Radial profile of sap flow velocity in mature Xinjiang poplar(Populus alba L. var. pyramidalis) in Northwest China

Estimation of the transpiration rate for a tree is generally based on sap flow measurements within the hydro-active stem xylem. In this study, radial variation of sap flow velocity（Js） was investigated at five depths of the xylem（1, 2, 3, 5 and 8 cm under the cambium） in three mature Xinjiang poplar（Populus alba L. var. pyramidalis） trees grown at the Gansu Minqin National Studies Station for Desert Steppe Ecosystem from May to October 2011. Thermal dissipation probes of various lengths manufactured according to the Granier＇s design were installed into each tree for simultaneous observation of the radial patterns of Js through the xylem. The radial patterns were found to fit the four-parameter GaussAmp equation. The peak Js was about 27.02±0.95 kg/（dm2？d） at approximately 3 to 5 cm deep from the cambium of the three trees,and the lowest Js appeared at 1 cm deep in most of the time. Approximately 50% of the total sap flow in Xinjiang poplar occurred within one-third of the xylem from its outer radius, whereas 90% of the total sap flow occurred within two-fifth of the xylem. In addition, the innermost point of the xylem（at 8-cm depth）, which appeared as the penultimate sap flow in most cases during the study period, was hydro-active with Js,8 of 7.55±3.83 kg/（dm2？d）. The radial pattern of Js was found to be steeper in midday than in other time of the day, and steeper diurnal fluctuations were recorded in June, July and August（the mid-growing season）. Maximum differences between the lowest Js（Js,1 or Js,8） and the highest Js（Js,3 or Js,5） from May through October were 12.41, 17.35, 16.30, 18.52, 12.60 and 16.04 g/（cm2？h）, respectively. The time-dependent changes of Js along the radial profile（except at 1-cm depth） were strongly related to the reference evapotranspiration（ET0）. Due to significant radial variability of Js, the mean daily sap flow at the whole-tree level could be over-estimated by up to 29.69% when only a single probe at depth of 2 cm was used. However, the accuracy of the estimation of sap flow in Xinjiang poplar could be significantly improved using a correction coefficient of 0.885.

热技术方法测算树木茎流的发展及应用

热技术方法根据其设计原理可分为热脉冲法、热平衡法、热扩散法和激光热脉冲法。回顾利用热技术方法测算树木茎流的历史,概述热技术方法的产生和发展过程,重点论述4种热技术方法的设计原理、最新研究成果和概况,及实际应用中需注意的问题。基于热技术法的特殊优点,对其拓展性应用前景进行了展望:应用热技术方法对林木耗水进行尺度扩展,扩展模型中主导环境因子的导入,不同树种群体耗水量的估测等难点问题的深入研究和解决,将推动热技术理论和研究方法的进步。对现有的研究成果和研究目标进行分析认为,热扩散方法将成为未来几年研究树木液流的重要测算方法。

雷州半岛尾叶桉人工林耗水量研究

利用热脉冲技术对雷州半岛2种主要土壤类型下的4年生尾叶桉人工林林分耗水量进行了为期1 a的观测,并对林分耗水与林分生长特性、气象因子及4 m深土壤有效水关系进行研究。研究结果表明:尾叶桉人工林边材面积与胸径具有显著的相关性,利用边材面积进行单株向林分尺度耗水的转换可行;河头、纪家尾叶桉人工林日平均茎流密度分别为2 772、1 839 L.m-2.d-1;日平均耗水量分别为1.49、1.53 mm;河头与纪家尾叶桉人工林林分的年耗水量分别为542、559 mm,分别占年降水量的35%、36%;开阔的林冠及较小的叶面积指数、旱季时土壤有效水的减少及较低的饱和蒸汽压差等在不同程度上都限制了桉树的耗水量。

