华北山区核桃液流变化特征及对不同时间尺度参考作物蒸散量的响应

核桃是华北山区重要的经济树种,但该地区水资源紧缺,因此研究核桃液流耗水变化及其对气象因子的响应对于加强核桃水分管理、确定水分承载力具有指导意义。2008—2010年连续3个生长季节观测分析了华北山区核桃单株液流变化特征,研究了不同时间尺度(日尺度、月尺度)核桃液流与气象因子、参考作物蒸散量(ET0)的关系,并利用2009—2010年数据建立了拟合方程,在此基础上用拟合方程的估算值与2008年液流实测值进行了对比验证。结果表明:核桃液流具有明显的时间变化特征,最大液流量出现在5、6月份,2008—2010年生长季节(4—9月份)核桃液流量分别为893.23 L、854.88 L和841.77 L,日平均液流量分别为4.96 L、4.75 L和4.68 L。液流年际差异主要是由年降雨量引起。核桃液流与不同时间尺度下气象因子、ET0均有较好的相关性,且随着时间尺度的增加,二者间的相关性变大。利用2009—2010年液流实测值与气象因子、ET0建立的拟合方程,对2008年液流值进行了拟合,并与实测值进行了对比验证,发现不同时间尺度下液流拟合值与实测值均具有较好的一致性。在不能实现对液流进行连续观测的情况下,可以结合当地的气象资料、ET0等因子,利用建立的拟合方程对树木液流进行估算,弥补缺失的数据,具有较高的精确性,可用于指导当地核桃水分管理。     

华北平原银杏人工林蒸腾耗水特性及其环境响应

2019年4月1日—10月31日, 利用Granier热扩散探针监测银杏树干液流密度的动态变化, 并同步观测环境因子的变化, 分析银杏蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应。结果表明: (1) 银杏树干液流启动于4月10日左右, 结束于10月20日左右, 前后历时194天左右, 树干液流密度表现为晴天>阴天>雨天, 晴天条件下树干液流密度日变化呈典型的单宽峰曲线, 阴天或雨天条件下, 由于太阳辐射的波动, 树干液流日内变化波动较大。(2) 生长季内单株日蒸腾耗水量均值为(6.16±3.32) kg·d–1, 4—10月的单株日蒸腾耗水量分别为(2.40±1.50)、(7.64±1.35)、(7.78±2.03)、(8.34±2.35)、(8.38±3.05)、(6.64±2.03)、(2.39±1.89) kg·d–1; 监测时间内, 林分蒸腾耗水总量为244.81 mm, 小于降雨总量(534.86 mm), 但季节性供水不足问题依然存在, 6月最为严重。(3) 不同时间尺度条件下, 影响树干液流的生态因子发生显著变化, 小时尺度上, 影响液流速率的关键因子为征能量水平的太阳总辐射(Rs)和综合反映空气温度和空气湿度的饱和水汽压差(VPD), 而月尺度上, 银杏单株日蒸腾耗水量月变化主要与气孔导度、土壤温度呈现极显著正相关。(4) 环境因子与树干液流密度相关程度存在季节性差异, Rs和VPD在生长旺盛期与树干液流密度相关性最高, 生长初期相关性最低; 土壤湿度在生长季初期对树干液流形成极显著胁迫。     

