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树木夜间液流组分划分方法对比——以毛白杨为例

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植物生态学报 2024年第4期48卷 496-507页

作者：杨尚锦范云翔章毓文韩巧玲赵玥段劼邸楠席本野北京林业大学工学院北京100083 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 干旱半干旱地区森林培育和生态系统研究国家林业和草原局重点实验室北京100083 内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021

夜间液流可通过叶片气孔流失,即夜间蒸腾,也可存储在茎干中,即茎干充水。从夜间液流中区分夜间蒸腾与夜间茎干充水是一个亟待解决的难题。预测充水法由于其便捷性被广泛应用,但其准确性备受质疑。为了系统分析现有的不同预测充水法在夜... 详细信息

夜间液流可通过叶片气孔流失,即夜间蒸腾,也可存储在茎干中,即茎干充水。从夜间液流中区分夜间蒸腾与夜间茎干充水是一个亟待解决的难题。预测充水法由于其便捷性被广泛应用,但其准确性备受质疑。为了系统分析现有的不同预测充水法在夜间液流组分划分中的准确性与适用性,该研究以毛白杨(Populus tomentosa)为实验材料,利用热扩散探针在高1.3 m处和7.0 m处进行液流测量,结合高度差法和预测充水法分别在茎干充水和夜间蒸腾上的准确性优势,分析对比4种传统预测充水法的估算效果。就4种预测充水法对不同高度液流进行分析得出的夜间蒸腾量而言,仅基于线性衰减模型的预测充水法(Line法)误差不显著,其他方法均存在较大偏差。采用4种预测充水法估算的茎干充水量与高度差法所得结果相比,仅基于蒸腾反推的预测充水法(Et法)的预测结果与之存在极显著差异,其余预测法差异均不显著,且Line法偏差最小。基于以上结果,该研究提出“液流高度差预测充水法”作为夜间液流组分划分新方法,可将夜间液流划分为3个组分,即茎干充水、冠层充水和夜间蒸腾。新方法通过高度差法提高对冠层以下茎干充水量估算的准确性,通过误差最小的Line法提高冠层充水组分和叶片蒸腾组分划分的准确性。新方法计算的夜间充水约为76.5%,较现有研究提高了19.8%-26.5%。划分出的夜间液流组分对环境因子的响应结果表明,空气水汽压亏缺(VPD)与浅层土壤含水率为夜间充水的主要影响因子,夜间蒸腾在夜间液流中的占比与VPD呈非线性负相关关系。

关键词：方法对比夜间液流夜间蒸腾茎干充水组分划分杨树人工林热扩散探针

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晋西黄土区2种典型森林树种夜间液流特征及对环境因子的响应

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植物生态学报 2024年

作者：付照琦胡旭田沁瑞葛艳灵周红娟吴小云陈立欣北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站

了解晋西黄土区典型森林树种夜间水分利用对准确评价流域水循环和碳循环至关重要。但目前对于晋西黄土区典型森林树种的夜间液流的变化特征及对夜间环境因子的响应尚不明晰。为了探究该地区典型树种的夜间液流分配特征及对环境因子的响... 详细信息

