基于樹干液流及渦動相關技術的葡萄冠層蒸騰及蒸散發特征研究

白 巖，朱高峰，張 琨，馬 婷

蘭州大學西部環境教育部重點實驗室，干旱環境與氣候變化協同創新中心, 蘭州 730000

基于樹干液流及渦動相關技術的葡萄冠層蒸騰及蒸散發特征研究

白 巖，朱高峰*，張 琨，馬 婷

蘭州大學西部環境教育部重點實驗室，干旱環境與氣候變化協同創新中心, 蘭州 730000

針對西北干旱區綠洲經濟作物葡萄樹冠層蒸騰及蒸散發特征的相關問題，在甘肅省敦煌市南湖綠洲開展無核白葡萄樹液流速率及蒸散發觀測試驗，采用基于熱平衡原理的包裹式莖流計，詳細分析了典型生長季7—9月份葡萄樹蒸騰耗水規律，使用“單位葉面積上的平均液流速率SF×葉面積指數LAI”的方法，實現了從單株到林分冠層蒸騰的尺度擴展，并通過與渦動相關技術所測蒸散發數據對比，詳細研究了葡萄地冠層蒸騰及蒸散發規律。結果表明：典型生長季中葡萄樹液流速率日變化為單峰型曲線，日均耗水量從2.76 kg到10kg不等，胸徑越大的葡萄樹日均耗水量越大；冠層蒸騰及蒸散發日變化曲線亦為單峰型，白天8:00—12:00與17:00—20:00期間,葡萄冠層蒸騰與蒸散發曲線均比較吻合，該時間段葡萄地蒸散發絕大部分來源于葡萄冠層蒸騰，而12:00—17:00之間由于午后太陽輻射強烈土壤蒸發量增加，葡萄蒸散發大于冠層蒸騰；典型生長季3個月中，葡萄冠層蒸騰量的變化范圍在1.88—8.12 mm/d之間, 日均冠層蒸騰量為6.12 mm/d，蒸散發在1.74 mm/d 至10.78 mm/d之間，日均蒸散發量為7.13 mm/d；日均土壤蒸發量約為1.01 mm/d，只占總蒸散發量的14.2%，日均冠層蒸騰占日均蒸散發的比重達到85.8%，說明該生長階段冠層蒸散發以作物蒸騰為主。

樹干液流；熱平衡原理；渦動相關；冠層蒸騰；蒸散發

蒸散發包括土壤蒸發和植被蒸騰兩部分，是全球水循環和地表能量平衡的重要組成部分，在土壤-植物-大氣連續體的能量、質量和動量交換中有重要作用[1-2]。蒸散發也是水分利用效率計算、灌溉管理、水資源分配中不可缺少的數據。我國西北干旱區包括陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆五省區及內蒙古中西部地區，面積約3.5×106km2，占國土面積的32%。該地區降雨量稀少，氣候干燥，日照和蒸發作用強烈，地表徑流較少，生態環境條件脆弱，因而水成為該區域最稀缺的資源[3]。清楚地認識西北干旱區典型生態系統作物蒸散發規律及水分運移機制，有助于全面了解區域能量平衡和水分循環，同時對于西北地區經濟發展、生態穩定也具有十分重要意義。

渦動相關方法(EC)是目前公認的直接測定大氣與生態系統之間水熱交換通量最可靠的方法[4-5]，利用渦動相關技術可以較準確地測定植物林分尺度的冠層水熱通量，但其難以區分作物蒸騰、土壤蒸發各自對冠層蒸散發的貢獻大小[6-7]。樹干液流(SF)指蒸騰在植物體內引起的上升液流，目前應用熱技術測量植物樹干液流的方法已經日趨成熟[8-9]，但熱技術僅能測定單樹尺度的植物蒸騰耗水量，為此許多學者利用胸徑[10-11]、邊材面積[12-13]、葉面積[14-15]等作為擴展指標對單樹蒸騰耗水量進行擴展，從而估算出林分尺度的冠層蒸騰量[16-17]。

