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)。     

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.     

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。     

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。     

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。     

喀斯特出露基岩生境两种典型乔木的树干液流特征

以西南喀斯特地区常见的出露基岩生境为研究对象,应用TDP热扩散探针技术,分析2种典型乔木菜豆树和圆叶乌桕的树干液流特征.结果表明: 2树种树干液流对干、湿季均有明显响应;同为落叶乔木,菜豆树(约1个月)无液流特征的时长远小于圆叶乌桕(约4个月);圆叶乌桕单位胸高断面积年总蒸腾耗水量高于菜豆树,生长季内(4—9月) 2树种单位胸高断面积耗水量分别约占全年的90%和66%;2树种液流密度与光合有效辐射、水汽压亏缺、温度均呈极显著正相关,与相对湿度呈极显著负相关;2树种生长季内液流密度、日蒸腾耗水不仅小于同处于亚热带季风区的非喀斯特地区,而且小于邻近的喀斯特地区,甚至低于降水稀少的干旱地区典型树种同一参数的值.喀斯特出露基岩生境2种典型植物的蒸腾耗水量因特殊的水分环境而受到限制,同为落叶乔木却对应着不同的水分利用策略.     

雷州半岛尾叶桉和湿加松人工林的蒸腾耗水规律

为正确认识大径材桉树及湿加松耗水规律,为地区人工林树种选择、栽培及抚育提供指导,应用TDP热扩散探针技术,对10年生尾叶桉和湿加松树干液流进行连续监测,并同步测定各气象因子,分析了雷州半岛地区尾叶桉和湿加松蒸腾耗水的日变化特征和季节变化规律,并与气象因子建立了相关模型。结果表明:尾叶桉和湿加松边材液流均表现出典型的昼高夜低的单峰型日变化特征,各月平均液流速率不同,且旱雨季差异显著;其中峰值尾叶桉雨季(0.127 cm/min)和旱季(0.096 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.30倍和1.57倍;日平均液流速率尾叶桉雨季(0.045 cm/min)和旱季(0.033 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.27倍和1.54倍;启动时间和迅速下降时间雨季两树种间差异不大,但旱季尾叶桉要提前湿加松约1—1.5 h启动,并晚0.5—1 h迅速下降。影响两树种边材液流速率的主要气象因子相同。尾叶桉人工林年平均单株日耗水量为12.79 L/d,是湿加松的1.33倍,林分蒸腾耗水量尾叶桉(582.16 mm)和湿加松(483.24 mm),分别占同期年降雨量的34.2%和28.4%,且两树种旱雨季蒸腾耗水量均雨季显著大于旱季。     

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。     

鼎湖山针阔叶混交林4种优势树种树干液流特征

运用Granier热消散式探针法,对鼎湖山自然保护区针阔叶混交林4种优势树种(马尾松、木荷、锥栗和广东润楠)的树干液流密度进行了长期连续观测,并同步监测林分的环境因子(光合有效辐射(PAR)、空气温度(T)、空气湿度(RH)、土壤含水量)。结果表明:(1)4种优势树种的边材面积(As)与胸径(DBH)均存在显著相关关系(P0.05);(2)各优势树种树干液流均呈现"昼高夜低"单峰曲线,且液流速率存在明显的季节性差异;(3)无论湿季还是干季,光合有效辐射(PAR)和水汽压亏缺(VPD)均为控制蒸腾的主要驱动因子;(4)4种优势树种湿季平均日蒸腾量高于干季,马尾松、木荷、锥栗、广东润楠湿季平均日蒸腾量分别为29.52、39.29、30.40、9.41 kg H2O/d,干季分别为20.91、24.84、24.26、8.43 kg H2O/d,干季和湿季的平均日蒸腾量(kg H2O/d)大小均为木荷锥栗马尾松广东润楠,这种种间差异是由边材面积大小和树种本身的生物学特性共同决定的。     

沈阳城市森林常见树种的物候特征

城市绿化树种的物候配置是城市园林的一个重要组成部分。本文以沈阳城市森林常见树种为对象,利用6年的物候观测数据,绘出了28种主要乔灌木的物候谱。分析各物候现象之间关系,将其划分成4大组:萌动展叶现象组、叶变色现象组、落叶现象组和花果现象组;并根据叶变色和开花早晚对其进行聚类分组,为城市森林树种选择、树种组成和效益评价,提供科学依据。     

沼泽湿地垦殖前后土壤温度变化及其对土壤热状况的影响

沼泽湿地具有重要的生态与环境功能,其对全球气候变化较为敏感,土壤温度变化能够很好地指示气候的波动.沼泽湿地土壤温度呈明显的"正弦曲线"型年、季动态,不同深度土壤年均温度呈"U"型特征.5～9月份沼泽湿地10 cm土壤平均温度为11.69±3.04℃,垦殖后农田土壤为1.80±3.41℃.沼泽湿地土壤8、9月份土壤呼吸分别为156.41±76.91 mg·m^-2·h^-1和116.75±57.43 m^-2·h^-1,是同时期农田土壤呼吸通量的14.6%和13.1%,土壤温度与土壤呼吸通量呈显著正相关关系.     