毛乌素沙地杨柴液流变化对气象因子的响应

采用FLOW32-1K (Thermal Dissipation Probe)热平衡包裹式液流仪对毛乌素沙地杨柴(Hedysarum leave)植株液流速率进行了连续监测,同步监测灌木林地内气温、太阳辐射、相对湿度和饱和水汽压差(VPD)等气象因子,探讨了在不同时间尺度下杨柴植株液流特征及其与气象因子的关系。结果表明：(1)不同径级(3—4 mm、4—6 mm和>6 mm)杨柴植株的日平均液流速率分别为5.61 g/h、9.29 g/h、35.30 g/h,平均日液流量分别为(134.72±82.48)g/d、(223.06±152.20)g/d、(847.23±403.38)g/d。不同天气条件下的树干液流速率晴天>阴天,液流速率变化呈“昼高夜低”,不同月份表现为8月>7月>9月。(2)影响晴天和雨天杨柴植株液流的首要气象因子都是太阳辐射,小时尺度下,太阳辐射、气温、相对湿度和饱和水汽压共同解释杨柴液流的75%以上,在日尺度下,气象因子可以共同解释其80.8%以上;且随着时间尺度增大,进入回归方程的气象因子个数呈减小趋势,但气象因子对杨柴液流变化的解释度呈增...     

喀斯特区天峨槭(Acer wangchii)树干液流特征及其与环境因子的相关分析

采用TDP(Thermal Dissipation Probe)热扩散探针法,于2012年2月—2014年3月,对喀斯特地区天峨槭(Acer wangchii)树干液流速率进行了长期连续的监测,并同步监测了林分空气温度(Ta)、相对湿度(RH)、太阳辐射(Solar)、风速(WS)、降雨量(Rainfall)、土壤含水量(SWC)等环境因子,探讨了不同时间尺度下天峨槭树干液流特征及其与环境因子的关系。结果表明:1)不同天气条件下的树干液流为晴天阴天雨天,且均呈明显的"昼高夜低"变化规律;2)天峨槭树干的日平均液流量为5.08kg/d,不同季节表现为夏季((8.38±5.32)kg/d)秋季((5.16±3.99)kg/d)春季((4.86±3.77)kg/d)冬季((1.94±1.40)kg/d);3)月平均液流量为153.64 kg,年平均液流量达1838.40 kg;4)小时尺度下,影响晴天、阴天、雨天全天树干液流的主要环境因子都是Solar,但各环境因子对树干液流的影响程度又因昼夜、季节及降雨量的不同而存在差异;5)从年度范围来看:小时尺度下,Solar、Ta、RH、SWC_(10cm)和WS可以共同解释树干液流的63.50%;日尺度下,Solar、Ta、SWC_(10cm)和Rainfall可共同解释其68.50%;月尺度下,单个因子Ta就能解释其74.80%;且随着时间尺度的缩小,各环境因子入选回归方程的个数有增加的趋势,而对树干液流的解释程度(R2)则有降低的趋势。对比其他地区研究结果,其环境因子对树干液流的影响差异都很大;但总的来说,无论在何种时间尺度上,Solar(或光合有效辐射(PAR))和Ta基本上都是影响树干液流的主要环境因子,且各环境因子对雨天树干液流的解释程度都不高,本研究亦如此;因此,以环境因子对雨天树干液流进行预测的时候可能会存在误差,应特别注意土壤含水量对其的影响。     

库姆塔格沙漠东南部生长季胡杨液流速率动态与气象因子的关系

通过对库姆塔格沙漠东南部胡杨(Populus euphratica Oliv.)液流速率及气象因子(太阳总辐射、风速、空气相对湿度、空气温度、饱和水汽压差)持续5个月的同步观测,揭示气象因子在不同时间尺度对胡杨液流的影响。结果显示:在月尺度下,太阳总辐射是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释98.3%的液流速率变化;在日尺度下,空气温度、空气相对湿度、风速、太阳总辐射对液流速率变化影响最大,空气温度可以解释液流速率变化的33.0%,4个因子共同可以解释55.2%的液流速率变化;在小时尺度下,对2018年5-9月液流速率的影响最大的是太阳总辐射。随着时间尺度的扩大,对液流速率变化的影响因子由多变少。根据气象因子预测小时尺度胡杨液流速率需要较多的参数且可靠性最小,预测月尺度液流速率需要较少的参数且可靠性最大,预测月尺度胡杨液流速率更为合适。     

