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。     

晋西黄土区辽东栎、山杨树干液流比较研究

于2009年生长季(4—10月),应用TDP (Thermal Dissipation Probe) 热扩散探针技术,并结合同步测定的太阳辐射、大气温度、空气饱和水汽压差及大气相对湿度等气象因子,分析了晋西黄土区15年生辽东栎、山杨树干液流的昼夜变化及季节变化规律,建立了液流速率与气象因子的关系模型。结果表明：辽东栎和山杨树干液流速率昼夜变化显著,4月份和7月份峰值出现的时间不一致。4月份两个树种的峰值出现在清晨或夜间,而7月份树种树干液流速率于中午前后达到高峰。4月份两个树种夜间的树干液流速率明显大于白天,山杨的树干液流于中午前后接近于零。4月份,辽东栎和山杨树干液流速率的峰值分别为2.808 cm/h和1.188 cm/h,最小值为0.218 cm/h和0 cm/h,日平均液流速率为1.440 cm/h 和0.516 cm/h; 7月份,辽东栎和山杨树干液流速率的峰值分别为12.276 cm/h和 20.448 cm/h,最小值为0.144 cm/h和0.288 cm/h,日平均液流速率为3.656 cm/h 和6.328 cm/h。7月份阴雨天时,辽东栎的液流速率峰值较晴天小,日平均液流速率是晴天的0.95倍,对山杨是0.75倍。4月份两树种树干液流速率的月平均值最低,只有1.106 cm/h和0.626 cm/h;6月份达最高值5.112 cm/h和8.214 cm/h,分别是4月份的4.62倍和13.12倍。生长季(4—10月)的林分林木总蒸腾耗水量对于辽东栎林为201.14 mm,山杨林为56.43 mm,辽东栎林为山杨林的3.56倍。统计分析表明,影响树干液流速率的主要因子对辽东栎是大气温度和太阳辐射,对山杨是太阳辐射和空气饱和水汽压差。     

荔枝树干液流速率与气象因子的关系

采用热扩散茎流仪于2011—2012年连续监测‘桂味’荔枝树干液流速率,将所得数据和果园内自动气象站观测数据一起进行对比分析,建立了液流速率与气象因子的关系模型。实验结果表明:(1)树干液流速率日变化呈现"昼高夜低"的规律。季节变化有呈现"先高后低"的趋势,整体上以果实发育期和成熟期(5—7月)液流速率较高。2011年年平均液流速率明显大于2012年;(2)树干液流速率日变化在晴天时多呈单峰曲线,且振幅较大;在雨天呈多峰曲线,且振幅较小。总体上,晴天平均液流速率约是雨天的两倍;(3)回归分析表明,在一定范围内,树干液流速率与太阳辐射强度、空气温度呈正相关,与空气湿度呈负相关。影响液流速率最重要的气象因子在晴天是空气温度,在雨天是太阳辐射。     

黄土高原半干旱区刺槐生长盛期树干液流动态

通过研究树干液流速率与气象因子的关系,可以定量地分析树木生长与群落蒸腾耗水的相互关系,揭示黄土高原半干旱区刺槐水分利用动态及其适应环境因子的内在机理,为当地生态环境建设提供理论依据。应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年7月1日至7月26日,在黄土高原半干旱区安塞县对刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林生长盛期树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等指标进行了同步测定。刺槐生长盛期树干液流速率晴天日变化呈宽峰形曲线,在测量时期液流速率日平均值为0.00133cm·s–1;刺槐树干单位边材面积的液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。其相关程度绝对值顺序为光合有效辐射大气温度水汽压差相对湿度风速;刺槐边材面积与胸径之间存在着显著的线性相关关系,相关系数为0.878,单位边材面积的液流速率随树干胸径的增大而减小。     

干旱荒漠区银白杨树干液流动态

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2012年7月1日至7月25日,在克拉玛依地区农业开发区对银白杨(Populus alba L.×P.talassica)人工林树干液流速率进行了连续测定,并对气象、土壤水分等指标进行了同步测定。结果表明:7月份的晴天银白杨树干液流速率日变化呈单峰型,阴天呈多峰型,在测量时期液流速率日平均值为0.6059 L/h;银白杨树干单位边材面积的液流速率与太阳总辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。其相关系数绝对值顺序为太阳总辐射>大气温度>水汽压差>相对湿度>风速;银白杨边材面积与胸径之间存在着显著的线性相关关系,相关系数为0.834,单位边材面积的液流速率随树干胸径的增大而减小。     

