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Sap Flow Flux of Quercus liaotungensisin Summer in Deciduous Broad-leaf Forest of Taiyue Mountain in Shanxi Province

山西太岳山辽东栎夏季树干液流通量研究


With the aid of TDM (thermal dissipation method) with ICT-2000TE (Transpiration Environment), the results obtained were as follows: (1) The sap flow rate of Quercus liaotungensis varied differently in sunny days, cloudy days and rainy days, with their maximum value of 12.61cm·h -1 , 8.71 cm·h -1 and 3.22 cm·h -1 ,respectively. The intermittent sap flow at night was commonly lower than 1cm·h -1 , which testified the existence of root pressure of Q. liaotungensis . (2) In the growth season of July and August, the sample wood of Q. liaotungensis had the average sap flow flux of 60 25cm 3·cm -2 d -1 and total evaporations of 1346.7 L. (3) The sap flow rate was frequently affected by microclimatic factors. During sunny days and cloudy days, it was mainly affected by the solar radiation, air relative humidity and air temperature. While during rainy days, it was mainly affected by the soil water content and air relative humidity.


全 文 :第 ws卷 第 u期
u s s w年 v 月
林 业 科 学
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山西太岳山辽东栎夏季树干液流通量研究 3
曹文强 韩海荣 马钦彦 康峰峰 蔺 琛
k北京林业大学资源与环境学院 北京 tsss{vl
关键词 } 辽东栎 o树干液流 o太岳山
中图分类号 }≥zt{1wv 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsu p stzw p sw
收稿日期 }ussu p tt p uu ∀
基金项目 }国家自然科学基金重大项目kv|{||vzsl o国家林业局重点项目kusst p vl太岳山定位站 o北京林业大学研究生基金资助 ∀
3 韩海荣为通讯作者 ∀本研究的其他参与者有山西太岳森林经营局的梁廷杰 !王治中 !张国华等 ∀
Σαπ Φλοω Φλυξ οφ Θυερχυσλιαοτυνγενσισιν Συµ µερ ιν ∆εχιδυουσ
Βροαδ2λεαφ Φορεστ οφ Ταιψυε Μουνταιν ιν Σηανξι Προϖινχε
≤¤² • ±¨´ ¬¤±ª ‹¤± ‹¤¬µ²±ª ¤ ±¬±¼¤± Ž¤±ªƒ ±¨ª©¨ ±ª ¬± ≤«¨ ±
k Χολλεγε οφ Ρεσουρχε ανδ Ενϖιρονµεντo Βειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγtsss{vl
Αβστραχτ } •¬·«·«¨ ¤¬§²©×⁄ k·«¨µ°¤¯ §¬¶¶¬³¤·¬²± °¨ ·«²§l º¬·«Œ≤×2usss×∞ k×µ¤±¶³¬µ¤·¬²±2∞±√¬µ²±°¨ ±·l o·«¨ µ¨¶∏¯·¶²¥2
