马占相思树干液流与光合有效辐射和水汽压亏缺间的时滞效应

应用Granier热消散探针测定华南丘陵马占相思的树干液流,将液流与对应的光合有效辐射和水汽压亏缺数据列分别进行逐行错位分析和时间序列分析,探讨树干液流与蒸腾驱动因子之间的时滞效应,并对结果进行互相验证.结果表明:马占相思树木蒸腾主要驱动因子是光合有效辐射和水汽压亏缺,树干液流的变化更多地依赖光合有效辐射的变化,而且干季的依赖性比湿季更强;无论是干季还是湿季,树干液流都滞后于光合有效辐射,提前于水汽压亏缺;时滞效应季节差异显著;不同径级马占相思的时滞效应差异不显著;树高、胸径、冠幅并不能解释树干液流与光合有效辐射、水汽压亏缺之间的时滞效应;干季树干液流与水汽压亏缺之间的时滞效应与夜间水分补充量显著相关,湿季则相反.     

马占相思树干液流特征及其与环境因子的关系

运用Granier热消散式探针法对华南丘陵退化荒坡植被恢复先锋树种马占相思(Acaciamangium)树干液流密度进行长期连续观测,并对其周围环境因子如空气温度、空气相对湿度、土壤相对湿度、光合有效辐射和总辐射进行同步观测。通过分析发现马占相思边材厚度与胸径存在显著线性相关关系;马占相思树干液流密度最大值与边材面积具显著相关关系;马占相思树干东、南、西、北4个方位测得的液流密度具显著差异,且各方位相互之间均有显著相关关系;马占相思树干液流每天到达峰值与光合有效辐射和水蒸气压亏缺到达峰值存在一定的时滞,这两个时滞与树高无关,个体间时滞差异在湿季较小,干季较大;干湿季液流平均值和最大值具显著差异,湿季蒸腾水量大于相同时间内干季蒸腾水量;液流的变化与空气温度、空气相对湿度、光合有效辐射、总辐射、水蒸气压亏缺等环境因子的变化具显著相关关系,按相关程度排序为:光合有效辐射>总辐射>水蒸气压亏缺>空气相对湿度>空气温度。     

不同径级马占相思(Acacia mangium)整树蒸腾的湿、干季变化

利用Granier树干液流测定系统对广东鹤山丘陵地马占相思(Acacia mangium)林进行长期监测,并同步监测环境因子(空气温度、相对湿度、光合有效辐射、土壤体积含水量),选择胸径具有代表性的样树,结合马占相思的形态学参数,计算马占相思的整树蒸腾.通过对光合有效辐射(PAR)分级,建立不同辐射强度等级的湿季(土壤水分θ≥33%)整树蒸腾与水汽压亏缺(VPD)的相关方程,以干季(θ≤24%)的VPD代入对应PAR等级的湿季的拟合方程,求出干季的潜在蒸腾,以潜在蒸腾和干季实际蒸腾之差分析不同径级整树蒸腾在不同季节的实际变化.在所有的PAR分级内,干季整树蒸腾显著低于湿季,仅占湿季蒸腾的10%～20%,就蒸腾减少的绝对量而言,优势木>中间木>劣势木.土壤水分下降缩小了不同径级树木之间液流密度的差异,土壤水分亏缺限制了树木的蒸腾,对马占相思的生长造成一定程度的水分胁迫.     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

树高对马占相思整树水分利用的效应

利用Granier热消散探针,于2004年观测了华南丘陵坡地常见绿化先锋树种马占相思(22年生)的树干液流,同时监测林冠上方的光合有效辐射、气温、相对湿度和0～30 cm的土壤体积含水量.结合树木的形态特征、液流密度和简化的Whitehead & Jarvis公式,分别计算了整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值,分析了树高对整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值的影响.结果表明：土壤水分充足时,马占相思整树蒸腾随树高呈二次多项式增加(P<0.01),冠层气孔导度日变化均呈“单峰”格型;在所有光合有效辐射范围内,高树的参比冠层气孔导度和冠层气孔导度对水汽压亏缺的敏感性均高于矮树;叶面积/边材面积比值为（1.837±0.048） m²·cm^-2,并与树高呈幂函数关系.随着树木高度的增加,马占相思没有发生明显的水力限制和补偿.     

