基于液面平衡法的3种散孔材树种树干液流特征及误差校正

作     者：张含含 

作者单位：河北农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马长明

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：树干液流 热扩散探针法 液面平衡法 蒸腾速率 

摘      要：为准确评估林分的蒸腾耗水,提高水资源利用有效性。本文选取北方常见的散孔材造林树种 1 07 杨(Populus×euramericana cv.’74/76’)、旱柳(Salix matsudana Koidz)、二球悬铃木(Platanus acerifoli(Aiton)Willd.)为研究对象,采用热扩散式树干液流测定技术(Thermal dissipation probe-TDP)和液面平衡法,揭示了其树干液流时空变化规律及主要驱动因子;评估了热扩散树干液流测定技术在散孔材树种上的应用误差性,并进行校正,为揭示水分利用规律和提升耗水测算精度提供有力支撑。主要研究结果如下:(1)3个树种的树干液流在日尺度上呈明显的单峰型变化规律。在白天树干液流变化特征中,107杨、旱柳和二球悬铃木在不同天气下树干液流均呈先上升后下降的变化趋势,3个树种在不同天气下的液流量大小为:晴天阴天雨天。夜间树干液流变化趋势基本相同,但变化时间和变化幅度并不相同;二球悬铃木夜间液流总量占整日液流总量的14.39%,旱柳占比为17.97%,107杨占比为9.23%。不同方位树干液流存在较大差异,3个树种的南侧液流速率最高;以北侧(辐射强度影响小)液流速率为因变量,建立与其他方位液流速率的线性关系,效果较好。(2)大气温度(TA)、太阳辐射(RA)、空气相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)和土壤水分是影响树干液流的主要驱动因子。太阳辐射、饱和水气压差均与树干液流呈极显著正相关;空气相对湿度与树干液流呈极显著负相关;大气温度与树干液流呈显著正相关。土壤含水量与树干液流的变化是相互影响的,在10-20 cm处土壤含水量与液流速率呈显著负相关;茎干微变化与树干液流呈极显著负相关,而茎干微变化与土壤含水量呈显著正相关,三者之间具有密切的联系。(3)热扩散式树干液流测定技术在3个树种树干液流测算应用中存在较大误差。以液面平衡法测定结果为基准,107杨、旱柳和二球悬铃木的TDP测算误差率分别为-60.96%、-63.37%和-82.43%。因此在TDP原Granier测算公式的基础上进行方程拟合,构建了3个树种的特定校正公式,分别为Fd=0.0287K1236(R2=0.94)、Fd=0.0145K0.852(R2=0.91)和Fd=0.0274K1.173(R2=0.95),同时基于3个树种建立散孔材组合校正公式Fd=0.0250K1.113(R2=0.96)。(4)经验证,校正公式测算效果较好。以液面平衡法测定结果为基准,采用特定树种校正公式得出的液流量分别低估6.18%、5.86%和5.55%,用散孔材组合校正公式分别计算出3个树种的液流量与其蒸腾量相比,产生的误差值分别为-9.58%、-2.53%、-9.43%,均比Granier原始公式得出的准确性高。在特定树种校正公式和散孔材组合校正公式计算的液流速率中D均大于0.9,且RMSE和MAE均小于0且较接近于 0。且特定树种校正公式和散孔材组合校正公式与液面平衡法测得的蒸腾速率之间的误差均小于10%,说明此公式均能测得其真实的蒸腾速率。由于散孔材组合公式测量范围更加广泛,因此其适用性更强。