全 文 ：第 ３６ 卷第 １０ 期
２０１６年 ５月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１０
Ｍａｙ，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家林业公益性行业科研专项经费重大项目（２０１００４００４）；北京林业大学“９８５”优势学科创新平台开放基金（０００⁃１１０８００３）
收稿日期：２０１４⁃０９⁃１７； 网络出版日期：２０１５⁃１０⁃１０
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｌｍ＠ ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４０９１７１８４６
李广德，富丰珍，席本野，王烨，贾黎明．基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究．生态学报，２０１６，３６（１０）：２９４５⁃２９５３．
Ｌｉ Ｇ Ｄ， Ｆｕ Ｆ Ｚ， Ｘｉ Ｂ Ｙ， Ｗａｎｇ Ｙ， Ｊｉａ Ｌ Ｍ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐｏｐｕｌｕｓ ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ａｔ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｔｒｅｅ ａｎｄ ｓｔａｎｄ ｓｃａｌｅｓ ｂｙ
ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１０）：２９４５⁃２９５３．
基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水
研究
李广德１，２，富丰珍２，３，席本野２，王 烨２，贾黎明２，∗
１ 国家开放大学农林医药教学部，北京 １０００３９
２ 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 １０００８３
３ 黑龙江省大庆市林业局，大庆 １６３００２
摘要：定量分析单木及林分的蒸腾耗水特征，是林木水分管理的关键环节。 采用热扩散式边材液流检测技术，结合自动气象站，
对三倍体毛白杨树干边材液流及环境因子进行了连续 ２年的动态观测。 结果表明：（１）单株尺度上，三倍体毛白杨边材液流速
率日变化在晴天表现为“单峰型”，关键影响因子为水汽压亏缺（ＶＰＤ）和太阳辐射（Ｑｓ），日平均液流速率在 ４—１０ 月分别为
０．６５×１０－３、２．１２×１０－３、２．０９×１０－３、１．７８×１０－３、１．８４×１０－３、１．７６×１０－３、１．０４×１０－３ ｃｍ ／ ｓ；（２）林分尺度上，三倍体毛白杨在 ２００８、２００９
年（栽植第 ４年和第 ５年）的蒸腾耗水量分别为 ３３９．５２ 和 ４１０．６２ ｍｍ，主要影响因素为气孔导度（Ｇｃ）、相对湿度（ＲＨ），以及
ＶＰＤ；（３）多元线性回归模型可以较好的模拟三倍体毛白杨边材液流速率对环境因子的响应特征（Ｐ＜０．０１，２００８年），模型预测
值较实测值偏大 ６．３９％（２００９年），二者极显著线性相关（Ｒ２ ＝ ０．９１０，Ｓｉｇ． ＝ ０．０００５４，ｎ＝ １００８）。
关键词：三倍体毛白杨；蒸腾耗水；边材液流；热扩散边材液流探针；环境因子
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐｏｐｕｌｕｓ ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ａｔ
ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｔｒｅｅ ａｎｄ ｓｔａｎｄ ｓｃａｌｅｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＬＩ Ｇｕａｎｇｄｅ１，２， ＦＵ Ｆｅｎｇｚｈｅｎ２，３， ＸＩ Ｂｅｎｙｅ２， ＷＡＮＧ Ｙｅ２， ＪＩＡ Ｌｉｍｉｎｇ２，∗
１ Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ａｇｒｏｆｏｒｅｓｔｒｙ ＆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， ｔｈｅ Ｏｐｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９， Ｃｈｉｎａ
２ Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｉｌｖｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ
３ Ｄａｑｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｂｕｒｅａｕ， Ｄａｑｉｎｇ １６３００２， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｔｒｅｅ ａｎｄ ｓｔａｎｄ
ｓｃａｌｅｓ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔｓ ｉｓ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｆｏｒ ｆｏｒｅｓｔ ｗａｔｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ． Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｆａｓｔ⁃ｇｒｏｗｉｎｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ⁃ｙｉｅｌｄｉｎｇ ｐｏｐｌａｒ ｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ ｈａｓ
ｂｅｅｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ａｓ ａ ｍａｊｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｗｏｏｄ ｆｉｂｅｒｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｄｅｍａｎｄ ｆｏｒ ｆｉｂｒｏｕｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｌａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ． Ｔｈｅ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐｏｐｕｌｕｓ ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｐｌａｎｔｅｄ
ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｇｒｏｗｔｈ ｖｉｇｏｒ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｔｉｍｂｅｒ ｙｉｅｌｄ． Ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｅｅｓ ｉｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｉｎ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｅｒｍａｌ
ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｅ （ ＴＤＰ ） ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｗｅａｔｈｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ
ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｔｒｅｅ ａｎｄ ｓｔａｎｄ ｓｃａｌｅｓ ｏｖｅｒ ｔｗｏ ｙｅａｒｓ． Ｔｈｅ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓａｐ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ （Ｖｓｐ） ｉｎ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ｔｒｅｅｓ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ （Ｑｓ）， ａｉｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ （Ｔａ）， ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ （ＲＨ）， ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ （ＷＳ）， ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ （ ＳＷＣ）， ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ （Ｔｓ）， ａｎｄ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｅｆｉｃｉｔ （ＶＰＤ）， ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ （１） ｔｈｅ
ｄａｉｌｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｓａｐ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ｔｒｅｅｓ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｑｓ ａｎｄ ＶＰＤ． Ｄｉｕｒｎａｌ
ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ Ｖｓｐ ｆｏｒ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｔｒｅｅｓ ｈａｄ ａ ｕｎｉｍｏｄａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｎ ｓｕｎｎｙ ｄａｙｓ． Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｒｏｓｅ ｆｒｏｍ ｎｅａｒｌｙ ｚｅｒｏ ａｔ ｓｕｎｒｉｓｅ ｔｏ ａ
ｍａｘｉｍｕｍ ａｔ ａｒｏｕｎｄ １３：００ ｌｏｃａｌ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｔｏ ｎｅａｒｌｙ ｚｅｒｏ ｂｙ ｍｉｄｎｉｇｈｔ． Ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ （ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ
