辽西农林复合系统中杨树液流速率与气象因子的时滞效应

应用Granier热扩散探针(TDP)对辽西农林复合系统中杨树的树干液流速率进行连续观测,并同步观测微气象因子.将杨树液流速率与对应的空气温度、空气湿度、净辐射和饱和水汽压差数据进行逐行错位分析,探讨晴天下杨树树干液流速率与气象因子之间的时滞效应.结果表明:杨树的液流速率提前于空气温度、空气湿度和饱和水汽压差,而滞后于净辐射;6—9月,杨树液流速率分别提前于空气温度70、30、50、90min,空气湿度80、40、40、90min,饱和水汽压差90、50、70、120min;而滞后于净辐射10、10、40、40min.对综合气象影响因子与杨树液流速率进行回归分析,包含与不包含时滞效应的相关度均达到极显著水平,决定系数分别为0.903和0.885,包含时滞效应的决定系数提高了2.04%,从而提高了液流速率数值模拟的精度.     

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。     

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭树干液流的时滞特征

应用Granier热扩散探针测定民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林的树干液流,将液流与饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)数据分别进行逐行错位分析,探讨树干液流与环境因子之间的时滞效应.结果表明: 梭梭日液流速率呈现明显的季节变化,6月平均液流速率最大,8月平均液流速率最小.生长季(5-9月)梭梭树干液流与光合有效辐射、饱和水汽压差存在明显的时滞,树干液流滞后于PAR 80 min,提前于VPD 114 min,且不同月份的时滞长短存在差异.尽管梭梭树干液流在日尺度上更加依赖于PAR的变化,但在白天,树干液流与饱和水汽压差间有更紧密的关系.梭梭生长季树干液流与VPD或PAR之间的时滞与树形因子(株高、地径、50 cm处直径、枝下高、冠幅)及夜间液流量的相关性均不显著.     

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey)Bunge)树干液流特征及其对环境因子的响应

利用Grainer热扩散式探针法(TDP)连续测定民勤绿洲荒漠过渡带生长季梭梭树干液流,并同步测定外界环境因子。研究了6—11月份不同直径梭梭树干液流日、季变化及其与外界环境因子的相关性。结果显示:(1)随月份的递增,不同直径梭梭树干液流通量(SV)晴天日变化波峰区逐渐缩减。并且在6—8月份,不同直径SV均表现出明显的"宽峰型"现象,且晴天SV明显高于阴、雨天;(2)随季节变化,不同直径梭梭SV波动性较大,直径越大其波动性越高;而梭梭SV未表现出随直径增大液流通量越大的现象;(3)6—11月梭梭树干耗水量先增后降,7月达最高峰,且直径越大,梭梭总耗水量越大;(4)梭梭树干液流与环境因子相关程度受不同天气、时间尺度的影响较大,晴天相关性略高于阴、雨天。空气温度、净辐射、饱和水汽压差是影响梭梭树干液流的主要气象因子。0—100cm土层以上0—250cm根幅区土壤水分对树干液流影响最显著。(5)同比古尔班通古特沙漠梭梭生长季(5—10月)总耗水量458—1044kg以及日均耗水量1.8—6.4kg/d,整个生长季(6—11月)民勤绿洲荒漠过渡带梭梭的总耗水量495—1232kg、日均耗水量为2.0—8.3 kg/d,两者耗水量近似。利用TDP技术测定梭梭耗水量具有一定的可靠性。     

辽西农林复合系统中杨树冠层导度特征

利用Granier热扩散式探针法对辽西杨树-玉米复合系统的杨树树干液流进行连续测定,并对环境因子(空气温度、空气湿度、净辐射、风速、土壤温度和土壤湿度)进行同步观测,结合Penman-Monteith方程计算冠层导度值.结果表明:研究区杨树冠层导度日变化呈“单峰型”曲线,季节变化表现为波动式下降趋势;冠层导度随着饱和水汽压差增加呈负对数下降,5-9月,冠层导度对水汽压差变化的敏感性逐渐下降;冠层导度与太阳辐射呈正相关关系;太阳辐射越大,冠层导度曲线下降幅度越大.不同月份,相同环境因子与冠层导度的相关程度不同.从整个生长季来看,与冠层导度相关性最显著的环境因子是饱和水汽压差.     

