广州地区荷木夜间树干液流补水的影响因子及其对蒸腾的贡献

明确树木夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量和冠层气孔导度估算的精确度,进一步认识冠层蒸腾与树干液流之间存在的时滞关系.本研究采用热消散探针法测定了广州地区的荷木树干液流密度,同步监测了主要的环境因子,从不同时间尺度分析了树干夜间液流的水分补充现象.结果表明：与白天相比,荷木夜间液流密度较小,旱季变化幅度比湿季大;夜间水分补充的时间段主要在前半夜(18:00-22:00);年内各季节夜间水分补充量之间没有显著差异,与环境因子之间的偏相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅、树干生物量、冠层生物量的回归曲线拟合很好,表明树形特征和生物量能更好地解释夜间补水的变化;各季节夜间水分补充量对总蒸腾量的贡献有显著差异,旱季明显高于湿季.     

广州地区荷木夜间树干液流补水的影响因子及其对蒸腾的贡献

明确树木夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量和冠层气孔导度估算的精确度,进一步认识冠层蒸腾与树干液流之间存在的时滞关系.本研究采用热消散探针法测定了广州地区的荷木树干液流密度,同步监测了主要的环境因子,从不同时间尺度分析了树干夜间液流的水分补充现象.结果表明:与白天相比,荷木夜间液流密度较小,旱季变化幅度比湿季大;夜间水分补充的时间段主要在前半夜(18:00-22:00);年内各季节夜间水分补充量之间没有显著差异,与环境因子之间的偏相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅、树干生物量、冠层生物量的回归曲线拟合很好,表明树形特征和生物量能更好地解释夜间补水的变化;各季节夜间水分补充量对总蒸腾量的贡献有显著差异,旱季明显高于湿季.     

华北落叶松夜间树干液流特征及生长季补水格局

在宁夏六盘山北侧半干旱区的叠叠沟小流域,采用热扩散探针法在2011年生长季监测了华北落叶松(Larix principisrupprechtii)人工林的树干液流速率,分析了夜间树干液流和补水量的变化特征及与气象、土壤水分等环境因子的关系.结果表明:树干液流速率日变化表现为典型的单峰宽峰曲线,且整个生长季均存在微弱的夜间液流,一般表现为逐渐减小,特别是在晴天,且晴天的变幅显著大于雨天.除生长季中期雨天夜间液流平均速率显著高于晴天,生长季初期及末期雨天与晴天的差异并不显著.生长季内,夜间树干补水总量为11.03 mm,占总蒸腾量的7.22％;5月份的树干补水量最大(4.19mm),其他月份的树干补水量明显减小,在0.9-1.7mm的范围波动.但不同月份间的补水贡献率存在明显差异,表现为生长季末期(9、10月)＞初期(5月)＞中期(6-8月).相关分析表明,日补水量与各气象因子关系不大,仅与降水量显著正相关(P＜0.05),与土壤含水率、日间蒸腾量、日蒸腾总量极显著正相关(P＜0.01).夜间补水的月蒸腾贡献率与月均土壤含水率、月均气温、月均日间蒸腾量、月总蒸腾量等显著相关(P＜0.05);而夜间补水的日蒸腾贡献率与日最高气温、日均气温、日间蒸腾量、日均饱和水汽压差、日总蒸腾量、日均太阳辐射强度、日最低气温、日均空气相对湿度、日降水量、土壤含水率等极显著相关(P＜0.01),经逐步回归分析建立了日补水量蒸腾贡献率与环境因子的多元线性模型.     