ｔｏ Ｏｃｔｏｂｅｒ）， ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ Ｖｓｐ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｍｏｎｔｈ ｗａｓ ０．６５ × １０
－３， ２．１２ × １０－３， ２．０９ × １０－３， １．７８ × １０－３， １．８４ × １０－３， １．７６ ×
１０－３， ａｎｄ １．０４ × １０－３ ｃｍ ／ ｓ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｖｓｐ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
（α ＝ ０．０１） ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｑｓ， Ｔａ， ＷＳ， ＲＨ， ＳＷＣ， Ｔｓ， ａｎｄ ＶＰＤ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ ＲＨ， ａｌｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ． Ｔｈｅ
ＶＰＤ ａｎｄ Ｑｓ ｈａｄ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｖｓｐ ｔｈａｎ ＳＷＣ ａｔ ａ ｄａｉｌｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｓｃａｌｅ． （２） Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ
ｓｔａｎｄ ｗａｓ ３３９．５２ ａｎｄ ４１０．６２ ｍｍ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ａｎｄ ｆｉｆｔｈ ｙｅａｒｓ ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ （２００８ ａｎｄ ２００９），
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｓｔａｎｄ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｓｔｏｍａｔａｌ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ （Ｇｃ）， ＲＨ， ａｎｄ
ＶＰＤ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ａｖｅｒａｇｅ ｄａｉｌｙ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ａ “ ｌｏｗ⁃ｈｉｇｈ⁃ｌｏｗ” ｕｎｉｍｏｄａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ
ａｎｄ ｈｉｇｈ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ｉｎ Ａｕｇｕｓｔ ２００８ ａｎｄ Ｊｕｎｅ ２００９． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｄｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｅａｓｏｎａｌ
ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄ ｗｅｒｅ Ｇｓ， ＲＨ， ａｎｄ ＶＰＤ． Ｌａｓｔｌｙ， （３） ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｓ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ， ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ Ｖｓｐ ｗｅｌｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ ｉｎ ２００８ （Ｐ ＜
０．０１）． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ Ｖｓｐ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ ｉｎ ２００９， ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ
ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅｓ （Ｒ２ ＝ ０．９１０） ｂｕｔ ｗａｓ ６．３９％ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｏｎ ａｖｅｒａｇｅ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐｏｐｕｌｕｓ ｔｏｍｅｎｔｏｓａ； ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ； ｓａｐ ｆｌｏｗ； ＴＤＰ （ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｅ ）；
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ
叶片是树木蒸腾耗水的主要器官，树干边材液流量的 ９９．８％用于叶片蒸腾［１］。 热扩散方法通过测量木质
部上升液流从而间接确定树冠蒸腾耗水量，无论是单木还是林分，都可以由液流测定值较准确地计算蒸腾
量［２］。 我国杨树林总面积已超过 １０００万 ｈｍ２，其中人工林面积已达 ７００ 多万 ｈｍ２，占全国人工乔木林总面积
