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。     

侧柏树干边材液流空间变化规律

利用热扩散探针配合自动气象站,于2005年在北京林业大学妙峰山试验林场对侧柏树干边材液流指标空间变化规律进行了研究.结果表明:侧柏树干不同高度边材液流速率随树干高度的升高而增加,而且高层液流峰值的出现时间要比低层早,高层液流曲线尖窄,曲线斜率大,低层液流曲线变化缓慢,曲线斜率小.不同高度的平均液流速率峰值:6.6m处为0.015cm·s-1,4.6m处为0.009cm·s-1,2.6m处为0.006cm·s-1,0.6m处为0.003cm·s-1;无论是液流速率还是连日耗水量,不同直径的单株均表现出沿直径的增加而增加,但液流速率随直径的变化并不是线性的;土壤的含水量限制了树木的耗水能力,日平均液流通量与土壤含水量呈现良好的S型关系,其中与土层20～40cm层关系更为密切;不同气象因子对树干的液流影响方式不同,太阳辐射强度、大气温度和风速与液流指标呈正相关,并且属于第一主分量,对液流的影响较为直接,空气相对湿度和土壤温度与液流指标呈负相关,属于第二主分量,对液流的影响较为缓慢.通过多元线性回归,得出各气象因子和液流相关性均比较高,说明通过气象因子对树干液流进行预测是切实可行的.     

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.     

常见绿化树种绦柳(Salix matsudana cv.''Pendula'')耗水特性

于2005年5-10月,利用Granier热扩散技术对北京城市绿化树种绦柳液流速率进行连续测定,并同时监测林地光合有效辐射、风速和空气温湿度等气象因子.结果表明:绦柳液流速率具有稳定的昼夜变动规律,日变化曲线呈"宽单峰型",且晴天比阴天的昼夜差异大;绦柳月平均液流速率从5月开始升高,8月达到最大值,为0.0050 cm·s-1,随后逐渐下降,10月达到最小值,为0.0013 cm·s-1;与绦柳液流速率相关性最大的环境因子是光合有效辐射和空气温度,最小的是风速;绦柳每小时的耗水量与边材面积和胸径的相关性大于与树高和树冠投影面积的相关性.     

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.     

南方红壤区杜仲 (Eucommia ulmoides)树干液流动态

采用根据热平衡原理设计的热扩散探针(Thermal dissipation sap flow velocity probe,TDP),于2004年7月到10月对南方红壤区的杜仲人工林的树干液流进行连续监测,结合所测定的相关因子,分析杜仲液流的变化规律及其与各因子的关系。结果表明,在不同月份,杜仲液流速率的日变化规律基本一致,呈单峰曲线,但是树干液流在启动时间、峰值出现时间上存在差异;从7月到10月份,杜仲树干液流速率逐渐增大,10月份液流速率达到1.818 g/(cm2.h);杜仲液流速率与太阳辐射、空气相对湿度、温度、风速等气象因子相关性显著,但是太阳辐射和空气相对湿度是影响杜仲液流的重要因子,其中7月到9月份,太阳辐射是主要影响因子,而10月份,空气相对湿度占主导地位;树干液流与胸径、冠层厚度以及胸径平方与树高之积呈现出显著的相关性。     

春季麻栎树干边材木质部液流垂直变化及其滞后效应

 利用热扩散式边材液流茎流探针（TDP）和微型自动气象站组成的测定系统,对泰山林科 院林场麻栎(Quercus acutissima)人工林树干不同高度边材液流及其相关环境因子进行 了连续观测,对影响边材液流的主要环境因子进行了相关性和滞后效应分析。结果表明 ：同一立木,树干上位边材液流流速上升快,高峰期持续时间短,但高峰流速较高,最 大流速在0. 002 cm•s^－1以上;树干下位边材液流流速上升、下降慢,液流高峰期持续 时间较长,最大流速不超过0.001 cm•s^－1。太阳净辐射是麻栎边材液流最主要的影响因 子,且成正相关,空气温度、空气相对湿度对边材液流的影响较小,空气温度与麻栎边 材液流的影响成正相关,相对湿度与边材液流速率成负相关。边材液流与主要环境因子 日周期波动在时间上存在延迟效应,延迟效应因树干高度和环境因子而变。树干上、中 和下部边材液流与太阳净辐射变化的滞后时间分为80、20和30 min,与空气温度的滞后 时间分别为60、130和110 min,与空气相对湿度的滞后时间分别为170、160和90 min。     