·¤¬±¨ §º¨ µ¨ ¤¶©²¯ ²¯º¶}ktl ׫¨ ¶¤³©¯²º µ¤·¨ ²© Θυερχυσλιαοτυνγενσισ √¤µ¬¨§§¬©©¨µ¨±·¯¼¬± ¶∏±±¼ §¤¼¶o¦¯²∏§¼ §¤¼¶¤±§µ¤¬±¼
§¤¼¶oº¬·«·«¨¬µ°¤¬¬°∏° √¤¯∏¨ ²©tu1yt ¦°#«pt o{1zt ¦°#«pt ¤±§v1uu ¦°#«pt oµ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q׫¨ ¬±·¨µ°¬·¨±·¶¤³©¯²º ¤·
±¬ª«·º¤¶¦²°°²±¯¼ ²¯º¨ µ·«¤± t¦°#«pt oº«¬¦«·¨¶·¬©¬¨§·«¨ ¬¨¬¶·¨±¦¨ ²©µ²²·³µ¨¶¶∏µ¨ ²© Θqλιαοτυνγενσισqkul Œ±·«¨ ªµ²º·«
¶¨¤¶²± ²©∏¯¼ ¤±§„∏ª∏¶·o·«¨ ¶¤°³¯ 2¨º²²§²© Θqλιαοτυνγενσι󫤧·«¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ¶¤³©¯²º ©¯∏¬²©ys1ux¦°v#¦°pu§p t ¤±§·²·¤¯
√¨¤³²µ¤·¬²±¶²©t vwy1z qkvl ׫¨ ¶¤³©¯²ºµ¤·¨ º¤¶©µ¨ ∏´¨±·¯¼¤©©¨¦·¨§¥¼ °¬¦µ²¦¯¬°¤·¬¦©¤¦·²µ¶q⁄∏µ¬±ª¶∏±±¼ §¤¼¶¤±§¦¯²∏§¼
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°¤¬±¯¼ ¤©©¨¦·¨§¥¼·«¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·¤±§¤¬µµ¨ ¤¯·¬√¨ «∏°¬§¬·¼q
Κεψ ωορδσ} Θυερχυσλιαοτυνγενσισo≥¤³©¯²º oפ¬¼∏¨ ²∏±·¤¬±
树干液流指蒸腾在植物体内引起的上升液流 ∀土壤液态水进入根系后 o由茎输导组织向上运送达冠层 o
经由气孔蒸腾k包括角质层及皮孔蒸腾l转化为气态水扩散到大气中去 ∀根部吸收的水分有 ||1{ h以上消
耗在蒸腾上k王沙生等 ot||tl ∀通过精确测算茎流量 o可以基本确定植株蒸腾失水量 ∀植物茎流测定对于建
立土壤 p植物 p大气连续体模型 o以及探讨区域性水分供需规律 o验证抑蒸节水措施等都具有重要意义 ∀
树干液流的测定方法很多 o较为常用的有重量法及热量法等 ∀重量法使用较早 o一般认为可靠性低
k•∏·¨µot|yy ~刘奉觉等 ot||zl ∀热量法测试茎流可根据测量原理分为 u大类别 }热脉冲法k«¨¤·³∏¯¶¨ √¨ ²¯¦¬·¼l
和热平衡法k·«¨µ°¤¯ «¨¤·¥¤¯¤±¦¨l ∀热脉冲法应用较广 o目前绝大多数植物茎液流的测定都是基于热脉冲技
术 o但该方法测定的树干液流存在灵敏度调整和测定精度的问题k≥º¤±¶²± ετ αλqot|{t ~≤²«¨ ± ετ αλqot|{tl ∀
热平衡法的优点是直接给出液流量 o尤其是由 Šµ¤¬±¨ µkt|{zl发展起来的 ×⁄ 法k·«¨µ°¤¯ §¬¶¶¬³¤·¬²± °¨ ·«²§l测
茎流具有精度高 !无需校正等优点 o并经实验证明可信度高 o且与独立观测结果具有一致性kŠµ¤¬±¨ µot|{z ~
Šµ¤¬±¨ µετ αλqot||yl ∀在我国 o热平衡法的应用尚较为少见 o严昌荣等kt|||l曾利用 ⁄¼±¤°¤¬茎流仪对北京
山区辽东栎k Θυερχυσλιαοτυνγενσισl和核桃楸kϑυγλανσ µανδσηυριχαl进行测定 o而 ×⁄ 法的应用仅见于对马尾松
kΠινυσ µασσονιαναl和栓皮栎k Θυερχυσϖαριαβιλισl液流的测定k鲁小珍 ousstl ∀本项研究采用了澳大利亚 Œ≤×公
司生产的 Œ≤× p usss自动气象站 o基于热平衡法原理的 ×⁄ 法对山西太岳山辽东栎的树干液流进行研究 ∀
1 材料与方法
t1t 研究地概况 实验于 usst p sz p s{ ) s{ p ux在山西省太岳山森林生态系统定位研究站kttuβtsχ∞ovyβ