紫玉兰树干液流对北京市综合环境变量的响应

2008年4-10月,为明确典型城市绿化树种紫玉兰耗水特征的影响因素,研究了紫玉兰树干液流对北京市空气温湿度、辐射、风速、土壤温度和含水量、降雨等环境因子的响应.结果表明:影响紫玉兰树干液流的8个环境因子可分为蒸发需求因子(EDI)、土壤因子和降水因子3类,其中,EDI(大气温度、空气相对湿度、总辐射、风速和水汽压亏缺)是影响紫玉兰树干液流的关键因子,可以解释紫玉兰树干液流变化的60%,且紫玉兰树干液流对EDI的响应方式呈S型曲线,液流达到最大值后,即使光照和蒸发需求增加,液流也不再增加;土壤因子(土壤温度和土壤含水量)和降水因子(降水量)对紫玉兰树干液流的影响很小.     

马占相思树干液流与光合有效辐射和水汽压亏缺间的时滞效应

应用Granier热消散探针测定华南丘陵马占相思的树干液流,将液流与对应的光合有效辐射和水汽压亏缺数据列分别进行逐行错位分析和时间序列分析,探讨树干液流与蒸腾驱动因子之间的时滞效应,并对结果进行互相验证.结果表明:马占相思树木蒸腾主要驱动因子是光合有效辐射和水汽压亏缺,树干液流的变化更多地依赖光合有效辐射的变化,而且干季的依赖性比湿季更强;无论是干季还是湿季,树干液流都滞后于光合有效辐射,提前于水汽压亏缺;时滞效应季节差异显著;不同径级马占相思的时滞效应差异不显著;树高、胸径、冠幅并不能解释树干液流与光合有效辐射、水汽压亏缺之间的时滞效应;干季树干液流与水汽压亏缺之间的时滞效应与夜间水分补充量显著相关,湿季则相反.     

黄土丘陵区刺槐树干液流动态分析

2009年4月14日—10月10日,利用热扩散式液流探针(thermal dissipation probe,TDP)对延安市燕沟流域刺槐生长期树干边材液流进行连续监测,并同步监测光合有效辐射、气温、空气相对湿度、风速和降雨量等气象因子.结果表明:刺槐树干液流流速日变化呈单峰曲线,且不同季节液流的日动态变化存在明显差异.叶芽期(4月)液流启动时间在12:00左右,液流达到峰值的时间为18:00左右;5—8月液流启动时间提前到5:30—7:30,液流达到峰值的时间提前至15:00左右;9月以后,液流启动时间在8:00左右,液流达到峰值的时间提前至11:30—13:00.树干液流流速月平均值总体上呈"低-高-低"趋势,其中,4月的平均液流流速最小,为0.000549cm.s-1,8月最大,为0.002610cm.s-1.树干液流速率与气象因子密切相关,其相关性程度依次为:温度水汽压亏缺光合辐射强度相对湿度风速,且可用光合辐射强度和水汽压亏缺线性表达式来估测,其多元线性回归模型达到极显著水平(P0.001).     

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.     

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。     

不同时间尺度下华北落叶松人工林冠层蒸腾与环境因子的关系

在半干旱区连续2年监测华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树干液流、气象因子和土壤体积含水量,分析不同时间尺度下人工林冠层蒸腾与环境因子的关系。结果表明：不同时间尺度下,华北落叶松人工林冠层蒸腾的季节变化均呈单峰曲线,即先增大后减小的趋势;2016年、2017年日蒸腾量分别为1.58 mm/d和1.71 mm/d,生长季蒸腾总量分别为241.30 mm和260.97 mm。在日尺度下,气温、太阳辐射强度和饱和水汽压差是影响华北落叶松人工林冠层蒸腾主要环境因子;月尺度下,气温、风速、降水和土壤水分是冠层蒸腾的主要影响因子;冠层蒸腾与降水、大气相对湿度的相关关系由日尺度下的负相关到月尺度的正相关,相关性增强。总体来看,随时间尺度由小到大,气温、风速、大气相对湿度、降水、土壤水分对冠层蒸腾的影响作用增大,而太阳辐射强度、饱和水汽压差的作用减弱;在未来增温增雨趋势下,研究区生长季将延长,华北落叶松人工林冠层蒸腾量可能会加大。     