目前，綜合利用樹干液流及渦動相關技術來測定西北干旱區經濟作物冠層蒸散發的研究還比較少[18]。本試驗采用渦動相關技術測定典型生長季葡萄冠層蒸散發，同時采用樹干液流技術研究葡萄樹的生理生長規律及耗水特性，利用葉面積結合葉面積指數(LAI)對單株葡萄蒸騰耗水量進行擴展，從而估算出可與渦動數據進行對比的葡萄冠層蒸騰量。本研究綜合使用樹干液流及渦動相關兩種技術，旨在較全面地掌握典型生長季葡萄樹的作物蒸騰、土壤蒸發以及蒸散發規律，為西北干旱區沙漠綠洲水資源的有效利用和科學管理提供依據。

1 研究區概況

研究區位于甘肅省敦煌市西南70km的南湖綠洲境內，東臨庫姆塔格沙漠，地理位置在94°06′—94°09′E，39°51′—39°55′N之間，總面積11.06 km2，海拔高度范圍在1100—1297 m之間，氣候屬暖溫帶干旱性氣候，年均日較差在16—20℃之間，年平均溫度9.3 ℃，全年降水稀少，年均降水量36.9 mm，平均無霜期145 d，年日照時數為3115—3247 h，年總輻射量在5903.4—6309.5 MW/ m2之間，土壤類型為隱域性土壤，主要有沼澤土、草甸土和鹽漬土等[19]。研究區地勢平坦，地表植被均質，種植作物95%以上為無核白葡萄樹。無核白葡萄對生長條件要求嚴格，而敦煌南湖地區因其高溫、干旱、生長期長的氣候特點，成為我國除新疆吐魯番、內蒙古烏海之外，最適宜無核白葡萄樹栽培的優良場所之一。

核心研究區(450m×160m)位于敦煌南湖綠洲西南部(圖1)，在區內開展了葡萄樹干液流及蒸散發觀測試驗，觀測日期為葡萄典型生長季7月份至9月份。區內有穩定灌溉水源，葡萄地平均每20d進行1次人工漫灌，土壤供水條件充分。無核白葡萄樹生長季長約140d左右，每年5月初發芽，5月底開花，9月初果實成熟。

圖1 研究區示意圖(包括實驗場地范圍、儀器架設及觀測樣樹位置、風向圖及源區分析結果) Fig.1 Schematic plot of study site (Includes the scope of study site, instrument, sample trees and wind rose plot and the result of footprint analysis)

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

在核心研究區內選擇6棵不同徑級、生長良好、樹干較為通直、無被擠壓的無核白葡萄樹作為試驗對象，各樣樹具體參數見表1。

表1 觀測樣樹參數Table 1 Parameters of the sample-trees used for sap flow measurement

2.2 試驗方法

2.2.1 液流速率及氣象因子的測定

根據FLOW32包裹式植物莖流計的安裝要求，在6棵樣樹主干灌溉水位以上安裝莖流計，用以采集葡萄樹液流速率數據，數據采集間隔為30min。核心研究區東南角布設有自動氣象站、土壤溫濕度傳感器，用以采集風速、風向、凈輻射、光合有效輻射、土壤溫濕度、降雨量、大氣壓強等氣象因子數據，數據采集間隔為30min。其中，凈輻射(Rn)依據自動氣象站四分量輻射計數據計算得到。自動氣象站輻射正下方地下50mm處，分四個方位(東、南、西、北)埋有的熱通量板，土壤熱通量(G)依據通量板數據平均求得。

2.2.2 渦動相關數據處理及源區分析

核心研究區自動氣象站塔上架設有渦動相關儀(EC)，葡萄冠層高度2.5 m，渦動相關儀架設高度4 m，試驗觀測期間7—9月份主導風向為東北風(圖1)。渦動相關儀的觀測值是其觀測源區內的加權平均值，通量貢獻源區分析可用來對觀測數據進行質量評價，確定觀測到的通量是否來源于所感興趣的研究區域[20]。本試驗通量貢獻源區分析使用FSAM 足跡解析模型[21]，分析結果如圖1所示，全天主要通量源區均落在核心試驗區葡萄地內，其中紅圈代表白天大氣不穩定層結時80%通量源區分布(150m)，藍圈代表夜間大氣穩定層結時80%通量源區分布(250m)。

