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.

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.

以黄土丘陵区油松-沙棘混交林为研究对象,运用热扩散式探针(TDP)于2015年6-10月对油松和沙棘的树干液流密度(Fd)进行连续观测,同步测定了光合有效辐射(PAR)、水汽压亏缺(VPD)和土壤水分(SWC)等环境因子,分析两树种对降雨利用的差异.采用Threshold-delay模型、多元回归分析和偏相关分析方法,研究两树种Fd对降雨的响应过程,并确定环境因子对Fd的影响.结果表明:随着降雨量递增,两树种Fd的最大变化量都先上升后降低;其中0～1 mnm降雨范围内,油松Fd(-16.3％)和沙棘Fd(-6.3％)都明显降低;1～5 mm降雨范围内,油松Fd(-0.4％)降低而沙棘Fd(9.0％)明显升高.油松和沙棘Fd对降雨响应的最小降雨阈值(RL)分别为6.4和1.9 mm,滞后时间(τ)为1.96和1.67 d.降雨前油松Fd峰值集中在12:00-12:30(70％),沙棘Fd峰值分别集中在10:30-12:00 (48％)和16:00-16:30(30％);降雨后油松Fd峰值集中在11:00-13:00(40％),沙棘Fd峰值分别集中在12:00-13:00(52％)和16:30-17:00(24％).降雨前影响油松和沙棘Fd的环境因子大小顺序为PAR＞VPD;降雨后影响油松R的环境因子大小顺序为PAR＞VPD＞0 ～ 20 cm SWC(SWC0～20),影响沙棘Fd的环境因子大小顺序为SWC0-20＞PAR＞VPD.油松-沙棘混交林对水分利用的稳定性较高.

以西南喀斯特地区常见的出露基岩生境为研究对象,针对该类生境典型乔木类植物菜豆树和圆叶乌桕,应用TDP热扩散探针技术,结合遮雨试验,分析了植物树干液流对自然降水和连续干旱的响应特征.结果表明:在生长季不同时期,降水后2树种液流密度较降水前均有一定程度的升高,但始终呈现落叶乔木圆叶乌桕高于半落叶乔木菜豆树的特征;连续2个月遮雨条件下,2树种液流密度均无明显降低的趋势,表明2树种均不依赖受近期降水主导的水源;通过对降水前后及连续干旱条件下2树种液流密度与环境因子的拟合关系研究发现,气象因素差异对水分环境变化条件下植物蒸腾耗水的影响较小.自然降水和短时期的连续干旱并未显著改变2树种的蒸腾耗水特征,这可能与出露基岩生境特殊的水分蓄持环境和乔木类植物依赖相对稳定的深层水源有关.

研究北方土石山区植物耗水特征和环境影响因子对于构建稳定的植被生态系统具有重要意义,能够为当地植被恢复策略提供科学指导.在北京林业大学西山试验林场于2016年7月至10月利用热扩散探针的方法,结合同步观测的土壤含水率和气象因子,对刺槐和油松人工混交林进行蒸腾观测和分析.结果表明:(1)尽管刺槐和油松蒸腾的日变化规律相近,但二者蒸腾的季节变化规律不同;(2)两个树种蒸腾与VPD(饱和水汽压差)成顺时针时滞.刺槐蒸腾与太阳辐射成顺时针时滞,油松则成逆时针时滞;(3)二者与大气环境的耦合程度均较高(Ω＜0.1),其气孔活动能够有效地控制蒸腾;(4)影响植物蒸腾的主要环境因子为太阳辐射(P＜0.01)、VPD(P＜0.01)和风速(P＜0.01),其中由VPD引起的蒸腾量高于太阳辐射;(5)浅层土壤(0-50cm)的水分条件可能并不是影响植物蒸腾的重要因素.研究表明,在实际管理中可以采取调控气孔导度的手段来减少刺槐和油松人工林的耗水量,来降低水分这一人工林成活的限制因子,从而提高造林成活率.

