全 文 ：第 wu卷 第 ts期
u s s y年 ts 月
林 业 科 学
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应用热扩散技术对亚热带红壤区湿地松
人工林树干边材液流的研究
李海涛 向 乐 夏 军 林耀明 梁 涛
k中国科学院地理科学与资源研究所 北京 tsststl
摘 要 } 使用 ×⁄°热扩散技术在 ussv年 x月 ut日 tx }xw至 y月 y日 | }sw 对亚热带红壤丘陵区湿地松人工林液
流速率进行连续测定和分析 ∀结果表明 }tl测量时间内湿地松日均液流速率表现出稳定的昼夜变动规律 o平均液
流速率为 {u1wv ¦°#§pt ~ul对湿地松液流速率影响最明显的 w个环境因子是空气温度 !土壤温度 !太阳辐射和空气
相对湿度 ~vl对 ×⁄°液流数据质量控制可以通过特定时段的液流最大速率和平均速率之比及其置信区间分析 o以
及相关分析 !配对 τ检验来进行 ∀
关键词 } 湿地松 ~液流 ~热扩散技术
中图分类号 }≥ztx1w 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussylts p ssvt p s{
收稿日期 }ussx p s{ p ts ∀
基金项目 }中国科学院地理科学与资源研究所知识创新领域前沿项目/流域水循环过程与分布式模型研究0 专题k≤÷tsŠ p ∞st p s{sul ∀
Αππλψινγ τηε Ηεατ ∆ισσιπατιον Τεχηνιθυετο Στυδψτηε Σαπ Φλοω οφ Πινυσ
ελλιοττιι ιν τηε Ρεδ Εαρτη Αρεα οφ Συβτροπιχαλ Χηινα
¬‹¤¬·¤² ÷¬¤±ª¨ ÷¬¤∏± ¬± ≠¤²°¬±ª ¬¤±ª×¤²
kΙνστιτυτε οφ Γεογραπηιχ Σχιενχεσ ανδ Νατυραλ Ρεσουρχεσ Ρεσεαρχηo Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχεσ Βειϕινγ tsststl
Αβστραχτ } ׫¨ «¨¤·§¬¶¶¬³¤·¬²±·¨¦«±¬´∏¨ º¤¶¤³³¯¬¨§·² °¨ ¤¶∏µ¨·«¨ ¶¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼²© Πινυσελλιοττι鬱·«¨ ¤µ·¬©¬¦¬¤¯ ©²µ¨¶·²©
¶∏¥·µ²³¬¦¤¯ ¶²∏·«¨µ± ≤«¬±¤©µ²° ¤¼ut¶·tx }xw·²∏±¨ y·«| }sw¬±ussv1 ׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ¶¤³√¨ ²¯¦¬·¼²©·«¨
°¨ ¤¶∏µ¨§·«µ¨¨·µ¨ ¶¨ º¤¶ {u1wv ¦°# §pt º¬·« ¤ ±²µ°¤¯ ³¤·¨µ± ²© §¬∏µ±¤¯ √¤µ¬¤·¬²±o §∏µ¬±ª·«¨ °¨ ¤¶∏µ¬±ª ³¨µ¬²§q „¬µ
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ o¶²¬¯·¨°³¨µ¤·∏µ¨ o¶²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±¤±§µ¨ ¤¯·¬√¨ «∏°¬§¬·¼²©¤·°²¶³«¨µ¨ oº¨ µ¨ ·«¨ °²¶·¶¬ª±¬©¬¦¤±·©¤¦·²µ¶ ©¨©¨¦·¬±ª·«¨
¶¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼q • ¨¤¯¶²©²∏±§·«¤··«¨ §¤·¤ ∏´¤¯¬·¼ ¦²±·µ²¯ ²©¶¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼ ¦²∏¯§¥¨ ³¨µ©²µ°¨ §¥¼·«¨ µ¤·¬²²© °¤¬¬°∏°
√¤¯∏¨ ·²¤√¨ µ¤ª¨ √¤¯∏¨ ©²µ¶¤³©¯²º ²¥¶¨µ√¤·¬²±¶¤±§¬·¶¦²±¦¨µ±¨ §¦²±©¬§¨±¦¨ ¬±·¨µ√¤¯ ¤±¤¯¼¶¬¶o¦²µµ¨ ¤¯·¬²±¤±¤¯¼¶¬¶¤±§³¤¬µ¨§τp
·¨¶·q
Κεψ ωορδσ} Πινυσελλιοττιι ~¶¤³©¯²º ~·«¨µ°¤¯ §¬¶¶¬³¤·¬²± ³µ²¥¨ k×⁄°l
