辽东栎不同方位边材液流季节动态及其对蒸腾耗水测算的影响

利用Granier树干液流测定系统,对黄土高原半干旱区天然辽东栎树干不同方位的边材液流动态进行了长期监测,并同步监测环境因子(空气温度、湿度、太阳辐射等),分析了不同方位液流通量密度的相互关系、对液流通量和蒸腾耗水量测算的影响以及与环境因子的关系。结果显示,辽东栎东、西、南、北4个方位测得的液流通量密度存在显著差异,并显著相关。辽东栎生长季内(5-10月)单株日蒸腾耗水量分别与日总太阳辐射和日均白天空气水气压亏缺进行指数饱和曲线拟合,拟合效果较好。采用2个方位和1个方位树干液流通量密度测算的整株蒸腾耗水量与采用4个方位的测算值分别相差约18%和30%,说明不同方位之间的液流差异可能成为蒸腾耗水测算的重要误差来源。     

晋西黄土丘陵沟壑区油松刺槐混交林蒸腾耗水

 为了研究黄土丘陵沟壑区主要造林树种和林分蒸腾耗水规律,以位于山西省吉县蔡家川流域内密度为2 450株/hm2的16a油松刺槐混交林为对象,在2008年7—10月,应用热扩散探针技术(TDP)对油松和刺槐4个径阶共17株样木进行蒸腾液流野外实地定位连续观测,同时对环境因子进行同步连续动态观测。结果表明:典型晴天条件下,油松和刺槐树干液流速率在液流启动时间、达到峰值时间、开始快速下降时间和峰值波动范围上有较为显著的差异;2树种不同径阶单木日均蒸腾量的大小排序为油松12 cm>10 cm>6 cm>8 cm,刺槐12 cm>8 cm>6cm,呈现出日蒸腾量随胸径增加而增加的趋势;太阳辐射和水汽压差是影响油松和刺槐树木冠层蒸腾的主要因子;2008年7—10月油松刺槐混交林月蒸腾耗水量分别为30.8、24.1、26.3和18.4mm,总蒸腾量小于同期降雨量。     

杉木幼树树干液流影响因子及其对杉木林蒸腾量的贡献

2012年9月至2013年8月,利用包裹式树干液流仪、插针式树干液流仪和小气象站对南京市东善桥林场的杉木幼树树干液流速率、杉木树干液流速率及环境因子进行了连续观测,研究了杉木幼树树干液流影响因子及其对杉木林蒸腾的贡献。结果表明:(1)杉木幼树液流速率的日变化具有季节差异性,均表现为单峰曲线并且日间液流速率大于夜间;(2)春、夏、秋、冬季液流速率峰值分别为:79.97,105.22,70.30,33.19g/h;(3)太阳辐射是影响杉木幼树树干液流速率的主导因子,其次是饱和水汽压差,日液流量与太阳辐射、空气温度、饱和水汽压差、各层次土壤温度呈极显著的正相关关系;(4)分别建立了液流速率、日液流量与环境因子的模型,可以较好地解释液流速率与日液流量的变化;(5)杉木幼树全年液流量对杉木林蒸腾量的贡献率为6.12%,夏季的贡献率最大。     

黄土丘陵区山杨展叶期树干液流分析

利用热扩散式液流探针于2009年4月14日至5月22日,在延安市燕沟流域对山杨(Populus davidiana)展叶期树干及枝条边材液流进行连续监测,并同期监测相应的环境因子(土壤水分、光合有效辐射强度、气温、相对湿度和风速).研究结果表明:(1)液流日变化呈单峰曲线.(2)在不同天气条件下树干上下部液流存在差异性:晴朗天气树干上部液流流速大于树干基部液流流速,阴雨天树干上部液流流速小于树干基部液流流速.(3)在干旱胁迫下,液流明显下降.树干上部枝条液流提前达到峰值,然后迅速下降;而下部液流峰值则有推后的趋势.(4)在山杨展叶期虽然土壤水分呈下降趋势,但能够充分保证树木的蒸腾耗水.(5)边材液流速率与光合辐射强度、气温、相对湿度、VPD和风速密切相关,液流流速可用气象因子的线性表达式来预测.     