應用渦動相關數據時有必要進行相關校正[22-23]，本試驗使用EddyPro4.1.0軟件對原始數據進行處理，從處理后的數據中刪除摩擦風速小于0.1的記錄，取2013年7月至9月的數據做能量閉合分析，其閉合率達到88%，數據質量較好。使用經處理后的潛熱(LE)數據，將其轉化為冠層蒸散發數據(ETec)。

2.2.3 液流速率的計算方法

FLOW32包裹式植物莖流計的工作原理、安裝方法及液流速率計算方法均依據儀器使

用手冊《Dynagage Manual》，液流速率F依據莖熱平衡原理[24]，計算公式如下：

(1)

式中，F為液流速率 (g/s)；Pin為熱量輸入 (W)；Qr為徑向散熱 (W)；Qv為豎向導熱 (W)；Cp為水的比熱 (4.186 J/g×C)；dT為豎向兩熱電偶電壓和的平均值 (℃)。其中Qr、Qv、dT通過傳感器測得并自動計算得出，在數據采集程序中輸入胸徑全橫截面積、胸徑大小參數, 可直接輸出液流速率的結果。

2.2.4 冠層蒸騰的尺度擴展方法

為使莖流計所測單樹液流數據能夠與渦動相關所測冠層蒸散發進行對比，本試驗采用Soegaard等[25]“單位葉面積上的平均液流速率SF×葉面積指數LAI”的擴展方法，將單樹尺度葡萄液流數據擴展為林分尺度冠層蒸騰，具體擴展方法如下：

(2)

式中，Esf為擴展后葡萄冠層蒸騰 (mm / h)；SF為6棵樣樹總的液流速率 (kg / h)；LA為總葉面積 (m2)，通過統計6棵樣樹的平均葉片葉面積及總葉片數求得，平均葉片葉面積與白云崗等[26]對無核白葡萄樹葉面積的測定結果較為一致；LAI為葉面積指數。

2.2.5 葉面積指數LAI的獲取方法

利用高分辨率遙感數據可以較準確估算出如地表溫度、葉面積指數LAI、反照率等地表變量[27-28]。本研究區地勢平坦，地表植被均質，綜合使用單點測量工具LAI-2200及Landsat-8高分辨率遙感數據，得到7—9月份葉面積指數LAI的變化范圍很小(4.43—4.64)，這是由于該階段葡萄樹處于成熟期，生長狀態穩定，冠層郁閉，葉面積變化不明顯。遙感數據獲取時間分別為2013年8月2日和9月10日，空間分辨率為30m，采用ENVI 5.0軟件對原始圖像進行幾何糾正、輻射校正和大氣校正，裁剪出核心研究區，并根據以下步驟得到LAI：

(1)采用Sobrino等[29]的方法來計算歸一化植被指數(NDVI)，計算公式如下：

(3)

式中,ρn為近紅外波段反射率，ρv為紅光波段反射率。

(2)采用孫鵬森等[30]的方法來計算基于NDVI的葉面積指數LAI，計算公式如下：

LAI=6.211×NDVI-1.088

(4)

3 結果與分析

3.1 典型生長季葡萄樹的蒸騰耗水規律

圖2 典型生長季各樣樹液流速率晝夜變化規律(誤差線代表各晴天平均液流速率的標準差)Fig.2 Diurnal dynamics of mean sap flow velocity of different sample trees in a typical growth season

