【摘要】：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主要類型,揭示干旱區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物蒸散耗水過程、根系分布特征及水分利用策略,對理解區(qū)域水量平衡、改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理手段以及提高農(nóng)業(yè)水資源利用率具有重要意義和實踐價值。在環(huán)境因子和植物生理因子同步觀測的基礎上,聯(lián)合應用樹干液流和渦度相關技術,分析了2014-2018年5個生長季不同尺度葡萄樹蒸散耗水特征及其影響因素,同時,利用雙作物系數(shù)法分析了研究區(qū)不同類型作物系數(shù)的變化規(guī)律及其影響因素;最后,在分析根系分布的基礎上,結合氫氧穩(wěn)定同位素方法對2017-2018年6-8月葡萄樹的水分利用策略進行了初步研究,主要得到以下結論:(1)2014-2018年5個生長季內(nèi)不同天氣條件下,樹干液流速率的日變化規(guī)律呈現(xiàn)出顯著的差異性:晴天和陰天,其液流速率與環(huán)境因子的日變化趨勢均為單峰曲線,夜間亦存在少量的液流;而雨天,葡萄樹液流速率啟動時間不明顯,與晴天和陰天的日平均液流速率相比明顯偏低。不同月份下,日均液流速率也呈現(xiàn)出較為明顯的變化特征。5月份,太陽輻射較弱,蒸騰拉力較小,日均液流速率較小;6月份,隨著葉面積的迅速增加,日均液流速率隨之增大,到7-8月份達到全年最大值,9月份,由于太陽輻射逐漸減小,溫度降低等因素的影響導致葡萄樹樹干日液流量逐漸減小10月份,由于葉片脫落,太陽輻射和冠層溫度的進一步下降,其樹干日液流量降低到最小。(2)半小時尺度上,葡萄樹平均瞬時液流速率與4種環(huán)境因子之間的關系隨月份的變化而變化。5月份,樹干液流速率與四種環(huán)境因子之間表現(xiàn)出較低的相關性。6-10月份,樹干液流速率與冠層溫度、相對濕度以及飽和水汽壓虧缺呈現(xiàn)出先逐漸明顯后基本消失的環(huán)狀特征,且回環(huán)方向均為順時針,而與相對濕度的回環(huán)方向為逆時針。光合有效輻射與液流速率之間始終呈現(xiàn)出線性正相關,并與樹干液流的相關性始終保持在較高水平。葡萄樹平均瞬時液流速率與葉水勢以及氣孔導度之間的關系隨月份的變化而表現(xiàn)出先升高后降低的線性相關變化,相關性均達到顯著水平(P0.01),相關性大小隨著月份的變化而變化。日尺度上,樹干液流速率與冠層溫度、凈輻射、相對濕度、飽和水汽壓虧缺、光合有效輻射以及參考作物蒸散量6個環(huán)境因子均呈線性正相關關系,且相關性均達到顯著水平(P0.01),其中,液流速率與冠層溫度的相關性最強。(3)研究區(qū)葡萄樹整個生長季多年平均總冠層蒸騰量約為517.2 mm,平均總蒸散發(fā)約為867.7 mm;多年平均冠層蒸騰約為2.97 mm d-1,而平均總蒸散發(fā)約為4.96 mm d-1,蒸騰占總蒸散的比值范圍為59.7-66.4%。這一結果表明,相對于土壤蒸發(fā),研究區(qū)作物蒸騰量(T)是總蒸散發(fā)(ET)的主要水通量。同時,通過對比本研究與不同方法、不同生態(tài)系統(tǒng)上對蒸散發(fā)分割的結果,以期更深入地解釋干旱綠洲區(qū)葡萄樹蒸散發(fā)及其組分的變化規(guī)律,為全球蒸散發(fā)研究中T/ET的研究提供一定的數(shù)據(jù)支持。(4)生長季初期,反映土壤蒸發(fā)的作物系數(shù)(Ke)占反映總蒸散作物系數(shù)(Kc)的比重較大,而反映植被蒸騰的作物系數(shù)(Kcb)則處于較低值。到生長中期,Kc與Kcb均達到極大值,而此時Ke值逐步達到極小值;隨著生長季的持續(xù)進行,Kc與Kcb的值逐漸開始下降,到生長季末期達到極小值。Kc和Kcb均與葉面積指數(shù)(LAI)呈線性正相關,與冠層導度(Gc)呈對數(shù)正相關,且無論是對于Kc還是Kcb而言,其與葉面積指數(shù)的相關性總是高于冠層導度,說明LAI相對于Gc可以更好的反映Kc和Kcb的變化規(guī)律。同時,研究區(qū)綠洲平流作用對作物系數(shù)的影響作用也比較明顯,影響不容忽視。(5)根系空間分布情況:垂直方向上,根系分布集中區(qū)出現(xiàn)在約40-140cmcm深度范圍內(nèi),其總根系和吸水根系的根重密度平均值分別占總根系(200cm)分布的91.4%和86.1%。在水平方向上,根系主要分布在0-100cm的范圍內(nèi),其根重密度和有效根重密度分別總根系分布的84.6%和77.2%,其總根重密度與細根根重密度在80cm以后隨徑向距離的變化其變化差異均不明顯。垂直方向上,葡萄樹總根重(長)密度以及有效根重(根長)密度與土層深度呈二次函數(shù)形式的分布規(guī)律;水平方向上,葡萄樹左右兩側根系呈非對稱分布,右側總根重(長)密度和有效根重(根長)密度均隨著徑向距離的增加而表現(xiàn)出指數(shù)形式的分布,而左側則表現(xiàn)出對數(shù)形式的分布規(guī)律;研究區(qū)葡萄樹的二維根系分布可采用二次函數(shù)的形式來描述。在6-8月份主要生長季內(nèi),葡萄樹不同月份的根系水分利用深度存在較為明顯的差異,因此,在干旱綠洲區(qū),植物的根系分布特征是影響其水分利用策略的一個主要的因素。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S181;S663.1
【圖文】：

