四川榿木樹干液流規律研究

孫建軍，鄧宗付，曾平生，武曉玉，程貴文，唐小強，劉苑秋

（1.中國林科院亞熱帶林業實驗中心，江西 分宜336600；2.四川阿壩州科學技術研究院，四川 馬爾康624000；3.江西農業大學園林與藝術學院，江西 南昌330045）

1 引言

蒸騰耗水量是樹木生理水分的重要參數，由于樹體高大，變異復雜，冠部直接測定非常不便，而樹干木質部部位上升液流速度及液流量制約著整株樹木的蒸騰量，因而通過對樹干液流的測定，可以快速簡捷確定樹冠蒸騰耗水量的大小。熱脈沖法能基本保持樹木的生長狀態不變而獲得對樹木蒸騰指標的度量。本文通過對四川榿木（AlnuscremastogymeBurk）的樹干液流規律進行研究，討論了四川榿木對水分的需求，以期得出具有生產實際指導意義的結論。

2 試驗地概況

試驗地位于江西省分宜縣大崗山國家級森林生態站，東經114°30′～114°45′，北緯27°30′～27°50′，屬于中亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫為16.8℃，多年平均降水量為1590.9mm，年均蒸發量為1503.8mm。降水主要集中在4～6月份，占全年降水量的44.6%。樣地處于山谷地帶，為12年的人工純林，平均胸徑18cm，平均樹高14m，郁閉度為0.7，樹木生長狀況良好；林下植被以草本為主并有少量灌木，土壤肥沃，土層深厚。

3 材料與方法

在試驗林內進行標準地調查，2007年7月19日00：00時～7月20日24：00時，選擇生長正常的一株標準木進行測定。

測定儀器：熱脈沖速度記錄儀（Heat Pulse Velocity Recorder，簡稱HPVR）。它是基于熱脈沖技術。

熱脈沖速度記錄儀的安裝及有關參數的確定方法是：①在樣本登記表上記錄樣木位置并編號。②在樹干上距地面1m高處用木銼除去一圈死樹皮，并圍貼上5cm寬的膠帶。③在膠帶上用測樹卷尺準確量取樹干直徑及周長。④用指南針確定樹干上的東南西北4個方位，在膠帶上標出相互等距的4個測點，作為不同深度探頭的安裝位點。⑤將已制備的鉆孔模板固定在測點上。鉆模厚20mm，長50mm，寬20mm，其中線上有3個直徑2mm的小孔，上孔與中孔距離10mm，中孔與下孔距離5mm，選取1.80mm直徑的鉆頭，用微電鉆打孔至預定的深度。⑥用3根鋼棍插入3個孔中，將帶有不干膠的卡片緊貼其上，用解剖刀劃出鋼棍在卡片上的軌跡，按公式要求計算熱源與探頭的實際距離。⑦隨機確定不同深度探頭所對應的儀器記錄通道，按不同深度插入探頭，并與通道相連接，在測定處中孔安裝熱脈沖注射器，上、下孔插入熱敏探頭，用鋁箔將安裝部位遮蔽，以避免太陽輻射干擾。⑧連接電源（12V鉛酸電池）。⑨調零并設置儀器操作參數、日期、時間，取樣間隔為20min，脈沖持續時間為1.6s。⑩測定完成后將儀器內存中數據轉錄至筆記本電腦上存儲。○11拆除探頭后，用生長錐在每個測點處取樹干木質部樣品，取樣確定心材與邊材半徑。在室內用電子天平測其鮮重、干重值，并利用阿基米德定律稱取其體積，計算其樹液體積比率及木材體積比率（圖1）。

圖1 熱脈沖感應部分安裝示意

將各測定參數和熱脈沖速度記錄儀所得各位點的數據輸入電腦，利用相應的計算機軟件，自動進行流速流量轉換分析和損傷校正，模擬木質部液流徑向分布模型，計算出液流的各項參數（表1）。

表1 被測樣株的熱脈沖測定參數

4 結果與分析

4.1 四川榿木樹干液流速率的日進程

從圖2、圖3可以看出：無論是春季還是夏季，四川榿木樹干液流均表現出明顯的晝夜變化規律。從圖2中可以看出，在春季，6：00時液流開始明顯上升，并于12：00～13：00時達到峰值，然后開始緩緩下降，直至來日日出之前進入低谷，呈明顯的單峰曲線；從圖3中可以看出，在夏季，5：00～6：00時液流開始明顯上升，11：00～12：00時達到一個峰值，然后迅速下降，并于13：00～14：00時達到一個較低值；在14：00～15：00時又達到一個峰值，然后開始緩緩下降，直至來日日出之前進入低谷，呈明顯的雙峰曲線，即低谷“午休”現象。

