应用热技术研究树干液流进展

综述了热技术方法测定树干液流的基本原理和不同适用范围．通过各种热技术方法可以确定树干水分运输格局及其数量;与树木生理指标和环境因素联合测定,可深入分析整树水分导度、气孔导度、边界层导度、水势及树干储水与树木蒸腾之间的关系,探讨树干液流受外界环境因素影响程度及其响应,揭示树木蒸腾内在的调节机制和外在影响因素;热技术可用于长期连续测定地带性森林主要树种蒸腾耗水特征。为正确评价森林的水文效应提供技术支持．     

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.     

基于热消散探针法的植物水分运输的研究进展

液流是分析树木耗水特性、研究树木水分传输机制的重要途径之一,热消散探针法已广泛用于树干液流变化的监测.热消散探针法是目前研究不同时空尺度上植物蒸腾耗水特性较为灵活、可靠、经济的一种方法.但由于物种特性的差异,可能造成试验过程中出现测量值与实际值相比偏低的状况.此外,相当一部分植物依赖树干储存水进行蒸腾,因此木材含水量的...     

树干液流对环境变化响应研究进展

随着大气中CO2浓度和其它温室气体的上升,预计全球和区域尺度的温度会增加,由于增温导致地球上一些地区降水增加,一些地区可能面临干旱的加剧.要分析气候、环境变化对植被的影响,需要深入了解植被和大气之间能量、水汽和CO2交换,蒸腾是这个交换过程的一个重要组成部分,是水分和能量离开森林生态系统的主要途径.目前,树干液流测定技术已经发展得比较成熟,能比较可靠的估计整树蒸腾,逐步被应用于研究树木水分利用对环境变化的响应.介绍比较成熟的树木(林分)蒸腾估算方法,就树木(林分)水分利用对环境变化响应研究中的几个热点问题进行了总结:(1) 大气中CO2浓度升高对树木水分利用、气孔导度和冠层结构的影响,环境条件决定树木水分利用对CO2的响应幅度.(2) 树木蒸腾对降雨的响应类型,降雨格局改变导致的土壤干旱对林分蒸腾的影响.(3) 树体储存水的生理意义.随着液流技术的发展和推广,其作为一种科学研究的技术与手段将会受到更多学者的重视,也必将推进树木水分利用对环境变化响应的研究.     

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。     

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。     

马占相思夜间树干液流特征和水分补充现象的分析

研究马占相思树干的夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量、冠层气孔导度估算的准确度,同时可以深化对冠层蒸腾与树干液流所代表的日蒸腾之间时滞现象的认识。在广东鹤山马占相思林,采用热扩散探针法测定液流密度,同步测定主要的环境因子,从不同的时间尺度分析其树干夜间水分补充现象。结果表明:与白天相比较,夜间马占相思液流密度较小;夜间液流密度的变化幅度旱季比雨季大,树干夜间水分补充的主要时间段是前半夜;年内各个月份夜间水分补充量之间没有显著差异,它与环境因子之间相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅的回归曲线拟合较好;干季夜间补充的水分对总蒸腾量的贡献与白天蒸腾量、总的蒸腾量、水蒸气压亏缺(VPD)、光合有效辐射(PAR)以及大气温度(T)显著相关;湿季夜间补充的水分对总蒸腾量的贡献与白天蒸腾量、总蒸腾量显著相关。     

不同径级的西伯利亚红松树干液流及蒸腾耗水特征的差异

基于热扩散技术,采用TDP法连续监测了新疆喀纳斯国家自然保护区内不同径级西伯利亚红松的树干液流,分析其在生长季内(6~9月)的液流变化及蒸腾耗水特性,为阐明喀纳斯保护区优势树种水分循环机理,以及理解区域尺度上森林生态系统水分循环及其过程应对未来气候变化的响应机制提供依据。结果显示:(1)不同径级西伯利亚红松在晴、阴、雨3种天气条件下的树干液流日动态变化均呈昼高夜低的多峰型曲线,但变化频率和变化幅度差异明显,日最大液流值的排序为晴天阴天雨天。(2)树干液流的发生较光合有效辐射的变化存在明显的滞后效应,不同径级西伯利亚红松的最大液流峰值滞后时间在30~207min。(3)西伯利亚红松的月平均树干液流的大小顺序为7月8月9月6月,且相同径级树干阳生面的液流速率均大于阴生面。(4)西伯利亚红松全株的蒸腾耗水量为7月份的最大,其值占整个生长季的61.8%;且大径级阳生面的蒸腾耗水总量(6 716.79g)和阴生面蒸腾耗水总量(4 649.08g)分别是相应小径级阳生面和阴生面的2.00和2.45倍。(5)气温、空气相对湿度和光合有效辐射是影响西伯利亚树干液流的主要因素,同时0~5cm和20~30cm土壤温度对其影响也较大。研究表明,西伯利亚红松在生长过程中,大径级树干的液流和蒸腾耗水量大于小径级,主要发生部位为树干的阳生面,且在7月份的变化最明显。     

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。     

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.     

