古尔班通古特沙漠原生梭梭树干液流及耗水量

梭梭广泛分布于我国西部干旱区,利用热脉冲技术对古尔班通古特沙漠生长期原生梭梭的树干液流耗水特征进行了研究。随着水分条件的不同,影响树干液流过程的主导因素有所不同。根区土壤体积含水量在8.7%-12.1%时,梭梭日树干液流量与土壤水分显著相关;土壤含水量＞12.1%时,液流更多的受到气象因素的影响;土壤含水量＜8.7%,树干液流与气象要素之间没有相关性,液流更多的受植物生理特征影响。在土壤水分最丰富的4月份,随着土壤水分的降低,白天与夜间的液流变化趋同;4月份日平均液流量约是5-9月份的2倍。梭梭的液流通量从古尔班通古特沙漠原生林的0.156L?cm-2?d-1到塔中人工滴灌林的0.876 L?cm-2?d-1,均处于正常生长状态,表明梭梭生态需水的可塑性范围较广。基径为7.8cm和9.0cm的梭梭在4月至9月份生长期的实际耗水量分别是95mm和117mm。     

不同木材结构树干液流对比研究

采用热扩散法,对东北东部山区代表主要木材解剖构造的水曲柳和樟子松树干液流密度动态特征进行研究,并同步测定光合有效辐射、气温、空气相对湿度、风速、土温、土壤容积含水量等因子。结果表明,水曲柳和樟子松在生长季不同时期晴天的树干液流密度日进程一般为单峰型,水曲柳日最高液流峰值为430.53 cm3.cm-2.h-1,明显高于樟子松(142.43 cm3.cm-2.h-1)。晚上及凌晨液流量占全天比例在生长季结束后,明显增加,其他时期低于20%,说明水曲柳和樟子松存在根压。水曲柳和樟子松树干液流密度变化呈单峰曲线,平均液流密度分别为12.26、6.49 cm3.cm-2.h-1。影响树干液流密度日变化的主导因子为光合有效辐射和水汽压亏缺,二者对主导因子敏感度相当。     

白桦树干液流的动态研究

应用热扩散原理,采用ICT－2000TE（Transpiration-Environment)自动监测系统,对东北东部山区的先锋树种白桦的树干液流及主要环境因子进行一个生长季的同步测定。结果表明,在整个生长季的晴天,白桦树干液流的日变化呈现明显的单峰曲线。液流速率的峰值出现在8月中旬,为84.72L/d。在白桦树叶脱落后,仍有较高的液流速率,而到10月中旬急剧下降,值为3.84L/d。在不同生长时期白桦每小时的液流速率与相应的环境因子逐步回归分析结果表明,影响白桦液流速率的主要环境因子是空气温度、空气相对湿度和辐射强度,在不同时期三者的作用是不同的。     

树干自然温度梯度变化对热扩散法测算树干液流速率的影响

为了揭示树干自然温度梯度的变化规律及其对树干液流速率测算结果的影响,于2007年5月至10月利用改进的SF-L型热扩散式树液流测定装置,对北京低山区生长的油松和侧柏的树干自然温度梯度、加热温差和气象、土壤水分因子进行了连日同步监测。结果表明:(1)树干自然温度梯度对加热针温差的影响,侧柏大于油松。(2)树干自然温度梯度对液流速率计算结果的影响具有显著的统计意义(P0.01),平均误差大于30%,误差峰值出现在太阳高度角较小的时候。(3)影响树干自然温度梯度最重要的环境因子是光照强度,其次是空气温度。上述结果说明,树干自然温度梯度对热扩散法测定的液流速率的影响不可忽视,研究树木耗水机制时应予以充分考虑。光照强度和空气温度是影响树干自然温度梯度最重要的两个因子,但其影响机制仍需进一步研究。     