随着全球气候变化加剧,局部地区温度上升和降水量改变将对区域植被的分布与生长产生重要影响.在黄土高原半湿润及半干旱地区植被恢复中,刺槐(Robinia pseudoacacia)是大面积种植的人工林树种.为探究该树种蒸腾耗水特征对降水量改变及水分条件差异的响应,于2015年4月起,在地处黄土高原半湿润区的陕西省永寿县槐平林场,于35年生刺槐人工林样地中布设了人工截留降雨试验,减少了47.5％的降雨输入.处理当年生长季内,截留降雨处理区0 100 cm土层的平均土壤含水量相对于对照区(23.76％)有明显降低(22.59％).采用Granier热扩散探针对截留降雨处理区和对照区的样树树干液流动态进行连续监测,并同步监测主要气象环境因子(太阳辐射、空气温度和湿度)和林地土壤含水量,分析了截留降雨处理区与对照区树干液流通量密度动态特征及其对环境因子的响应.结果表明:截留降雨输入处理降低了刺槐树干液流通量密度,截留降雨处理期间典型天气的平均液流通量密度(1.64 mL·m-2·s-1)不仅低于同组样树在处理前一年同期的水平(2.42 mL·m-2·s-1),而且远低于试验期间对照区样树的平均水平(3.38 mL·m-2·s-1);同时,截留降雨处理还降低了刺槐液流通量密度对气象因子变化的敏感性,截留降雨处理区样树液流通量密度响应空气水汽压亏缺的拟合方程参数值与对照区样树差异显著.分析可知,降水量水平不仅影响土壤水分状况,而且影响刺槐对气象环境因子响应的敏感性,降水量减少导致的土壤含水量整体降低会使得该区域刺槐蒸腾耗水量下降,显示其对环境因子的适应性,但最终会导致生产力的大幅度降低.

应用Granier热扩散探针测定民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林的树干液流,将液流与饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)数据分别进行逐行错位分析,探讨树干液流与环境因子之间的时滞效应.结果表明:梭梭日液流速率呈现明显的季节变化,6月平均液流速率最大,8月平均液流速率最小.生长季(5-9月)梭梭树干液流与光合有效辐射、饱和水汽压差存在明显的时滞,树干液流滞后于PAR 80 min,提前于VPD 114 min,且不同月份的时滞长短存在差异.尽管梭梭树干液流在日尺度上更加依赖于PAR的变化,但在白天,树干液流与饱和水汽压差间有更紧密的关系.梭梭生长季树干液流与VPD或PAR之间的时滞与树形因子(袜高、地径、50 cm处直径、枝下高、冠幅)及夜间液流量的相关性均不显著.

为正确认识大径材桉树及湿加松耗水规律,为地区人工林树种选择、栽培及抚育提供指导,应用TDP热扩散探针技术,对10年生尾叶桉和湿加松树干液流进行连续监测,并同步测定各气象因子,分析了雷州半岛地区尾叶桉和湿加松蒸腾耗水的日变化特征和季节变化规律,并与气象因子建立了相关模型.结果表明:尾叶桉和湿加松边材液流均表现出典型的昼高夜低的单峰型日变化特征,各月平均液流速率不同,且旱雨季差异显著;其中峰值尾叶桉雨季(0.127 cm/min)和旱季(0.096 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.30倍和1.57倍;日平均液流速率尾叶桉雨季(0.045 cm/min)和旱季(0.033 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.27倍和1.54倍;启动时间和迅速下降时间雨季两树种间差异不大,但旱季尾叶桉要提前湿加松约1-1.5 h启动,并晚0.5-1h迅速下降.影响两树种边材液流速率的主要气象因子相同.尾叶桉人工林年平均单株日耗水量为12.79L/d,是湿加松的1.33倍,林分蒸腾耗水量尾叶桉(582.16 mm)和湿加松(483.24 mm),分别占同期年降雨量的34.2％和28.4％,且两树种旱雨季蒸腾耗水量均雨季显著大于旱季.