黄土高原水蚀风蚀复合区几种树木蒸腾耗水特性

利用PT茎流仪、LI-6400光合测定系统和LI-1400气象工作站对黄土高原水蚀风蚀复合区河北杨、小叶杨和山杏3种树木生长季节树干液流特征、叶片蒸腾速率及其环境因子进行测定.结果表明:典型天气3种树种树干液流昼夜节律明显,夜晚有微弱的稳定的树干液流存在,单双峰规律不明显,3树种树干液流启动和停止时刻基本一致,树干液流速率启动时间为7:00左右,停止时间为20:40左右;3树种平均树干液流速率分别为(3.65±0.40)kg · h-1、(2.22±0.21)kg · h-1、(1.63±0.13)kg · h-1,日单株蒸腾耗水量分别为(49.29±5.42)kg、(30.64±2.92)kg、(22.19±1.73)kg;阴雨天气对树木蒸腾耗水影响较大;树干液流与环境因子日变化规律相吻合,树干液流启动和停止特征时刻滞后于各环境因子对应的特征时刻,但滞后时间长短不一,而峰值特征时刻则早于各环境因子对应的特征时刻;树干液流与光合有效辐射、大气温度、土壤温度及风速呈显著正相关,与大气相对湿度呈显著负相关,环境因子与树干液流速率相关性依次排序为:光合有效辐射＞大气温度＞大气相对湿度＞土壤温度＞风速.     

辽西北沙地樟子松树干液流的变化特征及其影响因素

树干液流是量化植物蒸腾耗水的基本指标。本研究于2015年5—10月采用FLGS-TDP热扩散式树干液流计对辽西北半干旱区的沙地樟子松树干液流进行连续观测,同时结合林内小气候观测系统,探讨樟子松树干液流的动态变化特征及其影响因素。结果表明:树干液流速率和日累积量均为晴天阴天雨天,树干液流速率变化均呈"倒U"型,晴天时出现"光合午休"现象;不同月际间(5—10月),树干液流速率与月累积量为7月6月8月5月9月10月;不同季节间,树干液流启动时间夏季比秋季早1 h左右,且树干液流速率夏季秋季。树干液流受气象因子的影响较大,其中光合有效辐射、空气温度、饱和水汽压差(VPD)和风速与树干液流呈显著正相关,空气相对湿度则相反;土壤温度和含水量对树干液流的影响较为复杂,随时间(月际)、天气状况(阴天、晴天和雨天)和土层深度(5、10、20、40和100 cm)的变化而变化,其中,生长季期间和不同月际间(5—10月)、表层土壤温度(0~10 cm)与树干液流均呈显著正相关,深层土壤(20~100 cm)则相反;生长季前(5月)和生长季末期(10月),树干液流随土壤水分的增多而增加,生长季期间(6—9月)则相反,树干液流随土壤含水量的增加而减弱。     

山合欢树干液流的季节变化

于2011-2012年干湿季典型月份,应用热扩散式探针法(TDP)对元谋干热河谷乡土树种山合欢进行了树干液流连续监测,并对周围气象要素、土壤水分等进行同步测定,结果表明:(1)山合欢树干液流存在明显“昼高夜低”的变化规律;(2)在湿季不同天气条件下,山合欢树干液流速率存在明显差异,晴天液流均值、峰值约为阴天2.8和2.4倍,雨天的7.5和7.8倍,3种天气中液流启动时间晴天比阴天早约3h,比雨天早约4h;(3)在晴天,山合欢南边液流速率均明显高于北边;而雨天或者无阳光时,南北方位液流速率基本相同;(4)比较山合欢干、湿季典型晴天树干液流峰值、均值、启动时间以及液流通量可知,湿季液流启动时间均早于干季1.5h左右,液流高峰时间段长于干季,峰值和均值约为干季的1.9和2.3倍;湿季液流通量明显高于干季,约为干季的2.3倍.(5)山合欢液流速率与光合辐射强度、大气温度、水汽压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度则呈极显著负相关(P＜0.001),气象因子与山合欢树干液流流速的相关性大小依次为:光合有效辐射＞水汽压亏缺＞大气温度＞相对湿度＞风速.     

