不同间伐强度对中国黄土高原油松蒸腾及林水关系的影响

《Agricultural Water Management》：Effects of different thinning intensities on Pinus tabuliformis transpiration and forest-water relations in the Loess Plateau of China

　　

间伐作为调控森林过高密度（尤其在水分受限区）的手段，可有效改善土壤水分条件并提升森林水分利用效率与生产力。研究人员发现间伐直接影响林冠截留，降低森林生态系统蒸散并增加流域产水量；同时缓解水分胁迫对森林的影响，降低其对干旱的敏感性并增强抗旱性。然而间伐对树木水分利用的综合效应复杂且不确定。间伐强度通过影响林分密度显著改变林分蒸腾：间伐后树木数量与断面积减少，边材面积与林分蒸腾下降；间伐亦可增加地表蒸发、降低总叶面积，使林分蒸腾呈下降趋势。但土壤水分改善带来的植被覆盖回升可能抵消移除树木导致的蒸腾下降，使总蒸腾逐渐恢复甚至超过间伐前水平。土壤水分变化与气象条件的交互进一步复杂化树木水分利用：间伐后因土壤含水量增加，饱和水汽压亏缺(VPD)与太阳辐射对树木水分利用的正效应被放大；干旱期高效间伐林分表现出强抗性、低生长衰退及对土壤水分低敏感，而VPD对单木蒸腾的促进可部分抵消边材减少引发的林分蒸腾下降，但土壤水分亏缺时高VPD亦抑制蒸腾。间伐亦通过改变土壤水分可用性影响树木气孔行为与水分利用效率。黄土高原生态脆弱、侵蚀严重，油松(Pinus tabuliformis)耐旱但高密度导致土壤水耗竭与“小老树”现象。研究人员于2019年12月实施0%、15%、30%、45%、60%五种间伐，在2023—2024年第4—5生长季测定发现：间伐促进油松土壤含水量与树木生长；VPD对冠层蒸腾(Ec)的促进作用随间伐增强；0%与15%间伐下气孔对Ec调控更强；45%间伐适宜半干旱黄土高原油松。该研究为优化水资源管理与林分结构调整提供依据。

研究背景方面，黄土高原属半干旱大陆性季风气候，侵蚀严重、生态脆弱，油松(Pinus tabuliformis)作为主力造林针叶树种耐旱性强，但初始林分密度高达2844株·hm^–2，过度耗水引发土壤水分耗竭、地下水位下降及“小老树”现象。既有文献指出间伐可降低林分蒸腾、改善土壤水，但也存在蒸腾回弹、环境敏感性增强等争议，且不同间伐强度与土壤水、气象因子（如饱和水汽压亏缺VPD、相对可提取水REW）的交互机制在半干旱区油松人工林中尚不清楚。为此，研究人员在甘肃定西龙潭流域设置相邻同坡五块同龄林分，于2019年12月实施0%、15%、30%、45%、60%密度递减间伐，在2023—2024年第4—5恢复生长季开展观测，旨在量化间伐强度与环境因子对冠层蒸腾(E_c)的交互影响、评估气孔敏感性变化并优化水分利用效率(WUE)与生长管理。

关键技术方法上，研究人员依托五块225 m²样地（每处理8株边材宽度2.07—3.20 cm的样本树），采用Granier热消散探针（南北向1.3 m胸高安装，30 min记录）测树干液流，以广义高斯函数划分20 mm边材层校正径向液流通量密度并计算单树及林分尺度E_c；冠层上方2 m处Vantage Pro2自动气象站获取VPD、总辐射R_s、气温T_a，土壤10—100 cm六层Onset传感器结合重力法校准得到体积含水率并转为REW（田间持水0.16 m³·m^–3、凋萎点0.04 m³·m^–3）；V形槽加翻斗式雨量计测穿透雨(P_t)、PVC螺旋集流装置测茎流(P_s)；生物量增量法（2024减2023）比同期蒸腾得WUE(g C·kg^–1 H₂O)。

研究结果部分，引言指出间伐对林水关系具双重性，需厘清强度—土壤水—气象耦合机制。材料方法中样地初始密度2844株·hm^–2，间伐后0%—60%处理留存64—26株，边材宽与DBH随强度递增（2.07±0.09至3.20±0.08 cm，7.61±0.34至12.48±0.39 cm），LAI由3.2降至2.6，WUE在45%达0.61峰值后60%跌至0.30；气象显示林内VPD(0.83—0.97 kPa)低于冠上(1.04 kPa)，P_t随间伐由312.6升至365.2 mm。液流与E_c计算表明，热消散法配合20 mm分层校正可还原全边材通量。研究人员据此得出：间伐提高0—100 cm土壤水与REW，45%处理生长与WUE最优；VPD对E_c驱动效应随间伐增强，0%与15%下气孔导度对E_c调控更显著，30%—60%下非气孔（辐射、VPD）主导；45%间伐平衡了单木边材增加与林分密度下降，使冠层尺度水分利用高效且土壤水不耗竭，故推荐为半干旱黄土高原油松人工林适宜强度。

讨论与结论翻译部分，研究人员总结：间伐通过降低林分密度减少边材总面积从而压低潜在蒸腾，但土壤水改善促使留存木边材增粗、单木液流上升，VPD正效应放大，二者权衡决定林分E_c；弱度间伐（0%—15%）土壤水增益小，气孔主动调控为主，重度间伐（≥45%）微气候变干、REW升高使气孔约束放松、环境驱动增强；45%强度在促进油松径向生长、维持较高WUE(0.61 g C·kg^–1 H₂O)与避免土壤水透支间取得平衡，是半干旱黄土区油松林水分—生产力协同管理的优选方案。该文发表于《Agricultural Water Management》，为同区人工林密度调控提供了基于液流与REW阈值的实证依据。