气候过渡区环孔材和散孔材树种的水分利用特征

采用Granier树干液流监测系统, 于2014年6-9月份监测河南信阳鸡公山自然保护区内的枫香(散孔材)和栓皮栎(环孔材)水分利用特征及其对环境因子的响应。结果显示: 在7月份干旱天气和虫灾情况下, 导致环孔材树种叶面积大量减少, 7-9月份期间枫香和栓皮栎的日间平均树干液流密度值分别为33.1 g·m^–2·s^–1和24.8 g·m^–2·s^–1; 而6月份的数值分别为31.6 g·m^–2·s^–1和44.2 g·m^–2·s^–1。枫香和栓皮栎的树干液流密度与大气水汽压亏缺(VPD)呈对数函数关系, 决定系数R²分别为0.38和0.91。液流速率与lnVPD的斜率/ VPD =1下的液流速率, 枫香和栓皮栎分别为0.62和2.87; 此比值受栓皮栎的叶面积和水力导度的影响。枫香的实际蒸腾速率普遍比通过方程计算的预测值低。由于栓皮栎水分利用对环境的较高敏感性, 水分胁迫会导致水分利用下降从而影响生长速率, 进而减缓木材产出的时间。因此在气候变化背景下(极端干旱事件频繁发生), 需要根据不同的林业管理目标合理配置两种木材结构树种。     

新疆杨树干液流的径向变化及时滞特征

利用热扩散技术,对绿洲农田防护林新疆杨(Populus alba L.var.pyramidalis)大树边材5个深度处(1、2、3、5 cm和8 cm)的液流速率(Js)开展了连续两年的监测,结果表明:(1)以标准长度2 cm的探针测得的液流速率(Js-2)为参照,形成层下1、3、5、8 cm处的液流速率(Js-1,Js-3,Js-5,Js-8)与Js-2间具有显著的相关性,回归系数分别为0.24—0.27、1.18—1.61、0.81—1.64和0.38—0.75,液流速率最大的位点在形成层下3—5 cm处,液流速率最小的位点在最外侧(1 cm)或最内侧(8 cm)处,径向差异明显。边材不同深处的液流传输具有较一致的日变化过程。(2)在同步观测的5项气象要素中,大气水汽压亏缺(VPD)和太阳辐射(Ra)与Js的回归系数均较大,是驱动液流进程的主导气象要素。大气蒸发潜力(ET0)集合了多种气象要素的信息,具有与Ra一致的日变化进程(启动、峰值时刻相同),可作为分析液流昼、夜过程的综合气象变量。(3)新疆杨边材中五个深度处Js的峰值时刻基本相同(Js-1的峰值较其它层次提前4—123 min),均明显滞后于Ra(时滞)并提前于VPD,在7月份的晴天,ET0、Js和VPD峰值出现的时刻分别大致在12:30、14:00和15:00。新疆杨时滞的大小存在有规律的季节变化,从6到10月份,Js与ET0峰值的时滞(ΔJ-E)逐渐增加,变化在70—110 min(2011)、70—128 min(2012)之间,但VPD与Js峰值的时滞(ΔJ-V)逐渐降低,变化在73—20 min(2011)、63—8 min(2012)之间,这表明在生长季的早期,热量因子(Ra)对新疆杨液流变化的驱动较强,而在生长季的末期,大气水汽因子VPD的驱动效应更突出。     