甘肃石羊河流域人工种植长穗柽柳树干液流量变化规律研究

采用SF200热脉冲液测定仪对人工种植长穗柽柳的树干液流进行连续监测;利用管式-时域反射仪测定长穗柽柳根区附近3m深土壤含水量,并用自动气象站对太阳辐射,空气温度,相对湿度,风速等主要气象因子进行同步监测,基于上述试验数据,分析长穗柽柳树干液流量的日季变化规律及与环境因子的关系。结果表明,人工种植环境下,霜冻对长穗柽柳树干液流量的影响较大,随着时间的推移,长穗柽柳日液流量可能会因环境因子的变化而上下波动,但总体上是逐渐减少的趋势;气象因子对长穗柽柳日液流量的影响依次为：太阳辐射〉气温〉空气水汽压差〉大气相对湿度〉风速。     

华北山区侧柏冠层气孔导度特征及其对环境因子的响应

冠层气孔导度(g_s)是衡量冠层-大气界面水汽通量的重要生物学常数,研究其特征及对环境因子的响应,能为开展森林冠层水汽交换过程的机理性研究提供理论依据.于2014年利用SF-L热扩散式探针测定了侧柏的树干液流密度(J_s),同步监测光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)、气温(T)等环境因子,计算侧柏的冠层气孔导度特征并分析其对各环境因子的响应.结果表明: 侧柏液流密度的日变化总体呈双峰曲线,生长季高于非生长季,且胸径越大液流密度越大;冠层气孔导度日变化与单位叶面积冠层蒸腾(E_L)趋势相近,均呈双峰曲线,生长季的冠层气孔导度和蒸腾较非生长季略高.侧柏冠层气孔导度与空气温度呈抛物线关系,在10 ℃左右冠层气孔导度达到峰谷;光合有效辐射以400 μmol·m^-2·s^-1为界,小于该阈值两者呈正相关关系,大于该阈值则冠层气孔导度受其影响较小;与饱和水汽压差呈负对数函数关系,随饱和水汽压差增大而逐渐降低.较高的空气温度和光合有效辐射、较低的饱和水汽压差有利于侧柏形成较大的冠层气孔导度,进而促进冠层蒸腾.     

北京山区侧柏林冠层-大气蒸腾导度模拟及环境因子响应

蒸腾导度模型是衡量冠层-大气界面水汽输出的重要阻力模型,研究其特征及对环境因子的响应,为揭示森林冠层-大气界面水汽输出阻力机制提供理论依据。以首都圈森林生态系统定位观测研究站侧柏林为研究对象,采用TDP热探针法测定侧柏林树干液流密度,同步监测光合有效辐射、饱和水汽压差、气温、风速等主要环境因子,分析冠层导度和空气动力学导度的动态变化,构建冠层-大气蒸腾导度模型并模拟,明确冠层-大气蒸腾导度对各环境因子的响应关系。结果表明:蒸腾导度季节变化表现为非生长季与冠层导度趋势一致,生长季与空气动力学导度趋势一致,全年均为单峰趋势。冬季蒸腾导度与冠层导度保持较稳定差值(45 mol m^(-2 )s^-1左右),其他季节蒸腾导度与冠层导度、空气动力学导度的最大差值,均在各季节冠层导度、空气动力学导度的峰值水平。全年日均蒸腾导度冬季最大(86.92 mol m^(-2 )s^-1),其他季节较小且稳定(40—50 mol m^(-2 )s^-1之间)。在非生长季各环境因子对蒸腾导度的影响与对冠层导度的影响基本一致,温度为主要影响因子(r=-0.198),其他环境因子影响较小(r<0.1);在生长季中风速为主要影响因子(r=0.488),光合有效辐射(r=0.228)和饱和水汽压差(r=-0.299)的影响明显升高,温度的影响降低(r=0.114)。蒸腾导度模型较好的模拟了冠层-大气界面侧柏蒸腾不同季节的变化规律,阐明了各环境因子和冠层导度、空气动力学导度对蒸腾导度的影响机制,证实在生长季应重视空气动力学导度对蒸腾的影响。     

花棒液流变化规律及其对环境因子的响应

在西北干旱沙区,采用茎流热平衡技术对花棒主茎、一级分枝和二级分枝液流进行研究.结果表明,在整个生长季内液流速率日变化曲线峰型表现各异,但在短时间段内其液流速率日变化有较强的规律性.主茎和一级分枝液流速率的曲线在生长季中期出现了剧烈动荡,在生长季末期到达最大值后同一数值维持较长时间;二级分枝的液流量在生长季初期出现了“昼低夜高”、生长季中期的液流量低于6、9月份液流量;主茎和一级分枝单日液流量的最大值出现在7月份,分别为5 781.6 g和3 180 g,二级分枝的最大值出现在9月份(480 g).日液流量大小依次为主茎>一级分枝>二级分枝,而液流通量在整个生长期内表现比较复杂.通过对同时观测的气象因子的分析,表明在整个生长季影响花棒液流速率的主导因子是土壤含水率,而在一个较短的时间段内,光照强度、气温和水汽压亏缺则是影响花棒液流速率的主导因子.     

