植物茎流仪的基本原理

发布时间:2025-12-18 14:53

  植物茎流仪是一种用于无损、连续监测植物体内水分运输速率(即茎流,Sap Flow)的仪器,广泛应用于生态学、农林科学、水资源管理及气候变化研究中。其核心目标是量化植物蒸腾耗水量,揭示植物-水分-环境之间的相互作用。
  植物茎流仪的基本原理是:通过在植物茎干上施加一个可控的热信号,并检测热量在木质部中的传输变化,从而反演出水分流动的速度和流量。因为植物体内的水分主要在木质部导管中自下而上运输,水流会带走或改变热量的分布,这种热响应与茎流速率密切相关。目前主流技术主要有以下三类:
  1.热脉冲法(Heat Pulse Velocity,HPV)
  在茎干同一横截面上,沿径向插入两根探针:一根加热针(中间),两根温度感应针(上下对称)。
  短暂释放一个热脉冲(如几焦耳能量,持续几秒);
  若无水流,热量对称扩散,上下温升相同;
  若有向上茎流,热量被水流“推”向上方,上方温度升高更快、更高;
  通过测量上下温差或热脉冲到达时间差,计算出流速,再结合茎干横截面积估算体积流量。
  优点:功耗低、适合小径树木或灌木;
  局限:低流速时灵敏度下降,需校准。
  2.热平衡法(Heat Balance,HB)或恒热法
  推针呈环形或半环形包裹茎干,中心为加热器,周围为多点温度传感器;
  持续施加恒定功率的热量;
  当茎流为零时,热量均匀向四周散失;
  当有水流时,部分热量被水流带走,导致上游与下游温度不对称;
  通过能量平衡模型,由温差和输入功率直接计算出茎流量(单位:g/h或kg/day)。
  优点:可测真实质量流量,无需复杂校准;
  应用:常见于商品化茎流仪(如Dynamax FLGS系列)。
  3.热扩散法(Granier Method,最广泛应用)
  使用两根平行探针:上方为加热针(持续加热),下方为参考针(仅测温);
  加热针维持恒温(如比环境高5–10°C)或恒功率;
  无水流时,两针温差稳定;
  有茎流时,水流带走热量,温差减小;
  温差越小,表示茎流越强;
  通过经验公式将温差转换为相对或绝对流速。
  通过茎流仪,科研人员和管理者能够“看见”植物如何喝水、何时喝水、喝多少水,为精准农业、生态保育和水资源可持续利用提供关键数据支撑。

上一篇:高温真空管式炉的组成和原理
下一篇:微水测试仪的工作原理

免责声明: 凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。