大连4种城市绿化乔木树种夜间液流活动特征

夜间液流有助于树木物质运输及其体内水分的补充(water recharge), 它不仅对植物的生长发育具有重要的生理生态学意义, 而且对大尺度植物蒸腾耗水的估算可能产生重要影响。2008年6月1日至8月31日, 以热扩散探针(thermal dissipation probe, TDP)技术对大连市劳动公园内的雪松(Cedrus deodara)、大叶榉(Zelkova schneideriana)、丝棉木(Euonymus bungeanus)和水杉(Metasequoia glyptostroboides) 4种乔木树种的不同径阶样木树干边材液流进行了测定, 并结合同步土壤水分与小气候观测结果分析了树木夜间(18:00至次日5:00)液流特征。实验结果表明, 树木普遍存在可感夜间液流, 夜间液流总量占观测期液流总量的比例在样木个体间呈现显著差异, 其变化范围为0.44%-75.96%; 观测期雨天夜间液流波动活跃, 显著高于晴天, 其单日夜间液流总量可持平, 甚至高于日间液流。相关分析表明: 水汽压亏缺(vapor pressure deficit, VPD)和风速的变化与夜间蒸腾显著相关, 它们能够较好地解释液流变化(R² > 0.6); 树木夜间液流主要用于夜间蒸腾和自身水分补充, 夜间液流现象主要发生在前半夜, 后半夜液流平稳且极接近0, 夜间液流量与相应的日间流量(R² = 0.356, p = 0.00)及胸径(R²_Spearman > 0.80)显著相关, 说明植物本身的结构和生理特点也是影响树木夜间液流的重要因子。单株样木夜间液流占全天总蒸腾量的比例低于14.4%, 如不考虑夜间液流的影响, 根据日间液流通过尺度扩展推算的森林生态系统年蒸腾量可能偏低。     

马占相思夜间树干液流特征和水分补充现象的分析

研究马占相思树干的夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量、冠层气孔导度估算的准确度,同时可以深化对冠层蒸腾与树干液流所代表的日蒸腾之间时滞现象的认识。在广东鹤山马占相思林,采用热扩散探针法测定液流密度,同步测定主要的环境因子,从不同的时间尺度分析其树干夜间水分补充现象。结果表明:与白天相比较,夜间马占相思液流密度较小;夜间液流密度的变化幅度旱季比雨季大,树干夜间水分补充的主要时间段是前半夜;年内各个月份夜间水分补充量之间没有显著差异,它与环境因子之间相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅的回归曲线拟合较好;干季夜间补充的水分对总蒸腾量的贡献与白天蒸腾量、总的蒸腾量、水蒸气压亏缺(VPD)、光合有效辐射(PAR)以及大气温度(T)显著相关;湿季夜间补充的水分对总蒸腾量的贡献与白天蒸腾量、总蒸腾量显著相关。     

黄土丘陵区辽东栎和刺槐树干液流时滞效应与蒸腾特征的关联性

运用Granier热扩散探针法,于2016年7-9月对半干旱黄土丘陵区天然次生林树种辽东栎和人工林树种刺槐的树干液流进行连续测定,并同步监测气象因子和土壤含水量,用错位相关法分析液流通量密度与空气水汽压亏缺日变化的时滞长度,研究2个树种不同径级个体在不同土壤水分条件下液流通量密度与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:辽东栎和刺槐液流通量密度的日变化节律与气象因子显著相关,空气水汽压亏缺峰值的出现较辽东栎树干液流通量密度滞后118.2 min,较刺槐树干液流通量密度滞后39.5 min;而光合有效辐射的峰值通常滞后于辽东栎12.4 min,提前于刺槐68.5 min.液流通量密度和空气水汽压亏缺的时滞长度与树种和土壤含水量显著相关,辽东栎、刺槐在土壤含水量较高时段的时滞长度分别大于土壤含水量较低时段32.2和68.2 min.时滞长度与径级的相关性整体上未达到显著水平,但在土壤含水量较低时段小径级刺槐的时滞长度大于大径级21.4 min,差异达到了显著水平.两树种液流通量密度与空气水汽压亏缺之间的时滞效应反映了对蒸腾驱动因子的敏感性,较好的土壤水分条件有利于液流通量密度提早达到峰值,较低土壤水分会导致树干液流对气象环境因子响应的敏感性降低;刺槐树干液流受土壤水分的影响更显著.     

