基于整树称重法的Granier经验公式对毛白杨树干液流测定的适用性

为了评估Granier经验公式在树干液流测定中的适用性,以毛白杨为对象,利用热扩散式探针法(TDP)测定树木的液流速率,以整树称重法进行同步测定,对比分析Granier经验公式在毛白杨树干液流测定中是否存在误差,并对整树称重法测定的蒸腾速率与热扩散法测定的温差系数K进行幂指数回归拟合,建立校正的Granier公式。结果表明:与整树称重法测定的蒸腾速率相比,通过Granier经验公式计算的液流速率低估了67.7%;建立了毛白杨的Granier校正公式F_d=0.0135K^0.6952(R²=0.77),校正后Granier公式的计算结果与整树称重法测定的蒸腾速率相比仅降低了3.4%,具有较好的一致性。因此,采用Granier经验公式计算毛白杨树干液流速率需进行校正。     

间断加热模式下热扩散技术在侧柏树干液流测定中的适用性

为了评估热扩散式探针法中的间断加热模式在侧柏树干液流速率测定中的适用性,提高树木蒸腾耗水测定的准确性,本研究选取侧柏为对象,以整树容器称重法测定值为基准,采用热扩散树干液流测定技术,设置3种不同的加热模式: 60 min/0 min(持续加热模式)、30 min/30 min(30 min加热30 min冷却的间断加热模式)、10 min/50 min(10 min加热50 min冷却的间断加热模式),分析不同加热模式处理下温差的梯度特征。同时构建间断加热模式下Granier校正公式,并进行有效性验证分析其误差大小。结果表明: 间断加热模式计算的液流速率与整树容器称重法测定的蒸腾速率日变化规律一致,且间断加热模式能够迅速升温、降温并趋于稳定。Granier原始公式计算的液流量较小,与称重法相比,降低了61.3%;经拟合后,10 min/50 min校正液流速率公式: F_d=0.0177K^0.9457(R²=0.88),30 min/30 min校正液流速率公式: F_d=0.0378K^1.3146(R²=0.85)。利用新的公式重新计算的侧柏液流速率较称重法测定的蒸腾速率差异较小,且10 min/50 min校正公式计算的液流速率较蒸腾速率的误差更小,降低了5.9%,可以表达出真实的液流速率。在实际应用中,采用10 min/50 min的间断加热模式能够降低自然温差的影响,减少功耗,准确反映侧柏的真实液流速率。     

基于侧柏液流的测定对Granier原始公式系数进行校正

为研究Granier原始公式计算单株树木蒸腾耗水量的准确性,以侧柏作为研究对象,采用热消散方法测定在15、30、50、70和90cm水柱高度形成不同压力梯度下的树干液流通量密度,并以称重法作为对照,利用回归分析方法拟合称重法测定的液流通量密度与热消散法测定的树干液流温差系数(K值),进而建立校正公式.结果表明:基于侧柏校正的Granier公式为Fd=0.0115K0.5581(R2=0.8319).与称重法测定的液流通量密度相比,校正的Granier公式计算的结果略高(6.70±0.02)％,而Granier原始公式计算的则低估(78.53±0.04)％.由此可知,采用校正的Granier公式计算侧柏的液流通量密度具有较高的精度.     

热消散法(TDP)在5种竹子蒸腾耗水测定中的适用性评价

为评价热消散法在竹子蒸腾耗水测定中的适用性,利用室内离体竹段注水变压法结合野外整株容器称重法对Granier 公式进行了验证和系数校正,同时观察了5 种竹子(毛竹Phyllostachys edulis、粉单竹Bambusa chungii、青皮竹B. textilis、茶秆竹Arundinaria amabilis、龙头竹B. vulgaris)的茎秆维管束结构。结果表明,茎秆维管束分布不均,维管束发育程度从竹壁外向内逐渐成熟,输水能力也逐渐增强。液流密度(F_d)和液流指数(K)呈幂函数关系,相关系数R²>0.83,说明热消散探针方法能较好地估算竹类的液流密度。用整株容器称重法对推导出的液流密度公式进行校正,校正后的液流密度公式与原始Granier 公式中各系数均不同,尤其是α 值。分别采用校正前后公式计算的竹子日蒸腾量差异显著,尤其是一天中液流高峰时段(午间)的差异最大。因此,只要对热消散探针方法准确验证、校正Granier 原始公式系数,TDP 技术是估计竹类植物水分利用的一种适宜方法。     

热消散探针在粉单竹液流研究中的应用

通过对计算树干液流密度的Granier经验公式进行试验验证和校正,比较不同长度的热消散探针(TDP)测量粉单竹液流的结果,探讨TDP在粉单竹液流研究中的适用性,并与邻近生长的常见树种荷木的液流日变化进行比较分析.结果表明:由于粉单竹的竹壁较薄、解剖结构异质性较高,10 mm探针可能低估粉单竹的液流密度,8和5 mm探针监测的液流密度值较准确.粉单竹液流密度平均值和日变化格局的偏度均大于荷木,而夜间荷木的液流活动比粉单竹活跃,说明粉单竹的夜间补水不如荷木.以TDP探针研究竹子的液流是可行的,但应用于不同竹种之前,必须对Granier经验公式进行有效的验证和校正.     