液流—株间微型蒸渗仪法测定新疆杨蒸发蒸腾量适用性分析

采用液流—株间微型蒸渗仪法测定人工种植环境下新疆杨蒸发蒸腾量,并对此方法的适用性进行了分析。结果表明:在生长季5—10月,新疆杨蒸腾量具有明显的季节变化规律,总蒸发蒸腾量为508.26mm,蒸发量、蒸腾量所占比率分别为37.1%和62.9%;树干液流速率与叶片蒸腾速率变化表现出较好的一致性,热脉冲法能够用于新疆杨蒸腾测定;液流—株间微型蒸渗仪法和水量平衡法测算结果的相对误差在±15%之内,液流—株间微型蒸渗仪法能够适用于新疆杨蒸发蒸腾量测定。

降雨和非降雨日兴安落叶松天然林蒸腾及蒸散发特征

综合利用树干液流法和涡动相关技术,对大兴安岭北部寒温带兴安落叶松(Larix gmelinii)天然林的林木蒸腾(T)和生态系统蒸散发(ET)进行连续监测;采用边材面积对单木蒸腾耗水进行尺度扩展,分析降雨和非降雨日林木总蒸腾(T_(tot))及其蒸腾组分(优势木蒸腾T_d、中等木蒸腾T_i和劣势木蒸腾T_s)与生态系统ET的变化特征,探讨T_(tot)与ET对水汽压亏缺(VPD)和净辐射(R_n)变化的响应。结果表明:降雨和非降雨日各分化等级林木液流速率的日变化均呈典型单峰格局,且降雨日的T_(tot)(9.7mm)低于非降雨日(31.4 mm),同时T_d在降雨和非降雨日均明显高于T_i和T_s。降雨日的ET(24.7 mm)同样低于非降雨日(50.6mm),而潜热通量与同期R_n之比(31%)则高于非降雨日(25.1%),表明非降雨日的环境条件较有利于植物-大气界面的水汽通量交换。降雨日T_(tot)/ET、T_d/ET、T_i/ET和T_s/ET(分别为38.1%、27.2%、8.5%和2.4%)均低于非降雨日(分别为65.0%、45.5%、15.3%和4.2%),说明降雨日的ET以自由水蒸发为主,而非降雨日时则以T_d占优;同时,仅以优势木蒸腾耗水作为平均水平进行尺度上推易高估林分的蒸腾能力。总体上,T_(tot)与VPD、R_n的相关性均较ET的高,即T_(tot)对环境因子的响应略敏感;同时R_n与T_(tot)、ET的相关性均较VPD高,说明R_n是驱动生态系统水汽通量的首要条件。

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。

基于侧柏液流的测定对Granier原始公式系数进行校正

为研究Granier原始公式计算单株树木蒸腾耗水量的准确性,以侧柏作为研究对象,采用热消散方法测定在15、30、50、70和90 cm水柱高度形成不同压力梯度下的树干液流通量密度,并以称重法作为对照,利用回归分析方法拟合称重法测定的液流通量密度与热消散法测定的树干液流温差系数(K值),进而建立校正公式。结果表明:基于侧柏校正的Granier公式为Fd=0.0115K0.5581(R2=0.8319)。与称重法测定的液流通量密度相比,校正的Granier公式计算的结果略高(6.70±0.02)%,而Granier原始公式计算的则低估(78.53±0.04)%。由此可知,采用校正的Granier公式计算侧柏的液流通量密度具有较高的精度。

5种热动力学方法在树干液流研究中的应用评述

对目前用于测定树干液流的5种热动力学方法(热脉冲法、树干热平衡法、茎热平衡法、热扩散法和热场变形法)的优缺点进行了分析评述.其中热脉冲法、茎热平衡法和热扩散法技术相对成熟且有商品化的设备提供,应用最为广泛.树干热平衡法和热场变形法虽然都具有无需校准的优势,但因成本较高,且测定技术较复杂而没有得到广泛的应用.对测定方法选择不当会使结果产生很大的偏差,在测定前必须充分了解所选择的热动力学方法的原理和优缺点、可能引起误差的原因、被测植物的解剖学和生理学特征以及测定环境的特殊性,然后根据特定的研究目的来选择合适的方法.