植物的水分蒸腾是生态系统物质循环的重要环节 ∀在树木生长过程中 o水分通过土壤 p植被 p大气连
续体而向上流动 o在树干中形成上升液流 o经由叶片散失到大气中 ∀这一重要的植被水分耗散过程 o已成为
近年来全球变化生态学研究的热点之一 ∀湿地松k Πινυσ ελλιοττιιl是我国南方亚热带红壤丘陵区的重要外来
造林树种 o对其蒸腾液流速率及由此产生的水分耗失量进行研究 o可为深入研究该区森林生态系统的生理生
态特性 !退化森林的恢复与人工林模式的组建提供基础资料 ∀
目前国际上较常用的测定树木蒸腾耗水量的方法有气孔计法 !热技术法 !稳定同位素法 !微气象法等 ∀
其中热扩散技术k·«¨µ°¤¯ §¬¶¶¬³¤·¬²± ³µ²¥¨ o简称 ×⁄°l已在国内外树木生理学和森林水文学的树木液流速率测
量中获得了非常广泛的应用k≥º¤±¶²±ot||w ~≥°¬·« ετ αλqot||y ~Ž²¶·±¨ µετ αλqot||{ ~ • ∏¯¯ ¶¦«¯ ª¨¨µετ αλqot||{ ~
张金池等 ousswl ∀在 ×⁄°技术实际的测量应用中 o由于不同研究者的具体测量细节和计算方法有所差异 o会
影响到液流估计值 ∀例如 o¤·¬¤¶等kusstl发现木质部正常存在的温度梯度 !两探针间隔距离等会使测量结
果产生高达 vs h的误差 ~∏等kusswl发现探针自身的长度 !两探针间施加的电压大小 !在木质部中的插入方
向会对测量结果产生影响 ~¤°¨ ¶等kussul也发现探针长度变化会导致测量结果发生差异 ~由于外界环境影
响 !人为操作错误 !仪器本身故障而引发的测量误差更是不可避免 ∀如何运用已有的经验和通过适宜的参数
判断 o获得相对精确的液流数据 o进而准确估计树木整体的蒸腾耗水量 o是一个值得探讨的问题 ∀
本文通过对中国科学院江西省千烟洲试验站内湿地松人工林树干液流速率测量结果的研究 o分析了湿
地松的液流速率及耗水量的变化规律 o并在处理数据的过程中 o根据实例说明如何发现和判断试验监测数据
中出现的异常值 ∀本文提出了一个无量纲判别参数 Πo即某个时间段内 o液流速率的最大值与平均值之比 ∀
在将液流速率数据质量的经验定性提升为定量判断的过程中 oΠ值的应用增加了一个新的检测角度 o它和其
他检测指标互为补充 o形成更为完善的数据质量判断标准系统 ∀
t 研究区域概况
研究地区位于江西省泰和县中国科学院千烟洲试验区内kttxβswχtvδ ∞ouyβwwχw{δ ‘l ∀该地为典型的红
壤丘陵地貌 o最高点海拔 ttx1x ° o相对高度 us ∗ xs ° o坡度以 ts ∗ vsβ居多 ∀气候温暖湿润 o受季风影响明
显 o属中亚热带低丘河谷气候类型 o年均温 t{1y ε o无霜期 u|s §o年平均降雨量 t vys °° o但季节分配不均 o
v ) y月多雨 oz ) ts月干燥 ∀乔木层植被以湿地松 !杉木k Χυννινγηαµια λανχεολαταl !马尾松k Πινυσ µασσονιαναl
等针叶林为主 o也有少量木荷kΣχηινα συπερβαl !含笑k Μιχηελια φιγοl等阔叶树种 o郁闭度大于 {s h ~林下灌木和
草本层稀少 o覆盖度均小于 ts h ∀
观测样地设在千烟洲试验站核心区湿地松人工纯林内 o坡向为阳坡 o海拔高度为 ws ∗ xs ° o坡度 x ∗ tsβ ∀
湿地松林龄均为 t{年 o郁闭度为 s1{ o平均密度为 t zvy株# «°pu o平均胸径为 uv1x ¦°o平均树高为 tv1y °∀
u 研究方法
211 树干液流速率监测
在样地中选取 v株样木进行监测 o使用的 ×⁄°探针来自 „ p ⁄≥¤³ƒ¯ ²º ¶¼¶·¨°k×⁄°探头为美国 ⁄¼±¤°¤¬
公司生产l o自 ussv年 w月开始监测 o为避免仪器安装后尚未与环境系统达到平衡 o选取 ussv年 x月 ut日
tx }xw至 y月 y日 | }sw约 tz §的数据进行分析计算 ∀
对液流速率的监测过程为 }tl选择样木并记录其位置和编号 o在胸径处k约 t1v °高处l小心地挫去树
皮 o并围贴上 x ¦°宽的纸质胶带 o在胶带上用测树卷尺准确量取树干直径及周长 ~ul用指南针测定树木的
东 !西 !南 !北 w个方向 o在胶带上标出 w个测点 o并使 w个测点间相互等距 o根据试验需要确定探针插入的方
向 ~vl用生长锥取样确定心材和边材的半径 o再以 ts ∗ tx ¦°的垂直间距将 { ¦°长的探针插入 z ¦°左右 o并
用随机附带的防辐射铝箔覆盖 o与树干留出间隙后包裹 ~wl在样地中布设太阳辐射k Ε¶l k样木林冠层顶l !