应用Granier热消散探针(TDP)法测定树木的木质部液流:理论与实践

Granier热消散探针法是目前研究树木生理生态和森林水文最常用的测定整树水分利用的方法之一.然而,已有的相关综述文献中,还没有专门介绍利用Granier热消散探针研究木质部液流的综述文章.本文重点介绍了Granier热消散探针测定系统的理论基础,对有关该探针的校准和改进的最新研究进展进行了综述,并还深入探讨了零液流信号值的确定、自然热梯度、损伤效应、液流的逆格型和将木质部液流密度外推至整树蒸腾耗水量等重要的实际问题.     

应用Granier热消散探针（TDP）法测定树木的木质部液流：理论与实践

Granier热消散探针法是目前研究树木生理生态和森林水文最常用的测定整树水分利用的方法之一。然而,已有的相关综述文献中,还没有专门介绍利用Granier热消散探针研究木质部液流的综述文章。本文重点介绍了Granier热消散探针测定系统的理论基础,对有关该探针的校准和改进的最新研究进展进行了综述,并还深入探讨了零液流信号值的确定、自然热梯度、损伤效应、液流的逆格型和将木质部液流密度外推至整树蒸腾耗水量等重要的实际问题。     

应用热扩散法测定香蕉树蒸腾速率

香蕉树植株高大,一般采用间接方法确定耗水量,但所得结果受土壤、大气和农艺措施等因素的影响较大.本文于2005年11月15日—12月5日在温室内采用热扩散法（即Granier法）测定香蕉树的茎液流,并与用数字天平（称重法）测定的香蕉树蒸腾速率进行对比试验. 结果表明,Granier法测定的日茎液流量与称重法测定的日蒸腾量相差4％.Granier法测定的茎液流速率一般滞后于称重法确定的蒸腾速率1 h左右.当日蒸腾量小于0.05 L·m^-2（活性叶面积）时,Granier方法不能测定茎液流量.Granier传感器一般在安装2～3 d后即可正常工作,同时在多株植株上安装Granier传感器取其平均流速值计算蒸腾量可以明显减小测量误差.     

应用热扩散法测定香蕉树蒸腾速率

香蕉树植株高大,一般采用间接方法确定耗水量,但所得结果受土壤、大气和农艺措施等因素的影响较大.本文于2005年11月15日—12月5日在温室内采用热扩散法（即Granier法）测定香蕉树的茎液流,并与用数字天平（称重法）测定的香蕉树蒸腾速率进行对比试验. 结果表明,Granier法测定的日茎液流量与称重法测定的日蒸腾量相差4％.Granier法测定的茎液流速率一般滞后于称重法确定的蒸腾速率1 h左右.当日蒸腾量小于0.05 L·m^-2（活性叶面积）时,Granier方法不能测定茎液流量.Granier传感器一般在安装2～3 d后即可正常工作,同时在多株植株上安装Granier传感器取其平均流速值计算蒸腾量可以明显减小测量误差.     

不同长度热消散探针测定粉单竹(Bambusa chungii)液流的差异分析和原位验证

由于竹壁较薄,测定液流时安装常规长度(20 mm)的TDP探针易穿破竹壁。与木材的热传导不同,暴露于竹腔内的部分上探针的热量以辐射形式消散,加之竹壁水分传导分子的分布不均匀,导致液流密度的测定值不准确。因此,不少学者主张选用较短的探针,然而,对于改短探针的应用缺乏必要的户外原位验证。本文分析自制的5、8和10 mm的TDP探针原位测定粉单竹液流的适用性和理论依据。结果表明:新建立的液流密度公式与Granier原始经验公式的参数α值的差异较大,主要原因是竹腔的储热效应导致上探针周围温度偏高,竹秆水分含量较低,热消散系数(h0)较小,上探针周围的热量囤积致使上下探针的温差较大;此外,探针的安装方式也影响液流密度的测定结果,是导致相同长度探针测定粉单竹液流密度值明显差别的重要因子。本文通过分析探针周围介质的h0的变化,较合理地解释了这些差异的原因。     

基于侧柏蒸腾量分析Granier经验公式的测量精度

为了解Granier热扩散法测定树木蒸腾耗水量的精度,2010年5-6月采用热扩散探针测定盆栽侧柏的液流量,并以整树盆栽称重法作为对照.结果表明:热扩散法测定侧柏南、北两个方位的树干液流速率与称重法测定的蒸腾速率均具有良好的线性关系(R2 ＞0.825).侧柏南、北两个方位的树干平均日液流量分别比平均日蒸腾量低10.6％和15.1％,但未达到显著水平.尽管昼夜温差较大会造成侧柏日液流量小于日蒸腾量,但采用Granier热扩散法测定侧柏的蒸腾量在日尺度上具有较高的可靠性.     

