植物水分研究——水分在植物体内的运输与蒸腾耗水

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（20Mpa），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-大气连续体中运输土壤植被大气leaves根系水SoilWaterAtmosphericmonitoringRadiationTranspirationSurfacerunoffEvaporationRiverPlantProperties水循环关注热点：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，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。如何测量植物蒸腾耗水SapflowTranspiration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Soilwater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每套传感器包括两个带有铜-康铜热电偶的探针（T-Type)和一条特殊的加热线。两个热电偶用同样的方式连接，信号直接对应传感器两个探针的温度差异。安装时，两个探针一个在上一个在下插入边材。上面的探针使用恒定电流加热。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。高速茎流向上传送热量并显示一个较低的电压信号，各种低速流量（如在夜里）则会产生最高的温差（大约10-13℃）。这种测量原理由Dr.AndréGranier于1985年提出的。Grainier,André(1985):Unenouvelleéthodepourlamesuredufluxdesèvebrutedansletroncdesarbres,Ann.Sci.For.,1985,42(2),193-200.GranierA(1987):MesuredufluxdesèvebrutedansletroncduDouglasparunenouvelleméthodethermique.Ann.Sc.For.,Seichamps,44TDP–测量原理•计算无量纲变量KK=(dTm-dT)/dTdT为温差，dTm一般在黎明前无茎流时测得•计算流速VV=0.000119*K^1.231(m/s)•计算边材横截面积并与V相乘得到体积流量Sapflow=A*VGranier报道，正午时V值为10-80cm/hGrainier,André(1985):Unenouvelleéthodepourlamesuredufluxdesèvebrutedansletroncdesarbres,Ann.Sci.For.,1985,42(2),193-200.Granier,A.,R.HucandS.T.Barigali(1996):Transpirationofnaburalrainforestanditsdependenceonclimaticfactors,AgriculturalandFrorestMeterology78:19-29TDP–测量原理木质部结构(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使用的方法破坏性取样测量•从样树中取出干心•测量DBH（胸径）•计算树木周长ST•确立统计关系SA=-0.0039+0.59ST•生长锥取样马履一，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,2003,25(2):661～667热平衡原理Pin=Qr+Qv+Qf(W)(1)Pin(热量输入）Qr:径向散热Qv:竖向（轴向）茎杆导热，包括Qu和Qd。Qf:茎流携带的热量计算Qf后，可以得到质量茎流速率测量计工作原理－热量平衡Pin=V2/ROhms定律竖向传导的热量部分：Qv=Qu+Qd(2)Qu=KstAdTu/dXQd=KstAdTd/dXKst=茎秆的热传导率(W/m×K),A=茎秆横截面积(m2)，温度梯度是dTu/dX(K/m)和dTd/dX，dX是热电偶节点间距(m)能量平衡方程式(1)Qr=2(pi)KcoL(Ti–To)/ln(Ri/Ro)Qr=Ksh×CH(3)Ksh=鞘传导率Ksh通过在0茎流，Qf=0,时解方程（1）得到：Ksh=(Pin-Qv)/CH(W/mV)(4)CH=径向散热热电偶电压（mV)能量平衡方程式(2)最后：F=(Pin-Qv-Qr)/CpdT(g/s)Cp=水的比热（J/g×℃）dT=树液的温度增加（℃）dT=(AH+BH)/2(℃)能量平衡方程式(3)