了解晋西黄土区典型森林树种夜间水分利用对准确评价流域水循环和碳循环至关重要。但目前对于晋西黄土区典型森林树种的夜间液流的变化特征及对夜间环境因子的响应尚不明晰。为了探究该地区典型树种的夜间液流分配特征及对环境因子的响应,于2021年6–10月,采用热扩散探针（TDP）对山西省吉县蔡家川小流域刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林和蒙古栎（Quercus mongolica）天然林中树木树干液流、土壤水分和小气候进行连续监测,利用时间序列模型（ARMAX model）区分夜间液流中夜间蒸腾（Tn）和茎干补水（Re）。利用机器学习模型XGboost和SHAP解释框架分析夜间液流量(QNightime)与夜间环境因子的关系。结果表明:生长季刺槐和蒙古栎夜间蒸腾量占比(Tn/QNightime)分别为73.97%和30.12%,茎干补水占比(Re/QNightime)分别为26.03%和69.88%。机器学习XGboost模型结果表明夜间饱和水汽压差（VPD）和夜间土壤水分含量（SWC）是分别影响刺槐和蒙古栎夜间液流的主导因子。VPD、夜间气温（Ta）、夜间相对湿度（RH）和整日液流（QDaily）分别达到0.30 kPa、19.84℃、85.3%和339.11 kg·h–1后对刺槐夜间液流起促进作用。VPD达到1.5 kPa后对蒙古栎夜间液流起抑制作用, Ta和夜间风速（WS）分别达到23.11℃和0.58 m·s–1后促进蒙古栎夜间液流。SWC对刺槐和蒙古栎夜间液流的影响具有一致性,即SWC在0–12.9%范围内会促进夜间液流。因此构建夜间液流模型时应考虑环境因子的影响。刺槐夜间液流主要用于夜间蒸腾作用,而蒙古栎夜间液流主要用于茎干补水。夜间VPD和SWC分别是影响刺槐和蒙古栎夜间液流的主导因子。该研究揭示了晋西黄土区2种典型树种夜间液流分配特征及与环境因子的响应,这对于准确理解气候变化下黄土区典型森林树种的稳定性具有重要意义。

关键词：夜间液流环境因子夜间蒸腾黄土地区机器学习模型

黄土高原半干旱区沙棘夜间液流动态特征及影响因素

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黄河文明与可持续发展

黄河文明与可持续发展 2024年第1期 69-80页

作者：李瑞苹方伟伟河南大学黄河文明与可持续发展研究中心

为深入理解黄土高原典型退耕物种沙棘的夜间蒸腾耗水规律,探究该植物水分利用机制,2021年7—8月,本研究利用包裹式液流传感器对黄土丘陵区羊圈沟小流域的沙棘树干液流速率进行了连续观测,采用了趋势预测法将夜间液流进行有效拆分,量化... 详细信息

为深入理解黄土高原典型退耕物种沙棘的夜间蒸腾耗水规律,探究该植物水分利用机制,2021年7—8月,本研究利用包裹式液流传感器对黄土丘陵区羊圈沟小流域的沙棘树干液流速率进行了连续观测,采用了趋势预测法将夜间液流进行有效拆分,量化了夜间蒸腾和储水对夜间液流的贡献度,分析了沙棘夜间液流动态特征及其影响因素。研究结果表明:夜间液流量占整日夜间液流量的14.07%±5.64%。在小时尺度上,夜间液流与大气温度、相对湿度和水汽压差显著相关。沙棘夜间储水对夜间液流的贡献平均占比约为27.13%,夜间蒸腾对夜间液流的贡献平均占比约为72.87%;沙棘夜间储水和蒸腾的主要影响因素为相对湿度和土壤含水量,其占比主要影响因素为40—120 cm土壤含水量。该研究可为黄土高原地区植被恢复和管理提供理论依据。

关键词：夜间液流趋势预测法夜间蒸腾茎干储水

毛白杨茎干夜间液流时空动态及其环境影响因子

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植物生态学报 2023年第2期47卷 262-274页

作者：范云翔邸楠刘洋章毓文段劼李新王海红席本野北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021 北京时域通科技有限公司北京100085 梁水镇人民政府山东聊城252037

为了更深入地理解树木茎干夜间水分活动机制,该研究针对华北平原典型杨树(Populus spp.)人工林夜间液流和茎干充水的时空动态及其环境影响因子进行探究。该研究以雨养条件下毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,在不同生长时期,利用热... 详细信息