双作物系数法计算华北地区桃树蒸散量的可靠性评价

为评估双作物系数法计算华北地区果树蒸散量和作物系数的可靠性,采用液流法和水量平衡法在2012—2013年对桃树蒸散量和作物系数进行了大田小区试验测定。结果表明,双作物系数法计算的蒸散强度与液流法和水量平衡法测定的蒸散强度在果树生育期内均随时间呈先增大后减小的趋势,计算值与2种实测法测定结果之间均显著相关。全生育期蒸散量计算值与实测值的相对误差小于4.5%,但土壤蒸发量计算值比测定值小59.5%~64.8%,而蒸腾量计算值则比测定值大25.6%~26.0%。双作物系数法计算的作物系数与液流法和水量平衡法测定的作物系数也均随生育期呈先增大后减小的趋势,3种方法获得的整个生育期平均作物系数分别为0.90、0.89和0.95。通过对均方根-实测值标准偏差比(RSR)和纳什效率系数(NES)的分析,认为双作物系数法是估算充分灌溉条件下干旱-半干旱地区桃树蒸散量和作物系数的一种有效方法。

雷州半岛尾叶桉人工林树液茎流特征的研究

应用热脉冲法对雷州半岛4年生尾叶桉单株树干液流时空的动态变化及与各环境因子的关系进行观测研究。研究结果表明:(1)形成层以内木质部不同深度的茎流密度不同,其中靠近形成层部分液流速度较快,但各层都具有相同的日变化趋势,中午12点至1点达到最大;夜间因根压作用影响各层仍有微弱上升液流;各深度日平均茎流密度11 6L·m-2·d-1,最大为15 3L·m-2·d-1(晴天),最小仅为5 4L·m-2·d-1(雨天);(2)不同直径尾叶桉的日茎流密度具有相似日变化趋势,胸径与高度相近其茎流密度相同,大树较小树快,这主要与树木根系吸收土壤水分的能力有关;(3)热脉冲法与整树容器法对2年生幼树耗水量的同步测定结果相一致,误差仅为3 4%;(4)树干茎流量与饱和蒸气压差和太阳辐射相关性特别显著。

华北石质山区4种乡土树种耗水特征

采用热扩散式液流探针(TDP)配合watchdog 900ET小型全自动气象站的方法,对华北石质山区乡土树种乔木山杏、刺槐和灌木酸枣、荆条的树干液流进行了连续监测,进而分析比较了它们的耗水特征。结果表明:①晴天时,乔木树种液流变化呈"几"字状,具有宽峰,而灌木树种则呈波动性变化,具有多峰;其液流速度大小为山杏>酸枣>荆条>刺槐,而液流通量大小为山杏>刺槐>酸枣>荆条;灌木树种液流启动、达峰值和终止时间均比乔木树种早。阴天时,乔灌木树种的树干液流变化比较平缓,而且液流速度较低,灌木树种液流启动、达峰值和终止时间也比乔木树种早。雨天时,乔灌木液流变化多次起落,但灌木树种对降雨敏感,液流速度显著增高。②乔灌木树种树干液流月变化呈现出5、6、10月份低,7、8、9月份高的规律。乔灌相比,10月份,灌木液流速度比乔木下降的程度大;5、6月份乔木耗水比率低于灌木。③影响乔木树干液流的主导环境因子是大气温度,土壤含水量和太阳辐射,而灌木树种为大气温度和土壤含水量;以环境因子作自变量,以乔灌木树种液流速度为因变量,经过逐步回归,建立了多元线性模型,回归方程极显著,调整R2依次为0.915、0.849、0.870、0.918,方程拟合良好。

