夜间液流可通过叶片气孔流失,即夜间蒸腾,也可存储在茎干中,即茎干充水.从夜间液流中区分夜间蒸腾与夜间茎干充水是一个亟待解决的难题.预测充水法由于其便捷性被广泛应用,但其准确性备受质疑.为了系统分析现有的不同预测充水法在夜间液流组分划分中的准确性与适用性,该研究以毛白杨(Populus tomentosa)为实验材料,利用热扩散探针在高1.3 m处和7.0 m处进行液流测量,结合高度差法和预测充水法分别在茎干充水和夜间蒸腾上的准确性优势,分析对比4种传统预测充水法的估算效果.就4种预测充水法对不同高度液流进行分析得出的夜间蒸腾量而言,仅基于线性衰减模型的预测充水法(Line法)误差不显著,其他方法均存在较大偏差.采用4种预测充水法估算的茎干充水量与高度差法所得结果相比,仅基于蒸腾反推的预测充水法(Et法)的预测结果与之存在极显著差异,其余预测法差异均不显著,且Line法偏差最小.基于以上结果,该研究提出"液流高度差预测充水法"作为夜间液流组分划分新方法,可将夜间液流划分为3个组分,即茎干充水、冠层充水和夜间蒸腾.新方法通过高度差法提高对冠层以下茎干充水量估算的准确性,通过误差最小的Line法提高冠层充水组分和叶片蒸腾组分划分的准确性.新方法计算的夜间充水约为76.5％,较现有研究提高了 19.8％-26.5％.划分出的夜间液流组分对环境因子的响应结果表明,空气水汽压亏缺(VPD)与浅层土壤含水率为夜间充水的主要影响因子,夜间蒸腾在夜间液流中的占比与VPD呈非线性负相关关系.

北方土石山区因年内降水不均,常出现季节性干旱.探究降水对侧柏(Platycladus orientalis)液流特征与水分来源的影响,对构建稳定生态系统具有重要意义.该研究以北京山区侧柏人工林为研究对象,利用热扩散式边材液流探针技术(TDP)和氢氧同位素示踪技术对不同控水处理的侧柏进行观测,同步监测气象、土壤水分含量等环境因子.结果表明:(1)侧柏液流量呈现二倍降水与自然降水＞一半降水＞无降水.(2)降水增加土壤相对有效含水率(REW),进而提高侧柏液流对环境因子的响应程度,侧柏液流主要受饱和水汽压差(VPD)的影响,太阳辐射(Rs)与风速(WS)影响程度较低.(3)侧柏水分来源特征随降水梯度呈规律性变化,随土壤含水量升高,其水分来源逐步向浅层土壤转变.对比降水前后,除无降水区内侧柏水分来源无明显变化外,其他处理区侧柏均在降水后增加了对0-40 cm土壤水的利用比例,当降水后自然降水区与二倍降水区的土壤处于相对含水量较高时期,这种变化更为明显.综上所述,侧柏根据降水和土壤水分的变化调整液流运动和吸水深度,这种自适应特性有利于其度过极端干旱胁迫和生存.

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响.为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象,在减雨样地林分行间布设人工减雨板减少约47％的降雨输入,采用Granier型热扩散探针测定树干液流动态,并同步监测太阳辐射、空气温度、相对湿度、降雨事件和土壤含水量等环境因子,分析了树干液流对减雨处理及季节性土壤水分变化的响应特征.结果表明:减雨处理显著降低了刺槐液流通量密度标准化值,处理第3年标准化液流通量密度显著低于对照样地;减雨样地刺槐标准化液流日变化峰值时间早于对照样地,表明减雨样地刺槐较早实施了气孔调节,改变了其与气象因子的时滞时间;标准化液流通量密度响应蒸腾驱动因子的拟合方程参数值在样地间呈极显著差异,显示减雨样地刺槐响应气象因子的敏感性有所降低.降雨量的改变不仅影响林地土壤水分状况,还会对刺槐蒸腾耗水及其对环境因子的响应产生影响.

明确同一树种不同起源林分(天然林与人工引种林)间水分利用特征的差异,对于指导林分的可持续经营具有重要意义.本研究以樟子松这一"三北"工程中重要的造林树种为例,选择2种起源的林分为试验林,利用热扩散技术监测了试验林生长季树干边材液流速率(Js),分析樟子松水分传输过程及其与环境因子间的关系.结果表明:在整个生长季的典型晴天下,樟子松人工林的日液流速率(Js-daily)显著高于樟子松天然林,二者Js-daily平均值分别为132.98和114.86 cm·d-1,樟子松人工林表现出了更高的水分传输潜力.在樟子松天然林中,大气水分亏缺(VPD)对树木水分利用过程主要表现为驱动效应,而在樟子松人工林中出现了明显的阈值效应,VPD拐点约在1.91 kPa,此时液流速率(Js-hour)边界函数值接近最大值17.88 cm·h-1.观测期间,2种起源樟子松林受大气驱动的蒸腾潜力(Js-hour/VPD)随土壤干旱的加剧而下降,但樟子松人工林对干旱的敏感性比樟子松天然林更高,反映出这一树种对水分利用过程较强的调控能力.

