蒸腾是植物耗水的主要方式，在土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热传输过程中占有极为重要的地位。随着水资源紧缺问题日益严重，有关蒸腾问题的研究在国际社会愈加受到重视(张劲松等，2006)。揭示林木蒸腾耗水特征及水分供求关系，对水资源紧缺地区林业生产实践具有重要的理论指导意义，可为我国特别是干旱半干旱地区正在实施的退耕还林工程提供必要的水分生态理论依据。山茱萸(Cornus officinalis)是我国传统的名贵药材(董建辉等，2005；石永理等，2006)，我国华北山区将该树种作为生态经济型树种纳入退耕还林建设模式。但作为小乔木树种，山茱萸林耗水量较高，而华北山区地处干旱半干旱季风气候带，干旱特别是春旱现象比较严重，且土层贫瘠、土壤保水能力差，水资源紧缺是制约该地区林业生产和植被建设的最根本生态因素。所以，研究华北石质山区山茱萸人工林蒸腾特征及水分供求关系，具有重要的理论及实践意义。但已有的关于该植物特性的研究多见于药理分析，除孟平等(2005a)从叶片尺度上分析了水分生态问题外，未见其他有关其蒸腾问题的报道。当前，长时期、连续测定植株尺度上林木蒸腾相对最为可靠的技术是热扩散液流法(张劲松等，2006)，在测定树木蒸腾量的研究中被广泛应用(Do et al., 2002; Fiora et al., 2006；Nicolas et al., 2006；聂力水等，2004；张劲松等，2006；孟平等，2005b；刘海军等，2007；马玲等，2007)。本研究将采用连续2个主要生长季节的实测树干液流数据，分析试验区所在地15年生山茱萸人工林蒸腾耗水特征及水分供求关系，为当地发展山茱萸人工林提供必要的理论依据。

试验地位于河南省济源市境内的黄河小浪底森林生态系统定位研究站(35°01′N，112°28′E)，该站主要生态系统包括：森林生态系统、农田生态系统以及复合农林生态系统。试验区地处太行山南段南麓，黄河流域北缘，属温带大陆性季风气候。全年日照时数为2 367.7 h，年日照率为54%，稳定通过0 ℃的多年平均积温为5 282 ℃。历年平均降水量641.7 mm，但由于受季风气候的影响，年内季节性分布不均匀。6—9月多年平均降水量为438.0 mm，占全年的68.3%。试验区土壤以石灰岩风化母质淋溶性褐色土为主，土层厚度50~80 cm，pH值6.8~8.5，石砾含量为10%~18%，有机质含量大约为10 g·kg^-1 ，速效氮含量21.4~80.0 mg·kg^-1，速效磷含量5.4~16 mg·kg^-1，速效钾含量60~103 mg·kg^-1。

本研究的具体对象是水平梯田山茱萸人工林，梯田南北宽度16 m、东西长度150 m，株行距3 m ×4 m，平均株高2.4 m，南北冠幅3.7 m，郁闭度98%。栽植于1992年，带行向为东西行。通过每木检尺，以平均胸径为依据在试验地中部选择6株相邻样株。

在上述6株样株中心处冠层活动面上1 m高度处，采用小气候自动监测系统连续观测太阳总辐射(R_a)、风速(V)、空气温度(T_a)及相对湿度(H_R)、降雨量(R)，所采用的传感器(探头)分别为LI200X、05103、HMP45C、TE525M。数据采集器为CR10X，每2 min采集1次，每10 min输出1组平均值。观测时期为2005年及2006年每年的4月1日至9月30日。

在上述6株树的南、北方向处，采用热扩散液流法测定树干液流，液流测算公式(Granier, 1987；Granier et al., 1996)为:

(1)

式中：Fs为树干液流速率(L·h^-1)，可近似为蒸腾速率(Fredrik et al., 2002); A_S为边材面积(cm²)；D_T为某时刻温差值(℃)，D_TM为1日内最大温差值(℃)。取6株树的液流平均值为蒸腾最终测定值。传感器探针长30 mm、直径1.2 mm(张劲松等，2007)，下部探针距离地面20 cm左右。数据采集器为CR10X。观测时间与小气候同步。

按833株·hm^-2的密度将单株蒸腾速率转换为群体或单位土地面积蒸腾速率，并将4— 9月各日的蒸腾速率进行积分，得到了山茱萸人工林2005年及2006年主要生长季节蒸腾耗水量日际变化曲线(图 1)，并统计得出各月蒸腾耗水量及所占全年的比例(表 1)。

图 1 山茱萸人工林蒸腾量(Tr)日际变化规律 Fig. 1 Daily variation of transpiration (Tr) from C. officinalis plantations in 2005 and 2006

表 1 年内各月蒸腾量(Tr)及其所占全主要生长时期的比例(R_A) Tab.1 Monthly transpiration (Tr) and its rate to the total Tr(R_A) at the whole growth seasons in 2005 and 2006

表 1 年内各月蒸腾量(Tr)及其所占全主要生长时期的比例(RA) Tab.1 Monthly transpiration (Tr) and its rate to the total Tr(RA) at the whole growth seasons in 2005 and 2006

