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。     

干旱荒漠区沙冬青茎干液流变化特征及其与气象因子的关系

采用热平衡包裹式树干液流仪(stem heat balance,SHB)监测沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)茎干液流日变化,并利用自动气象站同步监测太阳辐射、空气温度、空气相对湿度、风速等气象因子日变化,研究沙冬青茎干液流在不同季节和天气条件下的日变化特征及其与环境气象因子的关系.研究表明:(1)在夏季沙冬青茎干液流昼夜区别明显,且变幅较大,液流于8:00~9:00开始启动,并迅速于9:00左右达到峰值,然后立即有一个大幅度的下降,后在小幅度波动中维持到19:00左右停止;沙冬青茎干液流在夜间较弱;(2)不同天气条件对沙冬青液流的变化影响较大,沙冬青茎干液流速率的总体变化幅度表现为晴天>阴天>沙尘天气;(3)各季节典型天气下沙冬青茎干液流速率表现为夏季>春季>冬季;生长季茎干液流启动时间早,液流量大;春季液流启动时间次之,液流量变化平缓,维持时间长;冬季液流启动时间最迟,液流变化速率大且维持时间短;(4)沙冬青茎干液流与气象因子的关系密切,其中与太阳辐射的关系最为密切,其次是空气温度和相对湿度,影响最小的是风速.     

黄土高原丘陵沟壑区柠条和沙棘树干液流的变化特征

近年来为防治黄土高原水土流失,我国政府开展了一系列的植被恢复工作。了解造林植被水分利用策略,对于在干旱半干旱黄土高原地区开展有效的植被恢复至关重要。以黄土高原甘肃省定西市安家沟小流域为研究区,选取黄土高原大规模植树造林灌木柠条(Caragana korshinskii)和沙棘(Hippophae rhamnoides)为研究对象,利用包裹式液流计于2020年6—9月对柠条和沙棘树干和枝条的液流进行观测,研究柠条和沙棘树干液流密度的日内与年内变化,以及与环境要素的关系。结果表明,柠条与沙棘的液流密度日内变化规律与光合有效辐射(Q₀)、饱和水汽压差(D_z)变化趋势一致。液流密度对环境要素的响应不同,在8月份,柠条和沙棘液流密度受D_z、Q₀和气温(T_a)的影响较大,其中,D_z占主导地位。在其他月份,液流密度主要受D_z、Q₀的影响较大。当柠条与沙棘经历了长期干旱无雨的条件下,土壤含水量对树干液流的影响较大,D_z...     

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。     

Granier原始公式计算树干液流速率的适用性分析——以毛白杨为例

热扩散探针(TDP)在林木蒸腾研究中应用极广,其测定数据的计算精度直接影响对林木和林分耗水的精准定量。Granier原始公式(Fd=0.0119K1.231, Fd为液流速率(cm·s–1), K为温差系数)是计算TDP测定数据的标准方法,但其准确性备受质疑。为系统了解Granier原始公式的适用性和明确对其校正的必要性,该研究以毛白杨(Populus tomentosa)为实验材料,采用室内茎段法和整树容器法,针对不同型号的TDP探针评估Granier原始公式的精度,并对比不同方法校正公式的应用效果。与茎段法实测值相比,Granier原始公式计算的液流速率平均低估52.3%–61.4%。通过茎段法和整树容器法得到的校正公式分别为Fd=0.0362K^1.870和F_d=0.0105K^0.976;且一种方法下得到的校正公式,在其他方法条件下应用时存在较大偏差。与Granier原始公式相比,整树容器法校正公式计算的大田生长状态下的7株林木的平均液流速率没有显著变化,但茎段法和其他研究中得到的毛白杨校正公式的计算结果均显著变大。...     

当归叶片光合参数日变化及其与环境因子的关系

在当归根茎膨大期,利用CI-310便携式光合仪,田间活体测定了当归的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等光合生理生态因子,以及光合有效辐射(PAR)、田间CO2浓度(Ca)、相对湿度(RH)、大气温度(Ta)、叶温(TL)等环境因子的日变化。结果表明,当归Pn日变化曲线为"双峰"型,最高峰出现在10:00左右,次高峰出现在16:00左右,午间有明显的"午休"现象,气孔因素是导致其"午休"的主要原因。Tr、Gs和Ci的日变化曲线均为"双峰"型,最高峰出现在10:00,次高峰出现在17:00。当归叶片净光合速率随环境因子日变化最优逐步多元回归方程为yPn=14.3108 0.0076xPAR-0.5271xTL(R2=0.6601,P<0.05),TL和PAR是对光合速率直接影响最大的生态因子,而Ca、RH和Ta主要是通过TL而间接影响光合速率的变化。     

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。     

长白山阔叶红松林三种树种树干液流特征及其与环境因子的关系

使用Granier热扩散式探针法,于2009年6—9月对长白山阔叶红松林3种主要树种(紫椴(Tilia amurensis)、色木槭(Acer mono)和红松(Pinus koraiensis))的树干液流速率进行连续测定,结合环境因子的同步观测,分析各树种树干液流的动态特征,并探讨液流速率与环境因子的关系。结果表明:3个树种的液流速率具有明显的单峰型日变化规律,相同天气条件下,液流启动时间和到达峰值时间相同,但停止时间不同,紫椴停止时间最晚。3个树种的日均液流速率季节变化趋势相同,均在8月份最大,6月份最小,液流速率日均值表现为紫椴色木槭红松。相关分析表明,光合有效辐射、饱和水汽压差是影响3个树种液流速率的主要环境因子;建立了依据环境因子推算液流速率的各月逐步回归模型。     

