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.

了解和量化城市树木耐旱性的变异性和潜在的驱动机制对于预测和管理全球气候变化下的城市生态系统稳定性至关重要.该研究以北京市常见行道树绒毛梣(Fraxinus velutina)为研究对象,选取6个不同不透水表面比例(用归一化建筑指数(NDBI)反映)的实验地点.利用遥感数据提取各地的NDBI和月地表平均温度(Ts)参数,并实地测定了空气水汽压亏缺(VPD)和黎明前水势(Ψpd),在生长季采用自然干燥法拟合各地点绒毛梣枝条木质部脆弱性曲线,并计算得到木质部栓塞脆弱性,测定各地点凌晨和中午枝条的自然栓塞化程度以获取不同地点木质部栓塞的恢复程度;同时测定了比导率(ks)和叶比导率(LSC)、气孔导度(Gs)和最大光化学量子效率(Fv/Fm).研究了不同不透水表面比例下树木栓塞脆弱性(耐旱性)的适应性,以及耐旱性与其他水力性状之间的相关性.结果表明:1)不透水表面比例与50％导水率损失对应的水势值(Ψ50)显著负相关,不透水表面比例越高耐旱性越高;2)Ψ50与Ψpd及VPD显著相关;3)ks与Ψ50间有显著权衡,但LSC与Ψ50相关关系不明显;4)栓塞修复能力与Ψpd呈正相关关系;5)处于不同不透水表面比例地区的绒毛梣的Fv/Fm无显著差异;6)随不透水表面比例的增加,绒毛梣光合速率下降.该研究结果表明,不透水表面比例是影响绒毛梣耐旱性的关键城市环境指标之一,不透水表面比例提高导致绒毛梣耐旱性的提高,同时绒毛梣白天出现的栓塞可以在夜晚进行积极的修复,这两个特征均说明城市树木对于城市环境表现出水力结构的适应性,但这种适应性以光合速率下降为代价.该研究结果为快速城市化和全球气候变化场景下北京城市生态系统健康程度、弹性和稳定性评价提供了重要研究数据,并为决策者制定切实可行的北京城市树木管理策略提供了理论依据.

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.

明确毛白杨叶片膨压变化规律及其对环境因子的响应,可以为以叶片膨压作为水分亏缺指标指导灌溉提供理论依据.该研究以滴灌条件下的二年生毛白杨(Populustomentosa)人工林为研究对象,对充分灌溉(FI)和控水灌溉(CK)的叶片磁力探针压力输出值(Pp)进行了连续监测,并同步监测了土壤温度(Ts)、土壤水势(ψs)、液流速率(VSF)和气象因子,探讨了不同水分处理下毛白杨叶片膨压变化规律及其与环境因子的关系.结果表明:1)不同天气条件下的Pp均呈明显的“昼高夜低”变化规律,且晴天的峰值宽度最大;2)标准化相对叶片膨压(△Pp)与VSF在不同天气条件下均呈正相关关系,都可用二项式函数描述,决定系数(R2)从大到小依次是:晴天(R2=0.87)＞阴天(R2=0.72)＞雨天(R2=0.31);3)影响Pp变化的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、空气相对湿度(RH)以及饱和水汽压差(VPD),其中PAR与Pp协同变化最一致;4)△Pp,对不同环境因子均存在时滞效应,且不同水分处理的时滞圈大小不同;5)不同水分处理的Pp曲线形状有明显差异.综上所述,毛白杨叶片膨压变化规律与环境因子关系密切,且与晴天液流速率存在高度的协同变化,有作为水分亏缺诊断指标的潜力.

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.

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.

