荒漠河岸林植物根系水力再分配试验观测与模拟

Desert riparian forest, as the main part of natural oasis that located in the downstream of inland river basin, is a key to maintain the stability and health of oasis ecosystem. Hence, it is a difficult problem urgently needs to be solved that how to protect it in the ecological restoration and reconstruction of it, and the essential question was to understanding the mechanism of water use. Although, the hydraulic redistribution has been aroused wide-world as one potential mechanism of water use, it is still unknown that the pattern and magnitude of hydraulic redistribution in desert riparian forest. Based on the support of the Alax Desert Eco-hydrology Experimental Research Station, taking Populus euphratica and Tamarix ramosissima as research objects in the lower reaches of Heihe River basin , using a series of observation techniques, included the heat ratio method, soil moisture/potentital method and envionment variables, the objective was (1) to identify the pattern of hydraulic redistribution, (2) quantify the magnitude of hydraulic redistribution and reveal the relationship between hydraulic redistribution and environmental factors, and (3) build a availably hydraulic redistribution model of desert riparian forest by introducing the environmental factors to correct the Ryel model. This study may provide a new idea to understanding the mechanism of water use for desert riparian forest plants.

荒漠河岸林是内陆河流域下游天然绿洲的主体，是维护绿洲稳定和健康发展的关键。如何保护荒漠河岸林是目前内陆河流域生态恢复与重建亟待解决的难题，而理解荒漠河岸林植物的水分利用机制是解决这一问题的核心。尽管水力再分配作为一种可能的水分利用机制已引起广泛关注，但对荒漠河岸林植物根系水力再分配格局和大小认识基本属空白，且缺失有效的水力再分配模型。因此，本项目以阿拉善荒漠生态水文试验研究站为依托，在前期工作基础上，以黑河下游荒漠河岸林为试验靶区，以荒漠河岸林植物胡杨和柽柳为试验对象，以热比率法、土壤含水量/水势和环境变量为手段，通过辨识根系水力再分配格局，量化根系水力再分配大小，揭示根系水力再分配的环境响应过程，引入环境因子修正Ryel模型蒸腾限制项，建立胡杨和柽柳根系水力再分配模型，为理解荒漠河岸林植物水分利用机制开拓一种新的思路。

水力再分配(HR)指在根-土界面水势梯度驱动下，水分经由根系在土壤不同部位之间的一种被动运输过程。本项目以黑河下游荒漠河岸地下水湿生植物（胡杨和柽柳）为例，开展根系水力再分配观测试验和模拟研究，旨在：1）量化荒漠河岸林植物根系HR模式和大小，2）理解荒漠河岸林植物根系HR的环境响应过程，3）建立荒漠河岸林植物根系HR模型。对于胡杨，根系水力再分配存在3种模式：水力提升、水力下传/叶片吸收和侧向再分配，其中：单一根系水力提升大小在0.16 kg d-1 到 0.26 kg d-1之间变化，平均为0.21 kg d-1，约占生长季蒸腾的38.75%。相关分析和逐步回归分析表明水汽压差与土壤含水量是影响胡杨根系HR大小的主要因子。同时，来自树干液流、叶片气体交换及显微结构的证据表明胡杨确实存在夜间蒸腾，夜间气孔导度平均为45 mmol m-2 s-1，蒸腾速率平均为0.7 mmol m-2 s-1，两者分别占白天的26%和17%，这表明高的气孔导度和蒸腾速率主要是气孔开放引起；树干平均液流速率白天为31.3 cm h-1，夜间为16.5 cm h-1，约为白天的53%，无论是白天还是夜间，液流速率与水汽压差均呈显著的对数关系，其可以解释55%的夜间液流变化，这表明夜间液流是蒸腾和组织补水两部分组成。利用再填充预测法，夜间液流被分割为夜间蒸腾和组织再填充，两者分别占夜间液流的20%和80%。HR与白天蒸腾呈显著负相关（R2=0.69），而与组织再填充（R2=0.41）和夜间蒸腾（R2=0.14）的相关性较低，这表明HR更多受组织再填充（主要用于补充白天蒸腾失水）而不是夜间蒸腾的抑制。对于柽柳，柽柳根系HL主要发生在20—60 cm深度，生长季HL大小在0—1.4 mm/d之间变化，平均为0.22 mm/d，WD的大小在0—0.76 mm/d之间变化，平均为0.23 mm/d。HL对ET的贡献率在0.06%—108.25%之间变化，平均为19.25%，比例高于100%的时段主要在生长初期，也就是说在蒸散最大的夏季，HL是相对较小的，其原因可能有2个：一是HL受到夏季深层土壤干化的抑制，二是HL受到夏季夜间蒸腾的抑制，究竟是何种原因还有待进一步研究。总之，HR受夜间蒸腾的抑制，准确的HR模拟必须考虑这一重要的植物生理过程。