閔惠琳，鄭路*，張繼輝，劉士玲，李華，舒韋維，馬俊旭，楊坤，韋菊玲

1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西憑祥 532600

2.崇左憑祥友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)廣西野外科學(xué)觀測(cè)研究站，廣西憑祥 532600

3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院，南寧 530000

引 言

森林是維持水、土、氣、生等環(huán)境要素的重要生物系統(tǒng)，對(duì)水資源的重新分配起著至關(guān)重要的作用。在土壤-植被-大氣（SPAC）循環(huán)系統(tǒng)中，植物蒸騰是水熱傳輸過程中一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)的重要角色[1]。為準(zhǔn)確探究林木水分利用策略，動(dòng)態(tài)、精確測(cè)定樹干液流速率顯得極其重要。

多年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)樹干液流及其蒸騰耗水等方面進(jìn)行了大量研究。熱擴(kuò)散探針法由Granier于1985年提出，由于操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確性高、對(duì)植物破壞小、能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)，且不受時(shí)空異質(zhì)性的限制，能適應(yīng)各種下墊面條件，成為野外原位監(jiān)測(cè)單株樹木液流的可靠手段[2]，被廣泛應(yīng)用于水文、生態(tài)、林業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域[3-4]。隨著全球水資源的短缺和溫室效應(yīng)的加劇，植被蒸散已成為森林生態(tài)學(xué)和森林水文學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，主要集中研究不同樹種、純林及混交林的樹干液流變化特征[5-6]。由于樹木自身的生理因素及環(huán)境因子的影響，樹干液流呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，因此非常有必要在不同氣候區(qū)、不同樹種下開展更廣泛的研究。

紅椎、馬尾松是我國(guó)熱帶和亞熱帶地區(qū)的主要經(jīng)營(yíng)樹種。馬尾松適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱與瘠薄，是我國(guó)覆蓋面積最大的針葉樹種[7]；而紅椎天然更新能力強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于針葉低效純林的多功能近自然化改造[8]。目前，對(duì)南亞熱帶紅椎、馬尾松人工林的研究主要集中在林分生長(zhǎng)、生物量、碳儲(chǔ)量、物種多樣性、土壤及凋落物等方面[9-13]，但涉及紅椎、馬尾松水分利用特征及其對(duì)環(huán)境響應(yīng)機(jī)制尚不清楚，尤其是鄉(xiāng)土樹種的樹干液流變化特征、人工林水分利用機(jī)制等有待進(jìn)一步研究。因此，本項(xiàng)目以南亞熱帶紅椎、馬尾松人工林為研究對(duì)象，開展植物蒸騰耗水規(guī)律的研究，旨在為森林科學(xué)合理經(jīng)營(yíng)、林水綜合管理及發(fā)揮森林多種服務(wù)功能提供理論和方法依據(jù)，有助于更好地解決林水矛盾。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 樣地描述

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)位于廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站（106°51′30″E-106°52′36″E，22°02′17″N-22°02′23″N），隸屬中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，屬南亞熱帶半濕潤(rùn)-濕潤(rùn)氣候，干濕季節(jié)明顯，年均溫21.5℃，≥10℃積溫6000-7600℃，年降雨量1361 mm，78%降雨量發(fā)生在5-10月，全年盛行東風(fēng)，年平均風(fēng)速0.8 m/s，主要地貌類型以低山丘陵為主，土壤為山地紅壤，多為花崗巖母質(zhì)發(fā)育而成。

在林分調(diào)查的基礎(chǔ)上，設(shè)置兩塊30×30 m樣地，分別為紅椎、馬尾松人工林，開展觀測(cè)前對(duì)樣地進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查林木的胸徑、樹高、冠幅等指標(biāo)。樣地內(nèi)喬木主要包括馬尾松、紅椎、杉木（Cunninghamia lanceolate(Lamb.) Hook.）、米老排（Mytilaria laosensisLec.）等。林下灌木主要包括玉葉金花（Mussaenda pubescensAit.f.）、越南懸鉤子（Rubus cochinchinensisTratt.）、酸藤子（Embelia laeta(L.) Mez）等，草本植物主要包括鐵芒箕（Dicranopteris dichotoma(Thunb.) Bernh）、扇葉鐵線蕨（Adiantum flabellulatumL.Sp.）、半邊旗（Pteris semipinnataL.）等。樣地基本概況見表1。

