前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的森林生態系統林木生長與耗水研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：森林生態系統林木的生長和耗水是森林水分利用的研究重點，對當前推進節水林發展、抗旱樹種篩選具有重要意義。文章對森林生態系統林木生長的研究方法進行了綜述，指出常見的林木生長方法有普通測定法、年輪法、樹木徑向變化記錄儀等，并對3個林木生長模型（全林分模型、徑階分布模型、單木生長模型）的優劣和使用范圍進行了比較；從葉片尺度、單株尺度、林分尺度和區域尺度分別比較了林木耗水方法的差異和優劣。通過綜述，確定各方法的優劣和使用范圍，以更好的指導科學實驗，得出精確結果。

關鍵詞：森林生態系統；林木生長；林木耗水

水是人類賴以生存的生命之源，是人類需要的基礎性資源。當前隨著社會經濟的不斷發展，人口數量不斷增長，過度開發自然資源，由此產生了大量的環境問題。而水資源作為不可再生資源，社會各業、人和動植物都需要水，因而對水的需要不斷增大又不注意保護，導致水環境惡化和水質破壞，使大量的水資源被浪費，水資源短缺已成為全球性迫切解決的問題。我國是人口大國，需要的水量較大，據統計我國人均水資源僅為2200m3，只相當于世界人均的1/4[1]。森林作為陸地上最大的神態系統，具有涵養水源、消減洪峰的功能，但同時森林自身也存在耗水量過大的問題，如何解決森林水分緊張，降低樹木蒸騰，提高水資源的利用效率顯得尤為重要[2~4]。將植被建設與水資源合理配置是中國林業可持續發展的重大生態問題[5]。因此，充分了解現有林木生長狀況，確定林木生長的測定方法，獲取林木耗水量，對于提高水分利用、促進節水林業的發展具有十分重要的指導意義。

1林木生長測定方法進展

林木生長是指樹木在一定條件下隨著時間的推移，樹木直徑、樹高和形狀發生的變化，許多生理指標和生長狀態參數被作為研究水分狀況的指標，包括葉片擴展速率、細胞液濃度、葉水勢、液流密度、氣孔開度、莖桿直徑變化等[6]。森林中由于樹體高大，研究樹木生長對生理指標的影響研究方法相對困難，故樹木的直徑生長就成為較多采用的監測指標。在過去由于技術尚不成熟，多采用年輪法[7]，不僅對樹木損傷較大，而且難以保障觀測的精確性、連續性，尤其不能測定短時段內樹木的生長規律及其對環境因子的響應。年輪法通過研究樹木年輪的寬度、密度、同位素含量等指標與氣候因子的關系，探討氣候因子的變化對樹木徑向生長、木材品質的影響，并將其應用于森林管理、歷史氣候重建等研究中，形成了樹木年輪氣候學[8]。近20年來，隨著全球氣候變化引起學界的不斷關注，樹木年輪氣候學的研究及應用已經進入了新階段，研究區域遍及世界，并在許多地區己經形成研究網絡，年輪序列的長度也有了極大的增加，有的甚至延長至8000a以上[9]，在高精度的歷史氣候重建方面起了不可替代的作用，但是年輪法也有其缺點，即不能揭示短時段內樹木直徑的生長規律及影響因子。當前在學界使用樹木徑向儀越來越多，其工作原理為利用樹干徑向收縮、膨脹變化對固定在其上的探頭產生的瞬間壓力與傳感器電阻之間的線性關系來反映樹干徑向變化，它的使用較好克服了年輪法的不足，既可以在短時間內自動和連續記錄樹干的徑向變化過程[10]，從而揭示樹干徑向生長對環境的響應，在這方面我國學者率先進行了研究[11]。

2林木生長模型的研究進展

應用生長模型研究樹木生長越來越普遍，按原理可分為全林分模型、徑階分布模型和單木生長模型。從20世紀80年代后期開始，林分生長模型在兩個方面取得了引人注目的研究：第一，從生物學的角度出發，建立基于生物學理論或合理假設基礎上的林分生長模型，這類模型具有普遍的適用性；第二，追求不同水平模型之間內部結構的統一，從而得到既相互一致又準確的全林分、徑階及單木的生長信息[12]。

2.1全林分模型

該模型以整體林分為研究對象，描述全林分總量，在采集樹木林齡、林分密度、林分地位和林分蓄積量等數據的基礎上，應用回歸擬合法生成統計模型。它主要描述林分的直徑、樹高和年齡的林木在林分中的分布狀態。20世紀70年代以來，有大量學者研究了樹木的生長狀況，并建立了林分生長和密度等因素的模型[13~14]。

