降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响.pdf

第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 1-1 7 资助项目:国家自然科学基金项目(3 1 8 7 2 7 1 1);中国博士后科学基金项目(2 0 2 1 M 7 0 0 4 4 9)。第一作者:魏鸾葳(1 9 9 8-),女,在读硕士研究生,主要从事生态水文研究。E-m a i l:w e i l w e i 1 11 6 3.c o m 通信作者:张志强(1 9 6 7-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事生态水文研究。E-m a i l:z h q z h a n g b j f u.e d u.c n陈左司南(1 9 9 0-),女,博士,博士后,主要从事生态水文研究。E-m a i l:z u o s i n a n.c h e n g m a i l.c o m降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响魏鸾葳1,陈左司南1,2,陈胜楠1,李江霖1,陈立欣1,律 江3,石 云3,朱梦洵6,张志强1,4,5(1.北京林业大学水土保持学院,北京1 0 0 0 8 3;2.北京林业大学生态与自然保护学院,北京1 0 0 0 8 3;3.北京市共青林场,北京1 0 1 3 0 0;4.山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站,山西 吉县0 4 2 2 0 0;5.国家林业和草原局水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京1 0 0 0 0 0;6.中咨集团生态技术研究所(北京)有限公司,北京1 0 0 0 4 8)摘要:降雨能够改变土壤水分状况进而促进林木蒸腾,然而场降雨量及其持续时间对林木树干液流及其环境控制机制的影响尚不明确。为此,在华北半干旱半湿润区的北京市顺义区共青林场,选取位于河岸生态系统不受土壤水分胁迫的欧美杨(P o p u l u se u r a m e r i c a n a)人工林为研究对象,在2 0 1 9年和2 0 2 1年生长季,使用T D P热扩散法测量树干液流,同步监测气象及土壤含水量等环境因子。根据对该区长期(2 0 1 62 0 1 7年、2 0 1 9年和2 0 2 1年)降雨数据统计分析结果,将2次降雨脉冲间隔超2 2.5h的事件划分2场独立的降雨事件。按照降雨事件雨量及历时,将其中位数1.5倍标准误的事件定义为常见事件,而将累积概率大于9 0%的事件定义为极端事件。结果表明:(1)太阳辐射是唯一显著控制该杨树人工林生长季树干液流的环境因子(偏相关系数rp=0.5 3 9),饱和水汽压差、风速和土壤含水量均与树干液流不相关(p0.5 3 3),降雨事件发生前后这一环境控制特征没有发生变化;(2)雨后树干液流随着场降雨量的增加而降低(R2=0.7 8,p=0.0 0 4),但与降雨事件历时无显著相关关系;(3)树干液流在常见降雨事件和极端事件后,在半小时尺度上随时间变化无显著差异(p0.2 6 4),但4类降雨事件后主导的环境控制因子却不完全相同,太阳辐射和饱和水汽压差总能显著促进半小时尺度的树干液流(rp0.3 7 4),而土壤含水量仅在常见和极端的强降雨历时事件后,显著促进雨后半小时尺度液流(rp0.2 1 5)。风速显著抑制常见场降雨量事件后半小时尺度的树干液流(rp=-0.2 5 8),却能显著促进常见和极端场降雨历时事件后半小时尺度的树干液流(rp0.1 8 3)。研究成果为进一步深入揭示降雨特征对树干液流及其生物物理控制机制的影响,以及改进气候变化下生态水文过程的模拟与评估提供参考。关键词:降雨事件;树干液流;环境控制;降雨量;降雨历时;极端降雨中图分类号:S 7 1 5.2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 4-0 2 8 4-1 0D O I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 4.0 3 5E f f e c t so fR a i n f a l l o nS a pF l o wa n dI t sE n v i r o n m e n t a lC o n t r o l s i naR i p a r i a nP o p l a rP l a n t a t i o nE c o s y s t e mWE IL u a n w e i1,CHE NZ u o s i n a n1,2,CHE NS h e n g n a n1,L I J i a n g l i n1,CHE NL i x i n1,L J i a n g3,S H IY u n3,Z HU M e n g x u n6,Z HANGZ h i q i