中国南方湿润区局地气候条件多变、下垫面情况复杂,导致蒸散发的测算较为困难.树木蒸腾是森林蒸散发的关键组成部分,树干液流监测成为树木蒸腾耗水研究的主要手段.杉木(Cunninghamia lanceolata)林作为新安江源区的代表性植被,对该区的水源涵养、水土保持及气候调节等至关重要.该研究基于树干液流测定系统量化新安江源区杉木树干液流速率(Js),结合气象梯度塔监测和土壤含水率连续观测,揭示杉木生长季(2020年4-9月)环境因子对Js变化的作用机制.主要结果:杉木Js呈显著季节性变化,其平均值8月最大,5月最小;环境因子中太阳净辐射(Rn)及饱和水汽压差(VPD)与Js的相关性最强;主成分分析结果显示,在小时及日尺度上主成分1的方差贡献率分别达59.1％、57.9％,其中,VPD和Rn对主成分1起主要作用,是影响该区杉木树Js变化的关键环境因子;观测期Js峰值提前于VPD约(20±3)min,滞后于Rn约(100±5)min.杉木生长季由降雨产生的土壤含水率差异未对Js产生显著影响,而不同天气条件下Js存在较大差异,晴天Js较高,主要呈单峰变化且启动早结束晚,雨天Js呈多峰型变化,启动晚结束早.

针阔叶混交林是我国南亚热带针叶林向地带性常绿阔叶林演替的中间林分类型,为我国南亚地区主要森林类型,发挥着重要的生态系统服务功能.基于树干液流技术和对臭氧浓度的连续监测,评价该森林类型的臭氧吸收特征和能力有着重要的环境生态学意义.对鼎湖山天然针阔叶混交林优势种马尾松(Pinus manssoniana)、锥栗(Castanopsis chinensis)、木荷(Schima superba)和华润楠(Machilus chinensis)在自然环境条件下的臭氧吸收能力进行了分析研究.结果表明:在日尺度上,4个优势树种的冠层气孔对臭氧导度(GO3)和臭氧吸收通量(FO3)均呈单峰型曲线,其最大值的时间在干季(10月至竖年3月)比湿季(4月至9月)滞后;季节尺度上,臭氧浓度在湿季达到最大值48.94 nl/L,湿季GO3、FO3和年臭氧吸收累积量(accumulative stomatal O3flux,AFst)均显著高于干季(P＜0.01),华润楠的臭氧吸收能力最强,在干季和湿季可分别达1.11 nmol m-2 s-1和1.71nmol m-2 s-1.随着水汽压亏缺(VPD)增大,优势种GO3降低.光合有效辐射(PAR)超过1500 umol m-2s-1时,优势树种GO3和FO3呈下降趋势.针阔叶混交林的年臭氧吸收累积量超过了保护森林树木所采用的临界阈值,可认为鼎湖山针阔叶混交林受臭氧危害的潜在风险较高.

运用Granier热扩散探针法(TDP),于2011年5月对黄土丘陵区延安市南郊公路山辽东栎群落优势种(辽东栎)和3个伴生种(山杏、细裂槭、桃叶卫矛)树干液流进行连续测定,并同步监测气象环境因子(太阳辐射、空气温度和相对湿度)和土壤水分动态,比较分析辽东栎、山杏、细裂槭、桃叶卫矛的树干液流通量密度日变化动态及其对环境因子的响应特征.结果表明,辽东栎、山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化动态特征总体上反映了气象环境因子变化的昼夜规律性,呈单峰或双峰型曲线,但辽东栎与山杏、细裂槭、桃叶卫矛液流通量密度日变化规律存在一定的差异.辽东栎液流启动时间较早,通常在5:00左右,而山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流启动时间均晚于辽东栎一个小时以上.辽东栎液流达到峰值的时间也较其它树种早,通常出现在9:00前后;细裂槭、桃叶卫矛和山杏液流通量密度达到峰值的时间分别在10:00、11:00和13:00前后.细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化曲线峰值较窄.除此之外,土壤水分状况对伴生种的影响程度要比优势种的大.相关分析表明,树干液流通量密度与太阳辐射和空气水汽压亏缺均呈极显著正相关.优势种与伴生种的液流动态差异可能与树木本身特性以及群落对光能的限制性再分配有关.

