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.     

用热脉冲速度记录仪（HPVR）测定树干液流

树木蒸腾耗水是环境生态平衡(水分)的重要因素。由于树体高大,环境、时间、空间变异因素复杂,测定工作十分困难。在林木生态系统中,水分运动的途径是,树木根部吸收土壤水分,通过树干(木质部上升液流)输送到树冠部,从叶表面蒸腾散失到大气中,即所谓“土壤-植物-大气连续系统”。在此过程中,树干是水流通道的咽喉部位,树干液流量的大小制约着冠部蒸腾量的变化。因此,可以用测定树干部液流的方法确定树冠的蒸腾耗水     

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．     

Granier树干液流测定系统在树木蒸腾研究中常见问题的解决方案

Granier树干液流测定系统基于电热平衡原理可精确、灵敏和连续地测定树干液流.然而在实际安装,测量和维护过程中的很多细节问题会直接影响数据的可靠性.对多年来在野外实际应用Granier测定系统过程中遇到的问题和解决方案进行阐述,重点介绍Granier树干液流测定系统的组成、工作原理及探针安装和维护过程中需要注意的事项,为其他使用者提供参考和帮助.     

热脉冲技术3种方法组合在测量树干液流中的应用

利用树干液流方法获取树木蒸腾特征对理解树木水分生理、森林生态和森林系统水分交换具有重要意义.利用广泛应用于土壤热参数和土壤蒸发测量的
三针热脉冲探头,基于热比率法(HRM)、最大温度法(T_Max)和单针热脉冲法(SHPP)同时实现了旱柳液流密度的测定,并与热扩散探针(TDP)测量结果进行对比分析.结果表明： 三针热脉冲探头安装约5周后进入稳定测量阶段,3种方法初期测量结果比稳定测量阶段高135%~220%,HRM、T_Max和SHPP法与TDP测量结果具有显著的线性相关性,R2分别为0.93、0.73和0.91,SHPP与HRM法测定结果的R²达到0.94.HRM在低速和逆向液流时测量具有较高的精度;SHPP探头配置简单、测量精度高,但无法甄别液流方向,是测定液流非常有前途的方法;T_Max测量液流误差较大,无法测量<5 cm³·cm^-2·h^-1的液流,不建议单独用于液流测量,但其能够准确测定树干热扩散系数,并可用于其他方法液流计算.建议根据试验目的,选取不同方法或者几种方法组合进行树干液流测量.     

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。     

利用热脉冲技术对梭梭液流的研究

利用热脉冲技术对梭梭的液流进行了研究 ,并用自动气象站和土壤水分测定仪 TRIME- T3 对气象因素和土壤水分同步监测 .结果表明 :梭梭树干液流表现为单峰曲线 ;在土壤含水量为 8%时 ,平均为 2 .33L· d- 1 ,单位面积液流通量平均值为 0 .72 8L· cm- 2 · d- 1 ;含水量在 12 % ,平均为 4 .18L· d- 1 ,液流通量为 1.30 6 L· cm- 2 ·d- 1 ;5月～ 10月梭梭耗水量为 346 .6 L;液流量变化与环境中气象和土壤因子有密切关系     

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。     

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。     

基于热扩散技术的梭梭树干液流特征研究

利用TDP热扩散式茎流计,结合自动气象站,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,建立了生长季梭梭树干液流与环境因子的关系,估算出梭梭群落的日、季耗水量。结果表明:(1)液流速率日变化主要为单峰曲线,夏季偶有出现双峰曲线,不同季节间的液流速率大小差异显著,夏季树干液流启动早,峰值出现早,夜间持续有微弱的液流;(2)梭梭树干瞬时液流速率与风速、净辐射、空气温度、饱和水汽压亏缺值等因素呈显著正相关,与实际水汽压和空气湿度呈极显著负相关,影响梭梭树干瞬时液流速率变化的关键因子是净辐射和饱和水汽压亏缺值是导致树干液流速率瞬时变化的关键因子;(3)梭梭树干日均液流速率与净辐射、空气温度、实际水汽压、土壤含水率和土壤温度等呈极显著正相关,与空气湿度等呈极显著负相关,与风速相关性不显著,影响梭梭日均液流速率变化的关键因子是净辐射、饱和水汽压亏缺和空气温度。     

基于树干液流及涡动相关技术的葡萄冠层蒸腾及蒸散发特征研究

针对西北干旱区绿洲经济作物葡萄树冠层蒸腾及蒸散发特征的相关问题,在甘肃省敦煌市南湖绿洲开展无核白葡萄树液流速率及蒸散发观测试验,采用基于热平衡原理的包裹式茎流计,详细分析了典型生长季7—9月份葡萄树蒸腾耗水规律,使用"单位叶面积上的平均液流速率SF×叶面积指数LAI"的方法,实现了从单株到林分冠层蒸腾的尺度扩展,并通过与涡动相关技术所测蒸散发数据对比,详细研究了葡萄地冠层蒸腾及蒸散发规律。结果表明:典型生长季中葡萄树液流速率日变化为单峰型曲线,日均耗水量从2.76 kg到10 kg不等,胸径越大的葡萄树日均耗水量越大;冠层蒸腾及蒸散发日变化曲线亦为单峰型,白天8:00—12:00与17:00—20:00期间,葡萄冠层蒸腾与蒸散发曲线均比较吻合,该时间段葡萄地蒸散发绝大部分来源于葡萄冠层蒸腾,而12:00—17:00之间由于午后太阳辐射强烈土壤蒸发量增加,葡萄蒸散发大于冠层蒸腾;典型生长季3个月中,葡萄冠层蒸腾量的变化范围在1.88—8.12 mm/d之间,日均冠层蒸腾量为6.12 mm/d,蒸散发在1.74 mm/d至10.78 mm/d之间,日均蒸散发量为7.13 mm/d;日均土壤蒸发量约为1.01 mm/d,只占总蒸散发量的14.2%,日均冠层蒸腾占日均蒸散发的比重达到85.8%,说明该生长阶段冠层蒸散发以作物蒸腾为主。     