缙云山典型树种树干液流径向变化及单株日蒸腾量估算

为分析树干液流速率径向变化,准确估算单木蒸腾量,运用Granier热扩散探针方法于2015年7-9月对重庆缙云山自然保护区内2个典型树种(杉木、四川山矾)树干木质部3个深度(10mm,30mm,50mm)的液流速率(V)进行测定。结果表明:杉木树干液流速率径向分布规律为:V_(30~50mm)V_(10~30mm)V_(0~10mm),V_(30~50mm)是V_(0~10mm)的1.65倍,V_(10~30mm)是V_(0~10mm)的1.12倍。四川山矾树干液流速率径向分布规律为:V_(10~30mm)V_(0~10mm)≈V_(30~50mm),V_(10~30mm)约为V_(0~10mm)和V_(30~50mm)的2.6倍;各深度处的液流速率之间呈显著线性相关关系;树干木质部不同深度处液流速率日变化规律呈单峰或双峰走势;7月份液流速率值最大,树木蒸腾出现"午休"现象;液流启动及到达峰值的时间在时间和空间上都存在差异。7月份液流启动时间和到达峰值时间早于8,9月份。径向上液流速率最大的位置,液流启动时间最早,到达峰值时间最晚;运用3个深度的液流速率分区域计算得到的杉木日蒸腾量为7 274.815g,四川山矾日蒸腾量为12 481.494g;忽略树干液流径向差异,以单一深度处液流速率估算日蒸腾量,对杉木产生的误差为10.29%~22.60%,变异系数CV为37%~60%,对四川山矾产生的误差为42.41%~66.88%,变异系数CV为19%~26%。     

北京山区侧柏林蒸散拆分研究

以北京山区广泛分布的侧柏林为研究对象,分别采用水文学实测法(树干液流计结合大型蒸渗仪)和稳定同位素法对林分蒸散量进行定量拆分研究。结果表明:(1)在日尺度上,该林分的蒸散量和蒸腾量均显现为"单峰"型的变化曲线。林分总的蒸散量和蒸腾量均在正午前后达到最大值,分别为1.27,1.13 mm/h;(2)实测法和稳定同位素法对侧柏林蒸腾量占总蒸散量的计算结果分别为80.21%～89.63%和79.10%～98.71%。相比水文学实测法,稳定同位素法在小时尺度上误差为(3.97±3.53)%,而在日尺度上误差为(1.89±0.67)%。该林分蒸散主要来自于植被蒸腾,林木蒸腾耗水远大于土壤蒸发耗水。     

不同时间尺度下刺槐蒸腾耗水与环境因子关系

探究不同时间尺度下植物蒸腾变化与环境因子的关系,对理解植物生长的驱动机制及估算林分耗水具有重要的理论意义。以晋西黄土区蔡家川人工刺槐纯林为研究对象,于2021年5—12月采用热扩散探针(TDP)测定8株样树树干液流,并同步监测太阳辐射、空气温度、降雨量、土壤温度、土壤含水量等环境因子,分析不同时间尺度(小时、日、月)下刺槐蒸腾特征及其对环境因子的响应。结果表明:(1)环境因子对刺槐蒸腾耗水的影响在不同时间尺度下存在差异,整体上随着时间尺度的变大,土壤含水量成为影响刺槐蒸腾的主要因子,并且短时间尺度是主要取决于表层土壤水分,长时间尺度不仅为表层同时也取决于较深层土壤含水量。小时尺度下,刺槐蒸腾随太阳辐射、空气温度、水汽压亏缺、土壤温度变化而变化,但蒸腾峰值与环境因子的峰值均存在时间差异性,并无完全同步,差异时长可达-180~30 min,在各环境因子中太阳辐射与空气温度对刺槐蒸腾的影响较大;日尺度下,刺槐蒸腾速率主要取决于浅层土壤含水量,并随浅层含水量的增加而增大;月尺度下刺槐蒸腾耗水则取决于浅层与深层土壤含水量的共同作用;(2)构建了不同时间尺度下环境因子与刺槐蒸腾耗水的模型,各时间尺度下模型拟合度均较高。(3)在短历时尺度下可使用测定植物蒸腾的仪器直接测定与计算蒸腾耗水,而较大时间尺度下可以通过监测较少的环境因子应用建立模型进行蒸腾耗水的计算,可大大提高效率且可减少蒸腾耗水监测的成本。     