樹木林分蒸騰是由每棵樹的單樹蒸騰組成的，分析單樹蒸騰耗水對于掌握林分尺度的冠層蒸騰變化規律具有至關重要的意義。因此，選擇4棵不同胸徑樣樹，分析典型生長季晴天條件下各樣樹的液流速率晝夜變化規律(圖2)，其中DG2#葡萄樹7月份的觀測數據缺失。從圖2可以看出，葡萄樹液流速率的晝夜變化曲線均為單峰型，液流啟動時間在9:00—10:00之間，12:00—13:00點到達峰值后，持續較長時間高峰值波動，到17:00—18:00左右開始下降，20:00—21:00后到達最低水平。隨胸徑增大液流速率平均日變化曲線呈峰值增大、峰形拓寬趨勢，表明胸徑大小是影響葡萄液流速率隨時間變化的重要因子[31]。不同月份各樣樹液流速率晝夜變化曲線區別較明顯，這與各樣樹葉面積、冠幅等生理生長狀況變化緊密相關[32]。典型生長季DG1#樣樹日均液流速率為(120.1±20.9) g/h，DG2#樣樹日均液流速率為(166.4±35.6) g/h，DG3#樣樹日均液流速率為(225.9±33.1) g/h，DG4#樣樹樹日均液流速率為(242.0±13.5) g/h，胸徑越大的樣樹日均液流速率越大。

選用6棵樣樹的液流數據累計求和，得到典型生長季各樣樹日耗水量變化序列(圖3)。其中DG2#樣樹7月份數據缺失，觀測從8月13日開始。如圖3所示, 各樣樹的日耗水量區別明顯，變化范圍大致在2—15 kg。胸徑越大的樣樹日耗水量越大，與圖2所示胸徑越大的樣樹日均液流速率越大的規律是一致的。陰雨天各樣樹日耗水量均大幅降至2 kg左右，這是由于雨天云層遮蔽太陽輻射減弱，葡萄葉片氣孔內外蒸汽壓梯度較小，蒸騰耗水量大幅度下降[33]。

圖3 典型生長季各胸徑樣樹的日耗水量及降雨量變化Fig.3 Dynamics of daily water consumption of different sample trees and precipitation in a typical growth season

3.2 樹干液流所測冠層蒸騰與渦動相關所測蒸散發的對比

為對比分析經公式(2)擴展得到的葡萄冠層蒸騰Esf與渦動相關所測葡萄蒸散發ETec的變化特征，選擇典型生長季晴天條件下白天8:00—20:00半小時間隔的葡萄冠層蒸騰Esf及蒸散發ETec數據，繪出不同月份晴天條件下葡萄蒸騰及蒸散發日變化曲線(圖4)。

從圖4中可以看出，典型生長季葡萄冠層蒸騰及蒸散發日變化曲線均為單峰型，且變化規律較為一致，從8:00開始啟動，11:00—17:00之間維持較高值波動，到17:00以后降至較低水平。從誤差線可以看出，利用樹干液流冠層蒸騰曲線波動較小，而渦動相關所測蒸散發曲線波動較大，這與儀器觀測手段、工作原理不同有關[22-23]。日變化曲線中冠層蒸騰的最大值在1.0mm/h左右，蒸散發的最大值在1.4 mm/h左右。白天8:00—12:00與17:00—20:00期間冠層蒸騰與蒸散發曲線均比較吻合，說明這一時間段內冠層蒸散發絕大部分來源于葡萄蒸騰作用。而12:00—17:00之間，各月份冠層蒸散發均大于蒸騰，是因為午后太陽輻射強烈，空氣溫度升高，來自土壤的蒸發量增加。不同月份中，7、8月冠層蒸騰與蒸散發的日變化規律較為一致，而9月份受葡萄樹葉面積減少影響午間冠層蒸騰量下降，土壤蒸發量增大。

圖4 不同月份晴天條件下冠層蒸騰Esf與蒸散發ETec的日變化(8:00—20:00之間，誤差線代表各晴天平均冠層蒸騰與平均蒸散發的標準差)Fig.4 Daytime dynamics of canopy transpiration Esf and evapotranspiration ETec measured in different months

圖5 葡萄冠層蒸騰Esf及蒸散發ETec的連續日變化(07-13—09-12, 柱狀圖代表日累計冠層蒸騰與日累計蒸散發的比值)Fig.5 Daily dynamics of daily canopy transpiration Esf and daily evapotranspiration ETec

3.3 葡萄冠層蒸騰與蒸散發的連續日變化規律

為研究典型生長季葡萄冠層蒸騰及蒸散發的連續日變化規律，依據半小時間隔的冠層蒸騰Esf及蒸散發ETec日累計量數據，繪出葡萄冠層蒸騰及蒸散發的連續日變化曲線(圖5)。其中由于渦動相關儀工作故障，導致7月28日至8月1日之間部分蒸散發數據缺失。