新疆阿克苏干旱区富士苹果树干液流动态变化研究

选择新疆阿克苏干旱区富士苹果为研究对象,利用TDP茎流计连续测定苹果树干液流,并用自动气象站同步记录环境因子变化,探讨环境因子对树干液流的影响。结果显示:液流速率连日的变化过程是一个最大值不同的正弦曲线,夜间液流速率降低,白天液流速率上升;晴天液流速率呈明显的单峰曲线,阴天液流速率表现为多峰或双峰曲线,不论是晴天还是阴天,苹果在夜间仍然有微弱的活动,这种现象可能与新疆阿克苏地区的地理位置和气候有关;在苹果主要生长季内,树干液流速率(Fs)与大气温度(Ta)、太阳辐射(Rn)、相对湿度(RH)有较好的复相关关系(R2=0.93*),且影响苹果树液流速率Fs的最主要气象因子为大气温度Ta;苹果生长季内耗水总量为4 059.64L,并以7月耗水量最大(765.34L),占耗水总量的18.85%。研究表明,TDP径流计能够精确测定生长季内苹果茎干的液流速率与耗水量,且在干旱区影响苹果茎干液流变化的主要环境因子依次是大气温度、太阳辐射、相对湿度。     

白桦树干液流的动态研究

应用热扩散原理,采用ICT－2000TE（Transpiration-Environment)自动监测系统,对东北东部山区的先锋树种白桦的树干液流及主要环境因子进行一个生长季的同步测定。结果表明,在整个生长季的晴天,白桦树干液流的日变化呈现明显的单峰曲线。液流速率的峰值出现在8月中旬,为84.72L/d。在白桦树叶脱落后,仍有较高的液流速率,而到10月中旬急剧下降,值为3.84L/d。在不同生长时期白桦每小时的液流速率与相应的环境因子逐步回归分析结果表明,影响白桦液流速率的主要环境因子是空气温度、空气相对湿度和辐射强度,在不同时期三者的作用是不同的。     

干旱胁迫下胡杨茎流日变化分析——以塔里木河下游英苏断面为例

用PHYTALK植物生理生态监测系统对塔里木河下游英苏断面胡杨的茎流和相关环境因子的日变化进行了监测.结果表明:在极端干旱区塔里木河下游的胡杨茎流日变化表现多峰值,且夜晚仍保持一定流速;主枝与侧枝茎流日变化趋势相似,主枝流速高于侧枝;侧枝对环境变化响应更加灵敏,波动强烈,主枝相对侧枝,茎流变化响应迟钝且有明显滞后效应;茎流变化受太阳辐射、风速和大气温度影响明显,而其它环境因子如空气湿度、土壤湿度等影响则不大,气温与叶温表现出极佳相关性,气温与空气湿度呈显著负相关;同时,日变化中,不同时段起主导作用的因子不尽相同.     

不同木材结构树干液流对比研究

采用热扩散法,对东北东部山区代表主要木材解剖构造的水曲柳和樟子松树干液流密度动态特征进行研究,并同步测定光合有效辐射、气温、空气相对湿度、风速、土温、土壤容积含水量等因子。结果表明,水曲柳和樟子松在生长季不同时期晴天的树干液流密度日进程一般为单峰型,水曲柳日最高液流峰值为430.53 cm3.cm-2.h-1,明显高于樟子松(142.43 cm3.cm-2.h-1)。晚上及凌晨液流量占全天比例在生长季结束后,明显增加,其他时期低于20%,说明水曲柳和樟子松存在根压。水曲柳和樟子松树干液流密度变化呈单峰曲线,平均液流密度分别为12.26、6.49 cm3.cm-2.h-1。影响树干液流密度日变化的主导因子为光合有效辐射和水汽压亏缺,二者对主导因子敏感度相当。     

5种阔叶树的光合生理生态特性研究

对核桃楸、水曲柳、黄波罗、紫椴和白桦的光合生理生态特性研究表明,随着幼叶成长、叶绿素含量的增加,各树种光合能力与硝酸还原酶活力也增加．晴天,白桦与水曲柳光合曲线呈双峰,其余３树种呈单峰,阴雨数日转睛后,白桦与水曲柳光合曲线呈单峰,其余３树种呈双峰;阴天,５个树种光合曲线均与光照曲线相似．幼叶成长过程中硝酸还原酶活力与光合速率呈正相关;各树种的光合速率除受光的影响外,空气相对湿度是光能利用的限制因子．     