为明确环境因子对树木蒸腾过程的驱动机制,以晋西黄土残塬沟壑区的苹果树(红富士)为对象,利用热扩散式液流技术监测生长季苹果树树干液流的动态变化,并同步监测了气象和土壤水分等环境要素的季节动态.结果表明:在众多环境因子中,太阳净辐射(Rn)、大气水分亏缺(VPD)与液流速率(Js)间的相关性最强.在小时或日尺度,环境因子主成分分析中前3个主成分的累积方差贡献率均在86％以上.其中,第一主成分主要包含VPD、Rn等因子,方差贡献率达52％(小时尺度)和63％(日尺度)以上,可归为蒸发需求因子(EDI),是影响该地区果树树干液流的关键综合环境要素集;第二主成分主要包括土壤含水率(SWC)等因子,归为土壤水热供给因子;第三主成分主要包括风速等因子,归为大气水热散失动力因子.在小时或日尺度上,Js对两种环境因子综合变量(EDI或潜在蒸发散ET0)的响应都呈显著的指数增长关系,在小时尺度上,基于EDI模拟苹果Js的指数模型精度更高(R2=0.72),在日尺度上,基于ET0模拟苹果Js的指数模型模拟精度更高(R2=0.88).研究结果对于明确苹果树水分传输对环境驱动的响应规律,根据气象要素估算苹果树蒸腾耗水量,并指导果园水分管理均具有重要意义.

树木夜间会维持部分气孔开放,从而能够在一定环境驱动因子的情况下进行夜间蒸腾.夜间液流作为储存水的重要来源,能够补充植物白天的水分亏缺,使其恢复水分储备,对植物生长发育有重要意义.采用TDP热探针法测定了位于八达岭林场的元宝枫树干液流密度,同步监测了主要环境因子,以深入揭示树木夜间蒸腾耗水规律和植被应对环境胁迫的调控机制,为山区植被建设、森林健康经营和挑选节水树种提供理论依据.结果 表明:以0:00为界区分前半夜和后半夜,元宝枫夜间液流速率前半夜较后半夜活跃,且前半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的53.85％-64.10％,而后半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的35.9％-46.15％.5月的夜间累积液流量最大,平均夜间液流通量为5月＞6月＞8月＞9月＞7月.存在水分胁迫的条件下降雨之后夜间液流会增大,而当土壤水分条件较好,土壤水分不再是夜间液流的限制因子时,夜间液流通量并不高.不同树木形态的夜间液流通量有显著差异,在一定范围内,胸径树高冠幅越大的样木,夜间液流通量越大.用于夜间蒸腾的夜间液流通量与饱和水汽压差、温度、空气相对湿度、风速相关,其中夜间蒸腾存在于前半夜,表现为前半夜夜间液流通量与环境因子的相关性相较后半夜相关性较为显著,后半夜则以补水为主,补水量取决于土壤含水量和日蒸腾强度.存在干旱胁迫的条件下,夜间液流既用于夜间蒸腾,又有一部分用来补水;而土壤水分条件好时夜间液流则主要用于补水,此时夜间树干液流与环境因子相关性不高.元宝枫夜间液流通量的日蒸腾贡献率5、6月份大于7、8月份,即干季比湿季贡献率更高.夜间液流通量的日蒸腾贡献率与白天总蒸腾量相关性较高,并与累积太阳辐射成负相关.

运用Granier热扩散探针法对半干旱黄土丘陵区不同胸径辽东栎进行树干液流测定,并对太阳辐射、空气温湿度、降水量、土壤水分等环境因子进行同步观测,分析不同土壤水分条件下不同胸径辽东栎的树干液流变化特征及其对环境因子的响应.结果表明:辽东栎液流日变化特征总体上与太阳辐射和空气水汽压亏缺呈相同趋势,但液流峰值出现时间早于两个气象环境因子的峰值时间.同一树木个体在土壤水分条件较高时期的树干液流通量高于土壤水分较低时期.在相同土壤水分条件下,大径级样本液流通量显著高于小径级样本.采用指数饱和曲线函数对液流通量与太阳辐射和空气水汽压亏缺以及两因子的综合指标进行拟合,效果良好,可以反映液流通量对气象环境因子的响应规律.不同胸径辽东栎在不同土壤水分条件下的拟合曲线特征和拟合参数差异表明,在土壤水分较高时段,液流通量可快速上升至饱和值;在土壤水分较低时段,液流通量上升缓慢.小径级样本对土壤水分变化的反应更加剧烈.单位空气水汽压亏缺的日液流通量值(日液流通量与空气水汽压亏缺的比值)在两种土壤水分条件下的比值与边材面积呈线性相关,且小径级样本的斜率高于大径级样本,说明小径级样本对土壤水分的变化较为敏感,在土壤含水量较低时段,大径级样本较厚的导水组织对土壤水分供应不足起到了缓冲作用.