圖 1-1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)示意圖（引自：Wang and Dickinson, 2012）。Fig.1-1 Process of hydrological cycle in an agricultural ecosystem (Drived from Wang anDickinson, 2012).蒸滲儀法（Lysimeter）：也叫直接水量平衡法，最早于 1830 年在洛桑實驗成，一般分為稱重式和非稱重式兩種類型，它無需任何假設，可在短時間內(nèi)

最低氣溫-30.5℃。研究區(qū)年總輻射 6418.58 MJ cm-2，日照時數(shù) 3257.9 h，無霜期約為 150 d。由圖2-1 可知，敦煌地區(qū) 60 年來降水與溫度呈逐漸增加的趨勢，而從多年平均結果來看，5-8 月為其年均降水與溫度比較集中的時段。土壤類型主要由有灌游土、沼澤土、風沙土和潮土等。植被類型以荒漠植被為主，如梭梭(Achnatherum splendens(Trin.) Nevski )、白刺（Nitraria tangutorum Bor.）、紅柳（Tamarix ramosissima）、紅砂(Reamuriasoongorica)、羅布麻(Apocynum venetum)等。圖 2-1 敦煌市氣溫與降水變化規(guī)律；（a）年變化趨勢；（b）多年平均趨勢（來源：孫朋, 2017）。Fig. 2-1 The tendency of the temperature and precipitation in dunhuang city. (a) theannual variation trend, (b) Multi-year average tendency（.Data derived from Sun，2017）13

該莖流計采用 Dynagage 莖流傳感器，基于能量平衡原理（Sakuratani, 1981），通過計算植物蒸騰時帶走的熱量來進一步確定植物的液流速率，是目前直接測量植物液流速率最可靠、最精確的儀器，適用于胸徑 20-150mm 的植物。數(shù)據(jù)采集使用 CR1000（Campbell,USA）數(shù)采器，采集間隔為半小時。包裹式莖流計安裝15

【參考文獻】

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本文編號：2754359