在自然界，土壤－植物－大气连续体构成的水流路径中，树干液流量制约着树冠的蒸腾量。植物耗水是土壤－植物水分循环中最为重要环节，在水资源规划与需水量计算上, 更需要林分水平的耗水信息。这主要有2种方法来实现：一是直接测定, 如利用微气象手段来获得林分水平的水分耗散，林地蒸散通常包括草本、灌木、树木蒸腾和土面蒸发，很难分清树木的准确蒸腾量；二是由单木进行推导，即空间尺度扩大。要进行尺度扩大, 面临的一个非常关键的问题就是:如何将有限的几株单木的水分测定推算到整个林分的耗水量?前人做过很多尝试，Ladefoged(1963)利用单木液流量与冠幅、单木面积(胸径处的横截面积)之间的关系进行推算，但是发现它们之间的相关性不显著; Cermark等(1987)利用液流量与树干基部面积之间的关系估算林地耗水, 也没有发现很强的相关性。Werk(1988)利用叶面积进行估算, 同样未获成功。Hatton等(1990)利用单木占地面积推算林分的耗水，这种方法与利用微气象法测定的结果比较一致。Grier等(1977)利用边材面积与液流之间的关系进行推算, 获得了较为可信的结果。Hatton等(1995)认为, 木质部输导断面积、叶面积、胸径和基于生态地域理论的单木占地都是比较理想的空间推导纯量，叶面积是实现单木到林分耗水尺度转换最为可信的变量, 并且提出了非线性关系的理论模型来反映液流量和叶面积的关系。Hatton等(1995)更进一步推导出胸径这样易于准确测定, 并且与叶面积、边材面积等相比具有较小误差的纯量, 而且胸径与蒸腾之间的相关性也比较高。根据Hatton的研究, 边材面积与蒸腾量之间、胸径与蒸腾量之间均为线性关系。我国在这方面的研究起步较晚，马李一等(2001)对油松(Pinus tabulaeformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)单木向林分耗水转换进行了初步研究；翟洪波等(2004)通过标准比导率推算了油松、栓皮栎(Quercus variabilis)混交林的耗水量。

基于上述理论, 本研究在极端干旱区的额济纳绿洲对胡杨(Populus euphratica)进行了单木液流与边材面积(树木胸径处的边材断面积)、位点、方位等关系的研究，提出了单木的蒸腾耗水规律，在此基础上根据液流的比导率，推导出胡杨林分的耗水量。

1 试验地概况和试验方法 1.1 研究区概况

2003年5—10月，试验在黑河下游的额济纳绿洲七道桥胡杨林保护区中进行，该区位于42°01′ N，101°14′ E，高程920.46 m，属极端干旱气候区，年平均温度8.2 ℃, 风速4.7 m·s^－1, 多年平均降雨量为37.9 mm, 而蒸发量高达3 700 mm以上, 是降水量的100倍。干燥度13.7, 是中国最干旱的地区之一, 属典型的荒漠地带。

1.2 标准地的选取

在胡杨保护区内的核心区中，选择生长良好、密度在1 500株·hm^－2、林龄25年的林分作为标准试验地，面积30 m×20 m。标准地林分平均胸径为14.6 cm，树高6 m，树冠2 m×2 m，属于近熟林(王世绩等，1995)，郁闭度0.8，林下有少量的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、苦豆子(Sophora alopecuroides)。土壤为胡杨林土，0~30 cm土壤有机质含量0.724%，30~200 cm为0.127%。观测期间地下水位在3.5~3.0 m之间，没有河水补给保护区。根据Hatton(1990)的研究结果与树冠不受遮蔽的原则，以平均胸径为依据，选择胸径23.9 cm、树高5.2 m、树冠2.3 m×2.3 m和胸径15.9 cm、树高4.8 m、树冠2 m×2 m的2株作为标准木A和B，入选者长势良好，树干通直, 冠幅适中，树皮光滑，无病虫害。