马占相思树干液流特征及其与环境因子的关系

运用Granier热消散式探针法对华南丘陵退化荒坡植被恢复先锋树种马占相思(Acaciamangium)树干液流密度进行长期连续观测,并对其周围环境因子如空气温度、空气相对湿度、土壤相对湿度、光合有效辐射和总辐射进行同步观测。通过分析发现马占相思边材厚度与胸径存在显著线性相关关系;马占相思树干液流密度最大值与边材面积具显著相关关系;马占相思树干东、南、西、北4个方位测得的液流密度具显著差异,且各方位相互之间均有显著相关关系;马占相思树干液流每天到达峰值与光合有效辐射和水蒸气压亏缺到达峰值存在一定的时滞,这两个时滞与树高无关,个体间时滞差异在湿季较小,干季较大;干湿季液流平均值和最大值具显著差异,湿季蒸腾水量大于相同时间内干季蒸腾水量;液流的变化与空气温度、空气相对湿度、光合有效辐射、总辐射、水蒸气压亏缺等环境因子的变化具显著相关关系,按相关程度排序为:光合有效辐射>总辐射>水蒸气压亏缺>空气相对湿度>空气温度。     

基于稳定同位素和热扩散技术的张北杨树水分关系差异

利用稳定氢同位素和热扩散技术研究张北防护林杨树的水分来源和蒸腾耗水,分析确定未退化与退化杨树的水分关系差异.结果表明:在生长季节中退化杨树主要利用0～30 cm土壤水分,未退化杨树主要利用30～80 cm土壤水分,两者的水分来源不同.旱季时,未退化杨树利用深层土壤水分和地下水的比例明显高于退化杨树.雨季中,杨树对0～30 cm土壤水分的利用比例增加,退化杨树增加幅度明显高于未退化杨树,对30～180 cm土壤水分的利用比例均减少.未退化杨树的液流速率大于退化杨树,不同天气中液流速率表现出相似的变化趋势,但未退化杨树液流的启动时间比退化杨树早.相关分析表明,未退化和退化杨树液流速率与土壤温度、风速、太阳辐射、相对湿度、空气温度均呈极显著的相关关系.退化杨树液流速率与土壤温度和空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素呈显著正相关,而未退化杨树仅与空气相对湿度呈极显著负相关,与其他因素均呈显著正相关关系,表明退化和未退化杨树蒸腾耗水易受环境条件的影响.退化杨树液流日累计量明显小于未退化杨树,表明其蒸腾耗水量较少;退化杨树水分来源浅,蒸腾耗水的减少并不能阻止林分退化.     

毛竹液流特征及其与环境因子的关系

运用Dynamax液流测量系统监测浙江庙山坞自然保护区毛竹液流的日变化,采用型号为EQ-15的土壤水势仪监测0～100cm土层的土壤水势,利用自动气象站同步监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速等气象因子。结果表明:晴朗天气条件下毛竹液流的日变化过程呈现单峰曲线,具有显著的昼夜变化规律,且变幅大;阴雨天气时液流日变化过程呈双峰或多峰曲线,而且日均液流速率和日液流量均低于晴朗天气,变化较平缓;不同径阶毛竹液流速率波动规律相同,但径级较大毛竹的日均液流速率和液流量较大一些。当0～100cm土层土壤水势在-13～-10kPa时,毛竹液流速率与土壤水势相关性不显著,但当土壤水势低于-200kPa左右时,液流速率和土壤水势呈正相关,土壤水分含量成为限制液流速率的主要因子之一;相关性分析表明,边材液流速率与空气温度、空气相对湿度、光合有效辐射、总辐射、水蒸气压亏缺呈极显著正相关,与空气相对湿度呈极显著负相关。太阳辐射、气温、空气湿度、风速等环境因子作自变量,以液流速率作因变量,经过逐步回归,建立了液流速率与环境因子的多元线性模型。     