徐淮平原农田防护林带杨树树干液流研究

 为了揭示农田防护林带对附近农作物产生的胁地机制,为农田防护林带的树种配置和制定克服胁地的措施提供理论依据。用热脉冲技术,采用ICT2000TE树干液流测定系统,研究8年生NL80105杨和11年生I69杨生长盛期树干液流的特点及其与环境因子的关系。结果表明:1)NL80105杨和I69杨的单位面积液流通量,分别为0.244L/(cm2 ·d)和0.172L/(cm2 ·d),I69杨的蒸腾耗水强度较NL80105杨的大;2)NL80105杨和I69杨液流的日进程,均呈低—高—低的变化趋势;3)NL80105杨和I69杨,均存在夜间明显的树干液流上升现象。     

修剪强度对枣林地耗水及水分利用效率的影响

为了探索修剪强度对枣林地耗水及水分利用效率的影响,以控制树高、冠幅、二次枝总长度等为手段,由轻到重设置了4个修剪强度,2014—2016年连续3年对枣树规格进行了控制,定期测量了枣树生长指标并计算生物量,同时利用TDP液流测定系统监测了枣树液流,中子水分仪监测了土壤水分,气象站测量了各气象要素。结果表明:(1)枣树通过修剪强度的增加可以实现降低枣树蒸腾耗水的效果,蒸腾耗水量的减小有利于林地土壤水分的提升,可以缓解林地土壤干化现象;不同降雨年份,修剪对于降低枣树蒸腾耗水效果不同,在降雨充沛的年份效果更为显著。(2)不同修剪强度间枣树蒸腾效率差异较小(变异系数10%),适度的修剪能够较好地控制树体枝叶生物量,而对果实产量影响较小,各修剪强度间枣树产量无显著性差异,且枣树水分利用效率随着修剪强度的增大得到了显著性提高,试验修剪强度4处理下的枣树较强度1相比3年平均水分利用效率提高了11.99%。该研究对中国黄土高原旱作枣林及其他旱作经济林防治林下土壤干化具有较强的参考意义。     

冀西北坝上干旱区北京杨树干液流特征及影响因素分析

为了揭示冀西北坝上干旱区三北防护林主要树种北京杨的耗水特征,采用热扩散式茎流仪研究了不同健康等级北京杨的树干液流特征,同时分析了树干液流对气象因素和个体生长状态的响应。结果表明:北京杨树干边材液流无论是晴天还是阴天均表现出明显的昼夜变化规律,晴天启动早,停止晚;夜间也存在树干液流,健康杨树单株夜间耗水贡献率为2.50%~5.60%,不健康单株夜间耗水贡献率高达8.37%~21.20%。不同健康等级杨树单株水分消耗在0.01水平存在差异,不健康单株日均耗水量为(22.95±5.99)L,仅为健康单株的27.9%。树干液流速率与太阳辐射、空气温度、饱和水汽压差成正相关,与相对湿度成负相关,其中与大气温度、相对湿度相关性最强。树干液流与气象因子之间存在不同程度的时滞效应,健康和亚健康单株液流速率滞后于太阳辐射0.5h,提前于空气温度、湿度、饱和水汽压差1h;而不健康单株液流速率则滞后于太阳辐射1h,与空气温度、湿度、饱和水汽压差同步。健康、亚健康和不健康北京杨单株单株生长季消耗水分分别为11 636.1,7 254.8,3 425.4L,当年232.2mm的降水不能满足其水分消耗。表明水分不足对北京杨树干液流具有胁迫效应,制约杨树的生长。     