v{χ‘l辽东栎落叶阔叶天然次生林中进行 o海拔 t yss °∀该区属暖温带半干旱大陆性季风气候 o年均气温
{1y ε ot月均温 p ts1w ε oz月均温 tz1w ε ~年均降水量 yyu °° o雨量集中在 z !{ !|三个月 o占全年降雨量的
ys h以上 ~年均日照 u xss ∗ u zss «∀大起伏喀斯特侵蚀高中山 o主要为石灰岩 o褐土 !棕壤 ∀
主要乔木树种为辽东栎 o间有少量棘皮桦k Βετυλα δαηυριχαl !油松k Πινυσταβυλαεφορµισl !华北落叶松kΛαριξ
πρινχιπισ2ρυππρεχηιτιιl和核桃楸等 ∀在实验地上选取 t株具有代表性的林分平均木 o胸径为 uv1u ¦°o高 tv1u
° o去皮直径为 ut1y ¦°o心材半径 {1w ¦°∀样木生长良好 o无病虫害 o无被挤压现象 ∀
t1u 热扩散法测定树干液流的基本原理 ×⁄°k·«¨µ°¤¯ §¬¶¶¬³¤·¬²± ³µ²¥¨ l是 Šµ¤¬±¨ µ于 t|{x年开发出的一种探
针式探测器 o刺入茎内的木质芯材并接通恒定的电流以测定芯材的导热率 ∀上升液流的冷却作用等效于芯
材导热率的增加 ∀热扩散法需要以液流量等于 s时的加热功率及温度变化为依据进行零值较正 ∀ ×⁄°探头
包括 u个探针 o将 u个探针插入树干 o上方探针持续加热 o下方探针为环境探针 o通过测量这 u个固定距离的
探针的温度之差 o用 Šµ¤¬±¨ µ经验公式 }ς€ s1sss tt| Κt1uvt o可求得液流速度 ∀式中 oςk°#¶ptl为茎流速度 o
变量 Κ€ k δΤ° p δΤlΠδΤoδΤ为加热的上方探头与下方探头的温差 oδΤ° 为记录的最大温差 ∀得知不同深度
的液流速度 ςo可据此求出整树的液流通量 Φλοω€ Α≅ ς∀式中 oΑ为有茎流木质部面积 ∀
由于木质部不同部位的液流速度不同 o×⁄°探头测定的是木质部径向液流速度的平均值 ∀本实验的
×⁄° p {s探头长 {s °° o有 ¤!¥u个探测点 o分别距尖端 t1x ¦°和 z ¦°o可分别测得边材和心材部分液流值 ∀
t1v 仪器的安装 在所选定样木的胸高kt1v °l处安装仪器 o以避免近地处冷液流的影响 ∀刮出 w ¦° ≅ ts
¦°的矩形 o应尽量避免损害活组织 ∀钻孔并将 ×⁄° p {s探头插入钻孔中 o并确保探头与树干紧密接触 ∀为
了防止太阳辐射对探头的影响 o在安装好探头的外层包上 v层铝箔 ∀将探头与数据采集器k§¤·¤2¯ ²ªª¨µl相应
的接口进行连接 o接通电源ktu∂ 的铅酸电池l ∀
数据采集间隔为 tx ¶o每 ts °¬±进行平均值计算并记录下来 ∀
将 ×⁄°探头接到距样木 v °的 Œ≤× p usss自动气象站上 o自动气象站可同步监测样木微环境下的林中
空气温度 !空气湿度 !树冠顶部太阳辐射 !x ∗ ts ¦°深处土壤含水量k°wsy探针测定l !x ¦°深处土壤温度 !
风速 !降雨量等气象因子 ∀以上环境因子探头与 ×⁄°探头通过同一数据采集器k∞‘’vussl控制 ∀
2 结果与分析
u1t 蒸腾耗水的估计值 表 t是 z !{月份辽东栎在不同天气状况下的液流测定及统计结果 o其中晴天以云
量小于 s1t或云量虽大于 s1t o但云层极稀为准 ~雨天以降水量超过 s1t °°为准 ~多云天气和阴天一并统计 ∀
根据已知的液流日变化的数值和所测树木的去皮直径kut1y ¦°l o可以测得样木每日累积的液流量 o从而计
算其总蒸腾量 ∀可知这株胸径为 uv1u ¦°的辽东栎于 z !{月份的总平均单位面积液流通量为 ys1ux ¦°v#
¦°pu§p t o蒸腾总量为 t vwy1z ∀
表 1 7 !8 月辽东栎蒸腾耗水统计 ≠
Ταβ . 1 Εϖαπερατιον οφ Θ . λιαοτυνγενσισιν ϑυλψ ανδ Αυγυστ
晴 ≥∏±±¼ §¤¼¶ 多云或阴天 ≤ ²¯∏§¼ §¤¼¶ 雨天 •¤¬±¼ §¤¼¶
单位面积液流日通量 ⁄¬∏µ±¤¯ ¶¤³©¯²º ©¯∏¬
³¨µ¤µ¨¤Πk¦°v#¦°pu§ptl |{1ztks{ p sul xy1uwksz p tul u|1ysksz p usl
{z1{wks{ p syl xu1sx ksz p tzl vt1t|ksz p u|l
|w1w{ks{ p tsl zt1sxksz p t|l
