为了改善黄土高原地区的生态环境，我国在黄土高原开展大面积的植树种草工作(吴钦孝等，1998; 郭忠升等，2003)。但是，由于不合理的人工植被建设以及黄土高原干旱少雨的恶劣自然环境，树木的成活率不高(王华连，2004)，大量的树木形成了“小老树”。李俊辉等(2012)对黄土高原“小老树”的2种典型树种刺槐(Robinia pseudoacacia)和小叶杨(Populus simonii)的研究表明，水分亏缺是黄土高原地区“小老树”形成的重要原因。坡地土壤水分条件较差，是水分亏缺较为严重的地貌类型，也是形成土壤干层集中分布的地类(王力等，2004)。坡地水土流失治理是黄土高原生态环境修复的重点和难点，确定适宜的坡地利用方式是实现流域水土流失治理和生态环境修复的重要措施(唐克丽，2004)。

黄土高原的植物资源中，柳树(Salix)分布广泛，主要分布在甘肃、青海东部、陕西北部、宁夏盐池、内蒙古丰镇等地; 柳树还是优良的水土保持植物以及重要的能源林树种(于兆英等，1989)。许多研究者对柳树进行了相关的研究，譬如何维明等(2003)研究了毛乌素沙地旱柳(Salix matsudana)生长和生理特征对遮荫的反应; 吴统贵等(2008)对旱柳光合作用动态及其与环境因子的关系展开研究;刘增文等(2010)在引进阔叶树种对陕北风沙区土壤极化的防治效应的研究中发现，柳树作为引入树种能有效地防治油松纯林土壤极化。柳树是神木六道沟小流域主要乡土树种之一，也是当地群众的主要用材来源(侯庆春等，1996)。以往对黄土区造林树种耗水特性的研究主要以杨树(张建国等，2011)、侧柏(Platycladus orientalis)(于占辉等，2009)、刺槐(胡伟等，2010)等树种为主，很少涉及柳树，这些研究也侧重于相同生长条件下同树种或者不同树种的耗水规律以及与气候因子的关系，而对不同生长环境下同树种树木液流规律以及与环境因子关系的研究较少。因此，本研究选择黄土高原水蚀风蚀交错区坝地与坡地2种立地条件下的旱柳为研究对象(坡地的旱柳为典型的“小老树”)，利用热扩散探针法连续监测旱柳的树干液流动态，分析2种立地条件下旱柳树干液流量的差异以及与气象因子和土壤含水量之间的关系。明确生长环境因子对林木耗水的影响机制，旨在为黄土高原林地水分管理提供参考。

试验观测站位于陕西省榆林市神木县六道沟小流域(110°21'—110°23' E，38°46'—38°51' N，海拔1 094～1 274 m)。该区属于中温带半干旱气候，年平均气温为8.4 ℃，≥10 ℃活动积温为3 248.0 ℃，无霜期153天，平均降雨量437.4 mm，年总太阳辐射量为5 922 MJ·m^-2。流域地貌为片沙覆盖的梁峁状丘陵区，是黄土高原向毛乌素沙漠的过度地带，也是典型的风蚀水蚀交错带。

研究区内没有天然森林，人工林以旱柳、刺槐、小叶杨为主。本试验选取生长于坡地和坝地的旱柳为研究对象，坡地为正南方向，坡地的旱柳为生长多年的“小老树”，树干弯曲、树冠分枝少、生长缓慢;坝地是位于流域沟道内的一处淤地坝，旱柳生长茂盛。在坡地和坝地处各选取7株旱柳作为试验样木，坡地旱柳树高为3～5 m，坝地旱柳高为7～9 m，坝地、坡地旱柳树龄均在15年左右，2种立地条件下的旱柳胸径和边材面积有较大差异(表 1)。坡地的土壤主要为风沙土，风沙土的沙粒含量为92%，粉粒含量为7%，田间持水量为0.12 cm³·cm^-3，凋萎系数为0.042 cm³·cm^-3; 坝地的土壤主要为沙黄土，该土壤的沙粒含量为40.4%，粉粒含量为44.0%，黏粒含量15.6%，田间持水量为0.25 cm³·cm^-3，凋萎系数为0.07 cm³·cm^-3。

