使用SPSS13．0对得到的数据进行统计整理，分析其结果：

湿季与干季晴朗天气荷木液流和整树蒸腾呈现出明显的变化，其中湿季的每日平均耗水量为23．88±12.52kg/d，干季（11月份）为32．48±19．92kg/d。每日耗水量的变化与荷木整树的个体差异有很大关系，一号到六号之间，干季到湿季减少34．38%、18.94%、2．08%、34．50%、17．87%、31．80%。而蒸腾时间与日出时间有紧密关系，干季的蒸腾峰值在正午时分，而实际由于正午时分，太阳辐射波动强烈，并没有出现明显的整蒸腾峰值[2]。

图1湿季、干季荷木树干液流密度与整树蒸腾日变化

就荷木整树情况来看，叶片水势最低，植物在进行蒸腾作用吸收水分的过程中，需要克服水势差产生的压力。黎明时分植物尚未进行蒸腾作用，叶片水势与土壤水势相同。过了这个时间之后荷木叶片气孔打开，树木开始蒸腾作用消耗水分之后，荷木水势降低。湿季土壤水势－0.252±0.015MPA，干季土壤水势－0.324±0.017MPA，那么得出的数据分析是干季土壤水势要低于湿季，在早晨最高，中午时分水势降低到最低值，正午时分之后逐渐回升[3]。所以干湿两季之间的整树蒸腾与土壤、叶片水势之间的关系呈现出明显的线性关系，但是蒸腾作用并没有明显的差异。所以不论干湿季，荷木土壤水分对蒸腾作用效果并不显著。

实际上雷州地区由于降水不均出现的干湿季，但是就干季与湿季的情况而言，降雨量并不平均，本实验在进行测试的时候，也就是11月份初期，降雨量达到22.3MM，土壤湿度（22.69±0.02）%，并不能够判断出土壤有良好的缺水条件，而十一月份太阳辐射仍然十分强烈，也能够很好的满足荷木的蒸腾活动。

整树蒸腾与整树水力导度之间的关系：以K表示整树水力导度，K是树木水力结构和水分传输之间的间接表现，在早晨整树蒸腾比较高，而随着时间的推移K逐渐下降，上午时分K变化缓慢，到了下午之后湿度剧烈下降，湿季与干季之间整树蒸腾在傍晚达到最小。干湿季两者之间的差异值约等于0.040，干季在早晨七点、九点、午间一点、五点的时候整树蒸腾小于湿季。国外研究表示干季这个时间段内赤松水力阻力是水分充分时候的二倍到三倍左右。就本试验的结果来看，在干季土壤水分含量低的情况下土壤水势下降，在水分供应变少的情况下荷木根系吸收水分困难，荷木叶片的蒸腾作用继续增大会导致木质部倒灌的物理张力增加，所以水力阻力增大[4]。

三、结论分析

雷州地区位于南方，降雨为季节性降雨，从而形成的湿季、干季，整体上荷木的蒸腾作用没有产生明显差异，但是在进行蒸腾作用的过程中产生的水力生理上却不同水热充足湿季荷木的蒸腾作用主要受到气孔导度调节，在水分缺少的干季荷木的蒸腾作用不止受到气孔导度控制，当空气湿度减少的时候水利导度协调调节的作用也更加明显。而相关的研究表示植物蒸腾对干旱的依赖程度是多方面决定的，如物种生长习性、地理环境、气候环境等，而常绿阔叶林树种中荷木可以调节自身水力结构来降低干旱烧水的环境下产生的水分减少的情况，从而适应干旱的环境。

整树水利导度过程中整树蒸腾与土壤水势差、叶片水势差之间存在密切关系，在监测的过程中一直处于动态变化的关系，以蒸腾变化为主上下浮动。然而正是因为处于变化之中才保证了木质部一直处于不断输送水分状态。当水分供应逐渐降低，气孔会增强了抗旱能力。

参考文献

[1]曾小敏，赵平，欧阳磊，等.荷木对干湿季土壤水分的利用和适应性调节[J].热带亚热带植物学报，2017，25（2）：105-114.

[2]倪广艳，赵平，朱丽薇，等.荷木整树蒸腾对干湿季土壤水分的水力响应[J].生态学报，2015，35（3）：652-662.

[3]朱丽薇，赵平，蔡锡安，等.荷木人工林蒸腾与冠层气孔导度特征及对环境因子的响应[J].热带亚热带植物学报，2010，18（6）：599-606.

[4]周娟，赵平，朱丽薇，etal.荷木（Schimasuperba）水力导度的干湿季变化及个体差异[J].应用与环境生物学报，2015，21（02）：333-340.