黄土半干旱区白榆和侧柏夜间液流动态分析

 利用TDP茎流计研究了黄土半干旱区白榆和侧柏夜间液流的特征,结果表明:与白天相比较,2树种夜间液流通量密度较小;夜间水分补充的时间段主要在前半夜;受干旱胁迫的影响,白榆的夜间水分补充量雨天要远大于晴天;白榆的夜间液流通量密度及其对日蒸腾量的贡献率对环境因子较为敏感,主要影响因素为降雨量;侧柏由于本身极强的保水能力和抗旱性,其夜间液流通量密度及其对日蒸腾量的贡献率受环境因子的影响不显著。在黄土半干旱区侧柏具有比白榆更强的适应能力。     

基于植物水分生理的节水灌溉效果评估

以新垦绿洲主干防护林树种俄罗斯杨（Populus russkii Jabl.）为研究对象,通过对A（膜侧细流沟灌,灌溉定额3 750m3/hm2,少量多次灌溉）和B（漫灌,灌溉定额7 500m3/hm2,隔月灌）灌溉方式下俄罗斯杨树干液流、当年生枝条水势（ψs）以及叶片光合特征的同步监测,结合气象因子数据,分析比较2种灌溉方式下的俄罗斯杨水分生理特征。结果表明：B方式下俄罗斯杨树干液流速度与A方式比较有所降低,日均下降4.7%,但差异未达到显著水平（Sig.〉0.10）;2种灌溉方式下俄罗斯杨当年生枝条水势没有通过差异显著性检验（Sig.〉0.142）;A方式下的俄罗斯杨叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、瞬时蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）均高于B方式的。综合分析认为,A方式节水效果显著,能够满足研究区俄罗斯杨生长的水分需求,过度灌溉会对俄罗斯杨产生不利影响;植物液流、水势等水分生理指标可做作调控和节水灌溉的科学依据。     

环境因子对沙地人工杨树林树干液流的驱动影响

以唐山市滦南县林场107速生杨（Populus×euramericana cv.‘74/76’）为研究对象,使用滴灌法将土壤体积含水量分别设置为15%～20%、10%～15%和5%～10%,利用热扩散式探针法（TDP）测定杨树边材液流速率,同时监测太阳辐射、气温、大气湿度、大气压、风速等气象因子,探寻不同环境条件下107杨树树干日间和夜间的液流变化规律,分析不同环境下林木对水分的利用,为速生丰产林制定合理的水分灌溉策略提供指导。结果表明,晴天树干液流较阴雨天启动时间早、峰值高、持续时间长、夜间波动大;土壤缺水条件下,树干液流启动时间晚、峰值低、持续时间短,夜间液流变化平缓且增高;树干液流与气象因子存在“时滞效应”,树干液流滞后于太阳辐射40min,而提前于气温、相对湿度、VPD（水汽压亏缺）60min;树干液流与VPD呈现“迟滞回环”关系,时滞错位后气象因子对树干液流均具有显著驱动作用,日间树干液流与气温相关性最大,驱动力较强,而夜间与VPD相关性最大,驱动力较强;经过时滞错位后树干液流与气象因子拟合效果优于时滞错位前。可见,环境因子对树干液流具有明显的驱动作用,树干液流可以较好地反映沙地土壤的水分情况和林木的水分消耗特征。     