從圖5中可以看出，葡萄冠層蒸騰與蒸散發之間差異顯著，且晴天條件下葡萄蒸散發均大于冠層蒸騰，二者的差額(即黑線與藍線之間的部分)便是土壤蒸發量。陰雨天氣條件下，冠層蒸騰及蒸散發差異較小且大幅降低至5 mm以下。冠層蒸騰與蒸散發的比值(Esf/ETec)大多在60%以上，然而受特殊天氣影響，冠層蒸騰與蒸散發的比值波動較大(圖5)，個別日期中冠層蒸騰與蒸散發的比值出現過低(如8月26日，23.4%)或過高(如9月8日，108.4%)的現象，是由于特殊天氣狀況下渦動相關觀測數據不可靠所致[22-23]。典型生長季3個月中，葡萄冠層蒸騰量的變化范圍在1.88—8.12 mm/d之間, 日均冠層蒸騰量為6.12 mm/d，蒸散發在1.74—10.78 mm/d之間，日均蒸散發為7.13 mm/d，。因而，日均土壤蒸發量約為1.01 mm/d，只占總蒸散發量的14.2%，而日均冠層蒸騰占日均蒸散發的比重達到85.8%，該生長階段冠層蒸散發以作物蒸騰為主。

4 討論

4.1 葡萄單樹尺度蒸騰耗水特征

不同胸徑、邊材面積、葉面積大小的樹木蒸騰耗水量存在顯著差異，通過分析單樹尺度的蒸騰耗水量，結合以上指標可以估算出林分尺度的蒸騰耗水量[11,16,18]。本研究典型生長季各樣樹最大液流量為1.92 kg/h，比Tarara等[34]采用相同莖流計所測葡萄液流速率最大值(1.50kg/ h)略高，主要是由于敦煌南湖綠洲地處沙漠腹地，氣候干燥，光照強烈，且有良好的灌溉條件。此外，灌溉方式、栽培品種、種植間隔和朝向等因素也會導致不同研究葡萄樹蒸騰耗水特征的差異[35]。典型生長季6棵樣樹日均耗水量從2.76 kg到10kg不等, 與許浩等[36]所測塔克拉瑪干沙漠腹地多枝檉柳日均耗水量相當。

諸多研究發現, 樹木邊材面積與蒸騰、胸徑與蒸騰之間為線性或指數相關關系[10-13]。本研究葡萄胸徑與日均耗水量之間同樣存在著顯著的指數關系，且不同月份的回歸關系差異明顯(圖6)。其中，7月份隨胸徑增大各樣樹日均耗水量的增幅最為顯著(R2= 0.95)，從7月份到9月份，隨胸徑增大日均耗水量的增幅逐步下降。胸徑與蒸騰之間存在指數相關關系，可能是由于與高大喬木相比，多年生葡萄冠層矮小枝葉繁茂，胸徑較大的葡萄樹葉面積增幅更大所導致。不同月份回歸關系的差異性則說明，隨著葡萄樹自身生長狀況及物候期變化，其蒸騰耗水量與胸徑或其他指標之間的關系存在季節或月份變化，因而我們使用胸徑或其他指標估算林分蒸騰耗水量時，應將這種可能存在的季節及月份變化考慮在內。

圖6 不同月份各樣樹胸徑大小與日均耗水量的曲線回歸Fig.6 Nonlinear regressions between diameter at breast height (DBH) and mean water consumption of different sample trees in different months