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭东、西方位树干液流特征及相关性分析

采用Grainer热扩散式探针法( TDP )连续测定了6月份至11月份民勤绿洲荒漠过渡带梭梭﹝Haloxylon ammodendron ( C. A. Mey.) Bunge﹞东、西方位的树干液流速率,并同步测定了相关环境因子;在此基础上,对晴天、阴天和雨天东、西方位树干液流速率的日变化以及实验期间东、西方位树干液流速率和各环境因子的变化进行了分析,并对不同天气和时间尺度东、西方位树干液流速率间的相关性及其与部分环境因子的相关性进行了分析。结果表明：在生长旺盛期(6月份至8月份),晴天时梭梭东、西方位树干液流速率的日变化均表现为明显的“宽峰型”曲线;在整个观测期内,不同天气的树干液流速率存在一定差异,东、西方位的树干液流速率也存在一定差异,并且其差异在夜间较白天更明显;总体来看,东方位的树干液流速率高于西方位。相关性分析结果表明：不同天气和时间尺度东、西方位的树干液流速率间存在极显著正相关性,其相关系数均在0.90以上并略有差异。总体来看,晴天梭梭东、西方位树干液流速率间的相关性高于阴天和雨天,并且,日尺度东、西方位树干液流速率间的相关性最强。晴天东、西方位树干液流速率与各环境因子的相关性高于阴天和雨天,并且,小时尺度东、西方位树干液流速率与环境因子间的相关性高于日尺度。西方位树干液流速率与环境因子的相关性略高于东方位,说明西方位的树干液流速率对环境因子变化的反应更敏感。晴天和阴天东、西方位树干液流速率与参考作物蒸散量( ET0)的相关性极显著,其相关系数均在0.70以上,说明根据梭梭东、西方位树干液流速率计算其耗水量具有一定的可行性。研究结果显示：梭梭树干液流速率与天气、环境因子、时间尺度和树干方位等均有一定关系。     

叶斑病对白桦树干液流的影响

应用热扩散法,对白桦树干液流进行连续两个生长旺期测定。与健康白桦相比,患叶斑病的白桦树干液流格局发生明显改变。在晴天树干液流密度日变化由单峰曲线转变为双峰曲线,或单峰曲线峰值较光合有效辐射峰值显著提前或推后;液流密度峰值及全天均值远远低于同期的健康白桦,且晚上及凌晨输水比例明显升高,表明晚上主要靠根压输送水分,维持光合作用必需原料及生长所需的矿物质;并且此时树干液流密度变化受外界环境因子的决定比重减小或根本无相关显著的环境因子。叶感病白桦树干液流具有以上特点,是因为具有较强的蒸腾生理调控力,以适应叶部病害而求得生存。     

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).     

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。     

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey)Bunge)树干液流特征及其对环境因子的响应

利用Grainer热扩散式探针法(TDP)连续测定民勤绿洲荒漠过渡带生长季梭梭树干液流,并同步测定外界环境因子。研究了6—11月份不同直径梭梭树干液流日、季变化及其与外界环境因子的相关性。结果显示:(1)随月份的递增,不同直径梭梭树干液流通量(SV)晴天日变化波峰区逐渐缩减。并且在6—8月份,不同直径SV均表现出明显的"宽峰型"现象,且晴天SV明显高于阴、雨天;(2)随季节变化,不同直径梭梭SV波动性较大,直径越大其波动性越高;而梭梭SV未表现出随直径增大液流通量越大的现象;(3)6—11月梭梭树干耗水量先增后降,7月达最高峰,且直径越大,梭梭总耗水量越大;(4)梭梭树干液流与环境因子相关程度受不同天气、时间尺度的影响较大,晴天相关性略高于阴、雨天。空气温度、净辐射、饱和水汽压差是影响梭梭树干液流的主要气象因子。0—100cm土层以上0—250cm根幅区土壤水分对树干液流影响最显著。(5)同比古尔班通古特沙漠梭梭生长季(5—10月)总耗水量458—1044kg以及日均耗水量1.8—6.4kg/d,整个生长季(6—11月)民勤绿洲荒漠过渡带梭梭的总耗水量495—1232kg、日均耗水量为2.0—8.3 kg/d,两者耗水量近似。利用TDP技术测定梭梭耗水量具有一定的可靠性。     