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.     

干热河谷主要植被恢复树种蒸腾作用

以金沙江干热河谷区10多种自然生长树种为试材,探讨了不同季节典型晴天里各树种叶片水平的蒸腾速率日动态规律,以揭示极端干热生境条件下供试树种蒸腾作用的动态特征.实验结果表明:在干旱生境(3月份)转向干热生境(5月份)时,大多数供试树种蒸腾速率的日变化峰值有所提前,蒸腾作用受到明显限制,而当干热胁迫解除、湿润生境(10月份)来临时,蒸腾作用受限程度减轻或消失,多数供试树种呈现出比较典型的峰状曲线;在干旱、干热以及湿润季节里,供试树种均可分为高、亚高、亚低和低蒸腾速率树种等4个类别,且随着季节的变化,树种所属类别或蒸腾速率大小排序存在明显变动,体现了树种特性在水分生理反应上的多样性表达;随着干热胁迫的加深,供试树种蒸腾速率的变化可分为增强型、减弱型及稳定型3种;树种蒸腾速率的变化方向与气孔导度的变化方向存在不一致的现象,树种蒸腾速率的季节性增减可能表现为气孔因素为主与非气孔因素为主两种控制形式.     

上海四种常见树种单株固碳能力差异及其影响因子

城市树木的固碳能力是决定城市绿地碳汇大小的重要因素。为探究上海常见树种单株固碳能力的差异及影响因子,使用174个城市森林固定样地的长期观测数据,估算了香樟、水杉、银杏和雪松四个树种的单株固碳能力(即年固碳量),采用多元线性回归模型分析了各树种单株固碳能力与个体大小、植株密度和城市环境因子(温度、降水量和夜间灯光强度)的关系。结果表明:(1)香樟、水杉、银杏和雪松的单株固碳能力分别介于4.01-51.58 kg/a、1.04-13.47 kg/a、0.62-18.56 kg/a和1.48-8.47 kg/a之间,在各径组中香樟的固碳能力均显著高于其他树种。(2)个体大小是决定单株固碳能力的最主要因子,个体越大(胸径0-50 cm范围内)单株固碳能力越大;植株密度越大,香樟和水杉的单株固碳能力越小,银杏的单株固碳能力越大。(3)城市环境因子中,温度对树木单株固碳能力有显著负向影响,而降水量和夜间灯光强度对树木单株固碳能力的影响因树种而异。其中香樟和水杉分别与降水量呈显著负相关和正相关关系,但均与夜间灯光强度呈显著正相关关系。在上海未来城市森林建设和管理中,应根据不同树种单株固碳能力的差异及其对不同环境因子的敏感性,适地适树绿化造林,提升城市森林的固碳效益。     

热消散液流测定系统研究竹子蒸腾的问题和解决思路

旺盛的蒸腾是竹子迅速生长的重要代谢保障,对林区生态系统水循环和水量平衡发挥关键作用,如何准确估测竹林的蒸腾耗水是迫切需要解决的方法难题。目前研究树木水分生理和森林水文广泛采用的热消散液流测定方法(TDP)却少有在竹林中应用,而仅有的几项研究报道由于缺乏严谨的实验验证,结果误差较大而缺少说服力。作者认为,竹壁结构异质性和竹竿中央空腔造成热量的不均匀分布是基于热通量交换的液流测定系统测量竹子蒸腾不准确的主要原因,提出以自行设计的注水变压液流特性测定法和传统的整树容器称重法,验证热消散液流测定系统估测竹子水分利用的适用性。本文还结合竹子的种群结构和无次生生长的特点,提出竹株借助相互连接的地下茎进行水分再分配,异株补偿水力限制,蒸腾主要受年龄而不是竹形大小影响的观点,建议通过分析竹子蒸腾的年龄效应,研究不同种植密度竹林水分利用的变化规律,为竹林生产和集水区水源管理提供有效的林型设计和措施。