圖2 樹干液流速率春季日變化（3月12日到14日）

圖3 樹干液流速率夏季日變化（7月18日到21日）

四川榿木在夜間有上升液流存在。Kramer指出，水分吸收有兩種機理：常見于緩慢蒸騰植物的主動吸收和在迅速蒸騰植物中占據優勢并發生在大多數木本植物中的被動吸收，主動吸收是由于根壓的作用［1］。夜間由于蒸騰速率基本為零，不會有大量的水分被樹木吸收，此時測得莖中木質部中上升液流的存在，推測原因只能是根壓使然［2～4］。

4.2 四川榿木樹干液流量的計算

熱脈沖方法中樹干液流量的計算公式為：

式中：Q為樹干液流量（kg/d）；Vs為液流速度（g·cm2·hr－1）；As為邊材面積（cm2）。

把測定結果代入公式，得到不同樹種年樹干液流量。經過計算四川榿木的年樹干液流量為2.92t/yr；單位面積的年液流通量為11.107kg/cm2。

4.3 樹干液流對環境因子的響應

樹干液流的變化除了受到樹木的生物學結構、土壤供水水平影響外，還受到周圍氣象因子的制約。本研究選擇了夏季四川榿木生長旺季的液流速率作為因變量，分析太陽輻射強度（ESR）、空氣溫度（Ta）、空氣相對濕度（RH）、土壤溫度（Ts）、飽和水氣壓（Pw）和風速（Ws）等6個環境因子對其影響，并制圖，得到圖4至圖9。

從圖4和圖5可以看出，四川榿木樹干液流速率與太陽輻射強度、空氣溫度和風速的變化基本一致。太陽輻射強度由5：00左右零值，而后迅速上升，樹干液流的啟動時間比凈輻射超過零值的時間滯后30min，在5：30開始有明顯的啟動，太陽輻射強度和空氣溫度逐漸升高，樹干液流也隨之增大；樹干液流的峰值比太陽輻射強度和空氣溫度的峰值提前1h，于11：30左右達到高峰后急速減??；2h后又快速增加，并在15：30左右達到一個亞峰值，而后緩慢下降；在晚上21：00太陽輻射強度達到零值而空氣溫度也降至較低值，液流仍維持在一定的水平，液流在22：00達到較小水平，整個太陽輻射強度和空氣溫度都呈現單峰型曲線，而樹干液流日變化呈現雙峰型曲線。從圖9可以看出：林內風速的變化受大氣氣流運動的影響，風速與樹干液流的日進程基本一致，但對樹干液流的影響不如太陽輻射強度和空氣溫度、空氣相對濕度等強烈。風速是通過影響空氣相對濕度間接影響樹干液流速率的：當風速越大時，空氣相對濕度就越低；風速越小時，空氣相對濕度就越高［5］。

圖4 樹干液流速率與太陽輻射強度變化曲線

圖5 樹干液流速率與空氣溫度變化曲線

由圖6可見，四川榿木樹干液流速率與空氣相對濕度的變化規律相反，空氣相對濕度低的時候液流速率高，空氣相對濕度高的時候液流速率低。當夜間至黎明空氣水汽接近飽和、相對濕度趨近100。葉子與大氣的界面系統水勢梯度接近0值，葉子蒸發量低，樹干液流通量低；白天空氣相對濕度下降，界面系統的水勢梯度增大，水分蒸發增強，樹干液流也加快；當相對濕度還沒有達到最?。?0：00～11：00），樹干液流已選最大，相對濕度繼續減小至最低，樹木的自保護機制起作用，部分氣孔自動關閉。樹液流動下降，午后隨著輻射與氣溫的下降，相對濕度增大，氣孔開放，樹液流動又上升，相對濕度繼續增大，水勢梯度減小，樹液流動再次下降，有時還會出現反彈，表現為多個峰值，直至凌晨5：00液流降至最低值。