黄土丘陵区辽东栎树干液流特征对边材面积和土壤水分的响应

运用Granier热扩散探针法对半干旱黄土丘陵区不同胸径辽东栎进行树干液流测定,并对太阳辐射、空气温湿度、降水量、土壤水分等环境因子进行同步观测,分析不同土壤水分条件下不同胸径辽东栎的树干液流变化特征及其对环境因子的响应.结果表明:辽东栎液流日变化特征总体上与太阳辐射和空气水汽压亏缺呈相同趋势,但液流峰值出现时间早于两个气象环境因子的峰值时间.同一树木个体在土壤水分条件较高时期的树干液流通量高于土壤水分较低时期.在相同土壤水分条件下,大径级样本液流通量显著高于小径级样本.采用指数饱和曲线函数对液流通量与太阳辐射和空气水汽压亏缺以及两因子的综合指标进行拟合,效果良好,可以反映液流通量对气象环境因子的响应规律.不同胸径辽东栎在不同土壤水分条件下的拟合曲线特征和拟合参数差异表明,在土壤水分较高时段,液流通量可快速上升至饱和值;在土壤水分较低时段,液流通量上升缓慢.小径级样本对土壤水分变化的反应更加剧烈.单位空气水汽压亏缺的日液流通量值(日液流通量与空气水汽压亏缺的比值)在两种土壤水分条件下的比值与边材面积呈线性相关,且小径级样本的斜率高于大径级样本,说明小径级样本对土壤水分的变化较为敏感,在土壤含水量较低时段,大径级样本较厚的导水组织对土壤水分供应不足起到了缓冲作用.     

不同灌溉条件下杨树人工林蒸腾过程及环境响应

研究不同土壤水分阈值灌溉下毛白杨(Populus tomentosa)生长季蒸腾与环境因子的关系, 对于科学制定毛白杨高效水分管理策略至关重要。该研究以毛白杨人工林为研究对象, 设置不同灌溉处理: 充分灌溉(DF, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-18 kPa时灌溉)、控水灌溉(DC, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-45 kPa时灌溉)和无灌溉(CK, 空白对照)。采用热扩散技术, 对毛白杨生长季树干液流通量进行连续观测, 并同步监测太阳辐射(SR)、空气温度(T_a)、空气湿度(RH)、土壤体积含水率(SWC)和风速(WS)等环境因子。结果显示: 1)不同灌溉处理下毛白杨树干液流通量日变化趋势相似, 呈现单峰型, 并存在显著的夜间液流活动。灌溉处理不会影响树干液流的启动时间, 但会造成树干液流峰值时间出现差异, 充分灌溉会使液流峰值到达时间提前。灌溉会增大毛白杨蒸腾量, 毛白杨的蒸腾量随着土壤水分灌溉阈值的减小而增大。2)毛白杨树干液流密度与SR和空气水汽压亏缺(VPD)存在明显的时滞现象, 树干液流通量变化提前于VPD, 而滞后于SR。不同灌溉处理对时滞现象无显著影响。3) 3个处理下, 蒸腾与VPD、SR及SWC具有显著正相关关系, 与风速具有显著负相关关系, 且对气象因子的响应程度不同。综上所述, 灌溉能够有效调节人工林水分生理对环境因子的适应过程, 但增加灌溉未必会造成蒸腾相应增加。根据林分蒸腾需水和自然降雨的关系, 生长季前期(该研究为4-7月)进行灌溉有利于毛白杨人工林水分生理活动的进行。     

降雨减少对刺槐树干液流特征的影响

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响。为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象,在减雨样地林分行间布设人工减雨板减少约47%的降雨输入,采用Granier型热扩散探针测定树干液流动态,并同步监测太阳辐射、空气温度、相对湿度、降雨事件和土壤含水量等环境因子,分析了树干液流对减雨处理及季节性土壤水分变化的响应特征。结果表明：减雨处理显著降低了刺槐液流通量密度标准化值,处理第3年标准化液流通量密度显著低于对照样地;减雨样地刺槐标准化液流日变化峰值时间早于对照样地,表明减雨样地刺槐较早实施了气孔调节,改变了其与气象因子的时滞时间;标准化液流通量密度响应蒸腾驱动因子的拟合方程参数值在样地间呈极显著差异,显示减雨样地刺槐响应气象因子的敏感性有所降低。降雨量的改变不仅影响林地土壤水分状况,还会对刺槐蒸腾耗水及其对环境因子的响应产生影响。     