1.3 试验方法

热脉冲液流测定单木耗水技术参见张小由等(2003)。2003年6月13—19日对4株不同胸径(12.7、14.3、15.9、23.9 cm)的胡杨液流量进行测定；7月11—21日，在样木B上，测定4个方位(E、S、W、N)的液流通量；8月11—25日，在样木A上，对不同位点(深度)的液流通量进行测定；在4—10月各选择10 d，对样木A进行液流量测定。

对标准地的胡杨进行每木检尺，并在1.3 m处用生长锥测定边材的宽度。胡杨边材心材区分相当明显，边材白色，心材部分棕褐色, 交界处明晰，便于测量。另外记录树高、胸径、年龄、立地等因子。

数据处理采用热脉冲茎流仪器(GREENSPAN)所携带软件，可计算出液流速率、液流通量和累计液流量。用澳大利亚ICT公司的自动气象站同步观测微气象因子。

2 结果分析 2.1 单木耗水量测定 2.1.1 不同位点(深度)液流速率变化

液流的输送主要在木质部中进行，其中95%是在形成层以下40~60 mm的边材中(刘奉觉等，1993)。根据Phillips等(1996)对火炬松(Pinus taeda)的木质部水分运移研究表明，针叶树种液流主要发生在从形成层起到形成层以下40 mm左右的深度。根据对试验样地胡杨的调查，25林龄的胡杨边材宽度30~50 mm。本次试验选择胸径23.9 cm的标准木A，边材宽度为22 mm，设定了4个深度5、10、15、2 0 mm。8月12—23日进行为期12 d的观测(图 1)。从图 1可以看出，木质部不同径向深度的液流速率有明显的差异，但其变化趋势相同；从木质部开始，随深度增加，液流速率也随之增加，在15 mm处最大，再随深度增加，液流速率减小；越靠近形成层，流量启动越早，晚上液流减小也滞后。可以认为胡杨液流速率在边材中呈正态分布，在形成层以下15 mm达到最大。

2.1.2 不同方位液流速率变化

在标准木B上，按照同一深度15 mm，选择正东、南、西、北4个方位计算出液流速率。液流速率在同一深度不同方位上，也有较大的差异。从图 2中明显看出，液流速率分为明显的2组，即南、西远远高于北、东；而在南与西和北与东方位上差异不显著；南面液流比西面启动较早，下降较快，西面液流速率下降滞后于南面；在北面和东面2个方位液流速率变化不大。造成这些差异的主要原因是光照直射点总在南面，同时树冠大小不均匀，南面树冠往往比北面大。这个结果同时也表明树干液流运动是直线上升的。由此可见准确计算液流量需要在东北和西南2个方位同时测定。

2.1.3 不同胸径单株日耗水量

表 1是不同胸径液流量的统计结果(6月10 —15日)，胸径12.7、14.3、15.9、23.9 cm的胡杨边材面积分别是61.39、82.24、89.68、232.39 cm²，其对应的日平均累计液流量是7.62、11.95、11.41和32.78 L，液流平均速率是5.21、6.08、5.26和6.21 cm·h^-1，液流平均通量为0.32、0.50、0.47和1.42 L·h^-1。为了对比不同胸径的液流量，提出标准比导率作为纯量(马李一等，2001)。标准比导率是指某一生长时期内，标准木胸径处单位边材横截面积在单位时间内的平均耗水量。标准比导率中的耗水量既可以使用单位体积(L)也可以通过标准木单株营养面积折算成水深单位(如mm)表示。所测定的4株不同胸径胡杨的日标准比导率分别是0.13、0.15、0.13和0.14 L·d^-1cm^－2，结果相近，没有显著性差异。可见标准比导率反映外界环境对林分的整体影响，与树木个体没有关系。