马占相思树干液流的研究

采用ICT-2000TE树干液流测定系统,对华南地区的主要造林树种马占相思的液流变化进行了为期1a的观测,并对树干液流变化特征、液流量日变化、各位点液流及全年液流量的变化进行了深入研究。结果表明:马占相思的树干液流量日进程呈单峰型曲线,雨、旱季的全天总液流量分别为10.988×103、5.082×103g,全年总液流量为2238.265×103g;马占相思木质部不同部位输水能力差异较大,液流速率最大的位点位于木质部15mm处;马占相思单位边材面积日累计液流量在雨、旱季分别为85.203×103、57.463×103g·m-2左右,整个过程呈"S"形。

雷州半岛加勒比松人工林旱季液流特征与耗水量研究

利用热脉冲技术对雷州半岛25年生加勒比松人工林旱季（2000年10月至2001年2月）树干液流特征、耗水及环境因子的关系进行研究。结果表明：加勒比松边材不同位点的液流密度由外到内呈低一高一低的态势；观测期间林分日液流密度变幅为411～4120L·m^-2·d^-1，日平均液流密度为2084L·m^-2·d^-1；旱季无雨时，加勒比松日液流密度与太阳辐射、饱和蒸汽压差、气温及湿度相关性显著；有雨时，加勒比松日液流密度仅与饱和蒸汽压及湿度相关性显著；单株日耗水量变幅为6．4～169．5L，日平均耗水量为55．5L，林分日耗水量变幅为0．35～3．52mm·d^-1，日均耗水量为1．71mm·d^-1，旱季总耗水量为257．7mm，占同期降水量的72．3％。

网室栽培香蕉耗水特征及合理灌溉水量确定

主要研究网室和不同灌溉水量下香蕉的耗水特征，确定香蕉的作物系数。处理包括大田充分灌溉处理（100％），网室充分灌溉处理（100％）和亏水处理（5S％），香蕉的耗水量（ET）用热消散茎液流法测定。试验结果显示，在3种处理间香蕉叶面积差异不显著（P〉0．05），网室内香蕉的耗水量比大田降低了44％～55％；网室内2种灌溉水量条件下香蕉蒸散量差异不显著（P〉0．05），说明55％处理灌溉水量已经能够满足香蕉的生长，这个结果也和网室内蒸散量降低值一致。建议当地进行网室内香蕉栽培时，灌溉水量选取大田的一半即可。

干旱区梭梭茎干液流特性及对土壤水分的响应

研究荒漠植物耗水特征及其与土壤水分的关系,分析维持荒漠植物生长的潜在水源,对提高干旱区用水效率,保证荒漠生态环境的安全具有重要意义。以新疆干旱区荒漠植被梭梭为研究对象,采用热扩散法研究其茎干液流特性,采用中子仪测定和烘干法相结合的方法测定土壤含水率,并分析了茎干液流与土壤水分的响应关系。结果表明:梭梭的茎干液流密度呈明显昼夜变化,日间液流密度明显高于夜间,且随着胸径的增大,日间液流密度减小;土壤含水率随土层深度的增加呈倒"S"型分布,5~8月土壤含水率逐渐减小,中间土层含水率随时间推移减小幅度显著;随着土壤含水率的降低,夜间液流密度基本保持不变,但日间液流密度的峰值明显减小。分析结果可为提高干旱区用水效率,保证西部生态环境的安全提供理论支撑。