黄土丘陵区两典型造林树种生长季树干直径微变化动态及其影响因素

运用DC3型高分辨率树干直径变化记录仪和Granier热扩散探针,对黄土丘陵地区两典型树种辽东栎和刺槐生长季的树干直径微变化和树干液流动态进行连续监测,并同步观测主要环境因子(土壤含水量、太阳辐射、空气温度和相对湿度),分析两树种树干的直径微变化动态特征与蒸腾耗水的关联性及其对环境因子的响应。结果表明: 两树种树干直径和液流通量密度呈现明显的昼夜变化规律,直径日最大收缩量与日均液流通量密度呈显著正相关,树干直径在日尺度上的微变化受当日蒸腾耗水量的影响。对树干直径日最大收缩量和蒸腾驱动因子进行线性拟合,结果显示,树干直径日变化量与主要气象环境因子(日均太阳辐射、日均空气水汽压亏缺、整合变量VT)呈显著正相关。回归曲线斜率表明,辽东栎树干直径日变化量大于刺槐,其直径对气象环境因子的敏感度更大。两树种液流通量密度在较高土壤水分时段高于土壤含水量较低时段,在不同土壤水分条件下辽东栎树干直径日最大收缩量差异显著,刺槐未达到显著水平,这些差异可能与两树种蒸腾调节和树干水分补充等用水策略有关。     

Nighttime sap flow of Acacia mangium and its implications for nighttime transpiration and stem water storage

Aims Nighttime sap flow of trees may indicate transpiration and/or recharge of stem water storage at night. This paper deals with the water use of Acacia mangium at night in the hilly lands of subtropical South China. Our primary goal was to reveal and understand the nature of nighttime sap flow and its functional significance.Methods Granier's thermal dissipation method was used to determine the nighttime sap flux of A. mangium. Gas exchange system was used to estimate nighttime leaf transpiration and stomatal conductance of studied trees.Important findings Nighttime sap flow was substantial and showed seasonal variation similar to the patterns of daytime sap flow in A. mangium. Mean nighttime sap flow was higher in the less precipitation year of 2004 (1122.4 mm) than in the more precipitation year of 2005 (1342.5 mm) since more daytime transpiration and low soil water availability in the relatively dry 2004 can be the cause of more nighttime sap flow. Although vapor pressure deficit and air temperature were significantly correlated with nighttime sap flow, they could only explain a small fraction of the variance in nighttime sap flow. The total accumulated water loss (E L) by transpiration of canopy leaves was only ~2.6–8.5% of the total nighttime sap flow (E t) during the nights of July 17–18 and 18–19, 2006. Therefore, it is likely that the nighttime sap flow was mainly used for refilling water in the trunk. The stem diameter at breast height, basal area and sapwood area explained much more variance of nighttime water recharge than environmental factors and other tree form features, such as tree height, stem length below the branch, and canopy size. The contribution of nighttime water recharge to the total transpiration ranged from 14.7 to 30.3% depending on different DBH class and was considerably higher in the dry season compared to the wet season.     