a n g1,4,5(1.C o l l e g eo fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,B e i j i n gF o r e s t r yU n i v e r s i t y,B e i j i n g1 0 0 0 8 3;2.S c h o o l o fE c o l o g ya n dN a t u r eC o n s e r v a t i o n,B e i j i n gF o r e s t r yU n i v e r s i t y,B e i j i n g1 0 0 0 8 3;3.G o n g q i n gF o r e s tF a r m,B e i j i n g1 0 1 3 0 0;4.N a t i o n a lS a t i o nf o rF o r e s tE c o s y s t e mR e s e a r c hi nJ iC o u n t y,J i x i a n,S h a n x i0 4 2 2 0 0;5.K e yL a b o r a t o r yo fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o na n dD e s e r t i f i c a t i o nC o m b a t i n g,S t a t eF o r e s t r ya n dG r a s s l a n dA d m i n i s t r a t i o n,B e i j i n g1 0 0 0 0 0;6.E o c l o g i c a lT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t e,B e i j i n g1 0 0 0 4 8)A b s t r a c t:R a i n f a l l c a na l t e rs o i lm o i s t u r es t a t u sa n dp r o m o t et r a n s p i r a t i o ni nf o r e s tt r e e s,b u tt h ee f f e c to fr a i n f a l la m o u n ta n di t sd u r a t i o no ns a pf l o wa n di t se n v i r o n m e n t a lc o n t r o lm e c h a n i s m r e m a i n su n c l e a r.T h e r e f o r e,t h ep o p l a r(P o p u l u se u r a m e r i c a n a)p l a n t a t i o no far i p a r i a ne c o s y s t e mf r e ef r o ms o i lw a t e rs t r e s sw a ss e l e c t e da s t h er e s e a r c ho b j e c t i nG o n g q i n gF o r e s t r y i nS h u n y iD i s t r i c to fB e i j i n g,as e m i-a r i da n ds e m i-h u m i dz o n e i nn o r t h e r nC h i n a.D u r i n g t h eg r o w i n gs e a s o n s o f 2 0 1 9a n d2 0 2 1,t h eT D Ps e n s o r sw a su e s dt om e a s u r es a pf l o w,a sw e l l a s t h ee n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n ss u c ha sc l i m a t i c f a c t o r sa n ds o i lw a t e r c o n t e n t.B a s e do nt h er e s u l t so fs t a t i s t i c a la n a l y s i so fl o n gt e r m(2 0 1 62 0 1 7,2 0 1 9a n d2 0 2 1)r a i n f a l ld a t ai nt h er e g i o n,t h ee v e n tw i t ha ni n t e r v a lo ft w or a i n f a l lp u l s e sm o r et h a n2 2.5hw a sd i v i d e di n t ot w os e p a r a t er a i n f a l l e v e n t s.A c c o r d i n gt ot h er a i n