基于热技术液流测量方式综述

2022-10-26 15:41:08 点将科技 69

背景摘要:植物的蒸腾作用是水分利用的主要形式,拉动水分在“土壤-植物-大气”连续体体系中不断循环迁移。树木蒸腾耗水产生的水势差会拉动水分通过木质部向上运输进而形成液流,因此树干液流可作为评估树木蒸腾耗水能力的一项重要指标。

液流测量方式液流测量方式

方法

原理

安装示意图

适用类型

优缺点

热脉冲

(Heat Pluse

VelocityMethod,HPVM)

补偿热脉冲法(CHPM)

测量 2 个对称放置在线性加热器两侧的温度传感器达到 相同温度时的时间来计算液流密度。

 

 

image.png

 

 

 

 

方法成熟,应用较广泛,可行性较高。

 

 

 

 

 

 

优点:不受环境条件,树冠结构及根系特性的影响,简洁准确,经济可行。
缺点:存在测定精度问题。

最大温差法(T-max)

由加热器和 1 个温度探针组成,通过记录从发出热脉冲至温度探针到达最大温度时的时间, 再根据 MARSHALL 的基础理论计算液流速率。

热比率法

由 1 个加热器和 2 个安装在加热器上下游的温度探针组成,通过测定 2 个探针的增温比即可计算液流速率。

热平衡法(Heat Balance Method,HBM

茎热平衡法 (Stem Heat Balance,SHB)

 

加热元件上下方安装 2 对热电偶,用来测定液流通过后的温差,依据热量平衡关系计算液流

 

image.png

SHB 法适用于测定胸径较小的树干。

 

优点:无需标定,进一步提高了测量精度。

缺点:不适用于液流速率较高的植物。


树干热平衡法 (Trunk Heat Balance,THB)

 

与茎热平衡法类似,均通过热

量平衡关系计算液流,

 

image.png

THB 法同样不需要标定,并且可测定胸径较大的树干。

 

优点:THB 法同样不需要标定。

缺点:THB 法设 备较多,安装相对复杂,易对树干造成微损伤。

 

热扩散法(Thermal Dissipation Method,TDM)

 


通过温差与液流速率间的关系计算液流速率

 

image.png


优点:测定结果较准确,仪器成本较低,安装简单,有较成熟的商品化产品

缺点:液流可能被低估。

热场变形法 (Heat Field

Deformation,HFD)


通过测定加热器周围轴向和切向的温度差来表征由树液流动而产生的热场变化,进而确定液流密度

 

image.png


优点:能够准确地测定零液流量以及逆向液

缺点:测定过程较复杂

 

外热比法 (External Heat-Ratio,EHR)

 


通过释放热脉冲 ,根据 2 个热电偶的增温比来计算液流密度

image.png

外热比法最小可测直径为 5 mm,较少应用于直径较大的茎干。

优点:精确、无损地测定胸径较小的树干中的双向液流。

缺点: 微型外部量规的配置尚存在问题。

应用展望:

1、热脉冲法、热平衡法、热扩散法经一系列的发展与完善,减小了测量误差。热扩散法还形成了成熟的商业化产品,并得到了广泛的应用。

2、虽然利用外热比法和热场变形法测定活立木液流速率的研究有限,但外热比法实现了精确的零破坏检测,热场变形法液流速率测定范围广,并可准确的测定零液流和逆向液流。

3、在利用外热比法测定液流速率时,需要针对不同样本以及实验条件设计不同的量规,这是外热比法的不足之处。因此,外热比法和热场变形法亟待更为深入研究。

4、在未来,应用热技术测定树干液流仍需关注以下热点:

A)在完善研究活立木蒸腾耗水特点的同时,结合土壤生物因子和气象因子与树干液流的关系,进一步

深入研究活立木生理作用;

B)从微观和宏观方面监控水分运动,研究水分利用与树木生长的关系;

C)在生产 实际方面,进一步完善活立木单株和森林林区的数据监控,为实现高效的林区治理提供有力依据。


来源:宋博华,高歌,高珊,孙琳琳,李冰雪.基于热技术的活立木液流测量方法综述[J].浙江农林大学学报,2022,39(2):456–464

15821625398
最新产品
联系
分享按钮