植物夜间液流的发生、生理意义及影响因素研究进展

植物夜间液流是指在夜间通过植物根、茎、叶的液流量。通过对不同物种、生境条件和生态系统的野外观测,发现植物普遍存在夜间液流现象。阐述了夜间液流的大小和组成,并从夜间液流的生理意义、影响因素以及生态水文效应方面对已有的研究进展进行了综述和分析。夜间液流占到全天液流量的比例一般为5%—20%。夜间液流包括夜间的茎干补水和夜间的蒸腾作用两个过程,但是目前没有确切的研究或技术将两个过程区分开来。虽然总体上夜间液流占全天液流量的比例较少,但是夜间液流的储水作用和蒸腾作用对植物生长有重要的生理意义:夜间储水作用提高了夜间茎干水势,减少了木质部栓塞化的形成,加强了植物对干旱环境的适应;而蒸腾作用在营养物质和氧气的运输,以及水力提升等方面有重要的作用。影响夜间液流的因素较多,气象因素是主要的环境驱动因子,而土壤水分对夜间液流的影响与生境有关;夜间液流还受到物种和生境条件的影响。由于夜间液流的发生,对不同尺度的生态水文过程产生了影响。未来的研究可进一步探索在全球气候变化条件下,夜间液流与植物生理过程的关系,定量评估夜间液流对生态水文过程的影响,深入研究夜间液流对环境变化的响应。     

永定河沿河沙地杨树人工林蒸腾耗水特征及其环境响应

杨树是我国北方最常见的人工造林树种之一。一直以来在干旱、半干旱地区,速生杨树用材林和生态防护林的耗水问题备受关注。研究不同生长发育阶段杨树人工林蒸腾耗水及其对各环境因子的响应对于实现杨树人工林可持续经营具有重要价值。采用树干液流法结合微气象观测系统和土壤水分观测,在2010—2011年对位于北京南郊大兴林场、林龄为13a的杨树人工林林分蒸腾耗水和环境因子进行了同步观测,以期能够探究该林分的蒸腾耗水及其对环境因子的响应。结果表明,树干液流密度(Js)日变化呈明显的单峰曲线,单株样木耗水量随着胸径的增加而增大。在半小时尺度上,单株树木Js与浄辐射(Rn)、饱和水气压差(VPD)存在时滞,这种时滞现象随土壤水分条件不同而变化。林分蒸腾耗水总量在2010和2011年生长季内分别为113.7 mm和174.8 mm,占同期降雨的30.2%和36.9%,与该杨树人工林前期研究相比,随着林龄的增长2010—2011年的蒸腾量呈减小趋势。日尺度上,该人工林蒸腾耗水与净辐射(Rn)、饱和水汽压差(VPD)和土壤体积含水率(SWC)显著相关,在不同土壤水分条件下Rn与林分蒸腾的相关关系发生变化,而VPD过高会对林分蒸腾产生抑制。林分月蒸腾和年总蒸腾主要取决于同期降雨量,因此,降雨年际差异较大时,蒸腾的年际变化也相应较大。     

高温天气植被蒸腾与遮荫降温效应的变化特征

开展城市中不同树种植被遮荫与蒸腾降温效应的量化研究是科学优化植被温度调控服务的重要基础。以南京市栖霞区某小型绿地单元为研究区,对高温晴朗天气下不同树种典型植株树干液流进行了观测,采用"单位叶面积上的平均液流速率×叶面积指数"的扩展方法实现了由单株到林分尺度上冠层蒸腾量与蒸腾降温效应的估算,并根据林上、林下太阳辐射值计算了不同树种与整个绿地单元的遮荫降温效应,进而阐明了蒸腾与遮荫降温对总降温效应贡献率的变化特征。研究结果表明:1)3个树种树干液流均呈现昼高夜低的变化趋势,树干液流通常在6:00左右启动,正午前后达到峰值,且存在明显的"午休"现象,而在同一树种内树干液流会随着胸径的增大而显著增大;2)林分尺度上的冠层蒸腾量与蒸腾降温效应均为杨树雪松香樟,杨树峰或谷出现的时间(11:00—19:00)均明显晚于雪松(10:00—15:00)和香樟(9:00—16:00);3)3个树种遮荫降温效应总体上与太阳辐射的日变化规律基本一致,但树种间日平均降温效应的差异较小;4)3个树种与整个小型绿地单元的总降温效应在夜间均非常微弱,且全部为蒸腾降温,而在白天遮荫对总降温的贡献率(60%—75%)则明显高于蒸腾降温(25%—40%)。     