f a l la m o u n ta n dd u r a t i o no f t h er a i n f a l le v e n t,t h ee v e n t sw i t hm e d i a n1.5t i m e ss t a n d a r de r r o rw e r ed e f i n e da sc o mm o ne v e n t s,w h i l et h ee v e n t sw i t hac u m u l a t i v ep r o b a b i l i t yg r e a t e r t h a n9 0%w e r ed e f i n e da s e x t r e m ee v e n t s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t:(1)S o l a r r a d i a t i o nw a s t h eo n l ye n v i r o n m e n t a l f a c t o r t h a t s i g n i f i c a n t l yc o n t r o l l e ds a p f l o wi n t h i sp o p l a rp l a n t a t i o nd u r i n g t h eg r o w i n gs e a s o n(p a r t i a l c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n trp=0.5 3 9).V a p o r p r e s s u r ed e f i c i t,w i n ds p e e da n ds o i lm o i s t u r e c o n t e n tw e r en o tc o r r e l a t e dw i t hs a p f l o w(p0.5 3 3),a n d t h i s e n v i r o n m e n t a l c o n t r o l d i dn o t c h a n g eb e f o r e a n da f t e r t h er a i n f a l l e v e n t;(2)S a pf l o wd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fr a i n f a l la m o u n ta f t e rt h er a i n f a l le v e n t s(R2=0.7 8,p=0.0 0 4),b u t t h e r ew a sn os i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t ht h ed u r a t i o no fr a i n f a l le v e n t s;(3)T h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i ns a pf l o wo v e r t i m eo nt h eh a l f-h o u r l ys c a l ef o l l o w i n gb o t hc o mm o ne v e n t sa n de x t r e m ee v e n t s(p 0.2 6 4),b u tt h ed o m i n a n te n v i r o n m e n t a lc o n t r o l f a c t o r sa f t e rt h ef o u rt y p e so fr a i n f a l l e v e n t sw e r en o t i d e n t i c a l.S p e c i f i c a l l y,s o l a rr a d i a t i o na n dv a p o rp r e s s u r ed e f i c i ta l w a y ss i g n i f i c a n t l ya f f e c t e dh a l f-h o u r l ys a pf l o w(rp 0.3 7 4),w h i l es o i lw a t e rc o n t e n to n l ys i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dh a l f-h o u r l ys a p f l o wa f t e rc o mm o na n de x t r e m er a i n f a l ld u r a t i o ne v e n t s(rp 0.2 1 5).W i n ds p e e ds i g n i f i c a n t l ys u p p r e s s e dh a l f-h o u r l ys a p f l o wa f t e r c o mm