从图 1及表 1可以看出，山茱萸日蒸腾耗水量(Tr)呈现出明显的日际变化或月变化特征。从4月起，随着气温的升高以及叶片的生长、叶面积指数的增加，Tr逐渐增加，在6月左右达到最高值，7月以后逐渐下降。图 1显示出2005年5月5—7日以及2006年5月11日、6月9—13日的Tr值很低，＜1.0 mm·d^-1，由于这10日为阴雨天，冠层太阳总辐射强度很低。

统计表明：2005年及2006年山茱萸人工林主要生长季(4—9月) Tr总值分别为265. 3和194.9 mm，二者相差70.4 mm。可见，尽管不同年份间蒸腾量相差较大，但各月Tr总量占全主要生长时期(4—9月) Tr总值的比例在不同年份间的相差量很小(表 1)，均＜4%。前者由于不同年份在气候上存在差异性，特别是降水量及太阳辐射总量的差异，如7月降水总量及太阳辐射总量在2005年分别为241.3 mm和390.1 MJ·m^-2, 在2006年分别为180.9 mm和367.4 MJ·m^-2。后者说明因树木自身特性的存在，即便外部条件发生变化，如气候年型的不同，植物蒸腾作用自身生理生态特征规律也不会出现本质变化。

从表 2可知，各月Tr与V、T_a、RH、R_a有较好的复相关关系(表 2)，复相关系数r>0.733，F值均大于理论值，可通过0.01水平上的显著性检验(α=0.01)。比较Tr与V、T_a、RH、R的偏相关系数(表 2)表明，各月都是R_a与Tr的偏相关系数最大，说明主要生长期内，影响山茱萸树Tr的最主要微气象因子为R_a。

表 2 山茱萸人工林生长期蒸腾速率与冠层气象因子的回归方程 Tab.2 The regression equation between canopy micrometeorology and transpiration of C. officinalis plantation in the growth season

表 2 山茱萸人工林生长期蒸腾速率与冠层气象因子的回归方程 Tab.2 The regression equation between canopy micrometeorology and transpiration of C. officinalis plantation in the growth season

蒸腾是植物耗水的主要方式，一般可将蒸腾耗水视为植物的总耗水。华北石质山地大都没有地下水灌溉条件，降水是林地水分的唯一来源。分析降水与蒸腾之间的比例关系(表 3)，结果表明：就全主要生长季而言，2005年和2006年降水量(R)与山茱萸蒸腾量(Tr)的比例均>1.0，说明山茱萸人工林不存在水分供求矛盾问题。只有4月R与Tr的比例＜1.0。说明除4月外，降水可以满足山茱萸人工林蒸腾耗水的需要。

表 3 各月降水量(R)与蒸腾耗水量的比较 Tab.3 Comparison between monthly rainfall(R) and monthly transpiration(Tr)

表 3 各月降水量(R)与蒸腾耗水量的比较 Tab.3 Comparison between monthly rainfall(R) and monthly transpiration(Tr)

从表 3还可知，尽管2005年山茱萸生长季的蒸腾耗水总量、降水总量与2006年同期的差异均较大(差值分别为70.4、149.1 mm)，但2个生长季蒸腾耗水总量与降水总量比值的差异却很小，仅为0.1，说明山茱萸人工林主要生长季节的蒸腾耗水总量与降水量总量存在一定的正相关关系。

山茱萸人工林蒸腾量呈现出明显的日际变化或月变化特征。4—5月逐渐升高、6月左右达到高峰值、7月逐渐降低。尽管主要生长季节(4—9月)总蒸腾量在不同年份间相差较大，但各月蒸腾量所占主要生长时期总蒸腾量的比例在不同年份间的相差量很小，前者由于不同年份在气候上存在差异性，后者说明因树木自身特性的存在，即便外部条件发生变化，如气候年型的不同，但植物蒸腾作用等自身生理生态特征及规律不会出现本质变化。

山茱萸人工林蒸腾量与冠层风速、大气温度、大气相对湿度及太阳总辐射等微气象要素有很好的复相关性(α=0.01)，且计算偏相关系数表明，各月影响蒸腾的最主要微气象因子都是太阳总辐射。

就全主要生长季而言，山茱萸人工林不存在水分供求关系矛盾问题。除4月外，降水可以满足山茱萸人工林蒸腾耗水的需要，主要生长季节蒸腾耗水总量与降水量总量存在一定的正相关关系。可见，就水分供求关系而言，试验区所在地发展株行距为3 m×4 m的山茱萸林，具有一定的可行性。

本研究首次从植株及林分尺度，研究了山茱萸树蒸腾特征及水分供求关系等水分生理生态问题，不仅可以为试验地发展山茱萸人工林提供重要的理论依据，同时也丰富和补充了药用植物生理生态内容。

土壤水分是林木根系吸水的直接来源。本研究受测定技术的限制，在测定蒸腾速率及冠层微气象参数的同时，日内没有同步自动观测土壤水分。为了进一步深入、系统地分析蒸腾速率的影响机制，还需进一步开展包括土壤水分在内的环境因子与蒸腾速率关系的研究。