基于熱技術液流測量方式綜述
背景摘要：植物的蒸騰作用是水分利用的主要形式，拉動水分在“土壤-植物-大氣”連續(xù)體體系中不斷循環(huán)遷移。樹木蒸騰耗水產生的水勢差會拉動水分通過木質部向上運輸進而形成液流，因此樹干液流可作為評估樹木蒸騰耗水能力的一項重要指標。
方法 | 原理 | 安裝示意圖 | 適用類型 | 優(yōu)缺點 | |
熱脈沖 （Heat Pluse VelocityMethod，HPVM） | 補償熱脈沖法（CHPM） | 測量 2 個對稱放置在線性加熱器兩側的溫度傳感器達到 相同溫度時的時間來計算液流密度。 |
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方法成熟，應用較廣泛，可行性較高。
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優(yōu)點：不受環(huán)境條件，樹冠結構及根系特性的影響，簡潔準確，經濟可行。 |
最大溫差法（T-max） | 由加熱器和 1 個溫度探針組成，通過記錄從發(fā)出熱脈沖至溫度探針到達最大溫度時的時間， 再根據 MARSHALL 的基礎理論計算液流速率。 | ||||
熱比率法 | 由 1 個加熱器和 2 個安裝在加熱器上下游的溫度探針組成，通過測定 2 個探針的增溫比即可計算液流速率。 | ||||
熱平衡法（Heat Balance Method，HBM ） | 莖熱平衡法 (Stem Heat Balance，SHB)
| 加熱元件上下方安裝 2 對熱電偶，用來測定液流通過后的溫差，依據熱量平衡關系計算液流
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| SHB 法適用于測定胸徑較小的樹干。
| 優(yōu)點：無需標定，進一步提高了測量精度。 缺點：不適用于液流速率較高的植物。 |
樹干熱平衡法 (Trunk Heat Balance，THB)
| 與莖熱平衡法類似，均通過熱 量平衡關系計算液流，
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| THB 法同樣不需要標定，并且可測定胸徑較大的樹干。
| 優(yōu)點：THB 法同樣不需要標定。 缺點：THB 法設 備較多，安裝相對復雜，易對樹干造成微損傷。
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熱擴散法(Thermal Dissipation Method，TDM)
| 通過溫差與液流速率間的關系計算液流速率
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| 優(yōu)點：測定結果較準確，儀器成本較低，安裝簡單，有較成熟的商品化產品 缺點：液流可能被低估。 | ||
熱場變形法 (Heat Field Deformation，HFD) | 通過測定加熱器周圍軸向和切向的溫度差來表征由樹液流動而產生的熱場變化，進而確定液流密度
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| 優(yōu)點：能夠準確地測定零液流量以及逆向液 缺點：測定過程較復雜
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外熱比法 (External Heat-Ratio，EHR)
| 通過釋放熱脈沖 ，根據 2 個熱電偶的增溫比來計算液流密度 |
| 外熱比法最小可測直徑為 5 mm，較少應用于直徑較大的莖干。 | 優(yōu)點：精確、無損地測定胸徑較小的樹干中的雙向液流。 缺點： 微型外部量規(guī)的配置尚存在問題。 | |
應用展望：
1、熱脈沖法、熱平衡法、熱擴散法經一系列的發(fā)展與完善，減小了測量誤差。熱擴散法還形成了成熟的商業(yè)化產品，并得到了廣泛的應用。
2、雖然利用外熱比法和熱場變形法測定活立木液流速率的研究有限，但外熱比法實現(xiàn)了精確的零破壞檢測，熱場變形法液流速率測定范圍廣，并可準確的測定零液流和逆向液流。
3、在利用外熱比法測定液流速率時，需要針對不同樣本以及實驗條件設計不同的量規(guī)，這是外熱比法的不足之處。因此，外熱比法和熱場變形法亟待更為深入研究。
4、在未來，應用熱技術測定樹干液流仍需關注以下熱點：
A）在完善研究活立木蒸騰耗水特點的同時，結合土壤生物因子和氣象因子與樹干液流的關系，進一步
深入研究活立木生理作用；
B）從微觀和宏觀方面監(jiān)控水分運動，研究水分利用與樹木生長的關系；
C）在生產 實際方面，進一步完善活立木單株和森林林區(qū)的數據監(jiān)控，為實現(xiàn)高效的林區(qū)治理提供有力依據。
來源：宋博華，高歌，高珊，孫琳琳，李冰雪.基于熱技術的活立木液流測量方法綜述[J].浙江農林大學學報，2022，39（2）：456–464