为了更深入地理解树木茎干夜间水分活动机制,该研究针对华北平原典型杨树(Populus spp.)人工林夜间液流和茎干充水的时空动态及其环境影响因子进行探究。该研究以雨养条件下毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,在不同生长时期,利用热扩散法对茎干不同高度处液流速率进行连续监测,对土壤含水率以及气象因子进行同步测定,对比不同时期各高度夜间液流动态及其与环境因子的相关关系。结果显示:雨季前,茎干0.35和1.30 m处夜间液流占日总液流量的比例显著高于雨季后,而雨季后茎干7.00 m处夜间液流占比提高了49%。雨季前,茎干各高度处夜间液流速率同步性较高,且随茎干高度增加逐渐递减。雨季后,夜间用水主要来源由根系吸水转变为下部茎干储水,基部夜间液流速率降低66%,不同高度夜间液流的空间特征也发生变化。雨季前后,4.00-7.00 m茎段为茎干充水的主要发生部位,平均日充水量达4.16 L,而1.30-4.00 m茎段充水量明显低于其他高度茎段,可能主要发挥输水功能。水汽压亏缺、气温和3 m深土壤含水率对雨季前后各高度处夜间液流均有显著的正向驱动作用,但这种驱动作用在雨季后明显减弱,且在不同高度间存在一定差异。

关键词：杨树人工林夜间液流茎干高度茎干充水

乌兰布和沙漠梭梭(Haloxylon ammodendron)夜间液流特征及其环境驱动机制

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中国沙漠 2022年第5期42卷 195-203页

作者：刘雅莉白建华熊伟韩雨晴廉泓林郭浩辛智鸣刘湘杰刘怀远中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 中国林业科学研究院荒漠化研究所北京100091 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心北京100091 中国林业科学研究院内蒙古磴口荒漠生态系统定位研究站北京100091 科尔沁左翼中旗水务局内蒙古科尔沁左翼中旗029300

树木夜间液流(Qn)指夜晚通过根、茎、叶等器官的液流量,对于研究树体内水分的运移、存储以及叶片蒸腾等具有重要的生理生态学意义。本研究于2020年6-10月,应用Granier热扩散探针法测定了乌兰布和沙漠梭梭(Haloxylon ammodendron)人工灌... 详细信息

树木夜间液流(Qn)指夜晚通过根、茎、叶等器官的液流量,对于研究树体内水分的运移、存储以及叶片蒸腾等具有重要的生理生态学意义。本研究于2020年6-10月,应用Granier热扩散探针法测定了乌兰布和沙漠梭梭(Haloxylon ammodendron)人工灌丛枝条的液流,同步监测了大气温度(T)、相对湿度(RH)、降水量(P)、风速(WS)和土壤水分等环境因子,分析了梭梭夜间液流特征及其对环境因子的响应。结果表明:(1)梭梭灌丛枝条液流密度呈现出明显的昼夜变化规律;白天梭梭液流密度(SFD)呈现出“单峰型”或“双峰型”曲线,值为0.03-0.18 g·cm^(-2)·min^(-1);夜间SFD的变幅较小,为0.04-0.08 g·cm^(-2)·min^(-1)。(2)在6、7、8、9、10月,梭梭灌丛Qn分别为0.57±0.38、0.51±0.37、0.50±0.34、0.55±0.32、0.37±0.18 kg·d^(-1),分别占日液流通量的23.29%、24.07%、26.76%、31.26%、30.27%,说明Qn是估计梭梭灌丛日蒸腾耗水量的重要组成部分。(3)Qn与T、WS和饱和水汽压差(VPD)正相关(P<0.05),而与RH负相关(P<0.05),其中VPD与Qn的相关性最大。(4)在日尺度上,Qn与相对土壤含水量(REW)正相关(P<0.05),说明Qn随着土壤水分有效性的提高而增大。

关键词：乌兰布和沙漠夜间液流热扩散茎流仪环境因子相对土壤含水量

九寨沟针阔混交林的夜间液流及其分配特征研究

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北京大学学报（自然科学版） 2020年第4期56卷 732-738页