渭北高原矮化红富士苹果树蒸腾规律及水分供求关系

利用热扩散茎流测定系统（TDP）对渭北高原矮化红富士树干液流进行长期定点定位观测,结果表明:苹果树在自然降水条件下和充分灌水条件下蒸腾规律在不同月份表现为其启动时间、峰值出现时间及变化趋势基本相似,但是峰值的大小和每天的蒸腾量具有一定的差异性。就试验年而言,在充分灌水条件下,苹果树一年蒸腾量为643.80 mm,在自然降水条件下为520.35 mm,自然降水条件下水分亏缺123.45 mm。苹果树生长季节中的7-9月的降水基本上可以满足蒸腾量之需,但是3-6月苹果树的水分供求关系矛盾比较突出,应该加强水分补给。     

毛乌素沙地沙木蓼茎干液流规律研究

植物的茎干液流量表征其蒸腾耗水量,能够准确反映单株植物的蒸腾作用和水分利用状况。利用Dynamax茎流测量系统和自动气象站对毛乌素沙地人工灌木树种沙木蓼的茎干液流变化及其周围的环境因子进行观测。研究结果表明,(1)沙木蓼茎干液流日变化呈多峰线型,昼夜变化明显,夜间仍有低值液流;晴天液流速率较大,变化幅度也大;阴雨天液流速率变化幅度较小但波动剧烈。(2)整个生长季沙木蓼总液流量为428.83L,5—10月沙木蓼日平均液流量为2.6395L/d。(3)沙木蓼液流速率变化趋势与环境因子变化趋势基本吻合。相关分析表明,影响沙木蓼茎干液流变化的主要环境因子为太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度和风速。     

晋西黄土区刺槐和油松树干液流比较

应用TDP(Thermal Dissipation Probe)热扩散探针技术,通过对晋西黄土区刺槐和油松进行一个生长季(2010-04-10)的野外实地定位观测,结合同步测定的大气相对湿度、大气温度、太阳总辐射等气象因子,研究刺槐、油松树干液流的日变化及季节变化规律.结果表明:1)刺槐在5月上旬仅产生微弱液流,日均液流速率小于油松,无明显昼夜变化规律,到5月下旬,日均液流速率超过油松,并与油松呈现相同的昼夜变化规律,2树种夜间存在一定的树干液流,液流速率均于09:00开始快速上升,到12:00左右达到峰值;2)8月刺槐日均液流速率均大于油松,2树种液流速率连日变化规律基本相同,液流速率开始快速上升和达到峰值的时间与5月基本一致,峰值分别为5月的1.79和1.49倍,月平均值分别为5月的3.01和1.48倍;3)剌槐、油松树干液流和月耗水量呈现明显的季节性变化规律,耗水旺季集中在6-9月,4月达到最小值,7月达到最大值,在整个生长季(4-10月),油松林的总耗水量是刺槐林的1.63倍.经回归分析可知,影响刺槐、油松液流速率的主要因子均为太阳总辐射.     

Sapflow characteristics and climatic responses in three forest species in the semiarid Loess Plateau region of China

In the semiarid Loess Plateau region of China, ecosystems are frequently affected by water shortages. Late spring and early summer are periods when forest communities tend to suffer from soil drought. To clarify the water-use strategies of the main species in this area, the xylem sap flow of trees from three species in the field was monitored for three successive periods in summer using Granier-type thermal dissipation probes. Vapor pressure deficit (VPD), solar radiation (R_s) and soil moisture had varying influences on sap flux density (F_d) in the species. Normalized F_d values could be fitted to VPD using an exponential saturation function, but the fit was better with a derived variable of transpiration (VT), an integrated index calculated from VPD and R_s. From differences in model coefficients, the species were roughly divided into two types with contrasting drought sensitivity. The exotic Robinia pseudoacacia was defined as drought-sensitive type. It showed higher sapflow increases in response to rainfall, suggesting a high water demand and high influence of soil water conditions on transpiration. This species showed relatively late stomatal response to increasing VPD. The wide-peak pattern of diurnal sapflow course also suggests relatively low stomatal regulation in this species. The drought-insensitive type consisted of the naturally dominant Quercus liaotungensis and an indigenous concomitant species, Armeniaca sibirica, in the forest. The sap flow of these species was not very sensitive to changes in soil water conditions. The results suggest that typical indigenous species can manage the water consumption conservatively under both drought and wet conditions. Variations in water use strategies within indigenous species are also detected.     