o n r a i n f a l l a m o u n t e v e n t s(rp=-0.2 5 8),b u t s i g n i f i c a n t l y e n h a n c e dh a l f-h o u r l y s a pf l o wa f t e r c o mm o n a n d e x t r e m e r a i n f a l l d u r a t i o n e v e n t s(rp0.1 8 3).T h e r e s u l t s o f t h e s t u d yp r o v i d e f u r t h e r i n s i g h ti n t o t h e i n f l u e n c eo f r a i n f a l l c h a r a c t e r i s t i c so ns a p f l o wa n d i t sb i o p h y s i c a l c o n t r o lm e c h a n i s m s,a sw e l l a s i m p r o v i n gt h em o d e l l i n ga n da s s e s s m e n t o f e c o h y d r o l o g i c a l p r o c e s s e su n d e r c l i m a t e c h a n g e.K e y w o r d s:r a i n f a l le v e n t s;s a pf l o w;e n v i r o n m e n t a lc o n t r o l s;r a i n f a l la m o u n t;r a i n f a l ld u r a t i o n;e x t r e m er a i n f a l l 气候变化通过改变地表及大气的热力学分布特征和能量平衡影响全球及区域陆地生态系统水汽输送和降水特征1,如降水强度、持续时间和间歇性2。其中,中国极端降水量和频次已经发生改变3,华北降雨量的显著增加将较华南地区、长江流域、华东地区发生时间更早4。这种区域性降水变化对森林生态系统的水文过程产生直接影响。比如,高强度降雨可以直接增加地表径流5;同时,降雨引起的溅蚀也能破坏土壤表层毛细水,增大表层土壤渗透性,增加深层土壤水分6。因此,当降雨特征发生改变时,能改变且复杂化当地的流域水文特征7。从全球尺度看,蒸腾占森林生态系统蒸散的6 1%8,而降雨减少可以使树木用水降低9。同时,降雨持续不足导致的干旱增加大径阶树木的死亡率1 0,并使木材密度降低1 1。因此,理解降雨如何影响生长季树干液流,以及降雨前后环境控制因子是否变化,能有助于了解树木的用水策略。同时可以更精准地模拟森林生态水文过程,也将有助于评估气候变化导致的降雨变化(尤其是极端降雨的增加)对森林生态系统水循环、能量平衡和固碳能力的影响,加强气候变化影响模型的预测能力1 2-1 3。在森林生态系统中,降雨穿过冠层,以穿透雨和树干径流的形式补给土壤水1 4。水分通过入渗过程进入土壤并持续下渗6,使树木根际区水分增加,进而影响蒸腾。目前,植被蒸腾对降雨响应的研究,尤其是对天然降雨的研究,大多集中在(半)干旱地区草本和灌木对降雨脉冲的响应1 5。降雨对树木蒸腾和树干液流的研究方法1 6-1 7,主要是使用树苗或幼苗盆栽、灌溉或控制穿透雨进行土壤水分胁迫的控制试验。即主要仅将降雨视为森林水分补给来源,认为其通过改变土壤供水条件而影响蒸腾,忽略天然降雨事件对树木用水及其环境控制可能存在的其他影响机制。已有研究1 8发现,降雨本身的量和强度等特征影响植被液流,比如,晚春时期持续2天的9.1mm降雨可以增加数天的植物液流。C h e n等1 2研究表明,大降雨事件能够引起蒸腾的显著增加。降雨事件之间的间隔越长,土壤含水量随时间逐渐减少,从而影响树干液流。然而,这类研究1 9也主要集中在干旱或半干旱区的草本和灌木中。关于天然降雨特征对树干液流的影响及深层机制,目前的理解仍需深入。目前认为太阳辐射和饱和水汽压差是影响液流的主要因素2 0。然而,雨后植被用水受到其他环境582第4期 魏鸾葳等:降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响因子的影响,如土壤水分分布2 1和土壤特性2 2。饱和水汽压差在降雨前后始终显著影响树干液流,植物液流随饱和水汽压差增加而增加1 2-1 3。降雨后,土壤含水量对液流的影响程度增大,这一点在干旱区尤为明显1 2-1 3,深层土壤水分甚至可以有效性决定液流对饱和水汽压差和降雨的响应1 3。但是,降雨事件的特征,尤其是极端降雨事件后,树干液流的环境控制是否被改变,还不十分清楚。为了揭示降雨除通过增加土壤水外,对树木用水的其他潜在影响,本研究选取华北半干旱半湿润区的1个河岸杨树人工林生态系统,连续自动观测树干液流及同步的环境因子。该河岸生态系统的土壤含水量除了在生长季接受降雨的补给,更直接受到季节性浅层地下水(2m)波动的影响2 3,植被不受到土壤水分的胁迫2 4。