作者：鄢春华王蓓邹振东余雷雨黄婉彬邱国玉北京大学深圳研究生院环境与能源学院深圳518055

利用Granier热扩散探针测定九寨沟针阔混交林3个主要树种2013年的树干液流密度,分析各树种夜间液流的季节变化特征及夜间茎干补水与夜间蒸腾的分配特征。结果表明,红桦(Betula albosinensis Burk.)和茶条槭(Acer ginnala Maxim.)的夜间... 详细信息

利用Granier热扩散探针测定九寨沟针阔混交林3个主要树种2013年的树干液流密度,分析各树种夜间液流的季节变化特征及夜间茎干补水与夜间蒸腾的分配特征。结果表明,红桦(Betula albosinensis Burk.)和茶条槭(Acer ginnala Maxim.)的夜间液流占全天液流比例多为0~30%,油松(Pinus tabulaeformis Carr.)多为0~25%,但在某些特定条件下,夜间液流占比会超过40%;生长季各树种夜间液流占比均呈“U”型变化,生长季初期和末期较高,生长季中期较低;典型晴天内,各树种夜间液流密度均与饱和水汽压差呈极显著的线性关系(R2>0.95),表明夜间茎干补水和夜间蒸腾同时发生;红桦、茶条槭和油松的夜间茎干补水和蒸腾分别占夜间液流活动的80.7%和19.3%,81.4%和18.6%,63.9%和36.1%。

关键词：夜间液流夜间茎干补水夜间蒸腾热扩散探针针阔混交林九寨沟

植物夜间液流的发生、生理意义及影响因素研究进展

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生态学报 2018年第21期38卷 7521-7529页

作者：方伟伟吕楠傅伯杰中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

植物夜间液流是指在夜间通过植物根、茎、叶的液流量。通过对不同物种、生境条件和生态系统的野外观测,发现植物普遍存在夜间液流现象。阐述了夜间液流的大小和组成,并从夜间液流的生理意义、影响因素以及生态水文效应方面对已有的研究... 详细信息

植物夜间液流是指在夜间通过植物根、茎、叶的液流量。通过对不同物种、生境条件和生态系统的野外观测,发现植物普遍存在夜间液流现象。阐述了夜间液流的大小和组成,并从夜间液流的生理意义、影响因素以及生态水文效应方面对已有的研究进展进行了综述和分析。夜间液流占到全天液流量的比例一般为5%—20%。夜间液流包括夜间的茎干补水和夜间的蒸腾作用两个过程,但是目前没有确切的研究或技术将两个过程区分开来。虽然总体上夜间液流占全天液流量的比例较少,但是夜间液流的储水作用和蒸腾作用对植物生长有重要的生理意义:夜间储水作用提高了夜间茎干水势,减少了木质部栓塞化的形成,加强了植物对干旱环境的适应;而蒸腾作用在营养物质和氧气的运输,以及水力提升等方面有重要的作用。影响夜间液流的因素较多,气象因素是主要的环境驱动因子,而土壤水分对夜间液流的影响与生境有关;夜间液流还受到物种和生境条件的影响。由于夜间液流的发生,对不同尺度的生态水文过程产生了影响。未来的研究可进一步探索在全球气候变化条件下,夜间液流与植物生理过程的关系,定量评估夜间液流对生态水文过程的影响,深入研究夜间液流对环境变化的响应。

关键词：夜间液流生理意义影响因素生态水文效应

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北京山区元宝枫夜间液流活动特征及影响因素

生态学报 2019年第9期39卷 3210-3223页

作者：张婕蔡永茂陈立欣陈左司南张志强北京林业大学水土保持学院水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100083 北京市八达岭林场北京102112

树木夜间会维持部分气孔开放,从而能够在一定环境驱动因子的情况下进行夜间蒸腾。夜间液流作为储存水的重要来源,能够补充植物白天的水分亏缺,使其恢复水分储备,对植物生长发育有重要意义。采用TDP热探针法测定了位于八达岭林场的元宝... 详细信息