鼎湖山针阔叶混交林优势种树干液流特征及其与环境因子的关系

运用Granier热扩散式探针法,于2010年干湿季对鼎湖山自然保护区针阔混交林4种优势树种马尾松、锥栗、木荷和广东润楠的树干液流密度进行连续监测,并同步观测气温、相对湿度和光合有效辐射等环境因子的变化,研究其树干液流特征及其对环境因子的响应.结果表明:在干湿季,4种优势树种的树干液流速率日变化均呈“昼高夜低”的典型单峰曲线,阔叶树锥栗、木荷和广东润楠的平均液流速率和峰值以及日液流量均显著大于针叶树马尾松;马尾松、锥栗、木荷和广东润楠的最大树干液流密度分别为29.48、38.54、51.67、58.32g H2O·m-2·s-1.优势树种树干液流速率的变化与环境因子的昼夜变化存在时滞;液流速率变化与光合有效辐射、水汽压亏缺和气温等环境因子的变化呈显著正相关,其中湿季以光合有效辐射为主导因子,干季以气温为主导因子.     

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.     

液流径向变化对尾巨桉单株日蒸腾量估算的影响

采用Granier热扩散方法(TDP)测定了尾巨桉2个径向深度(0～2和2～4 cm)的液流速率,探讨液流径向变化对树木蒸腾估算产生的影响、不同个体大小的估算误差以及估算误差与光合有效辐射(PAR)和水汽压亏缺(VPD)的关系.结果表明: 尾巨桉的日蒸腾量在单点径向深度0～2 cm条件下估算值最大,两点综合估算值次之,单点径向深度2～4 cm最小,单点径向0～2 cm和径向2～4 cm所得的日蒸腾量分别较两点综合估算值高估了32.9%和低估了58.7%;用单点径向0～2 cm估算蒸腾量时所产生的误差随胸径的递减而减少,胸径为17.7、12.9和9.8 cm的树木产生的估算误差分别为51.7%、33.0%、18.0%,而单点径向2～4 cm所产生的估算误差则没有明显的径级差异;PAR和VPD都与单点径向0～2 cm估算误差有较好的正相关性,相比较VPD而言,PAR与单点径向0～2 cm估算误差的相关性更好.相比传统的仅用单一深度液流速率估算单株蒸腾耗水量的方法,两点估算方法一定程度上提高了日蒸腾量计算的精度,为尾巨桉人工林森林耗水量估算提供了可靠依据.     

城市绿地冠层导度季节变化及其环境调控

冠层导度(canopy conductance,gc)是生态系统对环境响应的敏感性指标,探讨冠层导度对环境因素的响应模式对了解生态系统生产力的变化模式至关重要。城市绿地作为人为设计的复合生态系统,其冠层导度变化规律及其对环境因子的响应亟待明确。基于涡度相关方法,本研究调查了北京奥林匹克森林公园2012-2016年连续5年的冠层导度的季节动态变化及其对空气温度(Ta)、光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)以及土壤含水量(VWC)等环境因子的响应,利用统计回归方法分析了环境因子对冠层导度的影响,最后分析了冠层导度对总生态系统生产力(GEP)的影响。结果表明:2012-2016年的冠层导度依次为3.97、3.28、2.13、3.95和5.07 mm·s^-1,5年平均值为3.69±1.99 mm·s^-1;季节变化表现为从4月开始逐渐升高,在7、8月达到最大值后逐渐降低;在季节尺度上,VWC和Ta是影响冠层导度的主要环境因子,冠层导度随它们的增加而增大;而PAR和VPD对冠层导度的影响存在年际间的差异;5年间,GEP随着冠层导度的升高显著增大;城市绿地中,季节尺度上土壤水分的增加和气温的升高显著增加冠层导度,从而促进GEP。     