‘寒富’苹果树茎流特征及其对环境因子的响应

【目的】果树蒸腾规律集中体现在其茎流特征上,研究东北地区‘寒富’苹果Malus pumila Mill(‘Hanfu’)树蒸腾耗水规律,为制定适宜的灌溉制度提供理论依据。【方法】采用热扩散式茎流计(TDP)于2017年5—10月连续监测‘寒富’苹果树幼果期至落叶期的茎流速率,用果园内自动气象站获取气象数据;分析‘寒富’苹果树茎流特征及其与环境因子间的关系,建立树干茎流速率与环境因子的关系模型。【结果】‘寒富’苹果树单日茎流速率呈现昼高夜低的单峰"几"字型变化,夜间茎流速率变化稳定,零点到日出的时间段内茎流速率变化平缓且接近于0,日落后到次日零点的时间段内仍然保持较高的茎流速率水平。果树生长周期中,茎流启动时间和下降时间较集中,到达峰值的时间较分散。夜间茎流量占比为10月>9月>5月>6月>8月>7月,10月夜间茎流量占比达到33.69%,7月夜间茎流量占比仅为4.57%。瞬时尺度下环境因子与‘寒富’果树茎流相关性程度大小为:太阳辐射>大气温度>风速>水汽压差>相对湿度>30 cm土层温度;‘寒富’苹果树茎流速率和各环境因子的多元回归方程为:V=6.441+0.012Rn+1.874T-0.577Ts,5cm+1.915Ws-9.766VPD-0.362RH,方程的相关系数R^2为0.842。茎流与10 cm土层含水率在日尺度下显著正相关,相关性系数为0.521,与其他土层含水率相关性不显著。【结论】东北冷凉地区‘寒富’苹果树在6—9月蒸腾量较大,蒸腾受太阳辐射、风速等环境因子影响程度高,应注意在果实膨大期,尤其7、8月及时补充灌水,灌水时间宜避开太阳辐射最强的时间段,选在日出前或在日落后,以减少蒸发造成的水分损耗。

科尔沁沙地玉米茎流变化规律研究

以Dynamax包裹式茎流测量系统对科尔沁沙地玉米的液流变化进行了连续监测,结合实验区自动气象站同步测定的光合有效辐射、气温、相对湿度和风速等气象因子以及人工记录的天气状况,分析了4种典型天气条件下玉米的茎流变化、蒸腾耗水规律及其与气象因子的关系。结果表明,不同天气条件下,玉米液流日变化波动曲线不同,影响液流量的主要气象因子也不同,光合有效辐射始终是液流变化的主导因子。晴天,玉米液流速率的日进程为"几"字型峰或单峰曲线;阴天,玉米的液流曲线通常呈多峰状态;风天和雨天是单峰曲线,或是呈不规则的多峰曲线。玉米茎秆液流通量密度的变化是各种气象因子综合作用的结果。单株日耗水量的总体变化趋势是从晴天、风天、阴天到雨天依次减少,其平均值分别为588,401,399和305g/h。

白榆、新疆杨液流动态比较研究

运用Granier热扩散式探针（TDP）法对宁夏河东沙地主要乔木树种白榆（Ulmus pumila）和新疆杨（Populus alba）夏初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如太阳辐射（Rs）、空气温度（Ta）、空气相对湿度（RH）和风速（Ws）进行同步观测,并对气象因子与白榆、新疆杨边材液流通量（Fs）的相关性进行分析。结果表明：①白榆、新疆杨边材液流速率（Vs）变化规律存在显著差异,白榆Vs主体表现为窄小双峰型,新疆杨Vs主体表现为宽峰波动型;白榆日间液流启动时间较新疆杨提前0.0～0.8 h,峰值出现时间推迟0.0～2.0h,峰值持续时间较新疆杨缩短2.5～6.7 h,液流消退时间提前0.0～2.5 h。②白榆边材液流通量（Fs）仅为0.50kg.h-1,而新疆杨高达1.25 kg.h-1,为白榆的2.5倍;白榆日耗水量（W）在8.81～17.73 kg.d-1之间,而新疆杨W在22.82～34.06 kg.d-1之间。③白榆、新疆杨在夜间保持一定的液流量以补充白天所耗水分,夜间水分补充量对各自日耗水量的贡献相近,为8%左右。④白榆、新疆杨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：白榆、新疆杨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〉RH〉Ta〉Ws。

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。