原文以The Role of Biomass Hydraulic Capacitance in Forest Transpiration為標(biāo)題發(fā)表于2018年1月9日的https://ams.confex.com上。
GS3土壤水分傳感器，通常被用于土壤體積含水量的測(cè)量。如今，研究者使用這種電容式（Frequency Domain Reflectometry，F(xiàn)DR）的傳感器研究樹(shù)木的水分利用策略。
生物質(zhì)電容，英文表述為Biomass Capacitance，與植物體內(nèi)的水分含量密切相關(guān)。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，生物質(zhì)電容在避免樹(shù)體出現(xiàn)水力損傷以及確保正常的蒸騰作用方面至關(guān)重要。利用生物質(zhì)電容的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可研究樹(shù)木的水分利用策略。
儲(chǔ)存于葉片、枝條、莖干中的水，存在晝夜波動(dòng)，這種波動(dòng)與植物液流、葉片氣孔導(dǎo)度以及蒸騰作用密切相關(guān)。不同樹(shù)種在根系長(zhǎng)度、木質(zhì)部結(jié)構(gòu)以及氣孔響應(yīng)策略方面存在差異，因此，它們?cè)谒执鎯?chǔ)和水分利用方面的特點(diǎn)也不同。
研究者們?cè)诿苄荼辈?，開(kāi)展了一項(xiàng)為期三年的實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)落葉林中五個(gè)樹(shù)種的莖干生物質(zhì)電容動(dòng)態(tài)變化。他們使用頻域反射式傳感器GS3測(cè)量莖干生物質(zhì)電容以及與之對(duì)應(yīng)的體積水分含量。
在這項(xiàng)研究中，研究者們使用了一種通常用于土壤水分含量測(cè)量的電容式（FDR Type）傳感器GS3，用于原位樹(shù)體內(nèi)水分含量的測(cè)量。GS3是一種頻域反射式的傳感器（FDR Type），對(duì)于被測(cè)量介質(zhì)的密度變化敏感，因此需要預(yù)先進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)，進(jìn)而確保測(cè)量的準(zhǔn)確。 研究者詳細(xì)描述了整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程。首先，將和待測(cè)樹(shù)種一致的莖干砍下，截成小段，烘干，之后浸泡在不同量的水中，產(chǎn)生一系列不同水分含量的樣品，之后用于傳感器校準(zhǔn)。 在實(shí)際測(cè)量時(shí)，首先使用定位板來(lái)打孔，確保樹(shù)體上的孔距和GS3傳感器探針的間距一致。之后，在插入傳感器時(shí)，要確保傳感器和樹(shù)體緊密接觸，防止有空氣夾層的存在。 |
他們發(fā)現(xiàn)干旱耐旱和不耐受樹(shù)種在樹(shù)體水分儲(chǔ)存策略方面存在顯著差異。紅楓是一種不耐旱樹(shù)種，無(wú)論是在雨季還是旱季，其蒸騰作用都表現(xiàn)出對(duì)莖干生物質(zhì)電容強(qiáng)烈依賴(lài)的特點(diǎn)。而橡樹(shù)，一種更耐旱的樹(shù)種，在所有條件下對(duì)莖干生物質(zhì)電容的依賴(lài)要小得多。在充分灌溉的條件下，紅楓樹(shù)體的日均儲(chǔ)水量變化約為10kg/d，然而類(lèi)似大小的橡樹(shù)樹(shù)體的日均儲(chǔ)水量的變化僅為1kg/d。
除了樹(shù)種差異外，樹(shù)體莖干生物質(zhì)電容還會(huì)受大氣VPD和土壤含水量的影響。由樹(shù)體儲(chǔ)水量推導(dǎo)出的植物水化狀況指標(biāo)，可用于森林健康程度的評(píng)價(jià)，尤其是對(duì)干旱期前后森林健康狀況的評(píng)估。例如，連續(xù)幾天之間晝夜莖干生物質(zhì)電容下降的最大值，可以指示樹(shù)木開(kāi)始出現(xiàn)水力脅迫（Hydraulic Stress）的時(shí)間點(diǎn)：從何時(shí)開(kāi)始，由于土壤水勢(shì)過(guò)低，不能完全補(bǔ)充耗盡的生物質(zhì)電容，進(jìn)而標(biāo)記出水力脅迫的起始點(diǎn)。同樣，在干旱恢復(fù)期，使用莖干生物質(zhì)電容來(lái)直接量化樹(shù)木水力功能的恢復(fù)過(guò)程。
參考文獻(xiàn)
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.
