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,因此木材含水量的波动很可能会导致蒸腾作用测定的误差。对热消散探针法的工作原理、优势和局限以及使用时需要注意的问题进行了综述,并回顾了基于热消散探针法开展的植物水分运输研究以及针对该方法进行的校正与改进方面的相关成果。

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。

马占相思整树蒸腾的日变化和季节变化特征

为深刻揭示华南丘陵退化荒坡植被恢复树种的水分利用特征,运用Granier热消散式探针法对马占相思的树干液流进行了连续测定,并同步测定样树周围环境因子如光合有效辐射、总辐射、空气温度、空气湿度、土壤湿度等.结果表明,马占相思树干东、南、西、北各方位测得的液流密度存在显著差异,并显著相关;以北方位液流密度为自变量,其他各方位液流密度作为因变量进行回归分析,发现回归系数随时间和个体的变化而变化.对9月和2月的液流和光合有效辐射及水蒸气压亏缺的日变化作了对比,发现存在较大差异,分析认为是由于环境因子如温度低、雨雾多及落叶较多造成的.相关分析得出各样树间整树液流季节变化格型一致.分析了液流与环境因子的相关关系后发现树干液流与光合有效辐射、总辐射、温度、水蒸气压亏缺在不同时间尺度上(日内、日间、年内)均具有显著相关关系;与土壤湿度则在任何时间尺度(日内、日间、年内)不存在相关关系.此外,精确计算得出马占相思整树全年的平均蒸腾量为9 380.9 kg,最大整树蒸腾量为14 076.6 kg,最小整树蒸腾量为6 229.8 kg,个体间差异较大.

北京城区常见树种生长季树干液流的时滞特征

2008年4—9月,应用热消散技术测定了北京市常见树种银杏、七叶树、玉兰、刺槐、油松、雪松的树干液流,并将液流与总辐射和水汽压亏缺数据进行逐行错位分析,探讨不同树种树干液流与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:6个树种树干液流(Js)的变化与总辐射(Rs)和水汽压亏缺(D)显著相关,且Js均滞后于Rs,提前于D;Js与Rs之间最大相关系数(0.74～0.93)通常比Js与D之间最大相关系数(0.57～0.79)高,表明日尺度上Js在很大程度上依赖于Rs的变化.除油松外,其他树种Js与Rs之间时滞范围(10～70min)比Js与D之间时滞范围(47～130min)短,其中刺槐、油松和雪松种间差异显著;城市树种Js与蒸腾驱动因子之间的时滞主要受树形(胸径、树高、冠层投影面积、边材面积)以及夜间水分补充量的影响,而与树种无关.

北京绿化树种油松、雪松和刺槐树干液流的空间变异特征

城市绿化树木具有多重生态效应,其耗水量不容忽视。在不了解树干液流空间变异的前提下,将点的测定值推广到整树或者林段尺度会产生很大的误差。为准确地确定整树耗水,采用热消散探针法研究了夏秋季北京成年常绿树种油松(Pinus tabulaeformis)、雪松(Cedrus deodara)和刺槐(Robinia pseudoacacia)树干液流的空间变异特征及产生原因。各树种树干液流存在方位变异,受树干靠南的方向受光较多、木材解剖特征和枝下高高度的影响,油松和雪松液流密度与方位之间的关系较为固定,而刺槐液流密度与方位之间的关系表现出随机性。不同方位每小时液流密度之间高度相关(p<0.0001)。因此,可以基于这种关系准确地计算其他方位的液流(R2>0.91,p<0.0001)。油松和雪松树干液流的径向变异显著,较深处和较浅处树干液流的日变化格局相似,但是较深处的液流明显滞后于较浅处的树干液流,且较浅处树干液流对环境因子的响应远高于深处的液流。不同深度树干液流之间密切相关,因此可以利用较浅处的液流外推其他深度的液流(R2>0.89,p<0.0001)。然而,同一棵树不同方位径向剖面特征不同,雪松南向较深处的液流明显高于其他方位,且滞后不显著,这与树冠南向受光较多有关。结合误差分析,采取北向15mm和75mm深处的液流密度均值来估算整树耗水较为准确。

中国漳江口红树植物秋茄茎流特征及其影响因子

利用Granier热消散式探针法对福建漳江口国家级红树林自然保护区内红树植物秋茄的树干茎流密度(SFD)进行1年(2010年10月至2011年10月)的连续监测.结果表明:季节和树干径级对秋茄树干茎流密度均有显著影响.在夏季,胸径(DBH)为8~10 cm时秋茄树干最外层2 cm处的SFD达到最大,为38.21 g·m^(-2)·s^(-1),这与其他红树物种以及湿地乔木物种的茎流密度相当.不同径级(小、中、大径级分别为2~4、4~8、8~10 cm)秋茄每日整树蒸腾量(即水分日利用量)也呈现明显的季节变化,从冬季到夏季的波动值分别为0.14~0.19、0.94~1.45、1.96~3.43 kg·d^(-1).通过整合各个径级秋茄树的日蒸腾量推算得到秋茄林的日蒸腾量,再全年累加计算得到秋茄林年总蒸腾量为100.38 mm,不到当地年降水量的6%.主要环境因子对秋茄林蒸腾速率(E_s)均有极显著影响(P<0.001),其中,光合有效辐射(PAR)和饱和水汽压差(VPD)是E_s最主要的驱动因子,解释了E_s60%~92%的季节变异,且夏季秋茄E_s对PAR和VPD的依赖性大于冬季.秋茄E_s与环境因子之间存在明显的时滞现象,需要在解释秋茄林E_s季节变异时加以考虑.