tsv1zwks{ p tul x{1{sksz p utl
xz1yyksz p uwl
wv1|yks{ p s{l
w{1tzks{ p txl
z !{月天数 ⁄¤¼¶¬± ∏¯¼ ¤±§ „∏ª∏¶· tw vy tt
测定天数 ⁄¤¼¶° ¤¨¶∏µ¨§ w z u
平均单位面积液流日通量 „√¨ µ¤ª¨ §¬∏µ±¤¯
¶¤³©¯²º ©¯∏¬ ³¨µ¤µ¨¤Πk¦°v#¦°pu§ptl |y1t| xx1wt vs1ws
平均日蒸腾量 „√¨ µ¤ª¨ ⁄¬∏µ±¤¯ ·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±Π vx1uv us1vs tt1tw
≠括号内为日期k月 p日l ∀ ׫¨ ±∏°¥¨µ¶¬±·«¨ ¥µ¤¦®¨·¶¤µ¨ ·«¨ §¤·¨k°²±·«p §¤¼l q
u1u 辽东栎树干液流的日进程 从测定的 tv §的数据中选取典型的晴天 !阴天 !雨天分别分析辽东栎树干
液流的日进程 ∀图 t中各点的取值都是 t «内的平均值 ∀从图 t可知 o形成层以下 z ¦°处的探测点 ¥所反
映的木质部深处即心材部分的液流的日变化在晴 !阴 !雨天起伏都比较小 o昼夜变化不明显 o始终保持较低的
xzt 第 u期 曹文强等 }山西太岳山辽东栎夏季树干液流通量研究
值 o一般小于 t ¦°#«pt o液流很微弱 ∀液流主要集中在形成层以下 t1x ¦°处探测点 ¤所测的边材部分 o液流
速度的日变化比较大 ∀以下主要分析形成层以下 ¤点液流的日变化状况 ∀
晴天树干液流从早 { }ss开始迅速上升 o上午 ts }ss达到其峰值 tu1yt ¦°#«pt ots }ss ) ty }ss液流一直保
持较高的值 o到 ty }ss开始迅速下降 o到 t| }ss以后的夜间降至在小于 t ¦°#«pt的较低值的范围内摆动 o直
到次日晨 z }ss液流启动并迅速上升 ∀在此过程中可发现 }午间的液流值并没有随辐射和温度的持续上升而
上升 o而是保持平稳的高值 o这可能与气孔的午间关闭有关 ∀
图 t 辽东栎晴 !阴 !雨天树干液流日变化
ƒ¬ªqt ⁄¬∏µ±¤¯ ¦«¤±ª¨ ²©¶¤³©¯²º µ¤·¨¬± ¤¶∏±±¼ §¤¼o¤¦¯²∏§¼ §¤¼ ¤±§¤µ¤¬±¼ §¤¼
阴天树干液流在 tu }ss之前一直保持小于 t ¦°#«pt的低值 otu }ss液流值开始迅速上升 o一直升到 tw }ss
时达到最大值 {1zt ¦°#«pt o之后迅速下降 o到 us }ss降到 t ¦°#«pt以下 o并保持低值 ∀阴天液流变化是一个
典型的单峰型曲线 o没有午休 o显然是因为气孔不曾因强辐射而关闭 ∀
z月 tu日除 | }ss ) tw }ss o其余时间皆有雨 o日降雨量为 xz1u °°∀液流的 v个日变化峰值分别出现在
y }ss otu }ss otz }ss o但一直保持较低的值 o在小于 v1x ¦°#«pt的范围内振荡 o液流升降的辐度小 ∀降雨增大了
空气湿度 o叶片内外的蒸汽压梯度大大降低 o降雨还促使叶片气孔关闭 o因而对上升液流有巨大制约作用 ∀
v种天气状况下夜间都时常会有微弱的上升液流 o有可能是根压使然k≤¯ ¤µ® ετ αλqot|xzl ∀
图 u 晴 !阴天液流速度与环境因子
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¬·¶ ±¨√¬µ²±°¨ ±·¤¯ ©¤¦·²µ¶¬± ¤¶∏±±¼ §¤¼ ¤±§¤¦¯²∏§¼ §¤¼
图 v 阴天液流速度与土壤相对含水量的日变化
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¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·¬± ¤µ¤¬±¼ §¤¼
u1v 液流变化与环境因子的关系 太阳辐射与温度 太阳辐射与温度本身存在着一定的相关性 ∀在图 t
中 o晴天的太阳辐射及温度与树干液流有明显的相同的趋势 o太阳辐射的变化趋势与液流变化趋势更具有一
致性 ∀晴天与阴天气象因子的差别主要体现在辐射以及由辐射的差异导致的温 !湿度变化上 ∀反映在对液
流速度的影响上特别体现在 u个方面 }一方面是对于液流启动时间的影响 o液流清晨启动的时间与辐射启动