空气温度kτl k林冠层顶l !空气相对湿度k ΡΗl k林冠层顶l !土壤湿度k ΜΛl k地下 us ¦°l !土壤温度kτ¶lk地
下 us ¦°l传感器 o并与液流数据采集器连接 ~xl设置仪器操作参数 !日期 !时间 o取样间隔定为 ts °¬±∀
由于测量对象为湿地松纯林 o林龄均为 t{年 o个体差异不大 o因此在样地中选择 v株样木 o并在上面布
设编号从 t到 x的 x对 ×⁄°探针k表 tl o每对探针的测量结果通过对应的记录通道写入到数据采集器中 ∀
表 1 样木参数及探针分布情况
Ταβ .1 Τηε παραµετερσ οφ τηε σαµ πλε τρεεσ ανδ τηε διστριβυτιον οφ τηε προβεσ
样木序号
≥¤°³¯¨
·µ¨¨‘²q
树高
‹ ¬¨ª«·Π
°
胸高周长
°¨ µ¬° ·¨¨µΠ
¦°
胸径
⁄…‹Π
¦°
胸高全横截面积
≤µ²¶¶¶¨¦·¬²±¤¯
¤µ¨¤Π¦°u
胸高边材面积
≥¤³º²²§¤µ¨¤Π
¦°u
探针号
°µ²¥¨ ¶¨µ¬¤¯
‘²q
记录通道
≤«¤±±¨ ¯
探针安装朝向
Œ±¶·¤¯ ¤¯·¬²±
³²¶¬·¬²±
t tu xu1| ty1{w uuu1y t|x t ×≤× t 北 ‘²µ·«
u tu xy1x t{1ss uxw1v uuv1z uv
×≤× u
×≤× v
东 ∞¤¶·
西 • ¶¨·
v tv xz1v t{1uw uyt1u uu|1t wx
×≤× w
×≤× x
北 ‘²µ·«
南 ≥²∏·«
212 计算公式与统计软件
液流速率kϖl的计算采用 Šµ¤±¬¨µkt|{xl提出的液流速率计算经验公式
ϖ € tt{1|| ≅ tspy≈ k∃Τ°¤¬ p ∃Τl Π∃Τ  t1uvt ktl
式中 }∃Τ°¤¬是树干边材液流速率为 s时k通常发生在黎明l两 ×⁄°探针间的温差 ∃ΤkŠµ¤±¬¨µot|{xl ∀ Šµ¤±¬¨µ
kt|{zl和 ∏等kusswl均提出每 z ∗ ts §在 ∃Τ中确定 t个最大值 ∃Τ°¤¬是最合理的 o本文在数据处理时遵循
这一方法 o每 z §在 ∃Τ中确定 t个最大值 ∃Τ°¤¬ ∀
uv 林 业 科 学 wu卷
单木每日累积耗水量k Θl为
Θ € Ε
ν
ι € t
ϖι ≅ Ασ ≅ ∃τ kul
式中 }ν为每天取样次数 ~ϖι为第 ι次取样时的液流速率 k¦°#¶ptl ~Α¶为边材面积 k¦°ul ~∃τ为取样间隔时间
k¶l ∀
本试验中所有统计分析均采用 ≥°≥≥tt1s版本 ∀
213 数据质量的判别方法
通过对一些特定参数及方法的运用 o可以判断分析监测数据的质量 o在本试验中主要指发现监测数据中
的异常值 ∀异常值是指观测数据中存在的过大或过小的值 o其产生主要是因为试验过程中操作错误或条件
改变所导致 ∀监测得到的液流速率异常值主要可以通过以下方法来发现和判断 }
tl 依据经验对液流速率变化图进行直观判断 ∀
ul Π值 ∀无量纲判别参数 o指某个时间段内 o液流速率的最大值与平均值之比 o用于判断观测数据中过
大的值 ∀针对同一树种 o对不同通道的数据序列求得 Π值 o再对计算得到的 Π值求其 |x h的置信区间 o如
果发现某一序列的 Π值超出了区间范围 o则该序列存在异常值的可能性较高 ∀
vl 利用相关分析检验同一样木不同通道数据间液流速率数据序列的相关性 ∀如果相关不显著 o则表明
参与分析的某一序列数据异常 ∀
wl 假设观测结果为独立的随机变量 o通过配对 τ检验探查不同对通道间的数据均值差异的显著性 ∀
为防止异常数据对后来的数据处理产生影响 o本文判别出的异常数据没有进入时平均 !日平均累计流量
以及表 w和表 x的回归计算中 ∀
v 结果与分析
311 湿地松液流速率变化情况
图 t !u直观显示了 x个通道的液流速率测量结果 ∀图 t是样木 tk¤l !uk¥l !vk¦l在被监测时段中的液流
速率变化曲线 ∀监测结果显示 v株样木的液流速率在被监测的 tz §中均表现出了明显的昼夜波动 o波峰均
在白天出现 o波谷均在夜间出现 ∀从图形的直观表达中可以读出以下的一些信息 }分布在 u号样木上的 u !v
号 ×⁄°探针分别监测到的液流速率曲线相似 ~分布在 v号样木上的 w !x号探针监测到的液流速率变动趋势
相似 o但 x号探针测得的液流速率值与 w号探针测得的液流速率大小有明显差异 ∀x个通道的液流速率在 x
月 uu !uv日有明显差异 o×≤× t出现了一个异常明显的波峰 o×≤× u在相对应时段也有波峰出现 o×≤× v !w !x
