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。

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。

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(P<0.05);(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。

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.

大兴安岭北部兴安落叶松树干液流规律及影响因子分析

利用Granier热扩散植物液流技术(TDP),于2012年5—9月连续对大兴安岭北部兴安落叶松蒸腾进行测定,结合同步观测的环境因子,分析兴安落叶松树干液流规律及其与环境因子的关系。结果表明:1)兴安落叶松蒸腾速率具有明显的昼夜变化规律,晴天和阴天均为单峰曲线,雨天为双峰曲线,且晴天和阴天的蒸腾速率高于雨天。夜间液流通量占整日液流通量的百分比为晴天(5.91%)>雨天(4.88%)>阴天(2.57%),在高温无雨情况下,液流通量呈现随高温无雨日数的增加而逐渐降低的趋势。2)6—8月兴安落叶松蒸腾量占观测期总耗水量的80%,液流密度日峰值较高,其中7月最高达23.62cm3/(cm2·h),5月次之,9月最低为2.03cm3/(cm2·h)。3)边材液流密度与环境因子存在良好的相关性,多元回归模型决定系数为0.79;影响兴安落叶松树干液流的主要影响因子为蒸汽压亏缺和光合有效辐射。4)生长季内兴安落叶松林蒸腾耗水量为566.49t/hm2,即56.65mm,占同期降雨量的12%。

缙云山典型树种树干液流日际变化特征及与气象因子关系

运用Granier热扩散探针方法,于2012—2015年8—9月对重庆缙云山自然保护区内3个典型优势木（杉木、马尾松、四川山矾）的树干液流进行测定,并运用微型气象站同步监测太阳辐射（ES）、大气温度（T）、大气相对湿度（RH）、风速（W）、饱和水汽压差（VPD）等气象因子及土壤含水量（SWC）,分析3个树种的树干液流在日尺度及典型天气条件（晴、阴、雨）下的差异和特征及其与气象因子的关系。结果表明：树种间导水能力差异表现为四川山矾〉马尾松〉杉木,阔叶树种蒸腾速率高于针叶树种;3个树种树干液流日变化规律均呈现＂昼高夜低＂的单峰走势;液流启动时间和达到峰值时间均为山矾最早,杉木最晚;典型天气条件下3个树种液流量均呈现晴天〉阴天〉雨天,与晴天液流量相比较,阴、雨天液流量减少幅度为41%至86%;白天树干液流贡献率表现为晴天（94.74%~98.04%）〉阴天（93.63%~96.71%）〉雨天（81.43%~85.43%）,夜晚树干液流贡献率表现为雨天（14.57%~18.27%）〉晴天（3.29%~6.37%）〉阴天（1.96%~5.26%）;导致雨天夜间液流贡献率最大的因子为SWC;影响3个树种树干液流的主要气象因子为ES和VPD;T、RH、W对3个树种的影响程度都很小,且略有不同。气象因子与杉木、马尾松、四川山矾的树干液流多元回归方程决定系数分别为0.873、0.873、0.903。

辽西农林复合系统中杨树水分耗散规律

以辽西杨树-烟草复合系统为研究对象,采用Granier热扩散探针法,对杨树-烟草复合系统的杨树树干液流进行连续观测,并对环境因子(空气温度、空气湿度、净辐射、风速、土壤温度和土壤湿度)进行同步观测。结果表明:杨树液流速率具有明显的早晚低、中午高的单峰型日变化特征,并具有从6月到9月逐渐降低的季节性变化规律,6月液流速率月平均的日变化峰值为5.77×10-3cm/s,9月下降至2.34×10-3cm/s。相关分析表明:净辐射、空气温度、空气湿度是杨树液流速率的主要影响因子,风速和土壤温度次之,土壤湿度影响最小,并建立了依据环境因子估算液流速率的逐步回归模型。树干液流与环境因子之间的数量关系能很好地预测杨树的蒸腾耗水量。

青海云杉、华北落叶松边材液流变化规律及其与气象因子的关系

运用Granier热扩散式探针（TDP）法对青海大通黄土高寒区主要针叶树种青海云杉Picea crassifolia和华北落叶松Larixprincipis-rupprechtii夏季边材液流变化规律进行连续观测,利用自动气象站对周围气象因子太阳辐射（Rs）、空气温度（Ta）、空气相对湿度（RH）和风速（Ws）进行同步观测,并对气象因子与青海云杉、华北落叶松边材液流通量（Fs）的相关性进行分析.结果表明：（1）边材面积（As）与胸径（DBH）存在较高的相关性,两者可以用幂函数很好地拟合.（2）青海云杉、华北落叶松边材液流速率（Vs）变化规律主体表现一致,晴天变化幅度最大,阴雨天变化幅度最小.（3）华北落叶松边材液流通量（Fs）仅为0.75 kg.h^-1,而青海云杉高达1.84kg.h^-1,为华北落叶松的2.4倍;青海云杉日耗水量（W）在9.56－37.14 kg.d^-1之间,而华北落叶松日耗水量W在5.61－14.25kg.d^-1之间.（4）青海云杉、华北落叶松Fs与气象因子关系密切,但气象因子的作用过程表现复杂.复相关分析表明：青海云杉、华北落叶松Fs与Rs、Ta、Ws之间呈极显著正相关,与相对湿度RH呈极显著负相关.按相关程度排序为：Rs〉Ta〉RH〉Ws.

