水分沿导管或管胞上升的动力
水分上升的动力：根压和蒸腾拉力 水分上升的原因：蒸腾—内聚力—张力学说 （1）水柱有张力，（0.5~3MPa） （2）水分子间有较大的内聚力（20 Mpa），内聚力>＞张力 （3）水分子对导管坒有很强的附着力
水分在土壤-植被 大气连续体中运输 水分在土壤 植被-大气连续体中运输 植被
木质部结构
(A) 外层树皮 (B) 里层树皮 (C) 形成层 (D) 边材 (E) 心材
•只有边材输送水分 只有边材输送水分 •只需测量边材截面积 只需测量边材截面积. 只需测量边材截面积
木质部面积计算
• 计算边材面积才能计算出体积茎流
• Grainer使用的方法 使用的方法 破坏性取样测量
• 从样树中取出干心 • 测量 DBH（胸径） （胸径） • 计算树木周长 ST • 确立统计关系
CH=径向散热热电偶电压（mV) 径向散热热电偶电压（ 径向散热热电偶电压
能量平衡方程式(3) 能量平衡方程式
最后： 最后： F=(Pin-Qv-Qr)/CpdT(g/s) Cp=水的比热（J/g ×℃） 水的比热（ 水的比热 dT=树液的温度增加（℃） 树液的温度增加（ 树液的温度增加 dT=(AH+BH)/2 (℃)
Granier报道，正午时V值为 报道，正午时 值为 值为10-80 cm/h 报道
Grainier, André (1985): Une nouvelle éthode pour la mesure du flux de sève brute dans le tronc des arbres, Ann.Sci.For., 1985, 42 (2), 193-200. Granier,A., R. Huc and S.T.Barigali(1996): Transpiration of nabural rain forest and its dependence on climatic factors, Agricultural and Frorest Meterology 78:19-29
植物水分研究——水分在植物体内 植物水分研究 水分在植物体内 的运输与蒸腾耗水
基因有限公司 农业环境科学部 北京力高泰科技有限公司 2009年03月16日 年 月 日
水 分 在 植 物 体 内 的 运 输
土壤水 根毛 根皮层 根 中柱鞘 根导管 茎导管 叶 柄导管 叶脉导管 叶肉细胞 叶细胞间隙 气孔下腔 气孔 大气
SA = -0.0039 + 0.59 ST • 生长锥取样
马履一，王华田， 马履一，王华田，北京地区几个造林树种耗水性 比较研究 . 北京林业大学学报, 北京林业大学学报 2003, 25(2): 661～667 ～
热平衡原理
测量计工作原理－ 测量计工作原理－热量平衡
Pin =Qr +Qv+Qf(W) Pin(热量输入） 热量输入） 热量输入 Qr: 径向散热 Qv: 竖向（轴向）茎杆导热 竖向（轴向） 包括Qu和 。 ，包括 和Qd。 Qf: 茎流携带的热量 计算Qf后 计算 后，可以得到质量茎 流速率 (1)
大气
leaves
植被
根系
土壤 水
水
Radiation

循
环
Atmospheric monitoring
Plant Properties Evaporation Transpiration Soil Water Surface runoff River
关注热点： 关注热点：蒸腾耗水
水资源紧缺已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈 农业是我国的用水大户，用水总量占全国总用水量的70%， 其中农田灌溉用水量占农业用水量的90%-95%。 农业用水中的浪费现象相当严重 近年来，国内外相继开展了对作物需水量计算方法的大量研究， 作物需水量计算方法的大量研究， 作物需水量计算方法的大量研究 但这些研究大多以单点的和单一作物的耗水估算为主，在此 基础上采用插值法和面积加权平均法确定的区域作物耗水量 的精度会受到气象等因素的空间变异性的影响。 目前的重点是将单点的单一作物耗水估算模型的研究扩展到区 域尺度多种作物组合下的耗水估算方法与模型研究上，根据 域尺度多种作物组合下的耗水估算方法与模型研究上 作物及其不同生育期的需水估算，使有限的水最优分配到作 物的不同生育期内，为研究适合不同地区的非充分灌溉制度 提供基础数据和支撑。
(2)
能量平衡方程式(2) 能量平衡方程式
Qr =2 (pi) Kco L(Ti –To)/ln(Ri/Ro) Qr=Ksh×CH × Ksh=鞘传导率 鞘传导率 Ksh通过在 茎流，Qf=0,时解方程 通过在0茎流 通过在 茎流， 时解方程 （1）得到： ）得到： Ksh=(Pin-Qv)/CH(W/mV) (4) (3)
TDP – 测量原理
根据茎流速度的不同在探针之间产生了温度差异。 根据茎流速度的不同在探针之间产生了温度差异。高速茎 流向上传送热量并显示一个较低的电压信号， 流向上传送热量并显示一个较低的电压信号，各种低速流 如在夜里）则会产生最高的温差（大约10-13℃）。这 量（如在夜里）则会产生最高的温差（大约 ℃）。这 年提出的。 种测量原理由 Dr. André Granier 于1985年提出的。 年提出的 Grainier, André (1985): Une nouvelle éthode pour la mesure du flux de sève brute dans le tronc des arbres, Ann.Sci.For., 1985, 42 (2), 193-200. Granier A (1987): Mesure du flux de sève brute dans le tronc du Douglas par une nouvelle méthode thermique. Ann.Sc.For., Seichamps, 44
如何测量植物蒸腾耗水
最直接和最准确的 方法是测定全株水 分利用量，而测定 全株水分利用的方 法是测量茎杆茎流 茎流测量可以告诉 我们任意时间和不 同管理条件下的全 株水分利用情况
Transpiration
Sap flow
Soil water
茎流测定方法
• 热扩散方法 • 能量平衡原理
热扩散测茎流速率原理
能量平衡方程式(1) 能量平衡方程式
Pin =V2/R Ohms定律 定律
竖向传导的热量部分： 竖向传导的热量部分： Qv =Qu+Qd Qu =Kst A dTu/dX Qd =Kst A dTd/dX
Kst=茎秆的热传导率 (W/m×K), 茎秆的热传导率 × A=茎秆横截面积 (m2)，温度梯 茎秆横截面积 ， 度是dTu/dX(K/m)和dTd/dX， 度是 和 ， dX是热电偶节点间距 (m) 是热电偶节点间距
TDP – 测量原理
• 计算无量纲变量 K
K=(dTm - dT)/dT
dT为温差，dTm一般在黎明前无茎流时测得 为温差， 为温差 一般在黎明前无茎流时测得
• 计算流速 V
V= 0.000119 * K ^ 1.231 (m/s) • 计算边材横截面积并与 相乘得到体积流量 计算边材横截面积并与V相乘得到体积流量 Sapflow =A * V
TDP – 测量原理
每套传感器包括两个带有铜-康 每套传感器包括两个带有铜 康 铜热电偶的探针（ 铜热电偶的探针（T-Type)和一 和一 条特殊的加热线。 条特殊的加热线。两个热电偶 用同样的方式连接， 用同样的方式连接，信号直接 对应传感器两个探针的温度差 安装时， 异。安装时，两个探针一个在 上一个在下插入边材。 上一个在下插入边材。上面的 探针使用恒定电流加热。 探针使用恒定电流加热。