近 １ ／ ５，栽培面积世界第一［３］。 热扩散技术已被广泛应用于我国杨树人工林蒸腾耗水的研究中。 刘文国等研
究了‘中林 ４６杨’４—１０月单木树干边材液流速率及影响因素，以及通过边材液流速率与边材面积确定的林
分蒸腾耗水量［４］。 桑玉强等研究了毛乌素沙地 ２１年生新疆杨防护林带 ４—９月的单木蒸腾耗水量及其与环
境因子的相关性［５］。 孙迪等分析了欧美 ６４杨人工林⁃烟草复合系统中杨树液流速率与气象因子之间的时滞
效应［６］。 李广德等构建了三倍体毛白杨不同方位树干边材液流的回归方程，为准确计算其蒸腾耗水量奠定
了基础［７］。 杨爱国等通过对 ２０年生不同密度“白城杨⁃ ２”蒸腾耗水量的研究得出 ６ ｍ×６ ｍ —５ ｍ×５ ｍ 的合
理栽植密度［８］。 李少宁等对沙地 １０７欧美杨在不同天气条件、季节，以及夜间树干液流特征进行了研究，并给
出了灌溉建议［９］。 党宏忠等对生长季新疆杨冠基部及杆基部的液流密度差异及其与大气蒸发潜力的关系进
行了探讨［１０］。 张俊等研究了干旱荒漠区银白杨人工林单木夏季树干液流动态及其与环境因子的相关性［１１］。
三倍体毛白杨是一种速生、优质、高效的短轮伐期纸浆材树种，是制浆造纸的极好原料，在我国北方速生
纸浆林建设中发挥着重要作用［１２］。 本试验采用热扩散式边材液流测定技术，结合全自动气象站，连续 ２ 年对
其人工林边材液流及主要环境因子定位监测，在较大时间尺度上揭示其单木及林分的蒸腾耗水性，结合同期
降雨量研究林分水分收支，为合理灌溉制度的建立提供理论及数据支撑。
１ 试验地概况
试验地位于山东省高唐县（３６°５８′Ｎ，１１６°１４′Ｅ），海拔平均 ２７ ｍ。 暖温带半干旱季风区域大陆性气候，具
有显著的季节变化和季风气候特性，光照充足，热量丰富。 春季，降水少，风大，气候干燥，降水量占全年降水
量的 １３．７％；夏季，温度高，湿度大，降水多，降水量占全年降水量的 ６６．５％；秋季，气温急降，天气凉爽，降水量
少，降水量占全年降水量的 １７．１％；冬季，低温寒冷，雨雪稀少，降水量只占全年降水量的 ２．７％。 年降水量
６４９２ 生 态 学 报 ３６卷
３０６．０—９７５．９ ｍｍ，年平均蒸发量 １８８０ ｍｍ，年平均温度 １２．０—１４．１ ℃，极端最高气温达 ４１．２ ℃，极端最低气温
达－２０．８ ℃。 年日照总时数 ４４３３．５ ｈ，无霜期 ２０４ ｄ。
试验林地为潮土，土壤容重平均 １． ５１ ｇ ／ ｃｍ３，平均有机质含量 ０． ３９％，全氮 ０． １３１％，全 Ｐ ０． １２９％，Ｋ
０．６１２％，速效氮 １４．４８６ ｍｇ ／ ｋｇ，速效 Ｐ １．７５２ ｍｇ ／ ｋｇ，速效 Ｋ ４９．９１４ ｍｇ ／ ｋｇ。
２ 试验材料与方法
２．１ 试验材料
试验材料为三倍体毛白杨（（Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ×Ｐ． ｂｏｌｌｅａｎａ） ×Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ）。 １ 年生根萌苗于 ２００５ 年春季造
林，带状配置，南北行向，密度 １ ｍ×２ ｍ＋６ ｍ，试验林约 ３．４ ｈｍ２。
２．２ 树干边材液流测定及液流量计算
２．２．１ 边材液流测定
在林地中心位置，选择生长发育良好、无病虫害的三倍体毛白杨 ５ 株作为样木，于南向（１．３０±０．１０） ｍ处
安装热扩散式边材液流测定探针（ＴＤＰ⁃３０， Ｄｙｎａｍａｘ Ｉｎｃ．， Ｈｏｕｓｔｏｎ， ＵＳＡ）。 每 １０ ｓ 采集 １ 次数据，每 １０ ｍｉｎ
计算平均值并记录。 样木基本参数见下表（表 １）。
表 １ 测定样树主要参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｊｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｔｒｅｅｓ
编号 Ｎｕｍｂｅｒ 胸径 ／ ｃｍＤＢＨ
树高 ／ ｍ
Ｈｅｉｇｈｔ
冠幅 Ｃｒｏｗｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ ／ ｍ
东西 ＥＷ 南北 ＮＳ
活枝下高 ／ ｍ
Ｕｎｄｅｒ⁃ｂｒａｎｃｈ ｈｅｉｇｈｔ
胸径处边材面积 ／ ｃｍ２
Ｓａｐｗｏｏｄ ａｒｅａ ａｔ ｂｒｅａｓｔ ｈｅｉｇｈｔ
１ １０．５０ １２．２０ ４．９０ ２．５０ １．８０ ８２．８６
２ ９．２０ １１．９０ ５．５０ ２．９０ ２．６０ ６４．２０
３ １０．３０ １２．６０ ４．２０ ３．４０ ３．００ ７９．８４
４ ９．９０ １２．８０ ４．３０ ２．９０ ２．１０ ７３．９６
５ １０．２０ １３．２０ ４．５０ ２．７０ ２．３０ ７８．３５
数据采集后，利用 ＤＹＮＡＭＡＸ 公司提供的分析软件对原始数据处理与计算。 液流速率计算公式如下：
Ｖｓｐ ＝ ０．０１１９ × Ｋ１．２３１ （１）
Ｋ ＝ ｄＴＭ
－ ｄＴ
ｄＴ
（２）
式中，Ｖｓｐ为树干边材液流速率（ ｃｍ ／ ｓ），ｄＴＭ 为 ２４ ｈ 内上下探针的最大温差值（℃），ｄＴ 为某时刻瞬时温
差（℃）。
２．２．２ 胸径处边材面积
树木边材是树木从根部吸收的水分向叶片运输的通道，边材面积是利用树干液流速率计算单木及林分蒸
腾需要解决的关键参数和技术问题［１３］。 本研究利用边材面积这一纯量实现蒸腾耗水从单木到林分的尺度
扩展。
通过实测 １２棵解析木以及试验期间收集的风倒和砍伐的三倍体毛白杨胸径（ＤＢＨ）及边材面积（ Ａｓ ）共
４７组数据建立回归方程： Ａｓ ＝ ０．８８４ × ＤＢＨ１．９３１ （Ｒ２ ＝ ０．９９４４，ｎ＝ ４７），由此计算样树及林分胸径处边材面积。
２．２．３ 林分蒸腾耗水量的计算
林分蒸腾耗水量 Ｅ（ｍｍ ／ ｄ）由以下公式计算：
Ｅ ＝
３６００ × ２４ × ＥＳ
ＡＳ × １０３
（３）
ＥＳ ＝∑
ｎ
ｉ ＝ １
ＥＳｉ ＝∑
５
