全 文 ：第 3 卷
1 9 9 0
第 5 期
年10 月
林业 料学研究
FO R E S T R E S EA R C H
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1 9 9 0
用 空气动力学原理测算树木
蒸腾速率的初步探讨 ‘
刘 奉 觉
(中国林业科学研究院林业研究所)
关键词 树木落腾速率 ; 蒸腾测 定方法
蒸腾速率是树木重要的水分生理指标 , 它携带着耗水信息〔’lo 到 目前为止 , 测定蒸腾的
方法已有很多, 如大棚法 、 蒸渗仪法 、 树干液流法 、 微气候法和气孔计法等 。 但每种方法都
有一定局 限性 , 不是耗资太高 , 就是不适用于自然条件下的耗水估算。 快速称重 法 简 便 易
行 , 已延用数十年 。 我们最近发现 , 杨树叶离体后蒸腾速率偏离原先水平 , 在不同水分状态
下 , 偏离方式与程度各异 [z, “l。 而陶大立等对长白山树木测定发现叶片离体后 蒸 腾持 续 下
降 [’] 。 这些结果增加了该方法估算耗水量的复杂性。 能否找到一种既不破坏树木又能较准确
地估算林木蒸腾速率的方法 ? 本试验在这方面做了一些尝 试 。 以 N or m a n J. M . 的工作为
基础侧 , 进行了一些 比较测定 。 现报道以供参考。
一 、 试 验 原 理
树木叶中的液态水从叶肉细胞表面蒸发变成水汽 , 经过细胞间隙和气孔 , 散失到大气中
的过程 , 称为蒸腾作用。 这个过程的原动力是叶内间隙水势与大气水势的差值 。 根据空气动
力学关于水汽扩散的理论 , 树木的蒸腾通量应为 :
犷, 二丛之且
少左 + 了_
(1 )
式中 T , 为蒸腾通量 , 即蒸腾速率(单位 : m g. m 一 “. 5 一‘); CL 与 C 分 别为叶气孔室与咔
表面层的水汽浓度 (m g. m 一 3) ; 1 : 和 T 。 分别为气孔阻抗和界面层阻 抗 (s. m 一 ‘)。 为了测定与
计算方便 , 将水汽浓度换算成水汽分压(单位 : m b 或 hPa ) , 则(1) 式可改写为 :
M
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式中 p 。 为空气密度(按1 . 2 9 ·m 一 “计 ) , M 二 为水分子量 (为 1 8) ; M 。。 为 空 气 分子量(约
2 9) ; 尸为大气压(按9” m b 计 ) ; : : 为气孔阻抗 (单位 : s. m 一 ‘); 1 。 为 界面 层 阻抗(单位 :
本文于 1 0 9 。年 2 月 3 日收到 。
* 本项研究承王世绩研究 员与郑世错副研究员的热情支持 , 韩泽 民 、 吕爱香 、 减道群 , 寇宗军 、 蔺云霄 、 刘雅 荣 、 杨洒
才 、 王永江等同志参加部分工作 , 谨此一并致谢 ,
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一 ‘) ; 。 : ‘为叶气孔下腔的饱和水汽压(单位 : m b) , e 。 为界面层水 汽 压 (单位 : m b) (亦
可用大气水汽压 。。 , )
数值代入(2) 式中的
根据物理化学手册 ,
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水量以 m g 表示 , 则
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式中的常数( 1 8 2 5) 因气温 、 气压及空气密度的变化而有微小改变 , 在一定条件下是恒定
的 。 只要测得 : 、、 1o 、 。了与 e 。 , 即可根据 (3 )式计算出树木每平方米叶面积每秒钟蒸腾水分
的毫克数 。 这 4 个参数按下列方法求得 :
1
. , : 气孔阻抗 , 用气孔计直接测定 , 或用其它方法推算 。
2
. 1 。 界面层阻抗用下式计算 :
乙 = ‘8心 (4 )
式中 V 为风速(单位 : m · s 一 ’) , 刀 为叶直径(可用叶长与叶宽的平均值 ) 。
3
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(5) 式 T 为叶温 (℃ ) ; (6) 式 R H 为环境相对湿度(% )。
综 _L所述 , 如果在田间测定了树木的 z 心孔阻抗 、 单叶而积 (或长与宽 ) 、
对湿度和风速 , 就可以根据 (3) ~ (6) 式计算出叶片的蒸腾速率 ! 6 ! 。
(5 )
(6 )
叶温、 气温 、 相
二 、 试验材料、 方法与结果
试 淦一 1 9 8 4年 5 月下旬在山东省曹县中国林科院试验点上 进 行 。 以 2 ~ 3 年生 I 一 69
杨 (尸o p u lu : 己e zt o f己e s B a r t r . e v . “L t: x ” e x . I一6 9 / 5 5 ) 树冠南面中部的小枝或功能叶为试
材 , 将 已知渗透势的蔗糖i容浓 1 ) 装夕\ 50 m l的三角瓶 。 其中插入在水中剪取的单叶(或小枝 ) ,
密封瓶 口 , 置室外阳光 一卜, 用快速天平称取一定时间的失水是 , 同时 用 L I一 1 6 0 0 稳 态气孔
计测定叶的气孔阻抗 (上 、 一『两表 面 )、 叶 温、 气温 、 相对湿度以及风速和叶面积 , 按 (3) ~
(6) 式计算出叶的蒸腾速率 , 并与实际蒸腾速率相比较内 (表 1 ) 。 可以看出 , 在 试 验水势范
l同内 , 用空气动 少厂犷原理洲算的 .袱l腾速率与实际燕腾速率很接近 , 相对误差在 10 % 以下 , 说
明这种测算方法可以得到较好的结果。