在对应时段液流速率则明显偏小 o几乎消失 ∀x个探针的液流速率统计如表 u所示 o平均树干液流速率 }×≤×
x  ×≤× u  ×≤× w  ×≤× v  ×≤× t ∀
为详细了解液流速率在 t日内的变化情况 o在试验测得的数据中选取 ×≤× v在 ussv年 x月 uz日 s }ss )
uw }ss的液流速率做图k图 ul o图中显示湿地松当日日间液流速率曲线表现为单峰型 o夜间存在逐渐减少的
微弱液流 ∀日出时间在早上 x }vw o但湿地松液流速率持续减小并在早上 z }xw时出现 s值 o随后液流速率迅
速增加 o在正午时刻达到全天最大值后开始下降 ∀在午后 tw }xw气温达到最大值时液流速率出现日间小波
谷 o随后随着气温的下降 o液流速率逐渐回复并在 tx }vw形成日间第 u个小波峰 o之后就持续下降并在t| }ss
左右接近 s值 ∀
对应液流速率的变化 o列出了 x个环境因子≈太阳辐射k Ε¶l !空气温度kτl !空气相对湿度k ΡΗl !土壤湿
度k ΜΛl !土壤温度kτ¶l 在测量时段内的变化曲线k图 vl ∀
对 x个通道的液流速率变化曲线进行比较 o发现 t号通道树干液流速率在 x月 uu ) uv日出现异常高的
波峰 o千烟洲气象站的气象监测数据显示 uu日降水为 uz1u °° ouv日降水 u1s °° o雨天林冠层接受的辐射
少 !湿度大 !气温低 o导致液流蒸腾速率减小 ∀另一方面 o由于降雨导致的土壤湿度增加可能在一定程度上有
利于树木蒸腾速率增加 o但是目前尚没有文献证明降水后的树干液流速率会远远大于正常值 o因此经验判断
uu !uv日的液流有可能属于异常值 ∀对 x个通道的 Π值进行 |x h置信区间分析 o其结果介于 t1wsx y ∗
ts1vyy w之间 ot通道的 Π值 tu1uy已经远远超出这个范围 o因此 o可以认为 t号通道在 uu ) uv日的测量数
据存在异常 o异常原因不排除外界环境影响和仪器误差 ∀
vv 第 ts期 李海涛等 }应用热扩散技术对亚热带红壤区湿地松人工林树干边材液流的研究
对 u号样木上 u号通道和 v号通道在 uu日和 uv日的样本数据运用经验判断 }树木由于夜间没有光合作
用 o气孔关闭 o边材液流速率应该出现低谷 o但 uv日夜 v !w !x号通道出现低谷 ou号通道相比 v !w !x号通道却
反常升高 o因此 o可判断 u号通道在 uv日夜间液流属于异常值 ∀
图 t t !u !v号样木液流速率变化曲线
ƒ¬ªqt ׫¨ ¶¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼ ²©¶¤°³¯¨·µ¨¨‘²qt ou ¤±§v
图 u ussv年 x月 uz日 s }ss ) uw }ss ×≤× v
液流速率变化
ƒ¬ªqu ׫¨ §¬∏µ±¤¯ ¦«¤±ª¨ ²©¶¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼ ²©·«¨
¦«¤±±¨ ¯v ©µ²° s }ss ) uw }ss ¬± ¤¼ uz oussv
分别对 u号样木 u !v号通道和 v号样木 w !x号通道
全观测序列的 u uyw对数据作相关分析 o结果表明
前者相关系数为 s1|wv o后者为 s1|{z o均呈显著相
关 o表明观测数据基本合理 ∀对 u个通道间液流监
测数据存在的差异 o进而运用配对 τ检验对 u !v号
通道的样本均值进行比较 o总样本量 ν € u uyw o计
算得到 τ € tv1z|{ o概率 π  s1sx o即 u !v号通道的样
本均值具有显著的统计学差异 ~对 v号样木 w !x号
通道的分析结果显示 }样本量 ν € u uyw oτ €
p vt1usx o概率 π  s1sx o则 w !x号通道的样本均值
也具有显著的统计学差异 ∀上述结果可能与探针在
树干上的插入方位有关 ∀据此可以认为 }现有探针
通道间观测数据的样本均值之间存在显著差异 o为
了使样木个体平均树干液流量估算更加准确 o条件
许可时应当考虑在今后的观测中在同一样木上再增加 ×⁄°探针的数目 ∀
我们认为同一样木不同通道间全序列观测数据的显著相关是保证数据准确性的一个基本的必要条件 o
但不是数据质量优良的充分条件 ∀如果分析结果表明通道间数据没有显著相关 o则说明观测是失败的 o数据
基本上不可用 ~显著相关但通过配对 τ检验表明通道间数据均值差异显著 o说明不同的探针方位确实对液流
均值的估算产生影响 ∀如果观测的目的是为了估测树木个体的液流通量 o根据统计学常识 o当然是在边材横