树木夜间会维持部分气孔开放,从而能够在一定环境驱动因子的情况下进行夜间蒸腾。夜间液流作为储存水的重要来源,能够补充植物白天的水分亏缺,使其恢复水分储备,对植物生长发育有重要意义。采用TDP热探针法测定了位于八达岭林场的元宝枫树干液流密度,同步监测了主要环境因子,以深入揭示树木夜间蒸腾耗水规律和植被应对环境胁迫的调控机制,为山区植被建设、森林健康经营和挑选节水树种提供理论依据。结果表明:以0:00为界区分前半夜和后半夜,元宝枫夜间液流速率前半夜较后半夜活跃,且前半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的53.85%—64.10%,而后半夜夜间累积液流量占夜间累积液流量的35.9%—46.15%。5月的夜间累积液流量最大,平均夜间液流通量为5月>6月>8月>9月>7月。存在水分胁迫的条件下降雨之后夜间液流会增大,而当土壤水分条件较好,土壤水分不再是夜间液流的限制因子时,夜间液流通量并不高。不同树木形态的夜间液流通量有显著差异,在一定范围内,胸径树高冠幅越大的样木,夜间液流通量越大。用于夜间蒸腾的夜间液流通量与饱和水汽压差、温度、空气相对湿度、风速相关,其中夜间蒸腾存在于前半夜,表现为前半夜夜间液流通量与环境因子的相关性相较后半夜相关性较为显著,后半夜则以补水为主,补水量取决于土壤含水量和日蒸腾强度。存在干旱胁迫的条件下,夜间液流既用于夜间蒸腾,又有一部分用来补水;而土壤水分条件好时夜间液流则主要用于补水,此时夜间树干液流与环境因子相关性不高。元宝枫夜间液流通量的日蒸腾贡献率5、6月份大于7、8月份,即干季比湿季贡献率更高。夜间液流通量的日蒸腾贡献率与白天总蒸腾量相关性较高,并与累积太阳辐射成负相关。

关键词：夜间液流环境因子树形因子日蒸腾贡献率

半干旱区油松林分夜间液流变化特征及其影响因子

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中国水土保持科学 2021年第5期19卷 37-44页

作者：徐志彬陈胜楠陈立欣刘清泉刘平生张志强北京林业大学水土保持学院北京100083 内蒙古林业科学研究院呼和浩特010010

近年来,随着大气温度升高,树木蒸腾加剧,森林经营管理面临水资源短缺等一系列问题。夜间液流作为树干液流的重要组成部分,对准确估算林分耗水及水资源管理有着重要意义。于2019年生长季,以呼和浩特市树木园60年生油松为研究对象,采用热... 详细信息

近年来,随着大气温度升高,树木蒸腾加剧,森林经营管理面临水资源短缺等一系列问题。夜间液流作为树干液流的重要组成部分,对准确估算林分耗水及水资源管理有着重要意义。于2019年生长季,以呼和浩特市树木园60年生油松为研究对象,采用热扩散法(TDP探针)测定树干液流,同步监测林外环境因子,以揭示半干旱区油松夜间液流调控机制。结果表明:1)生长季油松林分夜间液流呈现出明显的日、月变化。在日尺度上,油松林分夜间液流速率呈单一递减趋势,各月在00:00前均可以观测到明显夜间液流,且00:00前液流速率下降幅度更为明显;在月尺度上,油松林分夜间液流量5月最大,其次依次为9月>6月>8月>7月。2)在日尺度上,生长季油松林分夜间液流量与饱和水汽压差、土壤相对含水量和日间液流量呈显著正相关(P0.05)。生长季油松林分夜间液流平均贡献率为7%,不同影响因子对夜间液流贡献率的作用大小依次为日间液流量>饱和水汽压差>日间太阳总辐射。研究发现:生长季油松林分各月均存在明显的夜间液流,环境因子与油松林分夜间液流存在显著相关(P液流量时,若不考虑夜间液流,月液流量将被低估3.0%~11.5%。

关键词：夜间液流日间液流环境响应夜间液流贡献率