表 1 2样地旱柳样木参数 Tab.1 Information of sampling trees in the two plots of Salix matsudana

表 1 2样地旱柳样木参数 Tab.1 Information of sampling trees in the two plots of Salix matsudana 样木标号No 坡地Slope land 坝地Dam land 号胸径DBH/cm 边材面积Sapwood area /cm2 胸径DBH/cm 边材面积Sapwood area /cm2 1 11. 9 32. 1 26. 6 96. 8 2 12. 8 35. 8 32. 4 122. 5 3 15. 5 47. 7 23. 8 84. 4 4 11. 5 30. 3 23. 4 82. 7 5 11. 1 28. 1 38. 7 150. 5 6 10. 5 25. 9 29. 2 108. 7 7 13. 1 37. 2 28. 4 104. 9

本试验自2011年8月27日开始观测，10月14日结束。采用热扩散式树干茎流计(TDP)对旱柳树干液流进行监测。探针长度13 mm，直径1.3 mm，统一安装在树干胸径处。为防止树干流下的水分与探针接触，用中性玻璃胶将探针与树干间的空隙涂抹封好。CR1000数据采集器(Campbellsci，Logan，UT，USA)每60 s获取1次数据并记录每0.5 h的平均值。

TDP探针由2根探针组成，上部探针为加热探针，其中含有加热元件和热电偶，下部为参考探针，只有热电偶。通过测定2根探针在边材的温差值计算树干液流速率，采用Granier公式计算树干液流速率(Granier，1987):

式中: dT_m为无液流时加热探针与参考探针的最大温差(℃); dT为瞬时温差值(℃); v_s为液流速率(cm·s^-1)。

利用边材面积将液流速率转化为液流量，可通过下式计算:

^Q是液流量(kg·d^-1)，As为胸径处边材面积(cm²)，胸径处边材面积与胸径有很好的正相关关系(Zhao et al.，2009)。因此，为了不破坏被测样木的正常生长，本研究在该流域内选取了非样木的另外8株胸径不同的旱柳来确定该区旱柳边材面积与胸径的关系，从而计算出被测样木的边材面积(图 1)。

	图 1 胸径与边材面积的关系 Fig. 1 Relationships between DBH and sapwood

气象因子: 测定指标包括太阳辐射强度(W·m^-2)、相对湿度(%)、空气温度(℃)、风速(m·s^-1)和降雨(mm)等资料，气象数据均来自神木侵蚀与环境试验站的自动气象站。气象站位于小流域海拔最高处(1 216 m)，坡地试验区位于气象站对面，直线距离1 000 m左右，坝地位于两者之间，海拔1 150 m，2样地相距500 m左右。

为了综合反映相对湿度和大气温度的协同效应，采用水汽压亏缺(VPD)这一指标。运用以下公式(许文滔等，2007)计算:

式中: e_s(T)为T温度下的饱和水蒸汽压(kPa); e_s为实际水汽压(kPa); T为空气温度(℃); VPD为水汽压亏缺(kPa); RH为空气相对湿度(%)。

土壤水分: EC-5土壤水分探头(FDR原理，美国Decogan公司)测定研究区内的土壤含水量，探头埋设在所选旱柳样地的中间位置，埋深分别为10，20，50，100，200 cm。EM50(美国Decogan公司)数据采集器自动采集各层土壤水分含量数据，每1 h记录1次数据。

此外，用日最高气温值、最低气温值、平均相对湿度、平均风速、太阳辐射，通过彭曼公式计算参考作物蒸散量ET₀(mm·d^-1)(樊军等，2008)。

2种立地条件下旱柳树干液流速率变化趋势基本一致，具有明显的昼夜规律。旱柳树干液流随着日出而启动，树干液流速率随着太阳辐射的增加而迅速增加，达到峰值之后开始减小，于午夜或次日凌晨降到最低值(图 2)。不同立地条件下，旱柳树干液流变化规律存在一定差异，坡地旱柳树干液流在13: 00—15: 00达到峰值，而坝地旱柳树干液流在11: 30—14: 00就达到峰值。坡地与坝地旱柳树干液流速率和树干液流量也存在差异，整个监测期间坝地旱柳平均树干液流速率是坡地的1.4倍，日平均树干液流量是坡地旱柳的3倍(表 2)。