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。     

西北干旱区典型固沙植物夜间耗水及其影响因素

利用热平衡包裹式Flow32茎干液流仪和环境要素监测系统研究了河西走廊中段典型固沙植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、白刺(Nitraria tangutorum)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)夜间液流活动特征,分析影响3种植物夜间耗水的主要环境因素及其利用途径。结果表明:(1)梭梭、白刺、沙拐枣茎干夜间液流密度在前半夜(20:00~0:00)较大且迅速降低,在后半夜(0:00~6:00)仍有微弱液流密度且波动较大;梭梭、白刺、沙拐枣的夜间液流密度差异极显著,平均夜间液流密度依次为3.73、1.12、6.07g·cm-2·h-1,且在典型降雨天气条件下3种植物夜间液流活动明显减弱。(2)在观测期间,总夜间耗水量与基茎显著相关,但3种植物夜间耗水分配在不同月份间差异不显著;梭梭、白刺、沙拐枣夜间耗水对日总耗水贡献率变化范围分别为1%~30%、0.1%~16%和1.5%~20%。(3)饱和水汽压差和风速仅能解释梭梭、沙拐枣、白刺夜间液流密度24%、25%、27%的变化,3种植物夜间液流主要用以茎干补水。     

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)。     

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.     

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.     

黄土丘陵区辽东栎群落优势种和主要伴生种树干液流动态特征

运用Granier热扩散探针法(TDP),于2011年5月对黄土丘陵区延安市南郊公路山辽东栎群落优势种(辽东栎)和3个伴生种(山杏、细裂槭、桃叶卫矛)树干液流进行连续测定,并同步监测气象环境因子(太阳辐射、空气温度和相对湿度)和土壤水分动态,比较分析辽东栎、山杏、细裂槭、桃叶卫矛的树干液流通量密度日变化动态及其对环境因子的响应特征。结果表明,辽东栎、山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化动态特征总体上反映了气象环境因子变化的昼夜规律性,呈单峰或双峰型曲线,但辽东栎与山杏、细裂槭、桃叶卫矛液流通量密度日变化规律存在一定的差异。辽东栎液流启动时间较早,通常在5:00左右,而山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流启动时间均晚于辽东栎一个小时以上。辽东栎液流达到峰值的时间也较其它树种早,通常出现在9:00前后;细裂槭、桃叶卫矛和山杏液流通量密度达到峰值的时间分别在10:00、11:00和13:00前后。细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化曲线峰值较窄。除此之外,土壤水分状况对伴生种的影响程度要比优势种的大。相关分析表明,树干液流通量密度与太阳辐射和空气水汽压亏缺均呈极显著正相关。优势种与伴生种的液流动态差异可能与树木本身特性以及群落对光能的限制性再分配有关。     

胡杨根系水力提升作用的证据及其生态学意义

生长在塔里木河流域的荒漠河岸林植被虽长期忍受着高温和干旱的威胁, 然而它们却能够一直延续并保存至今。除了植物深根系吸水作用外, 另一个更主要的原因可能就是荒漠河岸林植被存在水力提升的效应。该文采用HRM热比率法茎流仪对3株胡杨(Populus euphratica)主根和侧根的液流速率分别进行了为期4 d的连续监测; 利用自动气象站对微气象因子：风速、空气相对湿度、叶面温度和地表温度进行连续监测; 同时采用了烘干法对不同深度土层在不同时刻的土壤含水率进行了取样分析。试验结果表明：胡杨主根液流在白天和夜间均表现为正值, 相反的, 胡杨侧根液流速率则出现了明显的夜间负向流动。胡杨根系0~120 cm土层土壤水分含量具有下湿上干的变化趋势; 胡杨侧根在夜间发生负向流动后, 土壤含水率显著升高, 尤其在60~120 cm土层中, 4:00土壤含水率上升幅度达到4:00时刻土壤含水率的22%~26%。影响胡杨侧根液流速率的主要气象因子主要是叶面水汽压亏缺。     

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.     

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。     

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.     

半干旱沙丘草甸过渡带人工杨树蒸腾耗水规律

明晰沙地人工植被蒸腾耗水规律,对于荒漠化地区生态建设具有至关重要的意义。本研究应用热扩散式插针茎流计(TDP)与自动气象站,对科尔沁沙地人工杨树林树干液流及周边环境因子进行了长期监测,分析了杨树液流的动态变化规律,揭示了液流与环境因子的响应关系。结果表明:液流日变化基本呈单峰"几"字型曲线,偶尔会出现多峰曲线;不同气象条件对液流速率具有明显影响,晴天液流速率最大,阴天次之,雨天最小;生长季液流速率与太阳辐射强度、饱和水汽压差和空气温度呈较强正相关关系,决定系数R2分别为0.88、0.81和0.76,与空气相对湿度呈显著负相关,决定系数R2为0.79;结合各气象因子建立Penman-Monteith(P-M)模型对杨树林地的潜在蒸散发能力进行模拟并结合树干液流实测数据进行验证,结果显示模拟效果精度较高,决定系数R2为0.83;对地下水位变化情况进行监测显示,杨树蒸腾耗水主要依赖于地下水,地下水位在杨树蒸腾能力较强的9:00—18:00下降明显,随后水位出现不同程度的回升现象。     

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。