2.1.4 不同月份的液流量变化

从图 3、图 4可看出不同月份晴天的液流速率和日累计液流量有较大的不同，6—9月胡杨液流速率的日变化具有单峰变化的特点，峰值出现在下午3：00(当地时间)左右，液流的启动在上午6：00，在下午9：00左右停止；4、5和10月，液流的变化呈现无规则波动，但白天的流速平均高于晚上。在所观测的晚上(21:00到次日6:00)都存在有较小的液流，可能是植物为了补充树体内的水分亏缺，在根压作用下，以水分主动方式进入体内，来补充白天植物蒸腾失去的水分，恢复植物体内的水分平衡。所以, 在遭受水分胁迫时树木夜间会有较长时间和较大的液流脉动特性，原因也在于此。从各月变化来看，7月液流速率最大，相应地日累计液流量也最大，其次是8、6、9、5月，4月和10月液流速率和累计流量都很小，不足9 L·d^－1。在10月由于气温、太阳总辐射、日照时间的减少，尤其是水分的匮乏，液流速率并没有像其他月份出现明显的峰值，而且有断续性的现象，这是因为水分匮乏引起的水柱断裂和气穴化(李吉跃等，2002)。

2.2 林分耗水量的推求 2.2.1 标准地胸径与边材面积分布模型

根据热脉冲测定树木液流的原理，边材作为水分的输导组织，其面积大小与水分的传导能力直接相关。边材面积与耗水量成正比关系。根据水分迁移守恒原则，如果把树木从根到枝叶看作统一的平衡系统，所有的结构因子之间具有输导相同水量的能力。根据测定的单木液流速率，换算为液流通量，可通过边材面积估算整个林分耗水量。由于树木个体之间存在很大差异，因而其边材面积也不均一，需要对林分边材面积的分布作出预估，根据普通测树因子(如胸径)与边材面积之间的关系来预估整个林分的耗水能力。根据对标准地每木检尺，获取边材、心材、胸径、年龄等资料。经过统计分析软件Excel对多个模型的拟合，其中包括线性、指数、幂、多项式拟合，发现边材面积与胸径之间相关性较高，R²=0.921, n=18;这与Hatton等(1995)提出的拟合模型完全一致，充分说明了这2个形态指标之间的关系(图 5, 表 2)。

为了弄清林分中边材的分布规律，应首先了解林分的胸径分布规律，根据每木检尺的结果(表 2)，从胡杨林径阶分布的现状来看，胸径大部分分布在12~1 6 cm径阶范围内，平均胸径为14.6 cm，不同径阶胡杨的株数分布，若按2 cm整化，胸径呈正态分布，14 cm的径阶株数最多。图 6为不同径阶与该径阶边材面积之间的关系曲线，呈幂关系，相关系数达到0.976 7。如果时间足够长，那么，胸径与其边材面积之间的关系并非总是上升趋势，边材在一定年龄会达到其最大值，使得整个过程为“S”形曲线。

2.2.2 林分耗水量

根据每木检尺的结果，应用公式y=34.108x^{0.818 4}可以计算出标准地的边材总面积，为4 090.22 cm²，再乘以胡杨的月标准比导率(表 3)，即可以计算出标准地的胡杨林的蒸散量。

为了便于比较，将各月标准比导率体积耗水量，用其营养面积(树冠投影面积)换算为水深。树木的月标准比导率不仅受日照、温度、湿度、土壤水分等环境因子的影响，同时也受树木自身生长节律的影响。从表中可以看出，在整个生长季节内标准地(600 m²)上胡杨耗水量为190.32 m³，如果树冠投影面积折算水深，胡杨林在生长时期(4—10月)，林分蒸散量为214.9 mm。

3 结论

胡杨树干液流速率的日变化呈单峰型曲线，夜间存在较小的液流；随着深度增加液流速率也随之增加，并在15 mm处达到最大；在不同方位上，南、西面平均液流速率大于北、东面10%。7月标准木日平均累计流量是全年中最大的，达到57.2 L·d^－1，其次是8、6、9、5月，4月和10月日平均累计流量都很小，不足9 L·d^－1。通过标准木的标准比导率和胸径与边材面积模型，可以较准确地推算出林分的蒸散耗水量。