油松人工林SPAC水势梯度时空变化规律及其对边材液流传输的影响

 利用热扩散式边材液流茎流探针（TDP）和微型自动气象站组成的测定系统于2001年4月在北京林业大学妙峰山教学实验林场（39°54′N,116°28′E）对低山油松（Pinus tabulaeformis）人工林土壤-植物-大气体（SPAC）界面水势梯度及油松木质部边材液流传输速率的时空变化规律及其相关因子进行了连续测定。土壤水势随深度下降逐渐升高,日周期波动幅度减小,灌水后上层土壤水势迅速提高,但随着水分扩散和林地持续蒸散,土壤湿度迅速下降并逐渐与对照趋同;叶片水势连日逐渐降低,灌水后水势较对照有一定程度提高;林冠不同层次叶片水势在日周期内不同时间差异显著,但同一层次之间差异不明显;油松人工林土壤、叶片、大气水势梯度比约为1∶5∶30,灌水后SPAC相临界面水势差增大,水势梯度提高至1∶15∶90。大气水分饱和亏缺与土壤水势和叶片水势、以及土壤水势与叶片水势之间均有极显著相关性。干旱春季灌溉对油松木质部边材液流时空波动产生很大影响,灌水后连日树干上位边材液流峰值出现时间推迟1 h,连日平均液流速率提高48.59%,连日平均最大液流速率提高25.12%。木质部边材液流速率日变化和连日变化与SPAC水势和气象因子如空气相对湿度、空气温度、太阳辐射强度密切相关。与对照相比,灌水后边材液流速率与SPAC各介质水势和界面水势差的相关性下降。     

Transpiration of trees and forest stands: short and long-term monitoring using sapflow methods

We show that sapflow is a useful tool for studies of water fluxes in forest ecosystems, because (i) it gives access to the spatial variability within a forest stand, (ii) it can be used even on steep slopes, and (iii) when combined with eddy correlation measurements over forests, it allows separation of individual tree transpiration from the total water loss of the stand. Moreover, sapflow techniques are quite easy to implement. Four sapflow techniques currently coexist, all based on heat diffusion in the xylem. We found a good agreement between three of these techniques. Most results presented here were obtained using the radial flow meter (Granier 1985). Tree sapflow is computed as sap flux density times sapwood area. To scale up from trees to a stand, measurements have to be made on a representative sample of trees. Thus, a number of trees in each circumference class is selected according to the fraction of sapwood they represent in the total sapwood area of the stand. The variability of sap flux density among trees is usually low (CV. 10–15%) in close stands of temperate coniferous or deciduous forests, but is much higher (35–50%) in a tropical rain forest. It also increases after thinning or during a dry spell. A set of 5–10 sapflow sensors usually provides an accurate estimate of stand transpiration. Transpiration measured on two dense spruce stands in the Vosges mountains (France) and one Scot's pine plantation in the Rhine valley (Germany) showed that maximum rate was related to stand LAI and to local climate. Preliminary results comparing the sapflow of a stand of Pinus banksiana to the transpiration of large branches, as part of the BOREAS programme in Saskachewan, Canada showed a similar trend. For modelling purposes, tree canopy conductance (g_c) was calculated from Penman-Monteith equation. In most experiments, calculated canopy conductance was dependent on global radiation (positive effect) and on vapour pressure deficit (negative effect) in the absence of other limiting factors. A comparison of the vapour pressure deficit response curves of g_c for several tree species and sites showed only small differences among spruce, oak and pine forests when including understorey. Tropical rainforests exhibited a similar behaviour.     