4.2 葡萄冠層尺度蒸騰及蒸散發特征

國內外相關研究采用蒸滲儀[37]、波文比能量平衡系統[38-39]、渦動相關技術[40-41]等技術來分析葡萄地水分利用狀況。本研究綜合使用樹干液流及渦動相關兩種技術，在分析典型生長季葡萄冠層蒸騰及蒸散發日變化規律時發現，二者均為單峰型曲線，且所體現的規律較為一致，說明采用“單位葉面積上的平均液流速率SF×葉面積指數LAI”這種擴展方法來估算葡萄冠層蒸騰量，以及采用渦動相關方法來測定葡萄地蒸散發，這兩種方法均較為可靠適用。本研究沒有分析夜間葡萄蒸騰及蒸散發變化規律，這是由于：(1)夜間莖部熱存儲不包括在熱平衡項之中，夜間莖部熱存儲量難以估算，故熱平衡法所測夜間液流數據存在一定誤差[42-43]；(2)夜間湍流發展不充分，渦動相關方法在測定夜間通量時存在低估現象[44-45],使用渦動相關技術不能得到準確可靠的夜間水熱通量數據。然而諸多研究表明，在某些植被類型中夜間蒸騰仍然存在，并且占到其日耗水量的5%—30%[33, 46]。目前已有經熱脈沖技術改進的熱率方法等[47]來測定植物夜間低液流甚至負液流，從而使得精確掌握植物夜間及全天蒸騰變化規律成為可能。然而，利用渦動相關技術還無法全面掌握植物冠層全天蒸散發變化規律。

典型生長季3個月中，葡萄冠層日均蒸騰量為 6.12 mm/d，日均蒸散發為7.13 mm/d，與其他國內外葡萄地蒸散發研究相比較高[48-50]，是由于本研究僅分析了典型生長季3個月的數據，而非整個生長季，因而均值較大。從圖5冠層蒸騰及蒸散發的連續日變化曲線中看到，7月份、8月份冠層蒸騰與蒸散發的比值(Esf/ETec)略大，但到9月份葡萄生長末期該比值有所下降(圖5)。趙麗雯等[51]研究黑河中游綠洲農田作物蒸騰和土壤蒸發時發現，玉米在生長初期至發育階段，土壤蒸發量大于蒸騰量，從發育階段開始蒸騰量逐漸占主導，到后期蒸騰量開始逐漸減小而蒸發又逐漸增加。本研究葡萄樹處于生長中期及后期，冠層蒸騰及蒸散發體現出同樣的變化規律。此外，該生長階段葡萄冠層蒸騰占蒸散發的平均比重達到85.8%，這是由于該時期葡萄樹枝葉生長旺盛，冠層較為郁閉，根據遙感數據計算得到的林分平均覆蓋度Pv達到90%左右，因而葡萄冠層蒸騰占據了蒸散發的絕大部分。通過計算日均蒸騰量及蒸散發的差值，得到葡萄地日均土壤蒸發量約為1.01 mm/d，只占總蒸散發量的14.2%。然而由于本研究未對土壤蒸發進行同步觀測，因而缺乏對于土壤蒸發估算量的驗證。今后將加強對葡萄完整生長季土壤蒸發、土壤含水量、葉面積變化等方面的監測，進一步增強“單位葉面積上的平均液流速率SF×葉面積指數LAI”這種擴展方法的正確性和可靠性。

5 結論

本研究綜合使用樹干液流及渦動相關兩種技術，采用基于熱平衡原理的包裹式莖流計，精確掌握了6棵葡萄樹的蒸騰耗水變化規律，使用“單位葉面積上的平均液流速率SF×葉面積指數LAI”這種擴展方法，實現從單株到林分冠層蒸騰的尺度擴展，從而通過與渦動相關技術所測蒸散發數據對比分析，詳細分析了敦煌南湖地區葡萄冠層蒸騰及蒸散發規律，發現典型生長季中葡萄樹液流速率日變化為單峰型曲線，日均耗水量從2.76 kg到10kg不等。冠層蒸騰及蒸散發日變化曲線亦為單峰型，白天8:00—12:00與17:00—20:00期間葡萄地蒸散發絕大部分來源于葡萄冠層蒸騰，12:00—17:00之間，午后太陽輻射強烈土壤蒸發量增加，葡萄蒸散發大于冠層蒸騰。葡萄典型生長季中，日均冠層蒸騰量為6.12 mm/ d，日均蒸散發為7.13 mm/ d，日均冠層蒸騰占日均蒸散發的比重達到85.8%，因而該階段冠層蒸散發以作物蒸騰為主。

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Research of transpiration and evapotranspiration from a grapevine canopy combining the sap flow and eddy covariance techniques