的时间基本一致 ~另一方面体现在对其峰值变化的影响 o阴天低辐射和低温对应着阴天的低的峰值 o而在晴
天午间的持续的高辐射和高温则对应着其高峰值和持续的高值 ∀
yzt 林 业 科 学 ws卷
空气相对湿度 无论在晴天还是阴天空气相对湿度与液流速度都呈现出比较明显的相反的趋势 ~而在
雨天 o空气相对湿度一直为 t o对应于雨天的液流速度低值也可以反映空气相对湿度对于液流的抑制作用 ∀
降雨 从图 v可得知 o降雨对于液流有巨大的制约作用 o雨天的液流速度始终保持低值 oz月 us日降雨
时间长 o强度大 o日降雨量达 xz1u °° o林内的空气相对湿度达到 tss h o极大地降低了叶片气孔内外的蒸汽
压梯度 ∀可见降雨通过影响其它因子的变化而影响液流变化 ∀
土壤含水量 比起太阳辐射和空气温 !湿度来 o土壤含水量的变化幅度要小得多 o也慢得多 ∀在晴天或
阴天时 o土壤含水量变化很小 o几乎为一恒定值 o并不能成为影响液流变化的主要因素 ∀但在雨天则变化较
大 o由图 v可知 o雨天液流速度的变化与土壤含水量的变化具有相同的趋势 o但流速的变化仅仅在低值范围
内振动 o可以解释为根部的主动吸水的功能对土壤含水量变化的响应 ∀
多元线性回归模型 在以上分析的基础上 o对于不同天气类型的液流速度k Φλοωl以及影响其变化的环
境因子总辐射k ξtl !空气温度kξul !空气湿度k ξvl !土壤相对含水量k ξwl !降雨量k ξxl进行逐步线性回归分
析 o可得以下回归模型 }晴天 }Φλοω€ u{1zwu n s1sszξt n t1uyzξu p tz1yxwξv ρu € s1{w
阴天 }Φλοω€ uv1vzz n s1sszξt p uv1x|xξv ρu € s1|s
雨天 }Φλοω€ u1zuw p s1ystξw p s1sysξx n wt1wwvξu ρu € s1w{
其中晴天和阴天的数据相关性较好 o由回归分析的结果可知 o晴天影响液流变化的主要因子为总辐射 !
空气温度和空气湿度 o而阴天主要为总辐射和空气湿度 ∀雨天的数据相关性较差 o但可以得知土壤相对含水
量对雨天液流的影响是最大的 ∀
3 结论与讨论
辽东栎样木 z !{月份的总胸高截面平均单位面积液流通量为 ys1ux ¦°v#¦°pu§pt o蒸腾总量为 t vwy1z ∀
辽东栎树干液流日变化在典型的晴 !阴 !雨天的不同天气状况下差异明显 o在白天的液流启动时间 !峰值
及出现时间上都相差较大 ∀晴天液流启动早 o到达峰值的时间早 o峰值大 o且在达到峰值后液流值在午间保
持较高水平 ∀阴天为典型的单峰曲线 o液流启动较晚 o达到峰值后不久便迅速下降 ∀雨天的液流变化规律性
不强 o起伏振荡多 o且保持低值 ∀z !{月份太岳山的天气类型多数情况下不是典型天气 o以晴阴天气 !阴雨天
气组合较多 o不稳定的天气因素增强了液流变化的不稳定性 ∀
树干液流既由自身生理特性决定 o同时与周围大气所发生的变化及土壤中水分的供应条件有着密切的
关系 ∀晴天和阴天影响液流变化的主要因子为太阳辐射 !空气温度 !空气湿度 ∀雨天由于降雨造成了持续的
低液流值 o受土壤含水量影响较大 ∀这些环境因子之间并不是独立存在和作用的 o其间还存在着相互制约和
相互协调 ∀若想深刻理解各主要环境因子对树干液流的影响 o仅仅依靠自然状态下的研究是不够的 o必须根
据控光 !控水 !控温及交叉作用的试验对各主要环境因子的依赖关系做数量分析 o并在此基础上 o逐步建立包
括环境因子和树木生长参数的数学模型 o去模拟树种的树干液流变化 ∀
参 考 文 献
刘奉觉 o郑世锴 o巨关升等 q树木蒸腾耗水测算技术的比较研究 q林业科学 ot||z ovvkul }tt| p tux
鲁小珍 q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 ousst ou{kwl }wst p wsw
王沙生 o高荣孚 o吴贯明 q植物生理学 q第 u版 q北京 }中国林业出版社 ot||t }t|u
严昌荣 o陈兴国 o陈灵芝 q北京山区落叶阔叶林中核桃楸在生长中期的树干液流研究 q生态学报 ot||| ot|kyl }z|w p z|z
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