ｉ ＝ １
Ｖｓｐｉ·ＡＳｉ （４）
式中， Ａｓ 为林分胸径处边材总面积； Ｅｓ （ｇ Ｈ２Ｏ ／ ｓ）为林分蒸腾耗水速率，通过不同径阶耗水速率得到； Ｖｓｐｉ 为
７４９２ １０期 李广德 等：基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
第 ｉ径级的东、南、西、北 ４个方位的平均液流速率，南方位 Ｖｓｐ由 ＴＤＰ⁃３０ 实测，东、西、北 ３ 方位由文献［７］中 ４
个方位液流速率间回归方程计算所得； Ａｓｉ 为第 ｉ径级树木胸径边材面积总和。
２．３ 环境因子监测
２．３．１ 气象因子
利用距试验地约 ２５０ ｍ的全自动气象站（Ｄｅｌｔａ⁃Ｔ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ， Ｅｎｇｌａｎｄ）测定，指标有太阳辐射（Ｑｓ， ×１０－３
μｍｏｌ ｍ－２ ｓ－１）、空气温度（Ｔａ， ℃）、空气相对湿度（ＲＨ，％）、风速（ＷＳ， ｍ ／ ｓ）、降雨量（Ｒ， ｍｍ）、土壤温度（Ｔｓ，
℃）等，与树干边材液流同步。
水蒸气压亏缺（ＶＰＤ）通过下式计算：
ＶＰＤ ＝ ａｅ（ｂＴ ／ （Ｔ＋Ｃ））（１ － ＲＨ） （５）
式中，Ｔ为空气温度（℃），ＲＨ为大气相对湿度，ａ，ｂ，ｃ为常数，分别为 ０．６１１２１ Ｋｐａ，１７．５０２，２４０．９７ ℃。
２．３．２ 土壤水分含量
土壤含水量（ＳＷＣ）采用地埋土壤水分传感器（ＡＴＰ２２０，体积％，北京时域通科技有限公司，北京，中国）测
定，传感器埋在装有 ＴＤＰ 探针的样树下，深度分别为 １０、３０、４５ ｃｍ和 ７０ ｃｍ，与 ＴＤＰ 数采器相连，数据采集间
隔为 ３０ ｍｉｎ。
２．４ 叶面积指数及冠层气孔导度测定
叶面积指数（ＬＡＩ）由植物冠层图像分析仪（ＣＩ⁃ １１０， ＣＩＤ， ＵＳＡ）测定，于生长季每月上中下旬各选 １—２ｄ
晴朗无风的天气，在 １７：００—１８：００，林分内不同位置取 ２０个测定点进行测定后平均。
冠层气孔导度（Ｇｃ）由叶片气孔导度（Ｃｏｎｄ）代替，Ｃｏｎｄ由便携式光合仪测定（Ｌｉ⁃ ６４００，ＵＳＡ），日周期测定
从 ６：００开始，１８：００结束，时间步长为 ２ ｈ，测定日期分别为 ２００８年 ５月 ２６日、７月 １２日、８月 ２４日、１０月 ２４
日，以及 ２００９年 ５月 １７日、６月 ３０日、８月 ２７日、９月 ２６日、１０月 ２３日。
２．５ 数据处理与分析
数据分析和处理利用 Ｄｙｎａｍａｘ公司提供的数据分析及 ＳＰＳＳ１３．０统计软件。
树干边材液流速率的差异利用单因素方差分析进行比较。 Ｓｐｅａｒｍａｎ 分析评价树干边材液流、蒸腾耗水
量与环境因子的相关性。 边材液流与环境因子的多元线性模型利用 ＳＰＳＳ软件回归分析中“Ｅｎｔｅｒ”法建立。
通径分析是研究变量间相互关系、自变量对因变量作用方式、程度的多元统计分析技术。 通径系数是介
于回归系数与相关系数之间的一个统计量，可表示相关变量间的因果关系，是变量标准化、没有单位的偏回归
系数，是自变量与因变量之间带有方向的相关系数［１４］。 直接通径系数在对因变量正态性检验后通过 ＳＰＳＳ
“Ａｎａｌｙｚｅ⁃Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ⁃Ｌｉｎｅａｒ”中 Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ获得。
３ 结果与分析
３．１ 三倍体毛白杨单木树干边材液流特性
３．１．１ 生长季三倍体毛白杨树干边材液流速率日变化
生长季晴天三倍体毛白杨树干边材液流速率（Ｖｓｐ）日变化呈典型的“单峰型” （图 １），表 ２ 为其特征值。
液流启动时间随着季节推移呈“晚⁃早⁃晚”变化，６月启动最早，生长季末启动最晚；到达峰值时刻随季节变化
呈“早⁃晚⁃早”的格局。 就峰值而言，４月显著小于其他各月，可能与其在 ４ 月叶片未完全发育成熟有关，但其
在高位运行时间相对较长，表明此时的水分及环境条件整体来说有利于三倍体毛白杨的蒸腾。 生长季末的
１０月峰值提前，值较小，高位运行时间最短，除了与此时较低的太阳辐射有关外（图 １），还与叶片大量衰落有
关：低的太阳辐射导致能量减少，温度降低，叶片蒸腾速率减小；叶片衰落使整树叶面积减小，群体蒸腾速率降
低，由此导致 Ｖｓｐ的降低。
三倍体毛白杨日平均 Ｖｓｐ随季节变化呈现出“低⁃高⁃低”的单峰型趋势（表 ２），５、６月最大，秋季次之，早春
最小。
８４９２ 生 态 学 报 ３６卷
表 ２ 不同季节三倍体毛白杨树干边材液流日变化特征值
Ｔａｂｌｅ ２ Ｓａｐ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ （Ｖｓｐ） ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｎｔｈｓ ｉｎ ２００９
月份
Ｍｏｎｔｈ
启动时间
Ｓｔａｒｔ ｔｉｍｅ
到达峰值时间
Ｐｅａｋ ｔｉｍｅ
峰值 ／ （ｃｍ ／ ｓ）
Ｐｅａｋ Ｖｓｐ ｖａｌｕｅ
日平均液流速率 ／ （ｃｍ ／ ｓ）
Ａｖｅｒａｇｅ ｄａｉｌｙ Ｖｓｐ ｖａｌｕｅ
４ ０６：４０ １２：４０ ０．００１５１±０．０００１３ｂ ０．０００６５±０．００００７ｂ
５ ０６：００ １２：５０ ０．００５６２±０．０００５６ａ ０．００２１２±０．０００３２ａ
６ ０５：５０ １３：４０ ０．００５３０±０．０００４３ａ ０．００２０９±０．００００７ａ
７ ０６：００ １３：４０ ０．００４６０±０．０００６６ａ ０．００１７８±０．０００１６ａ
８ ０６：２０ １３：３０ ０．００５１０±０．０００５５ａ ０．００１８４±０．０００２４ａ
９ ０７：２０ １３：１０ ０．００５２２±０．０００９２ａ ０．００１７６±０．０００５５ａ
１０ ０８：３０ １２：００ ０．００４０３±０．０００４６ａ ０．００１０４±０．０００１８ａｂ