应用热脉冲技术对小美旱杨树干液流的研究

应用热脉冲技术对河套灌区农田防护林小美旱杨（Populus popular‘s)树干液流速度进行了研究。结果表明,在正常生长状态下,小美旱杨树干单位面积液流通量为0.088L.cm^-2.d^-1;形成层以下不同深度的树液流速具有相同的日变化趋势,在中午前后各深度流速值均达到最大,各深度流速差值亦达到最大,最大液流速度相对位点距形成层相对距离10mm处,在不同水分条件下,灌水时液流速度小于未灌水时液流速度。萌生苗液流速度大于扦插苗液流速度。     

基于树干液流测定值进行尺度扩展的马占相思林段蒸腾和冠层气孔导度

应用Granier热消散探针,长期监测华南丘陵地马占相思(Acacia mangium)林14棵样树的树干液流(Sap flow),由此计算整树和林段的蒸腾速率,结合同步记录的环境因子,求算冠层平均气孔导度(G_c)。Granier探针的灵敏度较高,能精确测定即使是微弱的液流活动。观测结果显示,树木个体之间的液流密度(J_s)和整树蒸腾(E_t)受树形特征影响较大。马占相思林径级大的树木个体数较少,但占据林段边材总面积和林段蒸腾的比例较大。J_s和E_t的日变化主要受光合有效辐射(Q_o)和空气水蒸气压亏缺(D)的控制,土壤含水量(θ)对较大胸径树木E_t的影响大于胸径较小的树木,个体之间J_s和E_t的差异随θ的下降而缩小。一年中,林段蒸腾(E)在光照和水热条件较好的7月最高,9~12月,由于土壤水分供应的减少致使E值降低,E对D的敏感性下降。G_c与主要环境因子的关系与E相似,如果θ长期偏低,G_c会明显下降,是造成E降低的主要原因。成熟马占相思林在光照充足、水热条件较好的情况下的蒸腾活动旺盛,但对土壤水分胁迫的忍受力较低。     

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.     

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。     

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.     

马占相思(Acacia mangium)树干液流密度和整树蒸腾的个体差异

利用Granier热消散探针观测了华南丘陵地区马占相思人工林（18a树龄）的树干液流（Sap Flow）。日变化的观测结果显示,不同大小胸径的14株样树液流密度（山）个体间的差别较大（CV：36．42％-80．80％）,日间最大液流密度从最高的80．05（gH2Om^-2s^-1）到最低的11．25（gH2Om^-2s^-1）,差异显著。液流密度的个体差异与树形的大小并不显著相关（P〉0．24）,即液流密度的大小不是与树木形态相关联的固有特征。然而,树木胸径的大小却是影响液流随时间变化的重要因子。树形较大的树木日总液流量（E1,kgH2Otree^-1d^-1）较高,但中等大小的树木却具有较高的单位基面积日液流量（E2,kgH2Odm^-2d^-1）,发现,单位基面积的日流量最大值并不出现在胸径最大的树木,而出现在胸径稍小的树木,意味着后者对自身结构的水分利用效率较高。由液流密度计算的整树蒸腾,个体间差异也比较大（3．35—72．42kgH2Otree^-1d^-1）,且与胸径以幂函数的形式呈现正相关（P〈0．001）。尽管整树蒸腾在个体之间的差别较大,但随时间的变化规律却是一致的,整树蒸腾的变化格型基本上受环境因子的控制。以液流反映马占相思的蒸腾与冠层的实际蒸腾存在明显的时滞,14株样树的液流变化比光合有效辐射滞后40,in至110,in,相关分析显示,时滞的长短与树木的胸径、高度、边材面积和冠幅均不呈现明显的相关性（P〉0.36）。     

黄土丘陵区辽东栎和刺槐树干液流时滞效应与蒸腾特征的关联性

运用Granier热扩散探针法,于2016年7-9月对半干旱黄土丘陵区天然次生林树种辽东栎和人工林树种刺槐的树干液流进行连续测定,并同步监测气象因子和土壤含水量,用错位相关法分析液流通量密度与空气水汽压亏缺日变化的时滞长度,研究2个树种不同径级个体在不同土壤水分条件下液流通量密度与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:辽东栎和刺槐液流通量密度的日变化节律与气象因子显著相关,空气水汽压亏缺峰值的出现较辽东栎树干液流通量密度滞后118.2 min,较刺槐树干液流通量密度滞后39.5 min;而光合有效辐射的峰值通常滞后于辽东栎12.4 min,提前于刺槐68.5 min.液流通量密度和空气水汽压亏缺的时滞长度与树种和土壤含水量显著相关,辽东栎、刺槐在土壤含水量较高时段的时滞长度分别大于土壤含水量较低时段32.2和68.2 min.时滞长度与径级的相关性整体上未达到显著水平,但在土壤含水量较低时段小径级刺槐的时滞长度大于大径级21.4 min,差异达到了显著水平.两树种液流通量密度与空气水汽压亏缺之间的时滞效应反映了对蒸腾驱动因子的敏感性,较好的土壤水分条件有利于液流通量密度提早达到峰值,较低土壤水分会导致树干液流对气象环境因子响应的敏感性降低;刺槐树干液流受土壤水分的影响更显著.