截面上取样越多估算结果越准确 ~而根据热扩散理论 o在同一样木中安置过多探针又显然会影响在边材横截
wv 林 业 科 学 wu卷
图 v 环境因子的变化曲线
ƒ¬ªqv ׫¨ ·¨°³²µ¤¯ ¦«¤±ª¨ ²©·«¨ ±¨√¬µ²±° ±¨·¤¯ ©¤¦·²µ¶
面上的热传导 o探针之间相互干扰 o则又降低测量结果的准确性k∏ ετ αλqousswl ∀
312 液流每小时 !每日累积流量变化情况
根据 v1t的分析结果 o剔除了 t号通道 uu日 !uv日以及 u号通道 uv日夜间的异常观测结果 ∀对各通道
的液流速率求其平均值 o再以各样木的边材面积为权重对液流速率进行加权平均后 o得到亚热带红壤区湿地
松边材液流日平均速率 ϖ€ s1sss |x ¦°#¶pt o换算为 {u1wv ¦°#§pt ∀
表 2 各通道液流速率 !Π值和时均 !日均累积液流量 ≠
Ταβ .2 Τηε σαπ φλοω ϖελοχιτιεσ, Π ϖαλυεσ ανδ ηουρλψ ανδ δαιλψ αϖεραγε χυµ υλατεδ ϖαλυεσ οφ τηεφιϖε χηαννελσ
通道
≤«¤±±¨ ¯
总序列平均液流速率
„√ µ¨¤ª¨ √¨ ²¯¦¬·¼©²µ·«¨
º«²¯¨¶¨µ¬¨¶Πk¦°#¶ptl
总序列最大液流速率
¤¬¬°¤¯ √¨¯²¦¬·¼©²µ·«¨
º«²¯¨¶¨µ¬¨¶Πk¦°#¶ptl
Π值
Π
√¤¯∏¨
时均累积流量
„√¨ µ¤ª¨ ¶¤³©¯∏¬
³¨µ«²∏µΠk°#«ptl
日均累积流量
„√ µ¨¤ª¨ ¶¤³©¯∏¬
³¨µ§¤¼Πk°#§ptl
单位边材面积液流通量
≥¤³©¯∏¬ §¨±¶¬·¼ ³¨µ¶¤³º²²§
¤µ¨¤Πk°#§pt¦°p ul
×≤× t s1sss vt s1ssv {w tu1uy ut|1xv x wtv uz1zy
×≤× u s1sss |u s1ssw sv w1ws zvy1yv tz wuz zz1|s
×≤× v s1sss {t s1ssv |x w1|s ywz1yz tx {z{ zs1|{
×≤× w s1sss {z s1ssu |t v1vy ztx1t{ tz uyz zx1vz
×≤× x s1sst zy s1ssz |t w1xt t wwy1sy vx ytt txx1ww
≠ 时均 !日均累计流量的计算以样木边材总面积为准 ∀ ׫¨ ¦¤¯¦∏¯¤·¬²± ²©¤√¨ µ¤ª¨ ¶¤³©¯∏¬³¨µ«²∏µ¤±§³¨µ§¤¼ º¤¶¥¤¶¨§²±·«¨ ·²·¤¯ ¶¤³º²²§¤µ¨¤
©²µ ¤¨¦«¶¤°³¯¨·µ¨¨q
根据王沙生等kt||tl的结论 o树木根部吸收的水分 ||1{ h用于蒸腾 o通过精确测算液流累积量可以基本
确定植物蒸腾耗水量 ∀对 x个通道的数据分别计算 tz §内的每小时和每日累积液流量 o再进一步计算累积
xv 第 ts期 李海涛等 }应用热扩散技术对亚热带红壤区湿地松人工林树干边材液流的研究
液流量的算术平均值 o得到 x个通道的液流时均累积量和日均累积量k表 ul ∀结果显示 }x个通道的时均 !日
均累积液流量大小排序均为 }×≤× x  ×≤× u  ×≤× w  ×≤× v  ×≤× t ∀
通过对 u !v号通道的累积液流量进行算术平均 o可得到 u号样木的时均 !日均累积液流量 o对 v号样木
进行相同的处理 o得到 v株单木时均 !日均累积液流量排序 }v号样木  u号样木  t号样木k表 vl ∀
表 3 各样木时均 !日均累积液流量
Ταβ .3 Ηουρλψ ανδ δαιλψ αϖεραγε ϖαλυεσ οφ χυµ υλατεδ σαπ
φλυξ φορ τηεφιϖε χηαννελσφορ εαχη σαµ πλε τρεε
样木号
≥¤°³¯¨
·µ¨¨‘²q
时均累积液流量
„√¨ µ¤ª¨ ¶¤³©¯²º
³¨µ«²∏µΠk°#«ptl
日均累积液流量
„√¨ µ¤ª¨ ¶¤³©¯²º
³¨µ§¤¼Πk°#§ptl
单位面积液流通量
≥¤³©¯∏¬ §¨±¶¬·¼Π
k°#§pt¦°pul
t ut|1xv x wtv1ss uz1zy
u y|u1tx ty yxu1yx zw1ww
v t s{s1yu uy wv|1tv ttx1ws
313 树干液流速率 !累积流量
与环境因子的回归关系
以同步采集的环境因子
k太阳辐射 Ε¶ !空气温度 τ !空
气相对湿度 ΡΗ !土壤湿度
ΜΛ!土壤温度 τ¶l为自变量 o各
个通道的液流速率 ϖ为因变量