不同时间尺度北京蟒山油松树干液流对环境因子的响应

探究不同时间尺度蒸腾与环境因子的关系并明确其主控因子,对于理解蒸腾对环境响应规律和驱动机制具有重要的理论意义。以北京蟒山国家森林公园的油松为例,开展树干液流及气象指标、土壤温湿度等环境因子的长期定位观测,并分析不同时间尺度油松液流速率与环境因子的关系。研究结果表明,在日尺度上,土壤温度、大气相对湿度、土壤湿度与液流速率呈极显著正相关,这3个因子对液流速率变化的贡献量分别占28.3%、11.7%和10.1%;在月尺度上,土壤温度对液流速率的影响最大,贡献量占比49.7%,土壤湿度和相对湿度的贡献量分别为7.3%和6.4%;在年尺度上,相对湿度对液流速率的年际变化的贡献量高达93.3%,是关键控制因子。随着时间尺度的扩展,环境因子对油松液流速率的控制作用逐渐增强。本研究的结果可以为植物蒸腾的时间尺度转换、未来全球气候变化背景下植物蒸腾耗水特征的预测提供理论依据。     

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。     

基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究

定量分析单木及林分的蒸腾耗水特征,是林木水分管理的关键环节。采用热扩散式边材液流检测技术,结合自动气象站,对三倍体毛白杨树干边材液流及环境因子进行了连续2年的动态观测。结果表明:(1)单株尺度上,三倍体毛白杨边材液流速率日变化在晴天表现为"单峰型",关键影响因子为水汽压亏缺(VPD)和太阳辐射(Qs),日平均液流速率在4—10月分别为0.65×10-3、2.12×10-3、2.09×10-3、1.78×10-3、1.84×10-3、1.76×10-3、1.04×10-3cm/s;(2)林分尺度上,三倍体毛白杨在2008、2009年(栽植第4年和第5年)的蒸腾耗水量分别为339.52和410.62 mm,主要影响因素为气孔导度(Gc)、相对湿度(RH),以及VPD;(3)多元线性回归模型可以较好的模拟三倍体毛白杨边材液流速率对环境因子的响应特征(P0.01,2008年),模型预测值较实测值偏大6.39%(2009年),二者极显著线性相关(R2=0.910,Sig.=0.00054,n=1008)。     

太行山南麓低山丘陵区栓皮栎直径变化及其与环境因子的关系

使用周长传感器(Circumference DC2)研究了太行山南麓低山丘陵上栓皮栎人工林树干直径的日变化及其影响因子.结果表明:在季节性干旱期间,栓皮栎树干的直径变化周期性明显,直径收缩与液流启动时间基本一致,直径最小值滞后于液流速率最大值3 ～4 h;栓皮栎直径日最大收缩量(MDS)呈现低-高-低的变化趋势,与累积液流通量和叶片水势日差值极显著相关,与土壤含水量呈显著的二次方程关系.MDS值受气象因子变化的影响,与温度日差值、蒸汽压亏缺日差值和相对湿度日差值显著相关,而与太阳辐射日差值的相关性不显著.连续降水后,土壤水分不再是栓皮栎直径变化的限制因子,MDS值与累积液流通量、叶片水势、土壤含水量和气象因子差值的相关性均不显著.季节性干旱期和雨季的土壤含水量和温度是影响树干直径日变化的主要因子.     

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。     

利用热扩式边材液流探针（TDP）测定树木整株蒸腾耗水量的研究

 介绍了热扩散式液流探针的工作原理及利用液流探针测定树木边材液流速率的方法。利用边材液流探针和多种气象因子传感器及数据采集系统组成的微型气象站,通过对北京西山地区油松(Pinus tabulaeformis)、栓皮栎(Quercus variabilis)混交林林分平均木树干边材液流速率及风速、有效辐射和空气温度、空气相对湿度的日变化和连日变化的测定和分析,揭示了5月干旱季节两树种蒸腾耗水的日变化和连日变化规律,以及栓皮栎树干基部和树冠大枝边材液流的差异,并进行了理论推导,同时分析了液流速率的波动规律与主要气象因素波动的相关性。     

