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Granier原始公式计算树干液流速率的适用性分析——以毛白杨为例
植物生态学报
2023, 47 (3):
404-417.
DOI: 10.17521/cjpe.2022.0321
热扩散探针(TDP)在林木蒸腾研究中应用极广, 其测定数据的计算精度直接影响对林木和林分耗水的精准定量。Granier原始公式(Fd = 0.0119K1.231, Fd为液流速率(cm·s-1), K为温差系数)是计算TDP测定数据的标准方法, 但其准确性备受质疑。为系统了解Granier原始公式的适用性和明确对其校正的必要性, 该研究以毛白杨(Populus tomentosa)为实验材料, 采用室内茎段法和整树容器法, 针对不同型号的TDP探针评估Granier原始公式的精度, 并对比不同方法校正公式的应用效果。与茎段法实测值相比, Granier原始公式计算的液流速率平均低估52.3%-61.4%。通过茎段法和整树容器法得到的校正公式分别为Fd = 0.0362K1.870和Fd = 0.0105K0.976; 且一种方法下得到的校正公式, 在其他方法条件下应用时存在较大偏差。与Granier原始公式相比, 整树容器法校正公式计算的大田生长状态下的7株林木的平均液流速率没有显著变化, 但茎段法和其他研究中得到的毛白杨校正公式的计算结果均显著变大。以整树容器法做对比, Granier原始公式的精度明显高于其他校正公式, 其相对平均绝对误差和均方根误差分别为10%和0.000 5 cm·s-1。此外, 校正公式的系数在不同林木间存在较大差异, 但其数值与导水边材中探针长度所占比例呈显著负相关关系。综上, 利用TDP测定液流时, 可能有必要对Granier原始公式进行校正, 但不同方法校正公式的应用效果差异巨大, 表明以往研究中得到的校正公式具有很大局限性。同时, 该研究未找到充足证据支撑“有必要采用校正公式以精确估算毛白杨液流速率”的观点, 尤其是考虑到整树容器法校正公式对大田栽植的毛白杨的液流速率估算结果与Granier原始公式并无显著差异, 因此建议继续对该树种延用Granier原始公式。 ![]() View image in article
图8
利用室内茎段法实验数据验证Granier原始公式和不同的毛白杨校正公式。M1, Granier原始公式; M2, 茎段法校正公式; M3, 整树容器法校正公式; M4, 马玉洁等(
正文中引用本图/表的段落
采用茎段法数据验证的情况下(图8), 茎段法校正公式计算的液流速率与真实值相对最为吻合。然而, Grainer原始公式和整树容器法校正公式的计算值均明显低于真实值, 由此可见: 1)茎段法校正公式的精度相比Granier原始公式有明显提高; 2)整树容器法校正公式仍存在较大的液流估算偏差。此外, 马玉洁等(2020)、Xie和Wan (2018)校正公式的计算结果也与真实值有较大差异, 但偏差程度整体高于茎段法校正公式而低于整树容器法校正公式与Granier原始公式(图8)。
利用TDP探针测定液流速率时, 校正Granier原始公式的必要性和重要性虽然众所周知, 但现实中进行公式校正或应用其他研究校正系数的则非常少(Dix & Aubrey, 2021b)。首先, 该现象反映出液流公式校正工作的难度非常大。其次, 也反映出学者们可能认为自己或他人研究中得到的校正公式的适用性有限, 因为目前还很不清楚立地条件、树干直径、林分结构等众多生物和非生物因素以及不同校正方法会对校正系数产生什么样的影响(刘庆新等, 2013; Fuchs et al., 2017; Dix & Aubrey, 2021b; 马长明等, 2021)。事实上, 本研究或/和其他研究的结果都表明: 1)同一方法(室内茎段法或整树容器法)得到的校正系数, 在该方法条件下的适用性很好, 但用于其他方法条件下的液流速率计算时常存在较大偏差(图8, 图9; 赵秀华等, 2015; Dix & Aubrey, 2021a; 马长明等, 2021); 2)其他研究中得到的某一树种的校正系数未必在其他地点的同一树种上也适用, 如马玉洁等(2020)、Xie和Wan (2018)的毛白杨校正公式在预测本研究中毛白杨的液流速率时也存在较大误差(图8, 图9); 3)现有研究中得到的校正公式的精度还缺少严格论证, 如前文所述, 通过室内茎段法和整树容器法得到的校正公式大多没有在自然生长生态下的林木上进行过验证和修正, 或者即使采用蒸渗仪法验证了校正公式的适用性, 其验证数据和校准数据也来自相同的林木个体。
本文的其它图/表
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