进行逐步回归分析 o结果k表
wl如下 }x个通道的回归方程中有 w个环境因子 τ !τ¶ !Ε¶和 ΡΗ都被选入 o最先入选回归方程的环境因子是
空气温度 τkt号通道例外l ~在选入顺序上 ot号通道是 τ¶ oτ o ΜΛo ΡΗ~u !w号通道是 τ oτ¶ o Ε¶ oΡΗ~v !x号通
道是 τ o Ε¶ oτ¶ o ΡΗ~土壤湿度k ΜΛl仅在 v !w号通道的方程最后入选 ∀在样本量 ν € u uyw o置信区间为 |x h
时 o除 t号通道外 o其他通道的回归方程 Ρu 均在 s1zw以上 o显著性 π均为 s1sss o极显著 ∀
表 4 环境因子对湿地松液流速率的逐步回归 ≠
Ταβ .4 Τηε στεπωισε ρεγρεσσιον οφ ενϖιρονµενταλφαχτορστο τηε σαπ φλοω ϖελοχιτψ
通道 ≤«¤±±¨ ¯ 回归方程 • ª¨µ¨¶¶¬²± ¨´ ∏¤·¬²±
×≤× t ϖt € z1uz| ≅ ts
p v p w1u{ ≅ tsp w τ¶n {1utx ≅ tsp x τ n w1ytw ≅ tsp w ΜΛ n u1sww ≅ tsp y ΡΗ
ν € u uyw Ρu € s1uvu π € s1sss
×≤× u ϖu € y1wvz ≅ ts
p v n u1ust ≅ tsp w τ p w1{v ≅ tsp w τ¶n z1sx ≅ tsp v Ε¶p x1v ≅ tsp y ΡΗ
ν € u uyw Ρu € s1zwz π € s1sss
×≤× v ϖv € v1uz| ≅ ts
p v n t1zxy ≅ tsp w τ n |1xvy ≅ tsp v Ε¶p u1|{ ≅ tsp w τ¶p {1wt ≅ tsp y ΡΗ p w1x ≅ tsp w ΜΛ
ν € u uyw Ρu € s1z{x π € s1sss
×≤× w ϖw € v1w{{ ≅ ts
p v n u1ttz ≅ tsp w τ p v1wt ≅ tsp w τ¶n y1ywy ≅ tsp v Ε¶p y1| ≅ tsp y ΡΗ n y1txw ≅ tsp w ΜΛ
ν € u uyw Ρu € s1{w{ π € s1sss
×≤× x ϖx € {1zxu ≅ ts
p v n w1yvx ≅ tsp w τ n t1zyx ≅ tsp u Ε¶p z1{t ≅ tsp w τ¶p t1zw ≅ tsp x ΡΗ
ν € u uyw Ρu € s1{zs π € s1sss
≠以上方程置信水平均为 |x h ∀ ׫¨ ¦²±©¬§¨±¦¨ ¯¨ √¨ ¯²©¤¯¯·«¨ ¨´ ∏¤·¬²±¶¬¶s1|x qϖ}液流速率 ≥¤³©¯²º √¨ ²¯¦¬·¼~Ε¶}太阳辐射 ≥²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±~τ }空
气温度 „¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ~ΡΗ}空气相对湿度 „¬µµ¨ ¤¯·¬√¨ «∏°¬§¬·¼~ΜΛ}土壤湿度 ≥²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ ~τ¶}土壤温度 ≥²¬¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ q
表 5 环境因子日累积量对湿地松日累积液流量的逐步回归 ≠
Ταβ .5 Τηε στεπωισε ρεγρεσσιον στατιστιχσ βετωεεν τηε χυµ υλατεδ
ενϖιρονµενταλφαχτορσ ανδ τηε διυρναλσαπ φλυξ
通道
≤«¤±±¨ ¯
回归方程
• ª¨µ¨¶¶¬²± ¨´ ∏¤·¬²± ν Ρ
u π
×≤× t Φt € ts| vvu1x p vv1svy τ¶ tx s1u{t s1sss
×≤× u Φu € z uwz1uty n v xyu1|{t Ε¶ tx s1yxx s1sss
×≤× v Φv € p yuv n x zzx1{zt Ε¶ tx s1|uv s1sss
×≤× w Φw € yy uty1{{ p w1vsx ΡΗ tx s1|ty s1sss
×≤× x Φx € tys {uu1y p tt1stv ΡΗ tx s1|ww s1sss
≠以上方程置信水平均为 |x h ∀ ׫¨ ¦²±©¬§¨±¦¨ ¯¨ √¨ ¯²©¤¯¯·«¨ ¤¥²√¨¨´ ∏¤·¬²±¶¬¶s1|x qtz
