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八年级硕士专业学位论文

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分类号

密级UDC

硕士专业学位论文

林木耗水特性及固体水抗旱造林应用研究

（中文名）

Astudyoncharacteristicsoftreewater-consumptionandapplicationofsolidwaterfordroughtresistanceafforestation

（英文名）

张海

（作者姓名）

指导教师XXX教授

XXX高工

申请学位级别农业推广硕士

研究方向抗旱造林技术

论文提交日期2003年10月

论文答辩日期2003年10月

学位授予日期2003年12月

答辩委员会主席：

评阅人：

北京林业大学

独创性声明

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京林业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：

日期：

关于论文使用授权的说明

本人完全了解北京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）

签名：

导师签名：

、日期：

摘要

本篇论文采用最新研制的固体水，首次全面研究了它的特性及其对我国北方主要造林树种苗木的作用效应，旨在从水分高效利用及缓慢释放的角度，探索解决干旱、半干旱地区造林成活率及保存率的新途径，有效地指导固体水在野外造林的应用。

同时研究了苗木的耗水特性，为在水量缺乏的情况下，进行有效的林木培育和植被恢复重建提供依据。

论文选用北方主要造林树种油松、侧柏、火炬树、黄栌、臭椿、毛白杨、沙棘、枸杞、柠条、山杏、白榆、和青杨等试验材料，在温室环境和野外条件下，主要从苗木的蒸腾耗水特性、固体水特性及其对苗木的作用效应和固体水在抗旱造林中的应用三个方面进行了研究。

苗木在正常水分条件下及干旱胁迫过程中蒸腾耗水规律的研究结果表明，油松和侧柏是耗水较少树种，枸杞和毛白杨耗水较多，其它树种居中。

不同水势梯度下、昼夜不同时间段各树种的蒸腾耗水量及蒸腾耗水速率的研究结果表明，蒸腾耗水以白天为主，在相同的水分条件下，不同的苗木有不同的蒸腾耗水量，同种苗木的蒸腾耗水量随干旱胁迫的加重而减少，针叶树种在受到严重的干旱胁迫时，耗水量均降至正常水分条件下的10%左右。

关键词：

固体水造林树种抗旱造林耗水特性

Astudyoncharacteristicsoftreewater-consumptionandapplicationofsolidwaterfordroughtresistanceafforestation

ZhangHai

DirectedbyProf.XXX

ABSTRACTThepaperpresentedanunreportedoverallstudyaboutsolidwater,anewlydevelopedtechnology,anditseffectstoimprovetheafforestationefficiencyofthemaintreespeciesusedinNorthernChina.Itaimsatdemonstratingthatthisnewmethodcanimprovetheafforestationsurvivalrateandconservationrateinaridandsemi-aridregion,andestablishingthebestmethodologyfortheapplicationofsolidwaterinon-farmfieldsconsideringwateruseefficiencyandreleasingslowly.Atthesametimethecharacteristicsoftreewater-consumptionwerestudied.Itwouldbebeneficialtoafforestationandvegetationreconstructionunderconditionofwaterdeficiency.Thestudywascarriedoutfromsuchthreeaspectsasthecharacteristicofseedlingswaterconsumptionbytranspiration,solidwateranditseffectsonseedlingsanditsapplicationforcombatingdrought,ingreenhouseandon-farmfieldsbyselectingthemainplantationtreespeciesinNorthernChinasuchasPinustabulaeformis,Platycladusorientalis,Rhustyphina,Cotinuscoggygria,Ailanthusaltissima,Populustomentosa，Hippopaerhamnoides,Lyciumbarbarum,Caraganakorshinskii,Amygdalussibirica,UlmuspumilaandPopuluscathayana.

Theresultsofstudyonwaterconsumptionpatternsofseedlingsinnormalwater-supplyanddroughtstressconditionsshowthatP.tabulaeformisandP.orientalisarethelowerwaterconsumptionplants,L.barbarumandP.tomentosaarethehigherwaterconsumptionplants,theothertreespeciesinthemiddleofthem.Theamountandrateofwaterconsumptionwerecomparedandanalyzedindifferentwaterpotentialsandtimesofdayandnight.Itshowedthatwaterconsumptionbytranspirationmainlyoccurredindaytime,differentseedlingshaddifferentwaterconsumptioninthesamewaterstatus,andthewaterconsumptionofseedlingsdecreasedwithincreasingdroughtstress.Whentheseedlingswereinseriousdroughtstress,thewaterconsumptionofconiferdecreasedinabout10%ofthatinthenormalwatercondition.

