全 文 ：应用热平衡技术测量龙爪槐液流的试验研究
张云吉1 , 隆惠敏2 , 谢恒星1 , 崔俊芳1
(1.鲁东大学地理与资源管理学院,山东烟台 264025;2.青海黄河水利水电设计咨询有限公司,青海西宁 810001)
摘要　介绍了包裹式茎流计测量植株液流的原理 ,应用茎流计测量了 1株典型性龙爪槐的树干液流日进程 ,分析了树干液流与大气温
度、累计液流量的关系。结果显示 ,龙爪槐干液流日进程白天变化比较大 ,呈现多峰曲线形式;夜间数值较低且相对平稳。大气温度、累
计液流量日进程变化趋势与树干液流相一致。
关键词　包裹式茎流计;液流;原理;应用
中图分类号　Q94-33　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2006)17-4229-02
Experimental in var.pendula Hort Sap Flow with Heat Balance Technique
ZHANG Yun-ji et al　(College of Geography and Resources Management of Ludong University , Yantai , Shandong 264025)
Abstract　The principle of packaged sap flow gauge in measuring stem flow flux was introduced and then it was used tomeasure the diurnal change stem sap
flow of a typical locust tree.The relationship between diurnal change of stem sap flow with air temperature and diurnal accumulation of stem sap flow were ana-
lyzed , too.Results showed that the diurnal change of stem sap flow in daytime was variable, showing multi-peaks characteristics and relatively stable and in
nighttimewas with low value.Air temperature and accumulation of stem sap flow s diurnal change showed uniform trend with trunk stem sap flow.
Key words　Packaged stem sap flow gauge;Stem sap flow;Principle;Application
　　树干液流是指蒸腾在植株体内引起的上升流 。植株根
部吸收的水分有 99.8%以上消耗在蒸腾上[ 1] ,因此 ,通过精
确测量茎流量 ,可以基本确定植株的蒸腾失水量[ 2] 。蒸腾在
土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热传输过程中占有极为
重要的地位 ,一直是农学 、林学 、气象学 、水文学 、生态学等相
关学科及领域共同关注的重要课题之一[ 3] 。有关植株液流
的研究国内外已有许多报道[ 4-7] ,其中热技术方法具有连续
观测树干液流量 、时间分辨率高 、易于野外操作 、减少了由叶
片到单株尺度转换次数等优点 ,因此该方法在农业 、园林 、林
业等领域得到了广泛应用[ 8-11] 。热技术方法根据不同原理
及适用范围可分为热脉冲法 、热平衡法和热扩散法[ 12] ,热脉
冲法由Huber首次提出[ 13] ,以后由Marshall、Swanson和 Whit-
field 、Edwards等改进完善[ 14-16] 。该方法只适用于树干直径
大于 30mm木本 ,根据补偿原理[ 17] ,测定时向加热元件通以
短暂即逝的电流产生热脉冲 ,在测定距离一点上随时间波动
求得液流速度 ,液流量根据流体的几何特征 、茎横断面积和
液流速度推算 ,该仪器包括 1个加热器和 2个传感器探头 ,
在树干液流较低时 ,该方法测得的数值不准确[ 18-20] 。热平
衡法可分为茎部热量平衡法和树干热平衡法[ 21] 。茎部热量
平衡法是将探测器捆绑在茎粗为 2 ～ 125 mm 的树枝 、树
干[ 22]或草本[ 23 ]上测定液流速度。该方法要保证探测器与
茎表面接触良好 ,并用绝缘材料包裹上 ,防止热损失及防雨。
通过测定从加热茎部进入和出去的温差 ,计算液流速度[ 24] 。
树干热平衡法可用于测定直径大于 120 mm树干液流[ 25 , 26] ,