Effects of forest successional status on microenvironmental conditions,diversity, and distribution of filmy fern species in a temperate rainforest

The vertical distribution of Hymenophyllaceae species has been related to microenvironmental variations around host trees. We addressed the questions: Do the vertical microenvironmental conditions within forest stands of differing successional statuses vary significantly? Does the diversity of Hymenophyllaceae species differ between forest successional statuses? Are the vertical distribution and diversity of Hymenophyllaceae species related more to humidity or light availability? Are there any interspecific differences in the desiccation tolerance of these species which can be related to their vertical distribution? We characterized the microhabitat conditions (vapor pressure deficit [VPD], air relative humidity [RH], and light availability [PAR]) and the vertical distribution of Hymenophyllaceae species in host trees, in both a secondary forest and an old‐growth temperate rainforest in Chile. Chlorophyll fluorescence was used to monitor the integrity of the photosynthetic apparatus during desiccation experiments. The stand basal area, tree height, and leaf area index were all significantly greater in the old‐growth forest stands, but VPD, RH, and PAR showed no significant differences between the two forests. Both successional statuses showed the same amount of filmy fern species in terms of both abundance and diversity. In both successional statuses VPD and RH decreased while PAR increased with the height of the hosts. Regardless of the forest's age, abundance and diversity of filmy ferns were greater in microsites of greater humidity and less light availability. Desiccation tolerance differed significantly among Hymenophyllaceae species. The distribution pattern could be better explained by the specific microenvironmental requirements and desiccation tolerance rather than the forest's successional status.     

天目山柳杉叶水势日变化及其与空气温湿度和PAR的相关性

对天目山不同海拔(1 067、698和419 m)样点柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr.)不同冠层(分别离地面高1.3、4和8 m)的叶水势日变化特征进行了研究,并对柳杉叶水势与空气温度、空气相对湿度及光合有效辐射(PAR)的相关性进行了分析。结果表明:不同海拔样点柳杉不同冠层叶水势日变化曲线均呈典型的"V"型,但谷值及其出现的时间有差异;随树冠高度增加叶水势日均值均逐渐降低;不同海拔柳杉同一冠层叶水势日均值有明显差异,其中,海拔419 m处柳杉叶水势日均值为-1.11~-1.22 MPa,海拔698和1 067 m处柳杉叶水势日均值为-0.78~-0.98 MPa,差异极显著(P<0.01)。相关性分析结果表明:柳杉叶水势与空气相对湿度均呈显著正相关(P<0.05)、与空气温度和光合有效辐射均呈负相关。逐步回归分析结果表明:在海拔419 m处影响柳杉叶水势日变化的主导因子是空气温度,而在海拔1 067和698 m处影响柳杉叶水势日变化的主导因子是空气相对湿度。研究结果显示:随海拔升高柳杉叶水势增大且导致叶水势变化的主导因子也有所改变。     

晋西黄土区辽东栎和山杨树干液流对环境因子的响应

2012年4—10月,应用TDP热扩散探针技术,对生长季晋西黄土区次生林主要组成树种辽东栎和山杨树干液流速率进行测定,结合同步测定的空气相对湿度(RH)、太阳光合有效辐射(PAR)、大气温度(T)和土壤含水量(θ)等环境因子,分析液流速率对环境因子的响应.结果表明: 5、6月,影响辽东栎和山杨树干液流速率的主要气象因子是空气饱和水汽压差(VPD)和PAR;7、8月,影响辽东栎和山杨树干液流速率的主要气象因子是VPD和T.除气象因子外,土壤水分条件也是驱动液流变化的重要因素,降雨后θ的增加能够有效影响液流速率,5、6、7、8月,辽东栎降雨后的平均液流速率比降雨前分别增大了28.3％、48.6％、16.9％、11.5％,山杨在6、7、8月降雨后的平均液流速率比降雨前分别增大了0.6％、4.5％、2.3％,辽东栎的增幅明显大于山杨.辽东栎液流速率对降雨后土壤含水量变化更敏感,表现出更高的耗水能力和需水要求,而降雨后山杨的耗水策略仍较保守.液流速率和VPD的关系可以采用指数饱和曲线函数拟合,降雨前后拟合参数的变化说明土壤水分条件的改善能够促进液流速率更快速地到达饱和值.     

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.