飞) 试脸时没有买到P E G , U虑到蔗糖是位物营养物质 , 且无毒性 , 故采用之 。
5期 刘奉觉 : 用空气动力学原理测算树木蒸腾速率的初步探讨 4 9 3
表 1 用空气劝力学旅理的洲算值与实际燕一位的比较
(山东省苔 县 , 1 9 84 ·5 · 2 8 ~ 2 9 )
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试验二 1 9 8 了年 8 月n 日在甘肃省金塔县潮湖林场 3 年生的二白杨一胡杨一沙枣混交林中
进行 , 天气晴 , 气温20 ~ 30 ℃ , 中午的光合有效辐射为 1 80 0~ 1 90 0 协m ol ·m 一 “ · s 一‘。取样与
测定部位一般为树冠阳面中部侧枝由顶向下第 4 一 6 片叶 。用快速称重法测定蒸腾速率阅 , 重
复 6 次 , 用 L l一 1 6 0。气孔计测定叶的气孔阻抗 (上 、下表面 ) 、叶温 、气温 、 相对湿度、 风速以及
叶长与叶宽 !e1 , 按( 3) ~ ( 6) 式计算蒸腾速率并与快速称重法进行比较 (表 2 ) 。 可以看出 , 1
时的两种方法的误差较小 , 胡杨 、沙枣仅为 2 %左右 , 二白杨稍大一些为18 % ;但20 时的相对
误差很大 , 达到50 %左右 , 这与测定前刮起一阵突然的风暴有关 , 风暴使扩散阻抗和蒸腾速
率出现异常 , 蒸腾锐减 , 阻抗剧增 [61 。 本次试验结果说明 , 空气动力学测算值与快速称重法
测定值有时 比较接近 , 有时误差很大 。 两者不一致的原因是由于快速称重法的离体蒸腾偏差
所引起 , 还是空气动力学测算偏差所造成 , 或二者兼而有之 ? 目前尚不清楚 。 说明野外比较
测定技术需要改进。
以上结果仅仅显示出用空气动力学原理测算树木蒸腾速率的可能性。 由于野外条件复杂,
气候 、 土壤 、 植物种类变化很大 , 测定技术尚需改进 。 因此 , 还要进行大量的研究 , 才能使
这个方法趋于成熟 。
送9 4
衰 2
林 业 科 学 研 究 3 卷
两种方法燕. 侧定位的比较
(甘 肃省金塔县 , 1 9 8 7 ·吕· 1 1 )
, 侧定 空 气 动 力 学 参 数 与 燕 璐 速 率 }快 速 一相对
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¹ 由叶重与叶面积 的关系换算出单位叶重 的蒸腾值 。
今 考 文 献
〔1 〕刘奉觉等 , 19 8 6 , 杨树几个水 分关系指标的 上分t 分析 , 植物生理学通 讯 , (3) : 13~ 160
[ 2 〕 刘奉觉 , 19 9 0 , 杨树叶片离体前后蒸腾速率的变化 , 植物生理学 通讯 , ( i ) : 5 7 ~ 5 9 。
〔3 〕 刘奉觉 , 199 0 , 用快速称屯法侧定杨树燕腾速 率的研究 , 林 业科学研究 , 3 (2 ) : 162 ~ 16 5 。
〔透〕肉大立 等 , 19 8 9 , [飞自山 树木蒸腾们1 2‘于L阻力 的 日变 化 , 植 物生理学通讯 , (3) : 22~ 25 。
仁5 〕 N o rm a 一1 , J . M . , 195 6 , I n s t r u rn a t a t io n u s e in 这 c o m p r e h e ll s i v e d e s e r iP t i o n o f p la n t 一 e n v ir o n m e n t
in t e r a e t io n s , I n : 八d v a n e e d a g r i e u lt u r a l i n s t r u m e n ta t i o n (G e n s le r , W . G
.
e d
.
) D o r d r e c h t
,
M a r t石n u s N ijho ff P u b lis h e r s , 249 ~ 2G6 .
〔6 〕刘奉觉 等 , 19 8 8 , 千旱地区 深栽树木的水分优势和几个树种水 分生理指标的比 较 , 甘肃林业 科技 , (1 ) : 1 一 9 。
A PR E LIM!NAR Y APPR OACH TO T HE D E T E R M INAT旧N OF
T R ANSP IR AT 10 N R AT E IN T R E E S BY AE R OD YNAM ICS
L iu F e n g ju e
( T he R e s‘。 r‘去 1 , s li lu , e o j 矛’o re : jr夕 C 刀F )
A b s tr ae t T h is Pa Pe r r e e o m m e nd e d th e Pr in e iPle a n d t e e h n iq u e fo r d e t e r
-
m in in g t r a n s Pir a t io n r a t e in t r e e s b y a e r o d yna m ie s
.
T h e r e s u lt li a s s h o w e d
t ha t t h e m e t h o d 15 fe a s i b le f o r d e t e r m in a t io n in th e fie !d
.
S o m e f u r t h e r
s tu d ie s a r e n e e d e d
。
K e y w o r d s t r a n s Pi r a t io n r a t e : m e th od fo r d e t e r m in i n g t r a n s p i r a t i o 几