福建长汀土壤严重侵蚀区马尾松树干液流对台风天气的响应

在台风天气应用热扩散技术对福建长汀土壤严重侵蚀区的马尾松树干液流进行测定,结果显示:台风带来的高强度降雨和大风抑制了马尾松的蒸腾作用;台风降雨并未提高植物的可利用水分;台风前后马尾松的光合作用和水分生理活动无明显差异;台风过程中与马尾松树干液流密度极显著相关(P<0.01)的环境因子有太阳辐射、空气温度和水汽压亏缺,晴天时则为空气温度、太阳辐射、相对湿度和水汽压亏缺。研究表明,台风没有增加植物的可利用水分,也未对马尾松的生理活动产生破坏作用。     

半干旱区城市环境下油松林分蒸腾特征及其影响因子

在城市环境下,由于不透水地面面积的增加,土壤-植物-大气之间水汽循环减弱,水汽调节能力差,因而研究城市树木蒸腾对环境因子的响应对于城市进行合理的水汽调节具有重要意义。于2017年生长季,在内蒙古呼和浩特市区树木园内选择58年生油松(Pinus tabulaeformis Carr.)作为研究树种,采用热扩散法测定其树干液流,并同步监测气象因子和土壤含水量变化,利用彭曼公式计算冠层气孔导度。结果表明:(1)生长季内,油松林分蒸腾存在明显日、月变化,晴天天气下林分蒸腾日变化呈单峰曲线,月林分蒸腾量5月最大,其次是7月、8月、6月和9月,分别为20.96、19.89、18.09、17.25 mm和7.49 mm。(2)油松林分蒸腾与饱和水汽压差、太阳总辐射、土壤含水量和风速均存在极显著相关关系(P0.01),太阳总辐射、饱和水汽压差和土壤含水量是影响林分蒸腾的主要环境因子(R~2=0.47、R~2=0.31和R~2=0.16),风速对林分蒸腾的影响程度最小(R~2=0.12);不同降雨量对林分蒸腾的影响作用不同,10 mm以上的日降雨量对油松林分蒸腾作用明显。(3)除环境因子外,油松叶片气孔通过响应环境变化控制蒸腾作用,当饱和水汽压差1.5 kPa时,叶片气孔对饱和水汽压差的响应更敏感;当太阳总辐射250 W/m~2时,叶片气孔对蒸腾起促进作用,超过该阈值,叶片气孔关闭从而抑制树木蒸腾。     

毛乌素沙地中间锦鸡儿整株丛的蒸腾特征

中间锦鸡儿(Caragana intermedia)是一种优良的防风固沙灌木。有关其蒸腾作用的测定研究多是通过对单叶或小枝蒸腾速率的测定值推算整株丛的蒸腾耗水。该研究选择在中间锦鸡儿株丛的主根安装“热扩散探针”来测定整株丛的蒸腾耗水。结果表明: 中间锦鸡儿整株丛液流量的日变化可划分为4个阶段: 1)液流量迅速上升阶段(8:00~11:30), 其液流量占全天液流量的21.21%; 2)液流量最高而相对稳定阶段(12:00~18:00), 液流量占全天液流量的58.84%; 3)液流量迅速降低阶段(18:30~21:00), 液流量占全天液流量的10.62%; 4)液流量最低而稳定阶段(21:30~次日8:00), 液流量占全天液流量的9.32%。从所观测的中间锦鸡儿整株丛液流量的日变化可以看出: 在午间(12:00~14:00), 中间锦鸡儿整株丛蒸腾虽因环境因子的影响(如云朵遮阴)会发生较小的波动, 但并没有出现明显的“午休”现象, 而是保持相对稳定的高蒸腾速率。环境因子对中间锦鸡儿整株丛液流量影响的强弱次序依次为: 太阳辐射>空气温度>水蒸气压亏缺>空气相对湿度>土壤温度>风速。液流量对环境因子变化的响应存在着明显的时滞现象。根据所测大、中、小3个中间锦鸡儿整株丛树干液流量数据, 计算出一个中等大小(株高为110 cm, 冠幅为0.6 m², 叶片总干重为51.82 g)的中间锦鸡儿整株丛在测定时间内的日蒸腾耗水量为2.2 kg · d^-1。