陕北沙地不同树龄小叶杨的水分利用策略

在黄土高原树木生长经常遭受水分不足的制约,导致形成大面积＂小老树＂。选取＂小老树＂形成面积最大的小叶杨为研究对象,利用热扩散探针技术研究不同树龄（31~34年生和49~54年生）小叶杨生长季内树干液流的动态变化及与环境因子（太阳辐射、空气温度、相对湿度和降雨量）和土壤含水量的关系,揭示不同树龄小叶杨水分利用策略的差异,为黄土高原＂小老树＂形成机制的阐明及其改造提供理论基础。结果表明：1）31~34年生小叶杨一日中液流出现峰值的时间较早,而49~54年生小叶杨维持液流峰值的时间较长。2）旱季31~34年生小叶杨液流密度低于49~54年生小叶杨,且超过最大值后液流密度出现下降现象,随着雨季土壤含水量的增加液流密度会显著增加;49~54年生小叶杨雨季的液流密度低于31~34年生小叶杨,其液流密度随环境条件达到饱和后就不再发生变化,其液流对土壤含水量变化反应不敏感。3）2个树龄小叶杨整株耗水量差异不大,但31~34年生小叶杨单位面积的耗水量显著大于49~54年生小叶杨。表明低龄小叶杨液流对环境变化的敏感性较大,而高龄小叶杨的水分利用趋于保守化,对干旱表现出更强的适应性。     

抗蒸腾型叶面肥对植物叶水势影响的研究

2009年6月于北京鹫峰国家森林公园,采用PSYPRO露点水势仪连续4个月测定分析了黄土高原干旱半干旱地区主要造林树种叶水势与其他因素(肥料、树种、喷施浓度、土壤含水量等)之间的影响作用。本试验以黄土高原干旱半干旱地区造林中主要采用的生态经济型树种山杏(Prunus sibirica)、杨树(Populus)、核桃(Juglans regia)为研究对象,以自制的抗蒸腾叶面肥、市场上已推广施用的叶面肥以及清水对照为主要依据,运用正交试验探讨自制肥料在提高植物叶水势值方面的效果,比较各树种在不同土壤含水量和喷施浓度处理下叶水势的日变化进程趋势和波幅。研究结果表明:清水处理条件下山杏和杨树叶水势全天波幅能维持在较低的范围内(分别为1.12Mpa和1.19Mpa),有高水势延迟脱水的抗旱机理表现,而核桃在清水处理条件下的叶水势日波动幅度最大,全天波幅高达1.59Mpa,显示出低水势忍耐脱水的耐旱机理,即其叶组织抗脱水能力较强。最终研究结果证明山杏或核桃、自制叶面肥A、稀释800~1 200倍、土壤含水量为12%~22%时对提高植物叶水势值效果最为明显。     

盐池毛乌素沙地白榆树干液流研究

采用基于热扩散原理的ES-SF茎流测量系统,监测了盐池毛乌素沙地白榆树干液流的动态变化,同时用自动气象站记录附近的太阳辐射、最高与最低气温、空气相对湿度、风速等气象因子,探讨气象因子对树干液流的影响。结果表明:白榆树干液流日变化为多峰型,昼夜变化显著且夜间液流量小而稳定,晴天变化幅度最大,阴天变化幅度最小;树干液流主要集中在8:00-18:00,占全天液流总量的80%多;白榆树干液流变化趋势与环境因子变化趋势相吻合,相关性分析表明,影响液流变化的主要环境因子依次为太阳辐射、空气温度、空气相对湿度和风速。