本研究旨在辨析雨后树干液流的特征,揭示降雨事件特征对树干液流的影响,探究极端降雨事件是否改变雨后树干液流的响应及其环境控制机制。1 研究方法1.1 研究区概况与样地选择研究区为位于北京市顺义区共青林场(4 0 0 6 2 7 N,1 1 6 4 2 4 1 E)的河岸生态系统,平均海拔9m。根据柯本气候分类法2 5,顺义区的气候类型属于夏季炎热型冬干冷温气候(D w a)。根据国家气象数据网1 9 8 12 0 1 0年顺义气象站(4 0 0 8 N,1 1 6 3 7 E)长期数据显示,顺义区年均气温为1 2.3,年均降水量5 7 1.6mm。年均相对湿度为5 0%2 6。根据叶面积指数的季节性变化,将其无明显波动的6月1日至9月1 5日定义为生长季。生长季多年平均气温2 4.8,年降水量4 3 7mm。研究区地势平坦,地下水位2m左右,土质为河岸沙土2 3。林内主要树种为欧美杨1 0 7(P o p u l u se u r a m e r i c a n a),于1 9 9 6年种植,林分密度约为3 6 7棵/h m2。主要林下植被为丁香(S y r i n g ao b l a t a)、猪毛菜(S a l s o l ac o l l i n a)、灰菜(C h e n o p o d i u ma l b u m)等。全林林分调查于每年生长季初期进行,2 0 2 1年欧美杨平均胸径为(3 0.5 69.4 3)c m,平均树高为(1 5.5 05.1 7)m。本研究于2 0 1 9年、2 0 2 1年的生长季(2 0 2 0年受疫情影响无观测数据),在研究区内选取3 5年生欧美杨纯林建立观测样地。土质为沙土。2 0 2 1年样地林木胸径为(2 9.2 61 1.8 5)c m。杨树细根主要分布于06 0c m表层土壤2 3。1.2 树干液流在生长季初期,根据径阶分布选取2 3棵树木作为边材样木。用生长锥在树干1.3m处取样,用染色法对样本边材、心材进行区分,测量边材宽度,获得样木胸径与边材面积(As,c m2)的回归关系以计算样地树木的边材面积2 7:As=0.5 9 6 5 D B H1.8 2 0 8(n=2 3,R2=0.9 8)(1)式中:As为树木边材面积(c m2);D B H为树木胸径大小(c m)。同时,建立边材宽度与胸径的回归关系,获取树干液流样木的边材宽度2 8。根据径阶分布,选取1 1棵生长良好、树干通直、树冠均匀健康的杨树作为树干液流样木2 7。在2 0 1 9年、2 0 2 1年生长季(6月1日至9月1 5日),使用基于热扩散方法的T D P探针(R a i n r o o tS c i e n t i f i cL t d,B e i j i n g,C h i n a)测定树干液流密度2 9。其中,T D P探针的长度根据样木的边材宽度决定,从而降低探针测量误差3 0。为了降低方位变异对液流密度可能造成的潜在误差,探针安装于树木胸径高处的北面3 1。为了避免探针及数据质量受降雨和太阳辐射的干扰,使用玻璃胶对探针密封,并用隔热铝箔包裹树干。使用C R 1 0 0 0(C a m p b e l lS c i e n t i f i cI n c.,L o g a n,UT,U S A)连续自动每1 0s扫描1次数据,将3 0m i n均值记录于数据采集器。将探针监测的温差数据根据公式(2)计算样木的树干液流密度2 9。Js=0.0 1 1 9TM-TT1.2 3 1(2)式中:Js为单株样木液流密度g/(c m2s);T为探针温差值();TM为液流达到零时温差的最大值()。使用B a s e l i n e软件(V e r s i o n3.0.7;d e v e l o p e db yR a mO r e n,D u k eU n i v e r s i t y,U S A)识别TM并计算液流密度3 2。根据公式(3)计算日尺度林分液流量。Q=4 8j=11 8 0 0Js tAs tAG1 0-3(3)式中:Q为日尺度林分液流量(mm/d);Js t为各径阶洋木的平均液流密度g/(c m2s);As t为各径阶树木的总边材面积(c m2);j为每日观测数据的取值范围(每3 0m i n记1次,取值范围1 4 8);AG为样地总面积(m2)。Qs=ni=1Q(4)式中:Qs为累计液流量(mm);i为观测天数;Q为各观测日日尺度林分液流量(mm/d)。1.3 环境因子在样地周边的空旷平地距地面2.5m处设置自动气 象 监 测 站(O n s e tC o m p u t e rC o r p.,B o u r n e,MA,U S A),监测空气相对湿度(RH,%)、空气温度(T a,)、太 阳 总 辐 射(R s,W/m2)和 降 雨 量(P,mm)。由于林内及林地周边的风速在降雨期间及雨后存在较高的空间异质性,林外气象站测定的风速无法很好地代表本站点约1 5.5m高的杨树林冠层的风速。为了更准确地探究雨后树干液流对风速的响应,682水土保持学报 第3 7卷本研究使用距样地约2 5 0m的通量塔测定的冠层附近的风速(,m/s)。