不同字母表示在 ０．０５水平上差异显著（２⁃ｔａｉｌｅｄ）
３．１．２ 树干边材液流速率日变化与环境因子的相关性
从主要环境因子日变化图（图 １）及 Ｖｓｐ与主要环境因子相关性分析表（表 ３）可以看出，Ｖｓｐ日变化与 Ｑｓ、
Ｔａ、ＷＳ、ＳＷＣ、Ｔｓ、ＶＰＤ等环境因子呈极显著正相关；与 ＲＨ极显著负相关。 通过直接通径系数可以发现，ＶＰＤ
和 Ｑｓ对单木树干边材液流的影响最大，ＳＷＣ最小。
可见，在整个生长季，影响三倍体毛白杨单木 Ｖｓｐ日变化的关键因子是 ＶＰＤ和 Ｑｓ，土壤水分状况在以天为
单元的时间尺度上对 Ｖｓｐ的影响微乎其微。
表 ３ 三倍体毛白杨单木树干边材液流速率与环境因子的相关系数（ｒ）及直接通径系数（ＤＰＣ）
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｐａｔｈ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｖｓｐ ａｎｄ ｍａｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ２００９
系数类型
Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｔｙｐｅｓ
太阳辐射
Ｓｏｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ
空气温度
Ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
空气相对湿度
Ｒｅｌａｔｉｖｅ
ｈｕｍｉｄｉｔｙ
风速
Ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ
土壤含水量
Ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔ
土壤温度
Ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
水蒸气压亏缺
Ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｄｅｆｉｃｉｔ
相关系数（ ｒ）
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ０．８７６
∗∗ ０．６７５∗∗ －０．５８４∗∗ ０．４７２∗∗ ０．１０４∗∗ ０．４１８∗∗ ０．８０１∗∗
直接通径系数（ＤＰＣ）
Ｄｉｒｅｃｔ ｐａｔｈ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ０．５４８ ０．１４７ ０．１８６
－０．１８６ －０．３０６ ０．９７６
∗表示在 ０．０５水平上相关关系显著，∗∗表示在 ０．０１水平上相关关系显著（２⁃ｔａｉｌｅｄ）
３．２ 三倍体毛白杨林分蒸腾耗水性
３．２．１ 林分蒸腾耗水量随季节变化
生长季三倍体毛白杨林分蒸腾耗水量如图 ２所示。 结合降雨量，得到生长季三倍体毛白杨林分水分收支
状况（表 ４）。 与日均液流速率类似，三倍体毛白杨林分蒸腾耗水量随季节推移也呈“低⁃高⁃低”的单峰型
变化。
表 ４ 生长季各月三倍体毛白杨平均蒸腾耗水量 （Ｅ）、降雨量（Ｒ）及其占生长季总量比例
Ｔａｂｌｅ ４ Ｍｏｎｔｈｌｙ ａｖｅｒａｇｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ （Ｅ） ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ａｎｄ ｒａｉｎｆａｌｌ （Ｒ） ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎｓ ｉｎ ２００８ ａｎｄ ２００９
年份
Ｙｅａｒ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ 合计 Ｔｏｔａｌ
２００８ 耗水量 Ｅ ／ ｍｍ比例 ／ ％
５７．９２
１７．３４
６３．８３
１９．１１
６１．１０
１８．２９
６５．９９
１９．７６
５６．２２
１６．８３
３４．４６
１０．３２ ３３９．５２
降雨量 Ｒ ／ ｍｍ
比例 ／ ％
２４．７０
６．９３
４０．４０
１１．３３
１４５．３０
４０．７５
８１．２０
２２．７７
４３．００
１２．０６
２２．００
６．１７ ３５６．６０
２００９ 耗水量 Ｅ ／ ｍｍ比例 ／ ％
２１．８３
５．３２
５７．０６
１３．９０
７３．１８
１７．８２
７０．９２
１７．２７
７２．０４
１７．５４
６７．７８
１６．５１
４７．８２
１１．６５ ４１０．６２
降雨量 Ｒ ／ ｍｍ
比例 ／ ％
４８．２０
７．５３
７９．２０
１２．３７
１３５．４２
２１．１４
１６８．２８
２６．２７
１２１．６０
１８．９９
８７．８０
１３．７１ ０．００ ６４０．５１
整体来看，两年的降雨量都大于同期的林木蒸腾耗水量。 但就降雨分布而言，主要集中在 ６、７、８ 这 ３ 个
９４９２ １０期 李广德 等：基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
图 １ 生长季晴天三倍体毛白杨树干边材液流及主要环境因子日变化
Ｆｉｇ．１ Ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ Ｖｓｐ ａｎｄ ｍａｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｓｕｎｎｙ ｄａｙｓ ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ ｔｏ Ｏｃｔｏｂｅｒ， ２００９
月，占 ７０％以上，而这几个月的蒸腾耗水量占 ５５％左右，因此，林分季节性供水不足问题依然存在。