圖6 樹干液流速率與空氣相對濕度變化曲線

圖7 樹干液流速率與土壤溫度變化曲線

圖7中可以看出，不同土層的土壤溫度的變化是不一致的：10cm層和20cm層的土壤溫度變化幅度大，且變化趨勢與樹干液流速率較為一致。40cm層和100cm層的土壤溫度變化不明顯，而樹干液流速率的變化呈雙峰曲線。液流速率隨著土壤溫度的升高而升高，這與Cochard等［6］的研究結果一致：土壤溫度的變化主要集中在近地表層（40cm以上）；夜晚低，白天高，在一天當中的變化呈單峰曲線。土壤溫度波動滯后于空氣溫度的變化2h，這是由于土壤巨大的熱容性及傳導阻力引起的［4，7，8］。樹干液流的峰值基本與空氣溫度的峰值同步，比土壤溫度的峰值要早2h。

從圖8中可以看出，在前24h，樹干液流速率與飽和水氣壓有較好的同步性；后48h，樹干液流速率受飽和水氣壓的影響不明顯。這主要是由于樹干液流速率不僅受到飽和水氣壓的影響，還受到其它環境因子和自身生理特性的影響，是由多種因子決定的。不少學者的研究發現，當飽和水氣壓值偏高時，植物的氣孔導度會大幅下降，因而會限制蒸騰［9］。在晴天空氣溫度、空氣相對濕度隨著輻射強度的變化而變化。而蒸汽壓虧缺是溫度和空氣相對濕度的函數，隨著輻射增高而隨之增加［9］。

4.4 樹干液流與環境因子的相關性分析

樹木液流的變化除了受到樹木本身的冠層結構、氣孔開度、樹干水力結構和根系水力傳導特性等生物學結構影響，也受土壤水分狀況、氣象因子等外界環境因子的制約。建立外界環境因子與樹干液流的數量關系，不但能揭示氣象因子對植物水分生理變化的影響，而且能利用氣象參數預測樹木的耗水量。

圖8 樹干液流速率與飽和水氣壓的響應曲線

圖9 樹干液流速率與風速變化曲線

選取2007年7月18日～21日72h的環境因子與樹干液流速率用DPS7.05進行逐步回歸分析。結果四川榿木樹干液流與環境因子的回歸模型為：

式中，Y為液流流速，Esr為太陽輻射強度，Ta為空氣溫度，Ts為土壤溫度，Pw為飽和水氣壓，Ws為風速。決定系數＝0.83?？梢酝ㄟ^這個模型預測單株四川榿木的日蒸騰耗水量，了解水分平衡狀況。進一步進行偏相關分析，得到表2。

表2 四川榿木偏相關系數

從表2可以看出，對四川榿木樹干液流速率影響因子由大到小依次為：太陽輻射強度＞飽和水氣壓＞風速＞空氣溫度＞土壤溫度。

5 結語

（1）四川榿木樹干液流日出后（5：30～6：00）液流開始上升，并于11：00～17：00時到達峰值，然后迅速下降，19：00時速度變慢，至次日的日出之前液流微弱，但始終存在。

（2）四川榿木的單位面積的液流通量為11.107kg/cm2。

（3）樹干液流的日進程與太陽輻射、空氣溫度具有較好的生態學同步性；但同一株樹在不同時間.樹干液流的大小相差較大。

（4）四川榿木的液流速率在夏季與光合作用一樣在中午前后的低谷“午休”現象。

（5）在夜晚時四川榿木樹干液流速率非常低，但總是存在，據此判斷四川榿木存在根壓。

（6）對四川榿木樹干液流速率影響力由大到小依次為：太陽輻射強度＞飽和水氣壓＞風速＞空氣溫度＞土壤溫度。

（7）四川榿木樹干液流與環境因子的回歸模型為：

Y（四川榿木）＝50.307－0.0005Esr＋0.568Ta－2.693Ts＋0.892Pw－0.282Ws。

［1］Kramer P J，Kozlowski T T.Physiology of woody plants［M］.NewYork：Academic Press，1979.

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［7］孫慧珍，周曉峰，趙惠勛.白樺樹干液流的動態研究［J］.生態學報，2002，22（9）：1387～1391.

［8］張小由，龔家棟，周茂先，等.應用熱脈沖技術對胡楊和檉柳樹干液流的研究［J］.冰川凍土，2003，25（5）：585～590.

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