所有气象因子每3 0s扫描1次,每隔3 0m i n记录1次。使用空气温度和空气相对湿 度,根 据 公 式(5)计 算 得 出 饱 和 水 汽 压 差(V P D)3 3。根据公式(6)计算得出累计降水量(Ps)。V P D=0.6 1 1 e1 7.5 0 2T aT a+2 4 0.9 7(1-RH)(5)式中:V P D为饱和水汽压差(k P a);T a为空气温度();RH为相对湿度(%)。Ps=ni=1PD(6)式中:Ps为累计降雨量(mm);i为观测天数;PD为各观测日降雨量(mm)。对林木根系分布区07 0c m的土层,利用土壤水分测量仪C S 6 1 6(C a m p b e l l s c i e n t i f i c,U S A)分别测定02 0,2 03 0,3 04 0,4 05 0,5 07 0c m的土壤体积含水量(VWC,m3/m3)。使用C R 1 0 0 0数据采 集 器(C a m p b e l l S c i e n t i f i cI n c.,L o g a n,UT,U S A)每1 0s扫描1次数据,并每3 0m i n记录1次均值。根据公式(7)计算土壤水层厚度(VWCh)。VWCh=VWC*h(7)式中:VWCh为土壤水层厚度(mm);VWC为土壤体积含水量(m3/m3);h为土层厚度(mm)。1.4 降雨事件划分和极端及常见降雨事件的定义根据长期(2 0 1 62 0 1 7年、2 0 1 9年和2 0 2 1年)自动气象站测定的3 0m i n尺度降雨脉冲数据,获取降雨脉冲发生间隔及其频次,得到脉冲间隔的累计概率。将累计概率达到9 7%的脉冲间隔(2 2.5h),作为进行生态水文学研究时区域特异的降雨事件划分标准3 4。据此,使用长期(2 0 1 62 0 1 7年、2 0 1 9年和2 0 2 1年)降雨事件数据,根据场降雨量及场降雨历时的中位数及累计概率9 0%,作为区域特异的常见及极端降雨事件划分标准(表1)。由于本研究旨在分析单次降雨事件对树干液流及其环境控制的影响,因此,本研究主要探究降雨事件后的2 2.5h内3 0m i n尺度的雨后环境和雨后树干液流(Qp o s t)关系。表1 常见和极端降雨事件区域特异的划分标准降雨事件类型区域特异的划分标准本研究区的定义常见降雨量事件场降雨量为中位数1.5倍标准误的降雨事件3.27.7mm极端降雨量事件场降雨量高于累积概率为9 0%的降雨事件3 3.8mm常见降雨历时事件场降雨历时为中位数1.5倍标准误的降雨事件3.17.0h极端降雨历时事件场降雨历时长于累积概率为9 0%的降雨事件3 4.0h1.5 数据分析使用偏相关分析,分别获取生长季、雨后、常见及极端事件后,树干液流的环境控制主导因子及其模式。为了研究雨后树干液流对降雨特征(场降雨量和场降雨历时)的响应,采取分箱法并辅以回归分析。其中,分箱数依次使用3-1 0,回归分析分别使用线性函数、二次函数、幂函数,最终采用最显著的回归关系。为了探究3 0m i n尺度下雨后树干液流随时间变异是否显著,以及在常见与极端事件间有无显著差异,使用重复测量方差分析。其中,根据球形度检验结果,针对降雨量和降雨历时的分析,均采纳的是格林豪斯盖斯勒法(e p s i l o n0.7 5)。偏相关分析、线性拟合分析及重复测量方差分析使用S P S S2 6.0软件完成。利用O r i g i n P r o2 0 2 2 b软件进行绘图。2 结果与分析2.1 生长季环境因子的动态变化2 0 1 9年生长季日均空气相对湿度为8 0.9%1 0.3%,日均气温为(2 5.32.5),日均饱和水汽压差为(0.7 70.4 5)k P a,日均太阳辐射为(1 2.44.4)M J/(m2d),日均风速为(1.20.3)m/s。2 0 2 1年生长季期间日均湿度为8 6.4%1 3.0%,日均气温为(2 4.72.3),日均饱和水汽压差为(0.5 40.5 2)k P a,日均太阳辐射为(1 1.14.6)M J/(m2d),日均风速为(1.20.3)m/s(图1)。2 0 1 9年生长季共计2 7场降雨,平均场降雨量为(8.11 1.9)mm,场均历时为(1 4.61 5.6)h,场均雨强为(1.42.9)mm/h。2 0 2 1年生长季降水量总量及场次均较2 0 1 9年更多,共计2 9场降雨,平均场降雨量为(1 8.1 2 1.3)mm,场均历时为(1 7.71 7.9)h,场均雨强为(1.52.0)mm/h(图2)。其中,2 0 2 1年7月累计降水量高达2 6 7.4mm,这主要是由2 0 2 1年7月1 1日(D OY=1 9 2)2 2:0 0至7月1 4日(D OY=1 9 5)7:3 0历时5 8h的1 0 0.0mm降雨导致的。该降雨事件将土壤水层厚度(07 0c m)从7月1 1日的5 3.7mm,升高至7月1 4日的7 0.9mm(图2)。2.2 生长季及雨后树干液流特征由图2可知,2 0 1 9年69月日均树干液流量分别为(0.6 4 0.1 1),(0.4 4 0.1 5),(0.4 2 0.1 2),(0.4 4 0.1 3)mm/d。