BAI Yan, ZHU Gaofeng*, ZHANG Kun, MA Ting

KeyLaboratoryofWesternChina′sEnvironmentalSystemswiththeMinistryofEducation,CollaborativeInnovationCentreforAridEnvironmentsandClimateChange,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China

In agriculture ecosystems, more than 90%of all water input is lost by evapotranspiration (ET). Thus, the accurate measurement ofETand its associated components (i.e., canopy transpiration and soil evaporation) are essential for many agricultural applications, such as irrigation scheduling, drainage, and yield forecasts. In the arid region of northwestern China, water resources are rare and are often the restricting factor for plant production. By comprehensively using the sap flow method and eddy covariance (EC) technique, the single tree sap flow velocity and evapotranspiration flux from the grapevine in a desert oasis ecosystem located in Nanhu County, China, were measured during a typical growing season from July 13 to September 12, 2013. Canopy transpiration was then obtained by multiplying the average sap flow per leaf area unit by the leaf area index (LAI), and compared with theEC-measured evapotranspiration flux. The results showed that the diurnal dynamics of sap flow velocity of all sample trees exhibited single peak curves. With increasing diameter of the grapevine at breast height (DBH), the peak in the diurnal variation of sap flow velocity tended to increase. Thus, the sap flow velocities of different single trees were mainly controlled by DBH. The average daily water consumption of the grapevine was exponentially associated with DBH, while the regression relationships differed significantly in different months. Mean water consumption of each sample trees ranged from 2.76 kg to 10kg during a typical growing season, which was consistent with previous studies on the water consumption ofTamarixramosissimain the hinterland of Taklimakan Desert in China. Daytime dynamics of canopy transpiration upscaled by sap flow (Esf) and evapotranspiration measured by EC (ETec) both exhibited the unimodal type, and their variation trends were also relatively identical. From 08:00to 12:00and 17:00to 20:00, there was good agreement between the values ofEsfandETec, which means that evapotranspiration primarily originated from canopy transpiration for this period. However, from 12:00to 17:00, the values ofEsfwere lower than those ofETec, due to the contributions of soil evaporation to the evapotranspiration process. During the study period, the daily evapotranspiration varied from 1.74 mm/d to 10.12 mm/d, with a mean value of 7.13 mm/d, while daily canopy transpiration ranged from 1.88 mm/d to 8.12 mm/d, with a mean value of 6.12 mm/d. The ratios of daily canopy transpiration to daily evapotranspiration varied from 60%to 98.3%, with a mean value of 85.8%. On cloudy and rainy days, the difference between daily evapotranspiration and daily canopy transpiration was very small, with both being less than 5 mm/d. These results indicate that evapotranspiration was dominated by canopy transpiration during the growth stage of the grapevine. The difference in daily evapotranspiration and daily canopy transpiration was daily soil evaporation with a mean value of 1.01 mm/d. However, this result still needs further experimental verification. Thus, the comprehensive use of the sap flow method and eddy covariance technique may help us to identify the characteristics evapotranspiration and its different components (canopy transpiration and soil evaporation) in ecosystem efficiently. This information will improve our understanding about how the evapotranspiration process interacts with environmental factors.

sap flow, heat balance method, eddy covariance, canopy transpiration, evapotranspiration

國家自然基金項目(31370467)；教育部“新世紀人才”項目(NCET-11-0219);中央高校基本科研業務費專項資金(lzujbky-2013-m02)

2014- 05- 03; < class="emphasis_bold">網絡出版日期:

日期:2015- 05- 19

10.5846/stxb201405030871

*通訊作者Corresponding author.E-mail:zhugf@lzu.edu.cn

白巖，朱高峰，張琨，馬婷.基于樹干液流及渦動相關技術的葡萄冠層蒸騰及蒸散發特征研究.生態學報,2015,35(23):7821- 7831.

Bai Y, Zhu G F, Zhang K, Ma T.Research of transpiration and evapotranspiration from a grapevine canopy combining the sap flow and eddy covariance techniques.Acta Ecologica Sinica,2015,35(23):7821- 7831.