Keywords:

solidwaterplantationtreespeciesdroughtresistanceafforestation

Characteristicsofwater-consumption

目录

独创性声明

摘要

ABSTRACT

目录

前言……………………………………………………………………………………………1

一、林木蒸腾耗水……………………………………………………………………………2

1.1林木蒸散耗水研究进展…………………………………………………………2

1.1.1国内外森林蒸散研究…………………………………………………………………2

1.1.1.1森林蒸散概述………………………………………………………………………2

1.1.1.2国外森林蒸散研究…………………………………………………………………4

1.1.1.3国内森林蒸散研究…………………………………………………………………5

1.1.2我国干旱半干旱地区的降水与蒸散耗水……………………………………………6

1.2研究材料与方法………………………………………………………………………7

1.2.1试验材料…………………………………………………………………………8

1.2.2研究方法…………………………………………………………………………9

1.2.3测定指标…………………………………………………………………………10

1.3结果与分析…………………………………………………………………………11

二、固体水特性及其对苗木的作用效应……………………………………………………19

……

三、结论与讨论………………………………………………………………84

参考文献…………………………………………………………………………………91

导师简介…………………………………………………………………100

个人简介…………………………………………………………………………101

致谢………………………………………………………………………………102

前言

一、林木蒸腾耗水

1.1林木蒸腾耗水研究进展

1.1.1国内外森林蒸散研究

1.1.1.1森林蒸散概述

森林蒸散包括蒸腾和蒸发。

植物的蒸腾过程是土壤水分通过植物体并主要经叶片中的气孔向大气输送的过程。

少量水汽可通过树皮皮孔逸出，在有利的情况下，气孔蒸腾一般占总蒸腾量的80%~90%以上（Levitt，1972）。

植物的生长过程中要消耗大量的水分，其中约有95%是由蒸腾作用消耗掉的。

对于郁闭度很大的植被，其蒸散的主要部分是蒸腾，林下地面的蒸发只占很小的部分。

虽然植物的蒸腾作用受到气孔开张和关闭的影响，但蒸腾作用基本上是一个物理过程，水分从任何表面蒸发为水汽都要消耗相应的能量，即汽化热。

气孔关闭可以大大减少植物蒸腾，同时也减少了汽化热的损耗，但这并不改变蒸腾水汽量与消耗能量之间的固定比例关系。

设汽化潜热为L，蒸腾的水汽量为E，则蒸腾所消耗的能量为L·E。

由于蒸腾作用极大地受到气孔开闭的影响，在植物生理学和生理生态学中对气孔的行为进行了许多研究（王沙生，1990；LarcherW.；1995）。

然而，外部作用对保卫细胞运动的影响和相互作用是非常复杂的，以致调节气孔开闭的机制，迄今尚未全部了解，难以从单一的环境因子的作用引出一般性的结论。

……………

1.2研究材料与方法

1.2.1试验材料

试验材料选取我国北方主要造林树种，它们是：

5年生针叶乔木树种油松（PinustabulaeformisCarr.）和侧柏（PlatycladusorientalisL.）、1年生阔叶乔木树种毛白杨（PopolustomentosaCarr.）和臭椿（AilanthusaltissimaMill.）、火炬树（RhustyphinaL.）、1年生灌木树种黄栌（CotinuscoggygriaScop.）、沙棘（Hippophaerhamnoides）、枸杞（LyciumbarbarumL.）、柠条（CaraganakorshinskiiKom.）。

1.2.2研究方法

2001年4月5日对沙棘、枸杞、柠条进行催芽，4月7日播种，4月10将5年生油松和侧柏、1年生毛白杨、臭椿、火炬树、黄栌移栽到AB260×220的白色塑料花盆中，6月26日将沙棘、枸杞和柠条移栽到相同规格的花盆中，在温室中进行培养，对每树种进行正常浇水管理。