干旱区枸杞树干液流变化特征及其影响因素

树干液流作为植物蒸散作用的水分来源,是植物水分消耗的直观量化监测指标,利用包裹式树干液流监测技术获取干旱区枸杞全生育期树干液流实时数据,分析了不同时间尺度树干液流变化特征及各气象要素对树干液流的影响,为明晰枸杞耗水规律及其影响因素提供了重要的佐证。结果表明:枸杞的树干液流量昼夜差异较大,白天液流量是夜间的10倍左右;晴天液流速率、日累积量及变化幅度均大于阴雨天气,晴天液流速率变化曲线且呈宽峰型,在06:30左右启动较阴天提前30min;夏季树干液流启动时间为6:00比秋季提前1h左右,夏季的峰值123g/h。盛果期液流速率最大10.32g/h,营养生长期最小1.35 g/h;6—8月旺盛生长季,平均日耗水1388.3g/d,5—11月全生育期日均耗水1102.7g/d;树干液流速率与太阳辐射、空气温度均呈极显著正相关关系,与相对湿度呈负相关关系;枸杞树干液流(F)与太阳辐射(S)、温度(T)、相对湿度(H)及饱和水汽压(VPD)符合方程F=41.5+0.167S-0.563H+1.36T-9.67VPD(R~2=0.6547)。     

不同灌溉量对塔克拉玛干沙漠腹地梭梭水分生理特性的影响

利用热平衡式茎流计和压力室，对不同灌溉量下塔克拉玛干沙漠腹地防护林植物梭梭的水分生理特性进行了测定.结果表明：梭梭茎干液流的日变化曲线随着灌溉量的不同而有所差异，灌溉量为每次每株35和24.5 kg条件下，茎干液流日变化曲线呈单峰型，且变幅较大，灌溉量为每次每株14 kg条件下，其日变化曲线为双峰型，变化较平缓；随着灌溉量的减少，梭梭日平均液流速率逐渐降低，其日单株耗水量也随之降低；随着灌溉量的减少，梭梭的清晨水势和午后水势逐渐降低, 且茎干液流速率与总辐射、空气温度、相对湿度和风速的相关性均增强，但不同灌溉量下，其与总辐射的相关性都最强.     

花棒茎流对降雨的响应

干旱半干旱区植物生理过程的水分响应依赖于降雨强度和频率,研究典型沙生植物对降雨的响应有助于预测未来气候条件下荒漠生态系统的结构和功能变化.2012和2013年花棒生长季,在宁夏盐池采用包裹式茎流仪对花棒茎流进行连续观测,分析茎流在晴天和雨天的变化特征及其对不同降雨事件的响应.结果表明: 雨天的花棒日茎流量低于晴天.晴天,茎流日变化呈“几”字型宽峰曲线,与太阳辐射和相对湿度呈正相关;雨天,茎流日变化呈多峰曲线或者一直处于极低状态,与太阳辐射和空气温度呈正相关.降雨不仅可以通过影响当天太阳辐射、空气温度、饱和蒸汽压差和相对湿度影响花棒茎流通量,还通过调控土壤含水量影响降雨后的茎流通量.降雨量<20 mm时,降雨前后茎流通量差异不显著;降雨量>20 mm时,降雨后的茎流通量比降雨前有显著提高.高土壤含水量不仅能够提高茎流通量,并且能够提高茎流通量对太阳辐射、饱和水汽压差和空气温度的响应敏感性.     

祁连山青海云杉树干液流密度的优势度差异

以祁连山排露沟小流域青海云杉林为研究对象,选取有代表性的优势木、亚优势木、中等木和被压木各3—5株,2015年6月16日至10月14日应用热扩散技术对不同优势度青海云杉树干液流密度进行测定,并同步测定相关的林外气象因子。结果表明:(1)青海云杉液流密度呈昼高夜低趋势,晴天液流密度变化幅度较大,而阴雨天变化幅度较小。(2)晴天树木优势度越大,其液流在日内的启动越早,结束越晚,峰值也越大;优势木的平均液流密度为(0.0758±0.0475)m L cm~(-2)min~(-1),是亚优势木的1.5倍,是中等木和被压木的1.68倍。(3)青海云杉平均液流密度基本呈现6月份最大,其次是8月份,9、10月份明显减小,且优势木亚优势木中等木被压木。(4)相关性分析和逐步回归表明,青海云杉日均液流密度与太阳辐射强度、饱和水气压差和空气温度呈正相关关系,与空气相对湿度和降雨量呈负相关关系。影响优势木、亚优势木和中等木液流密度的主要气象因子是太阳辐射强度,被压木液流密度主要受空气相对湿度的影响。