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用生物质电容数据研究树木水分利用策略

九商K网  2020-06-28 18:42:47

原文以为标题发表于2018年1月9日的上。 ,通常被用于土壤体积含水量的测量。如今,研究者使用这种电容式(Frequency Domain Reflectometry,FDR)的传感器研究树木的水分利用策略。

生物质电容,英文表述为Biomass Capacitance,与植物体内的水分含量密切相关。在森林生态系统中,生物质电容在避免树体出现水力损伤以及确保正常的蒸腾作用方面至关重要。利用生物质电容的长期监测数据,可研究树木的水分利用策略。

储存于叶片、枝条、茎干中的水,存在昼夜波动,这种波动与植物液流、叶片气孔导度以及蒸腾作用密切相关。不同树种在根系长度、木质部结构以及气孔响应策略方面存在差异,因此,它们在水分存储和水分利用方面的特点也不同。

研究者们在密歇根州北部,开展了一项为期三年的实验,监测落叶林中五个树种的茎干生物质电容动态变化。他们使用频域反射式GS3测量茎干生物质电容以及与之对应的体积水分含量。

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在这项研究中,研究者们使用了一种通常用于土壤水分含量测量的电容式(FDR Type)传感器GS3,用于原位树体内水分含量的测量。GS3是一种频域反射式的传感器(FDR Type),对于被测量介质的密度变化敏感,因此需要预先进行单独校准,进而确保测量的准确。

研究者详细描述了整个校准过程。首先,将和待测树种一致的茎干砍下,截成小段,烘干,之后浸泡在不同量的水中,产生一系列不同水分含量的样品,之后用于传感器校准。

在实际测量时,首先使用定位板来打孔,确保树体上的孔距和GS3传感器探针的间距一致。之后,在插入传感器时,要确保传感器和树体紧密接触,防止有空气夹层的存在。

他们发现干旱耐旱和不耐受树种在树体水分储存策略方面存在显著差异。红枫是一种不耐旱树种,无论是在雨季还是旱季,其蒸腾作用都表现出对茎干生物质电容强烈依赖的特点。而橡树,一种更耐旱的树种,在所有条件下对茎干生物质电容的依赖要小得多。在充分灌溉的条件下,红枫树体的日均储水量变化约为10kg/d,然而类似大小的橡树树体的日均储水量的变化仅为1kg/d。

用生物质电容数据研究树木水分利用策略

除了树种差异外,树体茎干生物质电容还会受大气VPD和土壤含水量的影响。由树体储水量推导出的植物水化状况指标,可用于森林健康程度的评价,尤其是对干旱期前后森林健康状况的评估。例如,连续几天之间昼夜茎干生物质电容下降的最大值,可以指示树木开始出现水力胁迫(Hydraulic Stress)的时间点:从何时开始,由于土壤水势过低,不能完全补充耗尽的生物质电容,进而标记出水力胁迫的起始点。同样,在干旱恢复期,使用茎干生物质电容来直接量化树木水力功能的恢复过程。

参考文献 Matheny A M, Garrity S R, Bohrer G. The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees[J]. Journal of visualized experiments: JoVE, 2017 (130). Matheny A M, Bohrer G, Garrity S R, et al. Observations of stem water storage in trees of opposing hydraulic strategies[J]. Ecosphere, 2015, 6(9): 1-13.


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