	图 2 晴天、阴雨天坡地、坝地旱柳树干液流速率动态 Fig. 2 Diurnal fluctuation of sap flow velocity of S. matsudana in sunny days and cloudy days A: 晴天Sunny days B: 阴雨天Rainy days

表 2 晴天与阴雨天坡地、坝地旱柳树干液流 Tab.2 Diurnal sap flow velocity of S. matsudana in sunny and cloudy days

表 2 晴天与阴雨天坡地、坝地旱柳树干液流 Tab.2 Diurnal sap flow velocity of S. matsudana in sunny and cloudy days 坡地旱柳Slope land 坝地旱柳Dam land 日平均速率比值(坝地/坡地)Ratio of average velocity (dam land/slope land) 日平均流量比值(坝地/坡地)Ratio of average sap flow (dam land/slope land) 平均流速Average velocity/( 103 cm·s-1 ) 平均日流量Average sap flow/(kg·d-1) 平均流速Average velocity/(103 cm·s-1) 平均日流量Average sap flow/(kg·d-1) 晴天Sunny day 2.0 15.4 2.3 44.6 1.2 3 阴雨天rainy day 1.4 9.9 1.7 32.6 1.2 3 晴天/阴雨天Sunny day /Rainy day 1.4 1.6 1.4 1.4

晴天与阴雨天下旱柳树干液流速率变化规律也有所不同，晴天树干液流速率峰值明显，阴雨天树干液流速率变化曲线波动较大。晴天太阳辐射强度大、空气温度高、相对湿度低，因此晴天旱柳树干液流速率、树干液流量均高于阴雨天。研究期间晴天共36天，阴雨天12天，晴天平均树干液流速率和日平均树干液流量均高于阴雨天，是阴雨天的1.5倍左右(表 2)。

气象因素是树干液流量的重要影响因子，它决定着液流的瞬时变化。为了更直观地分析气象因子对旱柳树干液流量的影响，选取9月21，22，23日3天(连续晴天)的数据和气象数据作图(图 3)。VPD也是树干液流一个较好的指示因子，由空气温度和相对湿度计算而来。旱柳树干液流量的变化趋势与太阳辐射、VPD、空气温度和相对湿度的变化趋势基本一致，随着太阳辐射的增强、空气温度的升高，相对湿度的降低，旱柳树干液流量迅速增加，直到正午树干液流量达到峰值，18: 00之后光照强度减弱，气温降低，相对湿度相应的升高，叶内外气压差减小，树干液流量也开始减少。从图 3中还可以看出，旱柳树干液流量达到峰值的时间稍早于太阳辐射峰值出现时间，而早于VPD 2～4 h达到峰值。

	图 3 典型晴天两样地旱柳树干液流与气象因子的关系 Fig. 3 Relationship between S. matsudana trunk sap flow and meteorological factors in typical sunny days

将整个观测阶段的日平均树干液流量与气象数据进行相关分析，结果表明: 除风速外，大部分气象因子与坡地和坝地旱柳树干液流量相关性达到极显著水平，部分因子与树干液流量相关达到显著水平(表 3)。

表 3 旱柳树干液流影响因子相关分析与主成分分析^① Tab.3 The correlation and principal component analysis of influential factors to the sap flow