半干旱地区城市环境下樟子松蒸腾特征及其对环境因子的响应

作为我国半干旱地区重要的造林绿化树种之一,樟子松在城市林业建设中被广泛使用,研究樟子松在半干旱地区城市环境下的蒸腾耗水及其环境响应对于城市森林建设具有重要的理论意义和应用价值。从2012年8月至10月,以位于内蒙古呼和浩特市树木园内的30年生樟子松为研究对象,按照其径阶分布,选定8株样木,采用热扩散探针法对其树干边材液流进行了连续动态监测,并采用小型自动气象站和土壤水分传感器同步连续测定小气候因子与土壤含水量动态变化。结果表明:在不同天气条件下,樟子松树干液流密度日变化存在差异,晴天时液流密度曲线表现为单峰曲线,且液流密度较大,阴天与雨天液流密度相对较小;液流密度的大小与供试树木胸径无显著相关关系(P0.05);太阳辐射(r=0.731,P0.01)和大气饱和水汽压亏缺(VPD)(r=0.877,P0.01)是影响樟子松蒸腾的主要因子,风速与液流密度极显著相关(P0.01),但相关系数仅为0.518;土壤水分并未显著影响液流密度(r=-0.071,P0.05)。以太阳辐射Ra、VPD作为自变量建立的模型能够分别解释樟子松68%、71%的液流变化。     

广州地区荷木夜间树干液流补水的影响因子及其对蒸腾的贡献

明确树木夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量和冠层气孔导度估算的精确度,进一步认识冠层蒸腾与树干液流之间存在的时滞关系.本研究采用热消散探针法测定了广州地区的荷木树干液流密度,同步监测了主要的环境因子,从不同时间尺度分析了树干夜间液流的水分补充现象.结果表明：与白天相比,荷木夜间液流密度较小,旱季变化幅度比湿季大;夜间水分补充的时间段主要在前半夜(18:00-22:00);年内各季节夜间水分补充量之间没有显著差异,与环境因子之间的偏相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅、树干生物量、冠层生物量的回归曲线拟合很好,表明树形特征和生物量能更好地解释夜间补水的变化;各季节夜间水分补充量对总蒸腾量的贡献有显著差异,旱季明显高于湿季.     

广州地区荷木夜间树干液流补水的影响因子及其对蒸腾的贡献

明确树木夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量和冠层气孔导度估算的精确度,进一步认识冠层蒸腾与树干液流之间存在的时滞关系.本研究采用热消散探针法测定了广州地区的荷木树干液流密度,同步监测了主要的环境因子,从不同时间尺度分析了树干夜间液流的水分补充现象.结果表明:与白天相比,荷木夜间液流密度较小,旱季变化幅度比湿季大;夜间水分补充的时间段主要在前半夜(18:00-22:00);年内各季节夜间水分补充量之间没有显著差异,与环境因子之间的偏相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅、树干生物量、冠层生物量的回归曲线拟合很好,表明树形特征和生物量能更好地解释夜间补水的变化;各季节夜间水分补充量对总蒸腾量的贡献有显著差异,旱季明显高于湿季.     

宁夏河东沙区刺槐和丝绵木水分利用策略

刺槐和丝绵木混交林是宁夏河东沙区防护林建设的主要模式,了解刺槐和丝绵木的水分利用策略,能为区域植被恢复和防护林林分结构调整提供科学依据。以宁夏河东沙区刺槐(Robinia pseudoacacia)和丝绵木(Euonymus bungeanus)混交林为研究对象,通过监测微气象、树干液流和土壤质量含水量,结合大气降水、土壤水、植物木质部水同位素组成,采用Granier及其校正公式,运用贝叶斯混合模型(MixSIAR)和相似性比例指数(PS)研究2个树种的蒸腾耗水、水分来源和水分利用关系。结果表明：刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量在生长季中期较高,前期和后期较小,刺槐的蒸腾耗水量是丝绵木的1.55倍;影响刺槐蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;影响丝绵木蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、平均气温、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;蒸腾耗水较高时,刺槐主要吸收利用中层土壤水,丝绵木主要吸收利用浅层土壤水,蒸腾耗水较低时,刺槐主要吸收利用浅层土壤水,丝绵木主要吸收利用中层土壤水;在...     