休眠前期玉兰树干液流的变化及其对环境因子的响应

2011年9月26日-11月5日,利用热平衡技术连续测算了引种北京4年的红花玉兰[抗寒型(HK)和非抗寒型(HF)]、黄玉兰(HY)和二乔玉兰(EQ)的树干液流,结合同步观测的环境因子数据,分析休眠前玉兰的树干液流和综合环境因子的变化,以及在0.5h尺度和日尺度下液流对各环境因子的响应.结果表明:休眠前,玉兰的树干液流呈明显的逐日下降趋势.影响玉兰树干液流的7个环境因子可分为气象因子(MI)和土壤因子(SI)两类.树干液流与MI具有同步的单峰节律性变化规律,与SI呈同步降低趋势.MI和SI对树干液流的共同影响程度为69.8％ ～73.2％.0.5 h尺度和日尺度下,玉兰树干液流与总辐射(Rs)、空气水汽压亏缺(D)、相对湿度(RH)、气温(Ta)和风速(w)极显著相关;在0.5h尺度下与土壤温度(Ts)和土壤含水量(SWC)的相关性不显著,在日尺度下与Ts、SWC和昼长(Z)极显著相关,相关系数在0.8左右.日尺度下进入各回归模型的环境因子有Rs、Z和D,而0.5h尺度下除SWC和Ts外其余环境因子均进入模型,且日尺度逐步回归决定系数(0.92 ～0.96)大于0.5h尺度(0.77 ～0.87)(除HF外).除HF外,其余玉兰的液流变化规律与各单一环境因子间的相关程度一致,这与HF无法正常越冬而其余玉兰在北京顺利越冬的实际情况相一致.     

石羊河流域干旱荒漠绿洲区不同滴灌模式下葡萄茎液流变化及其与环境因子的关系

研究了石羊河流域干旱荒漠绿洲区交替滴灌（ADI）、固定滴灌（FDI）和常规滴灌（CDI）模式下葡萄茎液流的变化规律及其与气象因子和土壤含水率的相关关系.结果表明：研究区葡萄茎液流表现出与太阳辐射同步的昼夜变化节律;新梢生长期和开花期CDI处理的茎液流量显著大于其它两个处理;影响瞬时茎液流的主要气象因子是太阳辐射和气温,日茎液流量与平均气温和风速具有线性相关关系;不同灌溉方式下葡萄茎液流与气象因素的相关程度依次为：CDI>ADI>FDI;葡萄日茎液流量与参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）呈显著线性相关关系.与CDI相比,ADI节省50%水量,而茎液流总量仅降低6.56%,且其葡萄茎液流和水分传导具有明显的补偿效应.     

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.     

晋西黄土区苹果树边材液流速率对环境驱动的响应

为明确环境因子对树木蒸腾过程的驱动机制,以晋西黄土残塬沟壑区的苹果树(红富士)为对象,利用热扩散式液流技术监测生长季苹果树树干液流的动态变化,并同步监测了气象和土壤水分等环境要素的季节动态.结果表明: 在众多环境因子中,太阳净辐射(R_n)、大气水分亏缺(VPD)与液流速率(J_s)间的相关性最强.在小时或日尺度,环境因子主成分分析中前3个主成分的累积方差贡献率均在86%以上.其中,第一主成分主要包含VPD、R_n等因子,方差贡献率达52%(小时尺度)和63%(日尺度)以上,可归为蒸发需求因子(EDI),是影响该地区果树树干液流的关键综合环境要素集;第二主成分主要包括土壤含水率(SWC)等因子,归为土壤水热供给因子;第三主成分主要包括风速等因子,归为大气水热散失动力因子.在小时或日尺度上,J_s对两种环境因子综合变量(EDI或潜在蒸发散ET₀)的响应都呈显著的指数增长关系,在小时尺度上,基于EDI模拟苹果J_s的指数模型精度更高(R²=0.72),在日尺度上,基于ET₀模拟苹果J_s的指数模型模拟精度更高(R²=0.88).研究结果对于明确苹果树水分传输对环境驱动的响应规律,根据气象要素估算苹果树蒸腾耗水量,并指导果园水分管理均具有重要意义.