柠条主根液流测定中ΔT_(max)与气象因子间的关系及时间步长的确定

上下两探针间温差的最大值(ΔTmax)是运用Granier方法计算树木液流速率的重要参数,确定这一参数的关键是选择合适的时间步长。运用TDP(Thermal Dissipation Probe)技术在对柠条(Caragana korshinskii)主根部液流速率(Fs)及主要环境要素进行实时、连续监测的基础上,比较分析了2008年4—10月间30d典型晴天日柠条根部液流的变化特征,结果表明,柠条根部液流测定中ΔTmax值的频率分布于夜间22:00—6:00的整个时间段,并主要集中在午夜前后的4h(占52.63%),其中ΔTmax在0:00频率最高。ΔTmax分布时刻与环境要素的相关性不明显,夜间液流的主要驱动力是体内与根系间的水势差而非大气因子。午间柠条主根液流最为旺盛,上下两探针间最小温差(ΔTmin)的频率分布峰值主要集中于10:00—16:00时段,其中以14:00的分布频率最高。ΔTmin频率的分布在13:00有一低谷,而此刻又是主要环境变量太阳辐射最高值(PYmax)与潜在蒸发散最大值(ET0max)分布频率最高的时刻,反映了午间气孔行为对液流的调控。太阳辐射是启动午间气孔行为的主要环境因子。Granier公式计算液流速率时适宜的时间步长为1周。     

毛白杨茎干夜间液流时空动态及其环境影响因子

为了更深入地理解树木茎干夜间水分活动机制,该研究针对华北平原典型杨树(Populus spp.)人工林夜间液流和茎干充水的时空动态及其环境影响因子进行探究。该研究以雨养条件下毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,在不同生长时期,利用热扩散法对茎干不同高度处液流速率进行连续监测,对土壤含水率以及气象因子进行同步测定,对比不同时期各高度夜间液流动态及其与环境因子的相关关系。结果显示:雨季前,茎干0.35和1.30m处夜间液流占日总液流量的比例显著高于雨季后,而雨季后茎干7.00 m处夜间液流占比提高了49%。雨季前,茎干各高度处夜间液流速率同步性较高,且随茎干高度增加逐渐递减。雨季后,夜间用水主要来源由根系吸水转变为下部茎干储水,基部夜间液流速率降低66%,不同高度夜间液流的空间特征也发生变化。雨季前后, 4.00–7.00 m茎段为茎干充水的主要发生部位,平均日充水量达4.16 L,而1.30–4.00 m茎段充水量明显低于其他高度茎段,可能主要发挥输水功能。水汽压亏缺、气温和3m深土壤含水率对雨季前后各高度处夜间液流均有显著的正向驱动作用,但这种驱动作用在雨季后明显减...     

Granier树干液流测定系统在马占相思的水分利用研究中的应用

介绍了Granier热消散探针在树干液流测定中的工作原理,并利用该系统长期监测广东鹤山马占相思林14株样树的液流密度,分析了树木个体内和个体之间液流密度的差异、整树和林段水分利用的量化特征.由于树木边材结构以及周围微环境的差别,树木内和个体间的液流密度差异非常明显,变异系数的平均值分别为15.51%-37.26%、37.46%-50.73%.尽管液流密度的差异较大,但同一株树木不同方位的液流密度之间却呈现明显的线性相关（p＜0.0001）,这是重要的特征值,使得只需测定某一方位的液流密度经尺度外推计算整树和林段蒸腾成为可能.树木液流对环境因子响应的变化规律取决于所参照的时间尺度,日变化主要受光辐射、水汽压差等气候因子的控制,而土壤水份对液流的季节变化影响较大.形态特征明显影响树木的液流,高大树木由于边材较厚、树干粗壮和冠幅较宽而承载较多的辐射能量,因而水分蒸腾较高.对树木液流密度在径向和方位上进行适当的整合,可较准确地计算整树和林段蒸腾.由液流估测的马占相思整树和林段蒸腾的结果显示,该群落的水分利用在时间和空间上均有明显的分化.     