表1 樣地基本概況Table 1 basic overview of the plot

1.2 數(shù)據(jù)加工、處理方法與過程

在各樣地內(nèi)選擇生長(zhǎng)良好、樹體通直、無被擠壓的標(biāo)準(zhǔn)木6株（樣木基本概況見表2），應(yīng)用熱擴(kuò)散莖流計(jì)（TDP-30，Dynamax，Houston，USA）進(jìn)行樹干液流的連續(xù)觀測(cè)（圖1）。TDP-30熱擴(kuò)散莖流計(jì)采用 Granier液流測(cè)定原理設(shè)計(jì)，把兩根熱電偶探針直接插入樹木的邊材，上方為加熱探針，下方為參考探針，根據(jù)不同的莖流產(chǎn)生不同的溫度差，傳感器感應(yīng)由此產(chǎn)生的微小電壓，從而提供莖流計(jì)算數(shù)據(jù)。TDP-30熱擴(kuò)散莖流計(jì)探針長(zhǎng)度為30 mm，針直徑為1.2 mm，測(cè)量精度為±0.03℃，可在溫度-40～80℃、相對(duì)濕度0%～100%環(huán)境下正常工作，并且探針帶有防水接頭，具有優(yōu)異的野外防水性能，可在潮濕或多雨的環(huán)境中保證測(cè)量的精度。為避免太陽輻射的影響及液流在不同方位和高度間的差異，保證測(cè)量精度，本試驗(yàn)熱擴(kuò)散探針均安裝在樹干靠北側(cè)的同一高度，并使用錫箔護(hù)罩將安裝探頭所在的樹干部分包裹起來。使用CRl000數(shù)據(jù)采集器(Campbell Scientific, Logen, USA)設(shè)置采樣程序記錄并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣間隔為1 h。

根據(jù)通用的Granier液流計(jì)算公式[14]計(jì)算樹干液流速率Js：

式中，JS是樹干液流速率（ml·cm-2·s-1）；dtmax是植株無液流時(shí)，即JS=0時(shí)TDP兩探針間的溫差值；dtact是植株有液流時(shí)，TDP兩探針間的溫差值。

圖1 樹干液流測(cè)定系統(tǒng)示意圖Figure 1 Schematic diagram of the sap flow measurement system

表2 樣木基本概況Table 2 Basic overview of sample trees

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為Excel文件。文件包含2020年5月至2021年4月南亞熱帶優(yōu)勢(shì)樹種紅椎、馬尾松人工林24小時(shí)樹干液流動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，共17 184條記錄。表3列出數(shù)據(jù)表單所包含的具體字段名稱、類型及示例。

表3 紅椎、馬尾松人工林樹干液流數(shù)據(jù)集表單內(nèi)容Table 3 Content of the sap-flow dataset of Castanopsis hystrix and Pinus massoniana plantations

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量保證和控制

嚴(yán)格按照規(guī)范的要求，通過行業(yè)專家把關(guān)進(jìn)行樣地的選擇、設(shè)置，確保觀測(cè)點(diǎn)具有典型性、代表性，配備專業(yè)監(jiān)測(cè)人員按時(shí)進(jìn)行野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的收集及整理，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

林分蒸騰是森林調(diào)控區(qū)域水分循環(huán)、可持續(xù)利用水資源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，森林蒸騰耗水規(guī)律是森林生態(tài)水文學(xué)研究的核心問題，也是體現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)自身穩(wěn)定性與適應(yīng)氣候變化能力的一個(gè)關(guān)鍵過程[15]。在不同時(shí)空格局下，不同樹種林分蒸騰規(guī)律存在明顯差異。因此，非常有必要在不同氣候區(qū)、不同樹種下開展更廣泛的研究。在全球氣候變化的背景下，對(duì)南亞熱帶優(yōu)勢(shì)樹種的水分利用策略的研究，可為深入研究林水分平衡提供理論和方法依據(jù)，也為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)管理提供科學(xué)的參考依據(jù)。