表 3 旱柳树干液流影响因子相关分析与主成分分析① Tab.3 The correlation and principal component analysis of influential factors to the sap flow 相关性分析Correlation analysis 主成分分析Principle component SFs/(kg·d-1) SFd/(kg·d-1) SFs/( kg·d-1) SFd/( kg·d-1) PC1 PC2 PC1 PC2 PC3 ①* 和＊＊表示该值在P＜0.05和P＜0.01的水平上显著，粗体表示变量的因子载荷在主成分中最高因子荷载的0% 范围以内。The values marked ﹡and ＊＊mean they are significant at P < 0.05 and P < 0.01， respectively; Bold type denotes variables with a high factor loading within 10% of the highest loading in a principle component. SFs : 坡地液流Sap flow at slope land; SFd: 坝地液流Sap flow at dam land. 特征值Eigenvalue 2.3 1.9 2.4 1.9 1.0 方差贡献率Contribution of variance(%) 38.6 31.8 40.1 31.2 16.9 累积贡献率Cumulative variance(%) 38.6 70.4 40.1 71.3 88.2 太阳辐射Solar radiation/(MJ·m-2 d-1) 0.65＊＊ 0.73＊＊ -0.6 0.61 0.76 0.46 0.02 水汽压亏缺VPD/kPa 0.67＊＊ 0.73＊＊ -0.91 0.28 0.96 0.1 0.02 空气温度T/℃ 0.36* 0.52＊＊ -0.03 0.91 0.16 0.89 0.14 相对湿度RH(%) -0.46＊＊ -0.24 0.93 0.28 -0.89 0.38 0.12 风速Wind velocity/(m·s-1) 0.21 -0.024 0.27 0.3 0.02 -0.12 0.99 0～50 cm土壤含水量Soil water content/(cm3·cm-3) 0.45 0.69 -0.3 0.84 -0.08

进一步对旱柳树干液流量与气象因子、0～50 cm土壤含水量进行主成分分析，结果见表 3。在坡地，特征值大于1的主成分有2个，累积贡献率为70.4%。旱柳树干液流量的影响因子对第1主成分贡献最大的是相对湿度，其次是水汽压亏缺，太阳辐射与0～50 cm土壤含水量也有较大的贡献。对第2主成分，贡献较大的有相对湿度、0～50 cm土壤含水量和太阳辐射。第1、2主成分反映了气象因子与土壤水分共同影响着旱柳树干液流量。在坝地，前3个主成分累积贡献率为88.2%，表明这3个主成分即可代表系统内的变异状况。在第1主成分中，对其贡献较大的均为气象因子。对第2主成分，贡献最大的是空气温度和0～50 cm土壤含水量，其次是太阳辐射和相对湿度。而第3主成分中，仅风速对其贡献明显。在第2主成分中，坡地和坝地0～50 cm土壤含水量对旱柳树干液流量的贡献增加，即0～50 cm土壤含水量对旱柳树干液流量的影响程度增大，并且超过太阳辐射。上述分析表明，旱柳树干液流大小受气象因子和土壤含水量的共同影响。

ET₀是采用最高、最低空气温度、太阳辐射以及风速等气象数据通过彭曼公式计算的参考作物蒸散量。本研究通过分析旱柳树干液流量与ET₀的关系发现: 在ET₀较低的时候，旱柳树干液流量随ET₀的增加线性增加，但随着ET₀的进一步增加，旱柳树干液流量并没有继续线性增加(图 4)。这个现象说明由气象因子主控的大气蒸发力增加到一定程度时，旱柳树干液流量受到土壤供水等其他因素的限制，与气象因素的相关性降低。

	图 4 旱柳树干液流量与ET0的关系 Fig. 4 Relationship between sap flow and ET0

气象因素对树干液流量的变化规律有着重要的影响，但气象因子对坡地、坝地旱柳树干液流量的影响程度基本相同。其原因是风速虽有一定的差异，但坡地与坝地海拔相近，分别为1 216，1150 m，且2样地仅相距500 m左右，而它气象要素差异不大。因此，气象因素不是引起坡地、坝地旱柳树干液流量差异的主要原因。土壤含水量控制着旱柳树干液流量的总体变化，降雨增加了土壤含水量，树干液流量也随之增大(图 5A)。

	图 5 旱柳树干液流量与气象因子的关系 Fig. 5 Relationship between sap flow and meteorological factors