华南地区常见树种导管特征与树干液流的关系

为探讨树木结构与功能的关系,对华南地区常见8种树木边材的导管特征进行观察,并利用Granier热扩散探针法测量干、湿季树干的液流密度,分析导管特征与树干液流的关系。结果表明,除红锥(Castanopsis hystrix)有两种导管外,大叶相思(Acacia auriculaeformis)、荷木(Schima superba)、火力楠(Michelia macclurei)、藜蒴(C.fissa)、马占相思(A.mangium)、柠檬桉(Eucalyptus citriodora)、尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)的导管类型单一。导管特征在种间存在明显差异,且导管长度、密度和孔径之间存在明显相关性,它们与标准化的边材面积呈现显著相关。湿季液流最大值与导管特征无明显相关性,但整树最大蒸腾速率与导管特征呈显著相关;树木的日蒸腾量与导管特征也有明显相关性。因此,树木的液流速率并不受树干的导管影响;而树干的导管孔径与边材面积间的负相关权衡机制,可以降低树种间由于导管孔径差异引起的树干的水分输送速率的差异性。

荷木(Schima superba)水力导度的干湿季变化及个体差异

通过对不同个体水力导度(KL)的研究,揭示水力导度在树木水分利用中的关键作用,可为深入研究森林水分循环提供理论依据.采用热消散探针液流测定系统连续监测广州地区6棵不同大小荷木(Schima superba)样树的液流密度(JS),结合树木的叶片水势(ΨL)、土壤湿度、树高、边材面积(AS)、冠幅等参数,分析整树水力导度的日变化和干湿季变化,揭示不同大小样树水力导度的变化规律.结果显示:不同胸径大小的6棵样树液流密度差别明显,液流密度最大值未出现在胸径最大的样树中,而是在胸径略小的树木中.通过测定6棵样树的液流密度值可以进一步求算出样树的整树水力导度,总体上讲,6棵树的日均水力导度表现出明显的起伏波动;其中干季水力导度(0.017 g m-2s-1 M Pa-1)略低于湿季(0.019 g m-2 s-1 M Pa-1),但差异并不明显.样树土壤/叶片水势差与平均液流密度显著相关(P<0.0 01),而样树树形特征和水力导度之间关系表现为水力导度与树高呈现明显相关性(P=0.016),与胸径、冠幅相关性均不显著.上述结果表明,荷木水力导度表现出明显的日变化,其大小在一定程度上受到树形指标的影响.

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Fd=0.0135K0.6952(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。

Combining sap flow measurement-based canopy stomatal conductance and ^(13)C discrimination to estimate forest carbon assimilation

The available methods for studying C uptake of forest and their problems in practices are reviewed, and a new approach to combining sap flow and 13C techniques is proposed in this paper. This approach, obtained through strict mathematic derivation, combines sap flow measure-ment-based canopy stomatal conductance and 13C discrimi-nation to estimate instantaneous carbon assimilation rate of a forest. Namely the mean canopy stomatal conductance (gc) acquired from accurate measurement of sap flux density is integrated with the relationship between 13C discrimination (?) and Ci/Ca (intercellular/ambient CO2 concentrations) and with that between Anet (net photosynthetic rate) and gCO2 (stomatal conductance for CO2) so that a new relation be-tween forest C uptake and ? as well as gc is established. It is a new method of such kind for studying the C exchange be-tween forest and atmosphere based on experimental ecology.

辽西农林复合系统中杨树液流速率与气象因子的时滞效应

应用Granier热扩散探针(TDP)对辽西农林复合系统中杨树的树干液流速率进行连续观测,并同步观测微气象因子.将杨树液流速率与对应的空气温度、空气湿度、净辐射和饱和水汽压差数据进行逐行错位分析,探讨晴天下杨树树干液流速率与气象因子之间的时滞效应.结果表明:杨树的液流速率提前于空气温度、空气湿度和饱和水汽压差,而滞后于净辐射;6—9月,杨树液流速率分别提前于空气温度70、30、50、90min,空气湿度80、40、40、90min,饱和水汽压差90、50、70、120min;而滞后于净辐射10、10、40、40min.对综合气象影响因子与杨树液流速率进行回归分析,包含与不包含时滞效应的相关度均达到极显著水平,决定系数分别为0.903和0.885,包含时滞效应的决定系数提高了2.04%,从而提高了液流速率数值模拟的精度.

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.

长白山阔叶红松林三种树种树干液流特征及其与环境因子的关系

使用Granier热扩散式探针法,于2009年6—9月对长白山阔叶红松林3种主要树种(紫椴(Tilia amurensis)、色木槭(Acer mono)和红松(Pinus koraiensis))的树干液流速率进行连续测定,结合环境因子的同步观测,分析各树种树干液流的动态特征,并探讨液流速率与环境因子的关系。结果表明:3个树种的液流速率具有明显的单峰型日变化规律,相同天气条件下,液流启动时间和到达峰值时间相同,但停止时间不同,紫椴停止时间最晚。3个树种的日均液流速率季节变化趋势相同,均在8月份最大,6月份最小,液流速率日均值表现为紫椴>色木槭>红松。相关分析表明,光合有效辐射、饱和水汽压差是影响3个树种液流速率的主要环境因子;建立了依据环境因子推算液流速率的各月逐步回归模型。

热消散探针在粉单竹液流研究中的应用

通过对计算树干液流密度的Granier经验公式进行试验验证和校正,比较不同长度的热消散探针(TDP)测量粉单竹液流的结果,探讨TDP在粉单竹液流研究中的适用性,并与邻近生长的常见树种荷木的液流日变化进行比较分析.结果表明:由于粉单竹的竹壁较薄、解剖结构异质性较高,10mm探针可能低估粉单竹的液流密度,8和5mm探针监测的液流密度值较准确.粉单竹液流密度平均值和日变化格局的偏度均大于荷木,而夜间荷木的液流活动比粉单竹活跃,说明粉单竹的夜间补水不如荷木.以TDP探针研究竹子的液流是可行的,但应用于不同竹种之前,必须对Granier经验公式进行有效的验证和校正.

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.