运用Granier热扩散探针法,于2016年7-9月对半干旱黄土丘陵区天然次生林树种辽东栎和人工林树种刺槐的树干液流进行连续测定,并同步监测气象因子和土壤含水量,用错位相关法分析液流通量密度与空气水汽压亏缺日变化的时滞长度,研究2个树种不同径级个体在不同土壤水分条件下液流通量密度与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:辽东栎和刺槐液流通量密度的日变化节律与气象因子显著相关,空气水汽压亏缺峰值的出现较辽东栎树干液流通量密度滞后118.2 min,较刺槐树干液流通量密度滞后39.5 min;而光合有效辐射的峰值通常滞后于辽东栎12.4 min,提前于刺槐68.5 min.液流通量密度和空气水汽压亏缺的时滞长度与树种和土壤含水量显著相关,辽东栎、刺槐在土壤含水量较高时段的时滞长度分别大于土壤含水量较低时段32.2和68.2 min.时滞长度与径级的相关性整体上未达到显著水平,但在土壤含水量较低时段小径级刺槐的时滞长度大于大径级21.4 min,差异达到了显著水平.两树种液流通量密度与空气水汽压亏缺之间的时滞效应反映了对蒸腾驱动因子的敏感性,较好的土壤水分条件有利于液流通量密度提早达到峰值,较低土壤水分会导致树干液流对气象环境因子响应的敏感性降低;刺槐树干液流受土壤水分的影响更显著.

为明确毛白杨(Populus tomentosa)不同方位夜间蒸腾量(Nt)及茎干充水量(Sr)等夜间液流活动的规律,探究不同方位Nt和Sr的主要影响因子,该研究使用热扩散的方法监测了宽窄行模式下栽植的毛白杨茎干不同方位夜间液流,并用图像法区分Nt和Sr.使用自动气象站和机械式张力计监测太阳总辐射(Rs,kW·m-2)、空气温度(Ta,℃)、空气相对湿度(RH,％)、风速(v,m·s-1)、土壤水势(ψ,kPa)等环境因子.通过比较各方位的Nt和Sr等液流活动的大小情况及其与环境因子之间的相关性得到方位间夜间液流的差异性以及各方位夜间液流的主要影响因子.结果显示:宽行距位于东侧的样树西方位的Nt和Sr均最大,其中西方位的Sr显著大于其他3个方位;北方位的Nt显著小于其他3个方位;其他方位间的Nt和Sr无显著差异;各方位夜间茎干充水量占夜间液流量的比例(Sr/Q)无显著差异.宽行距位于西侧的样树西方位的Nt和Sr亦均最大,其中西方位的Sr显著大于东方位和南方位;南方位的Nt最小,显著小于西方位和北方位,其他方位间的Nt和Sr无显著差异;南方位的Sr/Q显著大于其他3个方位.各方位的Nt和Sr均与水汽压亏缺(VPD)有显著的正相关关系,部分方位Nt和Sr与Ta和RH有显著相关关系,没有任何方位Nt和Sr与v和ψ有显著相关关系.Nt和Sr方位间的差异(NtCV、SrCV)与VPD、Ta、RH、v和ψ均无显著相关关系.此外,Sr受白天的液流活动的影响显著.综上所述,毛白杨不同方位Nt和Sr等液流活动具有较大的差异,且西方位是优势方位;VPD是影响各方位Nt和Sr的主要气象因子.

运用DC3型高分辨率树干直径变化记录仪和Granier热扩散探针,对黄土丘陵地区两典型树种辽东栎和刺槐生长季的树干直径微变化和树干液流动态进行连续监测,并同步观测主要环境因子(土壤含水量、太阳辐射、空气温度和相对湿度),分析两树种树干的直径微变化动态特征与蒸腾耗水的关联性及其对环境因子的响应.结果表明:两树种树干直径和液流通量密度呈现明显的昼夜变化规律,直径日最大收缩量与 日均液流通量密度呈显著正相关,树干直径在日尺度上的微变化受当 日蒸腾耗水量的影响.对树干直径日最大收缩量和蒸腾驱动因子进行线性拟合,结果显示,树干直径 日变化量与主要气象环境因子(日均太阳辐射、日均空气水汽压亏缺、整合变量VT)呈显著正相关.回归曲线斜率表明,辽东栎树干直径日变化量大于刺槐,其直径对气象环境因子的敏感度更大.两树种液流通量密度在较高土壤水分时段高于土壤含水量较低时段,在不同土壤水分条件下辽东栎树干直径日最大收缩量差异显著,刺槐未达到显著水平,这些差异可能与两树种蒸腾调节和树干水分补充等用水策略有关.