原理与茎部热量平衡法相同 ,不同之处是利用插入树干的探
针进行测定 ,由加热部分的热平衡公式计算液流速度 。树干
热平衡法分为恒定功率加热[ 27]和可变功率保持恒定的温差
值[ 26] 2种方法。测定液流的树干部分用绝缘和防晒材料遮
盖。热扩散方法由Granier Granier[ 28]发明 ,它是将 2个直径为
112mm相连的探针插入树干内 ,上部探针含有加热器和热电
基金项目　鲁东大学重点基金项目(043201);鲁东大学大学生科技创新
基金资助项目。
作者简介　张云吉(1964-),女 ,山东人 ,副教授 ,从事地貌教学及科研工作。
收稿日期　2006-05-25
偶 ,下面探针只有热电偶 ,恒定加热测定 2探针的温差值 ,计
算液流速度。此法具有安装方便 、液流量计算简便和费用较
低等优点。热脉冲法 、树干热平衡法和热扩散法均是利用针
插式探头 ,安装时需先在树干上打孔 ,对样木有一定程度的
伤害 ,且存在安装方位 、由单位面积液流量向整株树木液流
量转换误差等问题 ,测量结果受到一定程度的影响。茎部热
量平衡法在一定程度上解决了以上问题 ,笔者应用美国 Dy-
namax公司生产的 Dynamax茎流计测量了鲁东大学校园内 1
棵典型龙爪槐树干的茎流 ,并对茎流数据进行了分析 。
1　研究区自然条件及研究方法
1.1　研究区自然条件　试验于 2005年 8月 20 ～ 21日在鲁东
大学校内进行 ,地理位置N 37°14′,E 121°27′,海拔 63m 。属暖
温带大陆性季风气候 ,年均气温 11.8 ℃,年均风速 4～ 6m/s ,
多年平均降雨量 651.9mm ,年均相对湿度 68%,年均日照时
数 2698.4h ,无霜期 210 d 。土壤属烟台市典型棕壤 ,土层厚
度 3m左右 ,根系活动层土壤 pH 值 6.2～ 6.7 ,有机质含量
14.23mg/kg ,全N 1.09 mg/kg ,速效 P 11.42 mg/kg ,土壤容重
1.34g/cm3 左右 ,地下水位 2～ 3m 。
1.2　试验材料及方法　选择长势良好 、树干通直 、冠幅适
中 、树皮光滑 、无病虫害的 1株龙爪槐作为被试树木。龙爪
槐树林面积 120m2 ,株距 5 m ,行距 4.5 m ,被试龙爪槐为 3年
生树种 ,胸径 5.5cm ,树高 2.7m ,树冠 2.5m×2.3m 。
在所选样木胸高 1.3m处安装仪器 ,以避免近地处冷液
流的影响。在光滑的茎段上用小刀小心将树干外的死树皮
刮去 ,不要损伤树干的韧皮部 ,再用细砂纸将其打磨光滑 ,涂
上一层很薄的硅胶树脂(G4型),防止水分顺树干进入测定
部分或者水气的液化 ,保护探头不受损伤和与树干粘连 。然
后用O形环将探头的上下两头密封严实 ,为了防止太阳辐射
对探头的影响 ,在安装好探头后再在探头的外层包裹上 3层
铝箔 。探头通过数据转化器与数据采集器(ZENO3200)连接 ,
利用 12V铅蓄电池给数据采集器供电 。在距样木 3 m的空
地上安置 ICT-2000自动气象站 ,自动气象站可同步观测空气
温度 、空气相对湿度 、太阳总辐射 、树冠顶部太阳净辐射 、风
速 、降雨量等气象因子 。由于是在充分供水的条件下测定龙
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2006, 34(17):4229-4230 , 4232　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　金琼琼　责任校对　金琼琼
爪槐树干茎流 ,因此土壤水分不是制约树木茎流的条件 ,土
壤水分状况不予考虑。自动气象站和茎流计数据采样间隔
均为 15 s ,每 10min进行平均值计算并记录下来。
2　结果与分析
利用包裹式茎流计测量龙爪槐树干的茎流日进程并利
用自动气象站同步观测龙爪槐树周围的微气象因子 ,结果见
图 1、2 。
图1　龙爪槐树干液流的日进程
图 2　龙爪槐周围大气温度日进程
由图 1可知 ,龙爪槐树干液流的日进程白天变化比较
大 ,呈现多峰曲线形式 ,这与当时的气象因子多变有关;夜间
液流数值较低且相对平稳。树干液流从 7:00 左右开始启
动 ,8:00左右开始迅速上升 ,8:40达到一天当中的最大值 4.2
kg/h ,以后随着气象因子的变化呈现多次波动。11:10 出现
午间的一个波谷值 1.9 kg/h , 13:00 出现另一个高峰值 4.0
kg/h ,随后树干液流呈现波动下降 , 17:10 开始迅速降低 ,
19:20左右降低到一个相对稳定值 0.1 kg/h ,随后液流在这一
较低值附近波动。由于大气温度对树干液流的影响比较显
著[ 16] ,由自动气象站同步观测的空气温度日进程(图 2)可
知 ,大气温度从 6:00开始启动 , 8:00左右开始迅速上升 ,在