§的数据中 o第 t天与第 tz天并未进行全天监测 o故数据不计入样本中 o样本量 ν € tx ∀
⁄∏¨ ·²·«¨ ¤¯¦®²©¦²°³¯ ·¨¨ §¤·¤©²µ·«¨ t¶·§¤¼ ¤±§·«¨ tz·« §¤¼ §∏µ¬±ª·«¨ º«²¯¨ °¨ ¤¶∏µ¬±ª³¨µ¬²§²©
tz §¤¼¶o·«¨ ¶¨ ·º²§¤¼¶. ¬±¦²°³¯ ·¨¨ §¤·¤º µ¨¨ ±²·³∏·¬±·²·«¨ ¶¤°³¯¨o·«¨µ¨©²µ¨ ·«¨ ¶¤°³¯¨¶¬½¨ o ν o
«¨µ¨¬± º¤¶tx q
将 x 个环境因子计算日累积
量 o在 ≥°≥≥tt1s中以环境因子日累
积量为自变量 o以日累积液流量
kΦl为因变量 o使用逐步回归法分
别对 x个通道的日累积液流量进行
回归分析k表 xl后发现 }每个通道
都只有 t个环境因子入选 ot号通
道的入选因子是土壤温度kτ¶l ou !v
号通道的入选因子是太阳辐射
k Ε¶l ow !x号通道的入选因子是相
对湿度k ΡΗl ∀
w 结论与讨论
x个通道的液流速率大小存在
明显差异 o这与样木的大小和探针的朝向有直接关系 }t号木树冠最小 o胸径最小 o且 t号探针朝北 o液流启
yv 林 业 科 学 wu卷
动慢 o液流速率小 ~u号木胸径和树冠大小介于 t号木和 v号木之间 ou !v号探针分别朝向东 !西 o液流速率差
异不大 ~v号木胸径最大 o在同龄木中发育水平较好 o但由于 w号探针朝北 o因此液流速率小 ox号探针朝南 o
树木朝南方位液流启动快 o速率大 o因此 w !x号探针差异较大 ∀以边材面积加权平均后得出亚热带红壤丘陵
区湿地松日均液流速率为 {u1wv ¦°#§pt ~鲁小珍kusstl对南京林业大学树木园南山马尾松液流速率的测量
结果为 twt1t ¦°#§pt ~马履一等kussvl对北京林业大学鹫峰教学实习林场内的侧柏k Πλατψχλαδυσ οριενταλισl液
流速率的测量结果为 s1s{s u ®ª#¦°pu§p tk换算为 {s1u ¦°#§ptl o油松k Πινυσταβυλαεφορµισl液流速率为 s1s{t u
®ª#¦°pu§p tk换算为 {t1u ¦°#§ptl ∀w种针叶树种的边材液流速率大小排序为 }马尾松 湿地松 油松 侧
柏 ∀其中 o湿地松 !油松和侧柏的液流速率非常接近 o马尾松的液流速率相比之下明显偏高 ∀另外 o孙慧珍等
kussu ~ussxl也应用热扩散技术对东北东部山区主要树种水曲柳 k Φραξινυσ µανδσηυριχαl !紫椴 k Τιλια
αµυρενσισl !蒙古栎k Θυερχυσ µονγολιχαl !核桃楸kϑυγλανσ µανδσηυριχαl !黄菠萝k Πηελλοδενδρον αµυρενσεl和白桦
k Βετυλα πλατψπηψλλαl等阔叶树测定了树干液流密度和耗水量 ∀
试验中发现湿地松在夜间存在并维持着一定的液流 o孙鹏森kusssl在其研究中也有类似发现 ∀树干夜
间存在上升液流 o部分原因可能是由于白昼树冠的蒸腾作用 o导致树冠部位水势较低 ) ) ) 根据/蒸腾拉力 p
内聚力0学说kŽµ¤°¨ µετ αλqot|z|l o白昼树冠蒸腾主要是由于气孔开放 o形成了叶片 p树冠 p根部的水势差 ∀
日落后气孔关闭 o此时水势梯度并不立即消失 o由于水势差的存在 o因此仍会有部分水分在一段时间内被动
地通过根部进入树干及树冠 o形成夜间补偿流 o使树干部位的水分储存得以恢复 o王华田等kussul对油松液
流进行研究后得到过相似结论 ∀根据 Žµ¤°¨ µ等kt|z|l提出的水分吸收机制 o树木在夜间蒸腾速率几乎为 s o
虽不会有大量水分涌入根部 o此时根系内皮层内由于生理代谢产生溶质积累 o在根系内皮层内外导致渗透势
差形成水势梯度 o产生根压 o使得水分仍可由土壤进入根部 o并上升至树体的一定位置 ∀因此笔者认为湿地
松夜间上升液流的另一个动力可能是根压 ∀李海涛等kt||{l对五角枫k Αχερ µονοl !棘皮桦k Βετυλα δαηυριχαl
等阔叶树种进行研究后得到相似的结论 o鲁小珍kusstl对栓皮栎k Θυερχυσ ϖαριαβιλισl夜间液流的产生也进行
过类似探讨 ∀
湿地松的液流速率在测量时段内表现出稳定的昼夜变动规律 o夜间时液流逐渐减少并接近于 s o白天时
液流呈现单峰型 o在正午前后达到峰值 ∀使用同步采集的太阳辐射k Ε¶l !空气温度kτl !空气相对湿度k ΡΗl !