三倍体毛白杨不同方位树干边材液流特性研究

利用热扩散式边材液流探针(TDP)和多种气象、土壤因子传感器组成的全自动气象站,于生长季对三倍体毛白杨速生纸浆林不同方位树干边材液流及环境因子进行了系统观测分析,以揭示不同方位三倍体毛白杨边材液流的差异性、相互关系及其对环境因子的响应.结果表明,(1)不同方位树干边材液流速率日变化规律相似,晴天呈"双峰型",阴天和雨天呈"单峰型";晴天和阴天树干东、南、西、北4个方位间树干液流速率差异不显著(P>0.05),而雨天东向液流速率(0.906 cm/s)显著大于南向(0.267 cm/s);(2) 三倍体毛白杨各方位液流速率间呈极显著正相关,通过东、西、北3方位与南方位建立的回归方程也达到极显著水平;(3) 三倍体毛白杨边材液流变化受太阳辐射、空气温度、空气相对湿度、风速和土壤温湿度等环境因子的影响,但不同天气条件、不同时段和不同方位影响的主导因子不同;(4) 三倍体毛白杨具有明显的夜间液流特性,晴天、阴天、雨天夜间累计液流密度分别占全天累计液流密度的18.84%、19.13%、40.77%.     

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.     

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。     

黄土高原半干旱区侧柏(Platycladus orientalis)树干液流动态

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4～10月对黄土高原安塞县侧柏人工林树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等多个环境因子进行了同步测定.结果表明:侧柏在不同月份晴天树干液流速率变化具有明显的昼夜节律性,呈单峰曲线;且各月液流速率日均值受土壤供水水平限制总体上呈下降趋势,即4月份最大,为0.00135 cm · s-1;10月份最小为0.00011cm · s-1;树干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,与相对湿度呈负相关,其相关程度:光合有效辐射＞水汽压差＞大气温度＞相对湿度,并可用线性表达式来估算;侧柏边材面积和地径呈幂指数关系,并以此结合密度估算出样地侧柏人工林的边材面积为4.65m2,最终估算出侧柏人工林生长季总耗水量为1159.6 t · hm-2.     

荒漠灌木梭梭(Haloxylon ammodendron)周围土壤微生物的空间分布

以古尔班通古特沙漠荒漠生态系统中主要优势种——梭梭(Haloxylon ammodendron)冠幅内外的土壤为研究对象,通过分析从树干基部向外水分和养分变化下土壤微生物生物量、多样性和群落组成的变化规律,试图揭示荒漠生态系统中土壤微生物空间分布的基本特征。微生物生物量和多样性采用磷脂脂肪酸进行测定。结果表明:从树干基部向外,土壤微生物总生物量、多样性以及不同微生物类群的生物量均随土壤水分和养分含量降低而逐渐降低,指示了土壤微生物从裸地向内集聚分布的特征。另外,在微生物群落组成中,不同类群微生物的生物量从树干基部向外的减少程度有所不同,例如,从树干基部附近5 cm处到冠外裸地200 cm处,真菌、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌的生物量分别减少了50.25%、84.06%、82.70%、92.57%,指示了细菌从裸地向内集聚分布的程度强于真菌,革兰氏阴性菌从裸地向内集聚分布的程度也较强于革兰氏阳性菌。研究表明,在资源稀缺的荒漠生态系统中,土壤微生物倾向于分布在冠内资源丰富的区域。土壤微生物的空间分布不仅与资源的丰富度有关,而且与微生物自身对环境变化的忍耐性或敏感性有关。     

五针热脉冲探头在测定树干液流中的应用

准确测量树干液流对研究树木耗水特性、植物生理和生态水文效应等具有重要意义.本文选用一种新型五针热脉冲多功能数字探头(PHPP),运用热脉冲理论,测量小叶杨树干液流,并与热扩散探针(TDP)进行对比分析,探究五针热脉冲探头测量树干液流的适用性和准确性.结果表明: 五针热脉冲探头能够准确揭示小叶杨树干液流昼夜变化规律,并且与热扩散探针测量结果呈显著的线性相关关系,R²达到0.90,均方根误差为2.75,平均相对误差为11%.PHPP探头能较为精确地识别低液流和逆液流,可以快速准确地拟合热参数,直接测得树干液流速率,应用潜力较大.     

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。     

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。