2 0 2 1年生长季各月的日均树干液流量分别为(0.7 6 0.2 7),(0.5 8 0.2 2),(0.7 4 0.2 0),(0.5 5 0.2 4)mm/d。在日尺度上,累计降雨量及土壤水层厚度的变化,与累计液流量的变异并不一致。2.3 生长季及长尺度雨后树干液流的环境控制由表2可知,在2 0 1 9年、2 0 2 1年生长季期间,只782第4期 魏鸾葳等:降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响有太阳 辐 射 显 著 促 进 树 干 液 流(rp=0.5 3 9,p0.0 5)。降雨发生后,树干液流的环境控制保持不变,仍仅有太阳辐射显著控制树干液流(rp=0.6 2 4,p0.0 0 1)。降雨不改变树干液流主导的环境控制因子及其的显著促进作用。注:生长季为6月1日至9月1 5日。下同。图1 2 0 1 9年、2 0 2 1年生长季环境因子的日动态变化图2 2 0 1 9年和2 0 2 1年生长季累计树干液流、累计降雨量和土壤水层厚度曲线表2 生长季及场尺度降雨事件后树干液流与 环境因子的偏相关关系环境因子生长季偏相关系数显著性降雨事件后偏相关系数显著性太阳辐射0.5 3 90.0 0 10.6 2 40.0 0 1饱和水汽压差-0.0 0 70.9 2 1-0.0 5 10.7 2 4风速0.0 2 10.7 6 70.0 9 70.5 0 0土壤水0.0 4 40.5 3 30.0 3 60.8 0 32.4 场尺度雨后树干液流对场降雨特征的响应由图3可知,2 0 1 9年、2 0 2 1年生长季期间,场降雨量(P)在0.21 0 0.0mm波动,频次最高的为0.4mm(n=4)。场降雨历时为0.56 0.0h,频次最高的为0.5h(n=5)。其中,5 0%的降雨事件小于5.6mm,4 5%的降雨事件短于6.0h。随着场降雨量的增加,雨后树干液流(Qp o s t)呈线性下降趋势(Qp o s t=-5.61 0-5P+0.0 1 3 1,R2=0.7 8,p=0.0 0 4)。而Qp o s t对降雨历时的响应,在场尺度上无明显关系。2.5 常见及极端降雨事件后半小时尺度的树干液流及其环境控制由图4可知,在2 0 1 9年、2 0 2 1年生长季期间,发生常见场降雨量事件8次;常见场降雨历时事件9次。同时,发生极端场降雨量事件7次,极端场降雨历时事件1 1次。常见场降雨量事件后Qp o s t为(0.0 1 1 0.0 0 7)mm/0.5h,极端场降雨量事件后更低,为(0.0 0 8 0.0 0 4)mm/0.5h;常见场降雨历时事件后Qp o s t为(0.0 1 30.0 0 6)mm/0.5h,而极端场降雨历时事件后为(0.0 1 10.0 0 3)mm/0.5h。即极端场降雨量和极端场降雨历时事件均减少场尺度的Qp o s t。然而,相较于常见事件,在半小时尺度上极端场降雨量事件882水土保持学报 第3 7卷(p=0.3 2 5)及极端场降雨历时事件(p=0.2 6 4)并不会显著改变半小时尺度降雨事件后的Qp o s t。注:分箱数为8。图3 雨后树干液流对场降雨事件特征的响应图4 常见和极端降雨事件后树干液流和环境因子在半小时尺度上的时间变化 由图4可知,常见和极端场降雨量事件后,半小时尺度的平均R s、V P D、风速和土壤含水量分别为(1 5 5.21 2 1.7)W/m2、(0.60.4)k P a、(1.20.2)m/s、(0.0 7 0)m3/m3,(1 0 8.44 9.7)W/m2、(0.20.1)k P a、(1.00.2)m/s、(0.0 90)m3/m3。常见和极端强降雨历时事件后,半小时尺度的平均R s、V P D、风速和土壤含水量分别为(1 6 3.38 1.8)W/m2、(0.60.3)k P a、(1.20.2)m/s、(0.0 70)m3/m3和(1 3 0.75 0.6)W/m2、(0.40.2)k P a、(1.00.1)m/s、(0.0 70)m3/m3。由图5可知,在常见和极端场降雨量事件后,V P D(rp0.6 1 6,p0.0 0 1)和R s(rp0.4 2 4,p0.0 0 1)均极显著促进半小时尺度的982第4期 魏鸾葳等:降雨对河岸生态系统杨树树干液流及其环境控制的影响Qp o s t,VWC对Qp o s t无影响(p0.4 6 9)。而风速则在常见场降雨量 事件后,极显 著抑 制 半 小 时 尺 度 的Qp o s t(rp=-0.2 5 8,p0.0 0 1)。对于场降雨历时事件,无论在常见还是极端的情况下,4个环境因子(饱和水汽压差、太阳辐射、风速及土壤水)均显著促进半小时尺度的Qp o s t(rp=0.1 8 3 0.6 8 2,p 0.0 0 1)。注:环境控制用偏相关系数表征;*表示在0.0 0 1级别(双尾)相关性显著。图5 常见和极端强降雨事件后半小时尺度雨后液流的 环境控制差异3 讨 论3.1 场尺度降雨后树干液流的环境控制太阳辐射可以直接调控气孔导度3 5,能显著促进植物液流,是影响树干液流的主要环境因子(表2)2 7,