从9月6日开始，选择典型晴天，测定蒸腾速率、苗木水势、土壤含水量及环境因子的日变化。

每个处理设3个重复。

从9月20日开始测定供试苗木的蒸腾耗水，其方法是对供试苗木浇过透水后，用保鲜膜进行覆盖密封盆栽土壤处理，并用塑料袋将苗盆完全套住，以防止土壤水分蒸发失水的影响，对照苗木不进行覆盖处理。

随后每天早晚8点准时称重，连续测定30天；并在干旱过程中分阶段测定苗木叶水势。

每个处理设6个重复。

1.2.3测定指标

蒸腾速率用Lico-6400便携式光合测定系统分析仪（美国）测定

耗水量用BP3400精密天平（德国）测定

相对湿度用干湿球温度计测定

水势用压力室法测定

空气温度用空气温度自动记录仪测定

叶面积测定阔叶面积用剪纸称重法测定；针叶叶面积用公式（李家龙，1985）：

其中：

A：

叶面积；V：

针叶体积（用排水法测定）；n：

每束针叶数；L：

针叶长度.本文给出油松和侧柏的叶面积和叶干重之间的转换关系：

油松叶面积（cm2）=165×叶干重（g），侧柏叶面积（cm2）=161×叶干重（g）

……………

1.3

结果与分析

1.3.1我国北方主要造林苗木单株蒸腾耗水

1.3.1.1蒸腾速率的变化规律

1.3.1.1.1蒸腾速率日变化特征

图3环境因子日变化

Fig.3Dailychangesofenvironmentalfactors

图2灌木蒸腾速率日变化

Fig.2Dailychangesofshrubbytranspirationrate

图1乔木树种苗木蒸腾速率日变化

Fig.1Dailychangesofarborealtranspirationrate

从图1和图2可以看出，供试苗木的蒸腾速率日变化呈现相似的变化规律：

清晨和傍晚的蒸腾速率最小，蒸腾速率的日变化曲线为单峰型或双峰型。

其中毛白杨、臭椿、火炬树、黄栌、沙棘为单峰型，枸杞为比较典型的双峰型，侧柏、油松、柠条在蒸腾速率达到最大后，开始下降，然后又有一个次高峰，其蒸腾速率的日变化呈不太典型的双峰型。

在乔木树种中，针叶树油松和侧柏的蒸腾速率日变化曲线比较平缓，蒸腾速率相对较小；而阔叶树种毛白杨、臭椿和火炬树的蒸腾速率及日变幅都比较大，可见阔叶树的蒸腾速率大于针叶树。

有研究表明，6种针叶树的蒸腾速率显著小于阔叶树种（张建国，李吉跃，沈国舫，2000），

表1方差分析

Tab.1AnalysisofVariation

差异源

SS

df

MS

F

P-value

F-crit

树种间

83.943

8

10.493

8.531

0.012**

2.55

剩余

21.065

17

1.239

总计

105.008

25

此结果与其一致。

在灌木树种中，枸杞的蒸腾速率大于黄栌、沙棘和柠条。

……………

……………

1.4小结

（1）9树种蒸腾速率的日变化曲线呈单峰型或双峰型，其中毛白杨、臭椿、火炬树、黄栌、沙棘为单峰曲线，枸杞为典型的双峰曲线，侧柏、油松、柠条在蒸腾速率达到最大后，开始下降，然后又会有一个次高峰，其蒸腾速率的日变化呈不太典型的双峰型。

针叶树的蒸腾速率小于阔叶树种，针叶树中油松的蒸腾速率略小于侧柏的蒸腾速率，阔叶树种毛白杨和枸杞的蒸腾速率较大，其它的树种次之。

日平均蒸腾速率小到大依次为油松（0.691mmol·m-2s-1）、侧柏（0.786mmol·m-2s-1）、黄栌（1.802mmol·m-2s-1）、柠条（2.447mmol·m-2s-1）、臭椿（2.556mmol·m-2s-1）、火炬树（2.925mmol·m-2s-1）、沙棘（3.273mmol·m-2s-1）、毛白杨（4.154mmol·m-2s-1）、枸杞（6.902mmol·m-2s-1）。