中午出现比较大的波动 , 14:00左右气温开始下降 , 17:00左
右迅速下降 , 19:20达到一个相对稳定值 ,次日 4:00左右温
度又开始回升。整个趋势与树干液流的日进程是基本对应
的。由龙爪槐日累计液流量(图 3)可知 ,累计液流量从 7:20
左右开始上升 ,8:00左右上升速度加快 , 9:00 ～ 12:50增长减
慢 ,19:00左右累计液流量开始平稳 ,整个过程呈现“S”形 ,这
与龙爪槐树干液流的日进程是一致的。从 7:00～ 19:00这 12
h内的液流总量为 24.3kg。
3　小结与讨论
热脉冲技术是测量植株茎流量的一种比较好的方法 ,在
图 3　龙爪槐日累计液流量
国内外得到了广泛应用。但以往的茎流探针多为针插式 ,在
测量之前需先在树干上打孔 ,从而破坏了树木的自然生长状
况 ,测量结果也因此受到影响。包裹式探头基本不破坏树木
的自然生长状态 ,消除了探针插入树干深度 、探针安置方向 、
探针与树干接触状况 、由单位面积茎流数据推算整株树木茎
流而产生的误差 ,所得数据也更真实 、可靠。
该试验结果表明:龙爪槐树干液流的日进程白天变化比
较大 ,呈现多峰曲线形式;夜间数值较低且相对平稳。大气
温度和日累计液流量日进程与植株树干液流日进程相一致。
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溶性蛋白质 、游离氨基酸含量 ,其中以 0.2mg/L赤霉素处理
的为最高。以上研究表明 ,用赤霉素处理种子有助于其通过
萌发的初始阶段 ,诱发种子活力 ,并且在干燥器中贮存时能
够保持诱发后的活力;赤霉素还能打破种子的休眠 ,从而提
高种子活力 。
3　赤霉素和其他物质共同作用对种子活力的影响
3.1　赤霉素和钙共同作用对种子活力的影响　陈士林等[ 12]
以棉花种子为材料 ,研究了GA3+Ca2+处理对该种子萌发及
活力的影响 ,结果发现:适宜浓度的GA3 +Ca2+复合处理可显
著提高种子发芽势 ,促进胚芽伸长 ,提高种子活力 ,其中以
100mg/L赤霉素和浓度 1%Ca2+处理效果较好 ,药剂复合处
理 50mg/LGA+1%Ca2+和 100 mg/L GA+0.1%Ca2+的效果
最好。汤菊香等[ 13]研究了赤霉素和 Ca2+对适当水分胁迫下
棉花种子发芽的影响 ,结果表明:赤霉素和Ca2+混合液处理
对水分胁迫下棉花种子的发芽率 、发芽势 、发芽指数 、活力指
数等发芽指标均有显著影响 ,其中以 1 mg/L赤霉素与 8
mmol/L Ca2+混合处理效果最佳 。山仑[ 4]和路苹[ 5]等发现:在
中等干旱条件下 ,一定浓度的赤霉素和氯化钙混合溶液处理
种子能有效缓解缺水对萌发的影响 。李家旭等[ 14] 用赤霉素
处理玉米种子后发现 ,赤霉素在促进种子萌发的同时 ,提高
了种胚中的钙调素含量 。综上所述 ,钙和赤霉素的混合应用
能够起到互补效应 ,提高种子的活力。
3.2　赤霉素和抗生素共同作用对种子活力的影响　高晓玲
等[ 15]以烟草种子为材料研究发现 ,一定浓度的赤霉素与青
霉素组合处理对烟草种子的α-淀粉酶活性 、根系活力和幼苗
的生长及种子的萌发具有明显的协同效应。迄今为止 ,对两
者协同作用机理的研究较少 ,还有待于进一步探讨 。
3.3　赤霉素和丙酮 、盐酸等共同作用对种子活力的影响　
王广印等[ 16]用 20 mg/L的赤霉素丙酮溶液处理无籽西瓜种
子 6h ,发现种子活力指数 、发芽指数比对照明显提高;延长
处理时间 ,种子活力则降低。黄志华等[ 17]通过滤纸床发芽
方法测定一串红种子的发芽率 、活力指数 、发芽指数等指标 ,
观察外源GA3以及用盐酸预处理种子后再用 GA3 处理对一
串红种子发芽的影响 ,结果表明:外源 GA3 处理对一串红种
子发芽率促进作用明显 ,尤其以盐酸预处理后再用外源GA3
处理能够使GA3 的浓度显著降低。
3.4　赤霉素和植物生长物质共同作用对种子活力的影响　
贺军民等[ 18]研究发现 ,用赤霉素处理莴苣种子能诱导 28 ℃
的种子萌发 ,而外源亚精胺能够促进赤霉素的诱导效应 ,DF-
MA和 DCHA能抑制赤霉素诱导 28 ℃下的种子萌发 , 此抑制
效应又被外源亚精胺部分逆转 , 且赤霉素处理提高了28 ℃
的种子内源腐胺和亚精胺的含量。
4　展望
利用赤霉素来处理种子 ,调节种子的活力已成为对种子
活力研究的一个重要部分。但到目前为止 , 人们对赤霉素
影响种子活力生理方面的研究还不够深入 ,因而难以形成通
过赤霉素调节种子活力的规模化 、系统化生产。鉴于此 ,今
后的研究重点应为:
(1)深入研究赤霉素影响种子活力的生理 、生化机制和
分子机理。
(2)从深度和广度上进一步研究赤霉素和其他物质相互
作用对种子活力的影响。
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