干旱綠洲區(qū)農(nóng)田葡萄樹(shù)蒸散耗水及水分利用策略研究

干旱綠洲區(qū)農(nóng)田葡萄樹(shù)蒸散耗水及水分利用策略研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主要類(lèi)型,揭示干旱區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物蒸散耗水過(guò)程、根系分布特征及水分利用策略,對(duì)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(shí)踐價(jià)值。在環(huán)境因子和植物生理因子同步觀測(cè)的基礎(chǔ)上,聯(lián)合應(yīng)用樹(shù)干液流和渦度相關(guān)技術(shù),分析了2014-2018年5個(gè)生長(zhǎng)季不同尺度葡萄樹(shù)蒸散耗水特征及其影響因素,同時(shí),利用雙作物系數(shù)法分析了研究區(qū)不同類(lèi)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(chǔ)上,結(jié)合氫氧穩(wěn)定同位素方法對(duì)2017-2018年6-8月葡萄樹(shù)的水分利用策略進(jìn)行了初步研究,主要得到以下結(jié)論:(1)2014-2018年5個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)不同天氣條件下,樹(shù)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(shì)均為單峰曲線(xiàn),夜間亦存在少量的液流;而雨天,葡萄樹(shù)液流速率啟動(dòng)時(shí)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(yáng)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(dá)到全年最大值,9月份,由于太陽(yáng)輻射逐漸減小,溫度降低等因素的影響導(dǎo)致葡萄樹(shù)樹(shù)干日液流量逐漸減小10月份,由于葉片脫落,太陽(yáng)輻射和冠層溫度的進(jìn)一步下降,其樹(shù)干日液流量降低到最小。(2)半小時(shí)尺度上,葡萄樹(shù)平均瞬時(shí)液流速率與4種環(huán)境因子之間的關(guān)系隨月份的變化而變化。5月份,樹(shù)干液流速率與四種環(huán)境因子之間表現(xiàn)出較低的相關(guān)性。6-10月份,樹(shù)干液流速率與冠層溫度、相對(duì)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(shí)針,而與相對(duì)濕度的回環(huán)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。光合有效輻射與液流速率之間始終呈現(xiàn)出線(xiàn)性正相關(guān),并與樹(shù)干液流的相關(guān)性始終保持在較高水平。葡萄樹(shù)平均瞬時(shí)液流速率與葉水勢(shì)以及氣孔導(dǎo)度之間的關(guān)系隨月份的變化而表現(xiàn)出先升高后降低的線(xiàn)性相關(guān)變化,相關(guān)性均達(dá)到顯著水平(P<0.01),相關(guān)性大小隨著月份的變化而變化。日尺度上,樹(shù)干液流速率與冠層溫度、凈輻射、相對(duì)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(gè)環(huán)境因子均呈線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系,且相關(guān)性均達(dá)到顯著水平(P<0.01),其中,液流速率與冠層溫度的相關(guān)性最強(qiáng)。(3)研究區(qū)葡萄樹(shù)整個(gè)生長(zhǎng)季多年平均總冠層蒸騰量約為517.2mm,平均總蒸散發(fā)約為867.7mm;多年平均冠層蒸騰約為2.97mmd-1,而平均總蒸散發(fā)約為4.96mmd-1,蒸騰占總蒸散的比值范圍為59.7-66.4%。這一結(jié)果表明,相對(duì)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(shí),通過(guò)對(duì)比本研究與不同方法、不同生態(tài)系統(tǒng)上對(duì)蒸散發(fā)分割的結(jié)果,以期更深入地解釋干旱綠洲區(qū)葡萄樹(shù)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(zhǎng)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(zhǎng)中期,Kc與Kcb均達(dá)到極大值,而此時(shí)Ke值逐步達(dá)到極小值;隨著生長(zhǎng)季的持續(xù)進(jìn)行,Kc與Kcb的值逐漸開(kāi)始下降,到生長(zhǎng)季末期達(dá)到極小值。Kc和Kcb均與葉面積指數(shù)(LAI)呈線(xiàn)性正相關(guān),與冠層導(dǎo)度(Gc)呈對(duì)數(shù)正相關(guān),且無(wú)論是對(duì)于Kc還是Kcb而言,其與葉面積指數(shù)的相關(guān)性總是高于冠層導(dǎo)度,說(shuō)明LAI相對(duì)于Gc可以更好的反映Kc和Kcb的變化規(guī)律。同時(shí),研究區(qū)綠洲平流作用對(duì)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(xì)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(shù)總根重(長(zhǎng))密度以及有效根重(根長(zhǎng))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(shù)左右兩側(cè)根系呈非對(duì)稱(chēng)分布,右側(cè)總根重(長(zhǎng))密度和有效根重(根長(zhǎng))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(cè)則表現(xiàn)出對(duì)數(shù)形式的分布規(guī)律;研究區(qū)葡萄樹(shù)的