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。     

基于树干液流测定值的马占相思(Acacia mangium)冠层气孔导度计算及数值模拟

为深入揭示华南地区马占相思冠层气孔导度对环境因子的响应规律,在2005年7月至11月,利用Granier热消散式探针法对马占相思(Acacia mangium)的树干液流(sapflow)进行了连续测定,计算出整树的蒸腾,并由Penman-Monteith方程得出马占相思的冠层气孔导度值。通过分析,发现:马占相思冠层气孔导度是控制马占相思树整树蒸腾的主要因素;冠层气孔导度随着水汽压亏缺增加呈负指数函数下降的趋势。使用包括了太阳总辐射、水汽压亏缺和气温的Jarvis模型可以较好地模拟马占相思冠层气孔导度对环境因子的响应特征;模拟结果表明:环境变量对模型精确度的影响程度依次为:水汽压亏缺>太阳总辐射>气温。     

华南丘陵植被恢复先锋树种木荷与马占相思的水分利用

利用Granier测定系统,对华南丘陵植被恢复先锋树种马占相思和木荷的树干液流分别进行4 a(2004—2007年)和5 a(2008—2012年)监测,比较不同龄级两树种的蒸腾量及其季节变化.结果表明: 马占相思和木荷的年蒸腾量均随树龄增加而增大,木荷蒸腾量的增加速度更快.木荷平均整树年蒸腾量为7014.76 kg,比马占相思(3704.97 kg)高;马占相思蒸腾量的季节变异(511.46～1802.17 kg)比木荷(1346.48～2349.35 kg)大.蒸腾速率(E_h)与光合有效辐射(PAR)、水汽压亏缺(VPD)的标准回归系数随土壤湿度的增加而增大,表明土壤水分的增加提高了植物对环境响应的敏感度.偏相关分析表明,土壤湿度的季节变异是导致两树种蒸腾量季节变化的最主要因素.木荷和马占相思的最适土壤湿度分别为0.22～0.40和0.29～0.30(V/V),表明与外来树种马占相思相比,乡土树种木荷对水分胁迫有更好的适应及调节能力.     

荷木整树蒸腾对干湿季土壤水分的水力响应

降雨在时间上的非均匀分配导致森林土壤含水量呈现明显的干、湿季变化,并可能在干季形成水分胁迫,引起植物蒸腾变化。在监测环境因子的同时,利用Granier热消散探针连续监测荷木(Schima superba)的树干液流,以液流密度值计算整树蒸腾,并结合水力导度与叶片/土壤的水势差,探讨环境因子和水力导度对荷木整树蒸腾的协同控制。结果表明,华南地区的季节性降雨形成的干、湿季并未引起荷木蒸腾在季节上的显著差异,但对产生蒸腾的水力生理产生了显著影响。荷木蒸腾在干、湿季均与主要驱动环境因子(光合有效辐射PAR和水汽压亏缺VPD)呈显著正相关。在水热充足的湿季,荷木蒸腾主要受气孔导度调节;在干季,当空气水汽压亏缺达2.132 MPa时,水力导度与气孔导度协同控制蒸腾。整树水力导度对整树蒸腾的水力补偿出现在15:00—17:00,平均补偿值为0.08 g/s。利用蒸腾的估测值与实测值之间的差值量化荷木的水力补偿效应,是对水力导度与气孔导度协同控制树木蒸腾机理的深入探索。研究结果对于掌握季节性降雨不均背景下华南地区主要造林树种需水和耗水规律,有效发挥森林保水功能具有重要意义。     