不同树高对荷木液流密度、整树蒸腾量和时滞的效应

人工林面积不断增大,这不仅能解决由于森林砍伐引起的一系列社会问题,而且还对解决水土保持、二氧化碳减排等环境问题起到重要作用。了解人工林的生长特性和蒸腾效率,对植被生长、恢复和管理有着重要意义。为此,该研究连续监测了华南地区12棵不同高度荷木人工林的液流密度,对样树以高度划分等级,采取错位相关法分析不同高度等级胸高处液流与冠层蒸腾的时滞效应。结果表明:气候环境相同时,所有样树胸高处液流日格型相似;荷木林蒸腾量优势木中间木劣势木,所有树木湿季月蒸腾量大于干季月蒸腾量;不同高度等级之间时滞差异显著,劣势木时滞50min,优势木和中间木时滞20min;所有样树干湿季时滞差异不显著,同一高度级两季节时滞差少于10min。这些说明:在干季华南地区土壤水分仍然相对较充足,植物输水阻力没有受到土壤水分降低和长距离水分传导的影响;中间木和优势木时滞短,水力阻力小,蒸腾量大并占据着林段的有利资源;劣势木长势低矮,时滞长,导管阻力大,蒸腾量少,光合作用需要的水热资源少,所以回馈根部的营养物质少,不均衡的营养循环使得林段分化愈明显,劣势木将逐渐从林段中被淘汰。该文指出在荷木人工林生长后期,对于长势低矮,生命力极弱的劣势木应定期砍伐,这样能增加优势木和中间木对光照及水分等有利资源的分配,提高林分质量,增加林地生产力。     

Water relations in silver birch during springtime: How is sap pressurised?

• Positive sap pressures are produced in the xylem of birch trees in boreal conditions during the time between the thawing of the soil and bud break. During this period, xylem embolisms accumulated during wintertime are refilled with water. The mechanism for xylem sap pressurization and its environmental drivers are not well known.
• We measured xylem sap flow, xylem sap pressure, xylem sap osmotic concentration, xylem and whole stem diameter changes, and stem and root non‐structural carbohydrate concentrations, along with meteorological conditions at two sites in Finland during and after the sap pressurisation period.
• The diurnal dynamics of xylem sap pressure and sap flow during the sap pressurisation period varied, but were more often opposite to the diurnal pattern after bud burst, i.e. sap pressure increased and sap flow rate mostly decreased when temperature increased. Net conversion of soluble sugars to starch in the stem and roots occurred during the sap pressurisation period. Xylem sap osmotic pressure was small in comparison to total sap pressure, and it did not follow changes in environmental conditions or tree water relations.
• Based on these findings, we suggest that xylem sap pressurisation and embolism refilling occur gradually over a few weeks through water transfer from parenchyma cells to xylem vessels during daytime, and then the parenchyma are refilled mostly during nighttime by water uptake from soil. Possible drivers for water transfer from parenchyma cells to vessels are discussed. Also the functioning of thermal dissipation probes in conditions of changing stem water content is discussed.

     

基于热扩散技术的梭梭树干液流特征研究

利用TDP热扩散式茎流计,结合自动气象站,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,建立了生长季梭梭树干液流与环境因子的关系,估算出梭梭群落的日、季耗水量。结果表明:(1)液流速率日变化主要为单峰曲线,夏季偶有出现双峰曲线,不同季节间的液流速率大小差异显著,夏季树干液流启动早,峰值出现早,夜间持续有微弱的液流;(2)梭梭树干瞬时液流速率与风速、净辐射、空气温度、饱和水汽压亏缺值等因素呈显著正相关,与实际水汽压和空气湿度呈极显著负相关,影响梭梭树干瞬时液流速率变化的关键因子是净辐射和饱和水汽压亏缺值是导致树干液流速率瞬时变化的关键因子;(3)梭梭树干日均液流速率与净辐射、空气温度、实际水汽压、土壤含水率和土壤温度等呈极显著正相关,与空气湿度等呈极显著负相关,与风速相关性不显著,影响梭梭日均液流速率变化的关键因子是净辐射、饱和水汽压亏缺和空气温度。