大连4种城市绿化乔木树种夜间液流活动特征

夜间液流有助于树木物质运输及其体内水分的补充(water recharge), 它不仅对植物的生长发育具有重要的生理生态学意义, 而且对大尺度植物蒸腾耗水的估算可能产生重要影响。2008年6月1日至8月31日, 以热扩散探针(thermal dissipation probe, TDP)技术对大连市劳动公园内的雪松(Cedrus deodara)、大叶榉(Zelkova schneideriana)、丝棉木(Euonymus bungeanus)和水杉(Metasequoia glyptostroboides) 4种乔木树种的不同径阶样木树干边材液流进行了测定, 并结合同步土壤水分与小气候观测结果分析了树木夜间(18:00至次日5:00)液流特征。实验结果表明, 树木普遍存在可感夜间液流, 夜间液流总量占观测期液流总量的比例在样木个体间呈现显著差异, 其变化范围为0.44%-75.96%; 观测期雨天夜间液流波动活跃, 显著高于晴天, 其单日夜间液流总量可持平, 甚至高于日间液流。相关分析表明: 水汽压亏缺(vapor pressure deficit, VPD)和风速的变化与夜间蒸腾显著相关, 它们能够较好地解释液流变化(R² > 0.6); 树木夜间液流主要用于夜间蒸腾和自身水分补充, 夜间液流现象主要发生在前半夜, 后半夜液流平稳且极接近0, 夜间液流量与相应的日间流量(R² = 0.356, p = 0.00)及胸径(R²_Spearman > 0.80)显著相关, 说明植物本身的结构和生理特点也是影响树木夜间液流的重要因子。单株样木夜间液流占全天总蒸腾量的比例低于14.4%, 如不考虑夜间液流的影响, 根据日间液流通过尺度扩展推算的森林生态系统年蒸腾量可能偏低。     

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.     

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。     

北京山区元宝枫夜间液流活动特征及影响因素

树木夜间会维持部分气孔开放,从而能够在一定环境驱动因子的情况下进行夜间蒸腾。夜间液流作为储存水的重要来源,能够补充植物白天的水分亏缺,使其恢复水分储备,对植物生长发育有重要意义。采用TDP热探针法测定了位于八达岭林场的元宝枫树干液流密度,同步监测了主要环境因子,以深入揭示树木夜间蒸腾耗水规律和植被应对环境胁迫的调控机制,为山区植被建设、森林健康经营和挑选节水树种提供理论依据。结果表明:以0:00为界区分前半夜和后半夜,元宝枫夜间液流速率前半夜较后半夜活跃,且前半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的53.85%—64.10%,而后半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的35.9%—46.15%。5月的夜间累积液流量最大,平均夜间液流通量为5月6月8月9月7月。存在水分胁迫的条件下降雨之后夜间液流会增大,而当土壤水分条件较好,土壤水分不再是夜间液流的限制因子时,夜间液流通量并不高。不同树木形态的夜间液流通量有显著差异,在一定范围内,胸径树高冠幅越大的样木,夜间液流通量越大。用于夜间蒸腾的夜间液流通量与饱和水汽压差、温度、空气相对湿度、风速相关,其中夜间蒸腾存在于前半夜,表现为前半夜夜间液流通量与环境因子的相关性相较后半夜相关性较为显著,后半夜则以补水为主,补水量取决于土壤含水量和日蒸腾强度。存在干旱胁迫的条件下,夜间液流既用于夜间蒸腾,又有一部分用来补水;而土壤水分条件好时夜间液流则主要用于补水,此时夜间树干液流与环境因子相关性不高。元宝枫夜间液流通量的日蒸腾贡献率5、6月份大于7、8月份,即干季比湿季贡献率更高。夜间液流通量的日蒸腾贡献率与白天总蒸腾量相关性较高,并与累积太阳辐射成负相关。     

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。     

北京市绿化树种紫玉兰的蒸腾特征及其影响因素

加快的城市绿化,尤其是干旱和半干旱的温带和热带地区,对水的大量需求给未来水资源的合理利用提出了严峻挑战。了解紫玉兰蒸腾特征及环境和生物因子对蒸腾的调控有助于城市绿化树种的选择和养护。2008.5－2009.5于北京市中心教学植物园内利用热消散技术研究不同时间尺度上15年生紫玉兰（Magnolia liliflora）的耗水特征,环境因子同步监测。本研究分析了紫玉兰小时、日、月和季节尺度上的蒸腾特征。日尺度上,春夏季节紫玉兰树干液流速率呈双峰型曲线,蒸腾午休现象明显;秋季树干液流速率呈单峰型曲线,液流启动时间延后而结束时间提前;冬季树干液流速率日变化格局不明显,夜间液流速率高于白天液流速率。年内尺度上,按月份,从3月开始上升,5月达到峰值后略有下降,9月开始显著降低;按季节,春季>夏季>秋季>冬季;按物候期,从发芽到开花展叶阶段,整树耗水迅速增加,叶速生期达到最大值,休眠期整树耗水显著降低。值得注意的是：紫玉兰蒸腾午休现象明显;春季耗水型树种。一天之中总辐射和水汽压亏缺是影响紫玉兰整树耗水的主要因子;加上大气温度是日尺度和月尺度上影响紫玉兰耗水的关键因子;叶面积指数在开花展叶期是影响紫玉兰耗水的关键因子。由于城市中的适时灌溉和研究期间降水充足,土壤水分对紫玉兰的耗水几乎没有影响。