坡地风沙土持水能力差、入渗能力强，在强降雨之后，坡地土壤水分快速地渗漏到深层土壤中，表层土壤含水量急剧下降，深层土壤含水量则快速上升最终高于表层(图 5B); 而坝地土壤水分并没有发生渗漏，深层土壤的含水量几乎没有变化(图 5C)。降雨后坡地的大量水分可能渗漏出根区，供植物蒸腾的有效水分储量减少。测定期间坡地的土壤含水量远低于坝地(图 5B，C)，坝地和坡地各土壤剖面平均土壤含水量分别为0.163，0.083 cm³·cm^-3，坝地和坡地凋萎系数分别为0.07，0.042 cm³·cm^-3，坝地有效水含量是坡地的2倍左右。由此可见，由于土壤质地差异，土壤有效含水量的高低是引起2种立地条件条件下旱柳树干液流量差异的主要原因。

树木蒸腾耗水主要的影响因素分为(Wullschleger et al.，1998): 生物学结构因素、土壤供水因素和气象因素。生物学结构决定了树干液流的潜在能力，土壤供水决定了树干液流的总体水平，气象因素决定了树干液流的瞬间变动。气象因素是影响树干液流的一个重要因子，许多学者也围绕着树干液流与气象因子的关系做了大量的研究。胡伟等(2010)、张建国等(2011)都认为太阳辐射和VPD是影响树干液流的主导因子，王文杰等(2012)认为土壤温度对兴安落叶松(Larix gmelinii)树干液流影响最大，尹光彩等(2003)认为影响桉树(Eucalyptus)人工林树干液流通量的主要环境因子是空气水气压差和土壤水分。本研究也得出类似的结论，气象因子显著影响旱柳树干液流量。但由于2样地在小流域的地理位置不同，风速有所差异，然而2样地相距不远、海拔相近，其他气象因子并无明显差异。尽管风速存在差异，但风速并没有显著影响旱柳树干液流量(表 3)。因此，气候因素并不是引起本试验中2种立地条件下旱柳树干液流差异的主要原因。

土壤水分不足是黄土高原地区植被与生态恢复的主要限制因子(Chen et al.，2008)。Granier等(2000)、孙鹏飞等(2010)、Zhang等(2011)的研究均指出土壤含水量对树木树干液流影响很大。坡地与坝地2个观测样地的水分收入均来自降雨，坡地是沙地，有很高的导水率，降水一般不发生径流，坝地也没有径流发生。坝地的水分支出项包括土壤蒸发和旱柳蒸腾耗水，但坡地的支出项既有土壤蒸发和旱柳耗水，也有深层渗漏。本研究中2个样地土壤质地不同，土壤蒸发和入渗能力不同。坡地风沙土持水能力差、入渗快，导致降雨之后大量的水分快速向深层渗漏，而坝地则无此现象。因此用于坡地旱柳生长利用的有效水分少，蒸腾量则相应的少于坝地旱柳。由此可推断，造成2块样地土壤有效水分储量存在很大差异的主要原因是土壤蒸发和深层渗漏，而这两者的比例关系尚待进一步研究。综合以上分析，2种立地条件下土壤有效含水量的不同是引起坡地和坝地旱柳树干液流差异的主要原因。因此，造林过程中，既要考虑植被与土壤的地带性规律，也要考虑局部的非地带性规律。尽管六道沟小流域属于地带性草原植被带，但是在沟道等土壤质地较细，有效水分含量高的部位，乡土树种也可以旺盛生长。

1) 黄土高原水蚀风蚀交错区2种立地条件下旱柳树干液流变化规律基本一致，但是在量上有显著的差异，坝地旱柳平均树干液流速率是坡地的1.4倍，平均树干液流量是坡地的3倍。

2) 气象因子显著影响旱柳树干液流量，旱柳树干液流量随太阳辐射、空气温度等气象因子增加到一定程度时，增加幅度明显降低，主要受到土壤含水量的影响。

3) 2样地气象因子差异不明显，不是引起坡地和坝地旱柳树干液流量差异的主要原因。而坡地和坝地土壤质地不同，使得坝地有效水含量高于坡地2倍左右，土壤含水量是引起2种立地条件下旱柳树干液流量存在差异的主要原因。