枸杞的平均蒸腾速率显著高于毛白杨，极显著高于其它的树种；毛白杨的平均蒸腾速率极显著高于油松和侧柏；沙棘和火炬树的蒸腾速率显著高于油松和侧柏；沙棘、火炬树、臭椿、柠条、黄栌间无显著差异。

（2）在土壤供水充分的条件下，影响蒸腾的强弱的环境因子主要是气象因子，蒸腾速率日变化主要受光照强度的影响，但各树种的最适光强并不相同，因而并非都在光强达到最大时，达到蒸腾速率的最大值。

各树种的最大蒸腾速率与平均蒸腾速率存在极显著的相关关系（R2=0.9716），因而测定树种的最大蒸腾速率不仅可以比较不同树种蒸腾特性，还可以估算其日平均蒸腾速率。

……………

四、结论与讨论

（1）我国北方主要造林树种的蒸腾耗水规律

9树种蒸腾速率的日变化曲线呈单峰型或双峰型，其中毛白杨、臭椿、火炬树、黄栌、沙棘为单峰曲线，枸杞为典型的双峰曲线，侧柏、油松、柠条的蒸腾速率日变化呈不太典型的双峰型。

针叶树的蒸腾速率小于阔叶树种，阔叶树种毛白杨和枸杞的蒸腾速率较大，其它的树种次之。

单株耗水量在不同的天气情况下差异较大，不同的树种蒸腾耗水量在晴天最大，阴雨天最小，阴天居中。

在不同的天气情况下，夜晚的耗水量比较稳定，白天的耗水量受天气的影响比较大。

在晴天和阴天里，各树种夜晚的耗水量的平均值均占白天的11.2%。

（2）干旱胁迫对苗木蒸腾耗水的影响

各树种蒸腾耗水的连日变化是逐渐减少的，在减少趋势中存在一定的波动，其波动的情况与气温和空气相对湿度的波动一致，随着气温的升高而增加，随着空气相对湿度的增加而减少。

在正常水分条件下，不同树种单株蒸腾耗水量存在较大的差异，同时随着环境因子的变化存在一定的波动。

随着干旱胁迫的增加，不同树种单株蒸腾耗水量的差异越来越小，在严重干旱胁迫时各树种单株蒸腾耗水量相当接近，树种间的差异不再显著，蒸腾耗水量主要随环境因子的变化而变化。

……………

参考文献

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………………

导师简介

XXX，男，1959年11月30日生，汉族，四川金堂县人。

1982年7月毕业于北京林学院林学专业，获农学学士学位。

1984年9月考入北京林业大学造林专业攻读硕士学位，1987年6月转攻博士学位，1990年9月毕业，获农学博士学位，同年9月留校任教。

1996年破格晋升为教授，并被林业部首批选拔为“跨世纪青年学术带头人”。

现为北京林业大学森林资源与环境学院森林培育学教授，博士生导师。

自任教以来，共计指导研究生16名，其中博士生10名，硕士生6名。

自1988年以来，先后发表论文、译文70余篇，共计约100多万字，主编和参编学术著作或教材13部。

已完成国家攻关课题或国家自然科学基金课题等8项，目前正在主持和负责的课题6项，多次荣获国家教委和林业部等部门颁发的科技进步奖和其它多种奖励。

校外导师简介

XXX，男，1965年12月1日生，汉族，甘肃省平原县人。

1982年就读于甘肃农业大学林学专业，1986年毕业，获农学学士学位。

1986.7-1992.7年在甘肃农业大学林学院，助教，讲师。

1998年7月毕业于北京林业大学森林培育专业，博士学位。

1998.7-今，在北京市林业局水源站、项目办工作。

主持完成国“七五”、“八五”攻关课题“毛白杨良种选育”甘肃子课题，获甘肃省科委二等奖；主持完成“密云水库流域可持续发展”“首都林业发展对策”、“北方主要树种良种选育”等7项课题。

先后发表论文20篇，其中国家一级刊报7篇，出版专著四部。

目前承担北京自然科学基金“北京地区森林功能区划研究”的主持工作，负责“北美主要造林树种引种研究”项目。

合作指导研究生2名、博士生1名。

个人简介

XXX，女，1967年4月5日出生，湖北省荆州市人。

1986年9月就读于北京林业大学林学专业