３．２．２ 林分蒸腾耗水季节变化调控机制
表 ５是根据 ２００８年和 ２００９年 ２个生长季三倍体毛白杨各月晴天日平均耗水量 Ｅ 与其对应的冠层气孔
导度、叶面积指数、以及有效辐射等环境因子的相关系数及直接通径系数。 可以看出，与 Ｖｓｐ相关性不同，其 Ｅ
季节变化与 Ｇｃ、ＬＡＩ、Ｑｓ、Ｔａ、ＲＨ、ＳＷＣ及 Ｔｓ、ＶＰＤ 等都呈现出正相关性，而与 ＷＳ 负相关。 从直接通径系数来
看，影响和决定三倍体毛白杨林分蒸腾耗水量季节变化的主要因素为 Ｇｃ、ＲＨ、ＶＰＤ。
３．３ 三倍体毛白杨蒸腾耗水模型的构建与检验
选择 ２００８年 ４月的 ３ｄ，５—１０月每月 ６ｄ晴天 Ｖｓｐ及相应环境因子数据建立多元线性模型（表 ６），统计学
意义显著（Ｐ＜０．０１），且判定系数都大于 ０．９。 将 ２００９年同期或相邻日期的环境因子数据代入，得到树干边材
液流预测值（表 ７）。
０５９２ 生 态 学 报 ３６卷
表 ５ 三倍体毛白杨林分蒸腾耗水量与 Ｇｃ、ＬＡＩ及主要环境因子的相关系数（ ｒ）及直接通径系数（ＤＰＣ）
Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｐａｔｈ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｅ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ａｎｄ Ｇｃ， ＬＡＩ， ａｎｄ ｍａｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ２００８
ａｎｄ ２００９
系数类型
Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｔｙｐｅｓ
气孔导度
Ｓｔｏｍａｔａｌ
ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ
叶面积
指数
Ｌｅａｆ ａｒｅａ
ｉｎｄｅｘ
太阳辐射
Ｓｏｌａｒ
ｒａｄｉａｔｉｏｎ
空气温度
Ａｉｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
空气相
对湿度
Ｒｅｌａｔｉｖｅ
ｈｕｍｉｄｉｔｙ
风速
Ｗｉｎｄ
ｓｐｅｅｄ
土壤
含水量
Ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔ
土壤温度
Ｓｏｉｌ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
水蒸气
压亏缺
Ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｄｅｆｉｃｉｔ
相关系数（ ｒ）
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ０．８９７
∗∗ ０．５１８∗ ０．３９２ ０．６５８∗ ０．４７２ －０．１６７ ０．６２０∗ ０．７１４∗ ０．１１１
直接通径系数（ＤＰＣ）
Ｄｉｒｅｃｔ ｐａｔｈ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ １．６８２ ０．１５４
－１．２３９ －０．２０３ ０．０４５ －０．７２６
表 ６ ２００８年生长季各月份边材液流速率与主要环境因子回归模型
Ｔａｂｌｅ ６ Ｍｕｌｔｉ⁃ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｖｓｐ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｍｏｎｔｈｓ ｉｎ ２００８
月份 Ｍｏｎｔｈ 回归模型Ｍｕｌｔｉ⁃ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ
判定系数
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ
Ｓｉｇ． ｎ
４
Ｖｓｐ ＝－０．００１＋０．００１Ｑｓ－１．３×１０－５Ｔａ－６．５×１０－６ＲＨ＋２．９９×１０－５ＷＳ＋０．００４ＳＷＣ＋
６．０４×１０－５Ｔｓ －１．０×１０－１０ＶＰＤ
０．９６９ ０．０００ ４３２
５
Ｖｓｐ ＝－０．００７＋０．００５Ｑｓ－２．５９７×１０－５Ｔａ＋２．０７×１０－５ＲＨ－９．９９×１０－５ＷＳ＋０．０１９ＳＷＣ－
４．２４×１０－６Ｔｓ ＋０．００１ＶＰＤ
０．９８８ ０．０００ ８６４
６
Ｖｓｐ ＝－０．００５＋０．００５Ｑｓ＋４．５７×１０－６Ｔａ＋５．５６×１０－５ＲＨ－４．３０×１０－５ＷＳ－０．００１ＳＷＣ＋
５．９７×１０－６Ｔｓ＋０．００２ＶＰＤ
０．９８４ ０．０００ ８６４
７
Ｖｓｐ ＝－０．００２＋０．００５Ｑｓ－１．０５×１０－５Ｔａ＋４．２５×１０－５ＲＨ－３．４８×１０－５ＷＳ－０．００５ＳＷＣ－
１．０１×１０－５Ｔｓ ＋０．００１ＶＰＤ
０．９８２ ０．０００ ８６４
８
Ｖｓｐ ＝ ０．００１＋０．００４Ｑｓ＋２．２７×１０－５Ｔａ＋１．４６×１０－５ＲＨ－６．８９×１０－５ＷＳ－０．００７ＳＷＣ－
１．３３×１０－５Ｔｓ ＋０．００１ＶＰＤ
０．９９９ ０．０００ ８６４
９
Ｖｓｐ ＝ ０．００４Ｑｓ＋７．０８×１０－６Ｔａ ＋２．００×１０－５ＲＨ－５．４６×１０－５ＷＳ－０．００３ＳＷＣ－
１．４６×１０－５Ｔｓ ＋０．００１ＶＰＤ
０．９９９ ０．０００ ８６４
１０
Ｖｓｐ ＝－０．００３＋０．００６Ｑｓ－３．０５×１０－５Ｔａ＋２．７６×１０－５ＲＨ＋２．８０×１０－６ＷＳ＋０．００２ＳＷＣ＋
２．２１×１０－５Ｔｓ ＋０．００１ＶＰＤ
０．９７６ ０．０００ ８６４
可见，预测值与实测值相差基本在±２０％之内，二者之间极显著线性相关（Ｒ２ ＝ ０．９１０，Ｓｉｇ． ＝ ０．０００５４，ｎ ＝