2.2徑階分布模型

徑階分布模型是以林分特征因子及林分結構作為自變量來預估林分的生長動態，通過模型可以確定林木在不同徑階上的信息，可為在森林培育中找到較優的經營措施組合[15]。陳永富[16]對人工林的直徑分布模型進行了研究，選取了正態分布、β分布、Waybill分布、邏輯斯特分布等6種分布形式，得出Waybill函數分布的適合率達到83%，可以建立林分立地指數、林分年齡和密度的分布模型。國內外學者對長白落葉松、云冷杉林的徑階分布模型進行研究并在實際中應用，一致認為Waybill函數靈活性較大且擬合效果較好[17~18]。

2.3單木生長模型

單木模型是依據固定樣地的林木生長和枯損數據，模擬林木的生長和枯損過程，生長模擬的核心是林木個體在林分中的競爭位置，可分為與距離有關的單木生長模型(DDIM)和與距離無關的單木生長模型(DIIM)，他是在研究花旗松時首次應用。在我國侯新春[19]等人應用單目生長模型研究了內蒙古大青山油松人工林的生長狀況，指出油松人工林下坡前慢期最短，進入后慢期的時間最晚，速生期持續時間最長；上坡前慢期最長，進入后慢期的時間最早，速生期持續時間最短；而中坡介于二者之間。

3林木耗水研究

林木耗水是指單位時間和單位面積林地的樹木蒸散量，共有兩部分組成：林木蒸騰耗水量和林地地表蒸發耗水量。在具體研究中是指水在土壤—植物—氣連續體中的傳輸過程，根據研究尺度分為單木耗水和林分耗水。林木蒸騰耗水是森林地區水分散失的主要途徑，森林變化引起流域產水量變化與森林蒸發散密切相關，加之森林冠層與枯落物截持水分的蒸發，是森林流域產水量小的主要原因。國內外一般從葉片、單株、林分和區域4個尺度開展樹木耗水研究。

3.1葉片尺度

葉片尺度上的林木耗水研究主要利用植物生理學方法方法，在樹木葉片或小枝的水平上測定其蒸騰參數。所采用的方法主要有氣孔計法、空調室法、快速稱重法。由于葉片尺度上的林木耗水研究需要從樹木自身采樣，而使得所研究對象與原來的個體分離，因而對測定結果會有影響，因而在實際測定中需要進行校正。田晶會[20]應用快速稱重法計算出樹木生理特性對短時間內環境變化的響應，故目前該方法常被用來進行環境因子脅迫下植物的適應性反應和不同樹種之間的生理特性的比較研究。

3.2單株尺度

單株尺度涉及的范圍最廣，研究的最多，森林水文學家可以利用其結果解決區域水資源的管理、估計林分蒸騰作用在整個水文過程中的作用，并推算出單株樹木的耗水量[21]。主要研究方法有容器法，熱計數法等。KnightDH[22]等人應用容器法對羅奇波爾100a油松的耗水進行研究時，指出該方法可以用來計算樹木的蒸騰潛力，該方法的缺點是不能在自然生境條件下測定樹木蒸騰，且由于樹木根部切斷，會對樹木葉水勢和氣孔導度產生變化。

3.3林分尺度

林分水平研究的主要測定方法有微氣象法、水文學方法和生理學方法。StewardJB[23]使用微氣象法對油松林冠層的蒸散進行研究，指出微氣象法時間分辨率高，但估算森林冠層蒸騰較難，因為森林冠層粗糙度不同，且不能用于非均一的林分。孫慧珍[24]等人應用樹干液流技術，計算單株樹木的液流密度，并計算出樹木的邊材面積，通過樹干液流進行尺度轉換，再乘以邊材面積即為耗水量。

3.4區域尺度

在較大空間尺度上預測耗水量是區域尺度耗水研究的特性，它有助于區域水資源、水環境管理和植被生態用水限額的制訂，目前常用的方法有氣候學方法和紅外遙感法。氣候學方法最大的優點在于利用現有的氣象資料計算某一地區的蒸散量和植被的生態需水量，缺點是其研究對象多是均勻的草地和農田作物等，將它用于其他地域時有可能產生較大的偏差[25]。遙感法是應用遙感技術來獲得能量界面的凈輻射量和表面溫度，并以植被光譜取得生態參數信息、微氣象或氣候參數，進行區域蒸散的計算模擬，其優點在于應用多時相、多光譜的觀測數據，既克服了微氣象方法因下墊面幾何結構和物理屬性的非均勻性所受到的限制性，也克服了水分平衡法在時間分辨率上的缺陷。

作者:張曉宇 單位:張家口市宣化區林業技術推廣站