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。     

基于树干液流测定值的马占相思（Acacia mangium）冠层气孔导度计算及数值模拟

为深入揭示华南地区马占相思冠层气孔导度对环境因子的响应规律,在2005年7月至11月,利用Granier热消散式探针法对马占相思（Acacia mangium）的树干液流（sap flow）进行了连续测定,计算出整树的蒸腾,并由Penman-Monteith方程得出马占相思的冠层气孔导度值。通过分析,发现：马占相思冠层气孔导度是控制马占相思树整树蒸腾的主要因素;冠层气孔导度随着水汽压亏缺增加呈负指数函数下降的趋势。使用包括了太阳总辐射、水汽压亏缺和气温的Jarvis模型可以较好地模拟马占相思冠层气孔导度对环境因子的响应特征;模拟结果表明：环境变量对模型精确度的影响程度依次为：水汽压亏缺>太阳总辐射>气温。     

樱桃冠层导度特征及模拟

为了揭示樱桃冠层蒸腾、冠层导度对环境因子的响应规律,评价Jarvis模型在樱桃冠层尺度上应用的适用性,利用Granier热消散式探针连续监测了北京四季青果林所试验地3年生盆栽樱桃(Prunus avium L.)4-8月份蒸腾动态变化,同步监测了气象与土壤水分数据。以实测液流为基础,利用Penman-Monteith方程反推方法获取了长期连续冠层导度,在分析樱桃冠层蒸腾、冠层导度的动态变化规律的基础上,采用十字交叉法对多元回归模型与Jarvis模型进行参数率与误差分析,结果显示盆栽樱桃冠层蒸腾规律性强、时滞效应小,不同辐射条件下,冠层导度随水汽压亏缺增加呈负指数函数下降趋势,采用水汽压亏缺、光合有效辐射、气温的不同组合方式构建了多元回归和Jarvis冠层模型,模拟结果显示Jarvis模型精度高于多元回归模型,环境因子对模型精度的影响程度依次为:水汽压亏缺光合有效辐射气温,考虑了水汽压亏缺和太阳辐射的Jarvis模型精度最高,最低相对误差仅为12.12%,均方根误差为0.271。     

典型荒漠植物沙拐枣茎干液流密度动态及其对环境因子的响应

采用热平衡包裹式茎干液流仪和微气象监测系统,模拟中国西北河西走廊中段荒漠生态系统典型固沙植物沙拐枣2014年6—9月茎干液流变化过程.结果表明： 沙拐枣茎干液流密度日变化呈宽幅单峰型,其峰值滞后于光合有效辐射峰值约30 min,提前于气温和水汽压亏缺峰值约120 min,其日变化与这3个环境因子日变化之间存在非对称性响应.观测期间,茎干液流密度变化与大气蒸腾需求密切相关,光合有效辐射、气温和水汽压亏缺是影响沙拐枣茎干液流密度的主要气〖JP2〗象因子.构建的基于茎干液流密度与气象因子响应关系的模型,能够比较准确地模拟不同天气条件沙拐枣液流密度的变化,而且经过时滞校正模型模拟精度进一步提高,但是该模型对低液流密度和夜间液流密度存在低估,这主要与植物的生理特征有关.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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).     

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.     

鼎湖山针阔叶混交林优势种树干液流特征及其与环境因子的关系

运用Granier热扩散式探针法,于2010年干湿季对鼎湖山自然保护区针阔混交林4种优势树种马尾松、锥栗、木荷和广东润楠的树干液流密度进行连续监测,并同步观测气温、相对湿度和光合有效辐射等环境因子的变化,研究其树干液流特征及其对环境因子的响应.结果表明:在干湿季,4种优势树种的树干液流速率日变化均呈“昼高夜低”的典型单峰曲线,阔叶树锥栗、木荷和广东润楠的平均液流速率和峰值以及日液流量均显著大于针叶树马尾松;马尾松、锥栗、木荷和广东润楠的最大树干液流密度分别为29.48、38.54、51.67、58.32g H2O·m-2·s-1.优势树种树干液流速率的变化与环境因子的昼夜变化存在时滞;液流速率变化与光合有效辐射、水汽压亏缺和气温等环境因子的变化呈显著正相关,其中湿季以光合有效辐射为主导因子,干季以气温为主导因子.