三倍体毛白杨不同方位树干边材液流特性研究

利用热扩散式边材液流探针(TDP)和多种气象、土壤因子传感器组成的全自动气象站,于生长季对三倍体毛白杨速生纸浆林不同方位树干边材液流及环境因子进行了系统观测分析,以揭示不同方位三倍体毛白杨边材液流的差异性、相互关系及其对环境因子的响应.结果表明,(1)不同方位树干边材液流速率日变化规律相似,晴天呈"双峰型",阴天和雨天呈"单峰型";晴天和阴天树干东、南、西、北4个方位间树干液流速率差异不显著(P>0.05),而雨天东向液流速率(0.906 cm/s)显著大于南向(0.267 cm/s);(2) 三倍体毛白杨各方位液流速率间呈极显著正相关,通过东、西、北3方位与南方位建立的回归方程也达到极显著水平;(3) 三倍体毛白杨边材液流变化受太阳辐射、空气温度、空气相对湿度、风速和土壤温湿度等环境因子的影响,但不同天气条件、不同时段和不同方位影响的主导因子不同;(4) 三倍体毛白杨具有明显的夜间液流特性,晴天、阴天、雨天夜间累计液流密度分别占全天累计液流密度的18.84%、19.13%、40.77%.     

华南地区裸子植物与被子植物季节性水分利用的比较研究

为了解气候温暖区的裸子植物与被子植物的水分利用异同,利用Granier热消散探针法(TDP)连续监测华南地区裸子植物池杉(Taxodium ascendens)、落羽杉(T. distichum)和被子植物枫香树(Liquidambar formosana)、乐昌含笑(Michelia chapensis)的树干液流,对干湿季裸子植物与被子植物水分利用的差异及其与环境因子的关系进行了研究。结果表明,光合有效辐射和水汽压亏缺与树木的整树蒸腾速率和整树日均耗水量呈显著正相关;干季池杉和落羽杉的整树蒸腾速率与整树水力导度均显著低于枫香树和乐昌含笑;而在湿季则正好相反。这为华南地区园林造景和养护管理提供了科学依据。     

马占相思林冠层气孔导度对环境驱动因子的响应

利用Granier热消散探针在2003年10月测定了广东鹤山丘陵地马占相思林14株样树的树干液流,同时监测林冠上方的光合有效辐射、空气湿度和气温,结合树木的形态和林分的结构特征,计算马占相思的整树蒸腾(E)、林分总蒸腾(E_t)以及冠层平均气孔导度(g_c),分析树形特征与整树水分利用的关系、冠层气孔导度对光合有效辐射(PAR)和空气水汽压亏缺(D)的响应.结果表明,整树蒸腾与胸径(P＜0.0001)、边材面积(P＜0.0001)和冠幅(P=0.0007)以自然对数的形式、与树高(P=0.014)以幂函数的形式呈现显著正相关.冠层气孔导度最大值(g_cmax)随D的上升呈对数函数下降(P＜0.0001),对光合有效辐射的响应则呈双曲线函数增加(P＜0.0001).液流测定系统能提供连续和准确的整树和林分蒸腾速率值,经严格数学推导公式计算,最终可求出冠层气孔导度,是研究森林水分利用与环境因子相互关系的有效方法.     

北方四种城市树木蒸腾耗水的环境响应

2008年6-8月,以大连市劳动公园内雪松、大叶榉、水杉和丝棉木4种树木作为研究对象,采用热扩散探针（TDP）法对其树干边材液流进行了连续动态测定,并同步测定了土壤水分与小气候等环境因子.结果表明：观测季节内,树木所处立地条件下不存在水分胁迫,树木液流与土壤湿度相关性不显著（R²<0.05,P>0.211,n=1296).4种样木白天液流速率与太阳辐射变化存在“时滞”现象,液流速率的相关系数(R²)在0.624～0.773(P=0.00,n=1296),其影响主要集中在5：00-8：00和18：00-20:00辐射骤变期间（R² >0.700,P<0.05).水汽压亏缺(VPD)是影响样木夜间蒸腾的主要因子(R²>0.660,P<0.05,n=1872),与全天液流速率的R²值在0.650.～0.823(P=0.00,n=1296),以VPD建立的统计模型可以解释90%以上全天液流的变化(P=0.00).风速与树木液流呈极显著相关关系,但R²值 小于前两者(R²<0.380,P=0.00,n=1296).此外,树木液流的环境响应存在饱和现象.     

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.     

马占相思夜间树干液流的分配及其对整树蒸腾估算的影响

采用Granier热消散探针测定了马占相思(Acacia mangium)的树干液流,结合Li-6400光合测定系统测定的夜间叶片气孔导度和蒸腾,将夜间液流区分为夜间树干水分补充和叶片气孔蒸腾。叶片的蒸腾作用微弱,因此,夜间液流主要用于补充贮水部位的水分亏缺。马占相思夜间水分补充量年内和年际的变化不明显,树形特征的差异是解释夜间水分补充量变化的重要因子,夜间水分补充量对于整树蒸腾量的贡献因季节和树木径级的不同而有明显变化,但对整树总蒸腾量计算造成的误差可以忽略。