土壤湿度k ΜΛl !土壤温度kτ¶l共 x个环境因子分别对液流速率和每日累积液流量进行逐步回归 o结果发现 }
对湿地松液流速率影响最明显的 w个环境因子是空气温度 !土壤温度 !太阳辐射和空气相对湿度 o而土壤湿
度由于在观测时段内变化不大 o对液流速率的影响相对其他环境因子而言要小得多 ~对 v株样木的日累积液
流量影响最大的环境因子各有不同 o对 t号样木kt号通道l的日累积液流量影响最大的是土壤温度 o对 u号
样木ku !v号通道l的日累积液流量影响最大的是太阳辐射 o对 v号样木kw !x号通道l的日累积液流量影响最
大的是空气相对湿度 ∀聂立水等kusswl对油松树干液流进行研究后发现 o油松液流速率在 z !{月份明显受
气象因素影响 o在 x !y月份则主要受土壤水分影响 o在 | !ts月份不同时间段分别以土壤水分或气象因素为
主要影响因素 ∀上述结果说明在不同时期对不同优势程度的树木 o影响其液流速率和累积液流量的主导环
境因子是不同的 ∀
参 考 文 献
李海涛 o陈灵芝 qt||{1 利用热脉冲技术对棘皮桦和五角枫树干液流的研究 q北京林业大学学报 ousktl }t p y
鲁小珍 qusst1 马尾松 !栓皮栎生长盛期树干液流的研究 q安徽农业大学学报 ou{kwl }wst p wsw
马履一 o王华田 o林 平 qussv1 北京地区几个造林树种耗水性比较研究 q北京林业大学学报 ouxkul }t p z
聂立水 o李吉跃 qussw1 应用 ×⁄°技术研究油松树干液流速率 q北京林业大学学报 ouykyl }w| p xy
孙慧珍 o孙 龙 o王传宽 qussx1 东北东部山区主要树种树干液流研究 q林业科学 owtkvl }vy p wu
孙慧珍 o周晓峰 o赵惠勋 qussu1 白桦树干液流的动态研究 q生态学报 ouuk|l }tv{z p tv|t
孙鹏森 qusss q京北水源保护林格局及不同尺度树种耗水特性研究 q北京林业大学博士论文 oxz p ys
王华田 o马履一 o孙鹏森 qussu1 油松 !侧柏深秋边材木质部液流变化规律的研究 q林业科学 ov{kxl }vt p vz
王沙生 o高荣孚 o吴贯明 qt||t1 植物生理学 qu版 q北京 }中国林业出版社
张金池 o黄夏银 o鲁小珍 qussw1 徐淮平原农田防护林带杨树树干液流研究 q中国水土保持科学 oukwl }ut p vy
Šµ¤±¬¨µ„ qt|{x1 ˜±¨ ±²∏√¨¯¯¨ °i·«²§¨ ³²∏µ¯ ¤ ° ¶¨∏µ¨ §∏©¯∏¬ §¨ ¶k√¨¥µ∏·¨ §¤±¶¯¨ ·µ²±¦§¨¶¤µ¥µ¨¶q„±± ≥¦¬ƒ²µ¨¶·owu }t|v p uss
Šµ¤±¬¨µ„ qt|{z1 ∞√¤¯∏¤·¬²± ²©·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±¬± ¤ ⁄²∏ª¯¤¶©¬µ¶·¤±§¥¼ ° ¤¨±¶²©¶¤³©¯²º ° ¤¨¶∏µ¨° ±¨·¶q×µ¨¨°«¼¶¬²¯²ª¼oz }vs| p vus
zv 第 ts期 李海涛等 }应用热扩散技术对亚热带红壤区湿地松人工林树干边材液流的研究
Ž²¶·±¨ µ…oŠµ¤±¬¨µ„ o≤ µ¨°¤®qt||{1 ≥¤³©¯²º ° ¤¨¶∏µ¨°¨ ±·¶¬±©²µ¨¶·¶·¤±§¶}° ·¨«²§¶¤±§∏±¦¨µ·¤¬±·¬¨¶q„±± ƒ²µ¨¶·≥¦¬oxx }tv p uz
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∏° o¤∏µ¨±·˜ o«¤²° qussw qŠµ¤±¬¨µ. ¶×«¨µ°¤¯ ⁄¬¶¶¬³¤·¬²± °µ²¥¨ k×⁄°l °¨ ·«²§©²µ°¨ ¤¶∏µ¬±ª¶¤³©¯²º¬±·µ¨ ¶¨}·«¨²µ¼ ¤±§³µ¤¦·¬¦¨ q„¦·¤…²·¤±¬¦¤≥¬±¬¦¤o
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k责任编辑 徐 红l
刊登原创学术论文 报导前沿科技成果 涵盖科技各个领域 关注重大科技问题
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5科技导报6k半月刊l
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