１００８）。 生长季预测值较实测值偏大 ６．３９％。
表 ７ ２００９年生长季各月三倍体毛白杨树干边材液流速率预测值与实测值对比（日平均值）
Ｔａｂｌｅ ７ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ Ｖｓｐ ｂｙ ＴＤＰ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ⁃ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｉｎ ２００９
月份
Ｍｏｎｔｈ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
生长季平均
Ａｖｅｒａｇｅ
预测值 Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｖａｌｕｅ ／ （ｃｍ ／ ｓ） ０．０００７４７ ０．００２１８ ０．００２５６ ０．００１４４ ０．００２０３ ０．００２００ ０．００１０３ ０．００１７１
实测值 Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅ ／ （ｃｍ ／ ｓ） ０．０００６４６ ０．００２１２ ０．００２０９ ０．００１７８ ０．００１８４ ０．００１７６ ０．００１０４ ０．００１６１
误差 Ｅｒｒｏｒ ／ ％ １５．６３ ２．８３ ２２．４９ －１９．１０ １０．３３ １３．６４ －０．９６ ６．３９
为了更直观地呈现预测值与实测值的相互关系，以 ２００９年 ６月二者的日变化作图（图 ３）。 可以发现，二
者变化趋势相同但不同步，表明树干边材液流对环境条件变化反馈的时间差，也反映出树体自身水力及水容
特性等对蒸腾耗水的调节。 当环境条件变化时，树木水分状况不是马上随之发生变化，而是通过自身水力结
构、水容等的调节，尽量减少水分的蒸腾和散失，维持水分平衡。
４ 结论与讨论
与‘中林 ４６杨’ ［４］、新疆杨［５］、欧美 １０７杨［６］、银白杨［１１］等杨树类似，晴天三倍体毛白杨 Ｖｓｐ日变化呈“单
峰型”。 就季节变化来看，日平均值 ５、６月份最大，秋季次之，早春最小。 就单木日蒸腾耗水而言，三倍体毛白
１５９２ １０期 李广德 等：基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
图 ２ 生长季三倍体毛白杨日蒸腾耗水量变化
Ｆｉｇ．２ Ｄａｉｌｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ ｉｎ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎｓ ｉｎ ２００８ ａｎｄ ２００９
图 ３ 三倍体毛白杨树干边材液流速率实测值与预测值日变化
Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｒｉｐｌｏｉｄ Ｐ． ｔｏｍｅｎｔｏｓａ Ｖｓｐ ｂｙ ＴＤＰ ａｎｄ ｔｈｅ
ｍｕｌｔｉ⁃ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎ， ２００９
杨与主要环境因子具有极显著的相关性，关键因子为综
合反映 Ｔａ 和 ＲＨ 的 ＶＰＤ 和表征能量水平的 Ｑｓ。 而对
于林分，从大的时间尺度来看（两个生长季），主要影响
因子为 Ｇｃ、ＲＨ和 ＶＰＤ。 这与赵平等对于马占相思的研
究结果相同，即马占相思个体液流密度和整树蒸腾的日
变化主要受 Ｑｓ 和 ＶＰＤ 的控制；而对于林段蒸腾，Ｇｃ 的
下降是导致其蒸腾下降的主要原因［１５］。 因此，对于不
同的时间和空间尺度，影响树木蒸腾耗水的主导因素不
同，也表明树木蒸腾耗水影响和调控机制的复杂性和相
对性，如何构建一套普遍适用的比较系统和科学的树木
蒸腾耗水调控机制也是植物水分生理研究的难点之一，
还需要更多的理论和试验支撑。
树木蒸腾耗水研究的目的之一是时空尺度扩展，即通过有限时段单木树干边材液流的研究来确定林分和
生态系统的蒸腾耗水性，评价和比较不同树种、不同立地条件、不同林分结构和林分不同阶段的蒸腾耗水量，
并指导干旱、半干旱地区造林及绿化树种选择、林分结构的合理配置以及合理灌溉制度的建立。 在准确测定
单株蒸腾耗水量的基础上，通过胸径处边材面积这一纯量进行了三倍体毛白杨蒸腾耗水由单木向林分的尺度
扩展。 栽植第 ４年和第 ５年三倍体毛白杨林分蒸腾耗水量分别为 ３４０ 和 ４１０ ｍｍ。 整体来看，降水可以满足
其蒸腾耗水之需，但降雨的季节分配不均也导致季节性供水不足。 ２００８年 ５月、６月、９ 月和 １０ 月，以及 ２００９
年 １０月的降雨量相对于其蒸腾耗水量来说明显不足（表 ４）。 而植物体在旱季形成的水力结构特性会在雨季
时影响和制约其水分运输，从而可能影响其生长潜力的发挥［１６］。 因此，在春、秋两季，降雨不能有效补充土壤
水分以供给三倍体毛白杨蒸腾耗水之需，需适时灌溉。
在研究树木边材液流及其与环境因子相互关系的文献中，很多都建立了相应的回归模型，但鲜见有验证
和评价的报道。 本研究通过将 ２００９年监测的环境因子数据代入 ２００８年数据建立的多元线性回归模型，并比
较实测值与预测值的差异。 ２００９年生长季实测值平均为 ０．００１６１ ｃｍ ／ ｓ，预测值为 ０．００１７１ ｃｍ ／ ｓ，误差 ６．３９％。
可见，通过环境因子与树干边材液流速率建立的多元回归模型可用来预测和估算不同时段三倍体毛白杨的蒸
腾耗水性，实现蒸腾耗水的时间尺度扩展，节约研究成本。
２５９２ 生 态 学 报 ３６卷
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３５９２ １０期 李广德 等：基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究