基于熱技術(shù)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(dòng)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(chǎn)生的水勢差會(huì)拉動(dòng)水分通過木質(zhì)部向上運(yùn)輸進(jìn)而形成液流，因此樹干液流可作為評(píng)估樹木蒸騰耗水能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
方法 | 原理 | 安裝示意圖 | 適用類型 | 優(yōu)缺點(diǎn) | |
熱脈沖 （Heat Pluse VelocityMethod，HPVM） | 補(bǔ)償熱脈沖法（CHPM） | 測量 2 個(gè)對(duì)稱放置在線性加熱器兩側(cè)的溫度傳感器達(dá)到 相同溫度時(shí)的時(shí)間來計(jì)算液流密度。 |
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方法成熟，應(yīng)用較廣泛，可行性較高。
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優(yōu)點(diǎn)：不受環(huán)境條件，樹冠結(jié)構(gòu)及根系特性的影響，簡潔準(zhǔn)確，經(jīng)濟(jì)可行。 |
最大溫差法（T-max） | 由加熱器和 1 個(gè)溫度探針組成，通過記錄從發(fā)出熱脈沖至溫度探針到達(dá)最大溫度時(shí)的時(shí)間， 再根據(jù) MARSHALL 的基礎(chǔ)理論計(jì)算液流速率。 | ||||
熱比率法 | 由 1 個(gè)加熱器和 2 個(gè)安裝在加熱器上下游的溫度探針組成，通過測定 2 個(gè)探針的增溫比即可計(jì)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(duì)熱電偶，用來測定液流通過后的溫差，依據(jù)熱量平衡關(guān)系計(jì)算液流
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| SHB 法適用于測定胸徑較小的樹干。
| 優(yōu)點(diǎn)：無需標(biāo)定，進(jìn)一步提高了測量精度。 缺點(diǎn)：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(guān)系計(jì)算液流，
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| THB 法同樣不需要標(biāo)定，并且可測定胸徑較大的樹干。
| 優(yōu)點(diǎn)：THB 法同樣不需要標(biāo)定。 缺點(diǎn)：THB 法設(shè) 備較多，安裝相對(duì)復(fù)雜，易對(duì)樹干造成微損傷。
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熱擴(kuò)散法(Thermal Dissipation Method，TDM)
| 通過溫差與液流速率間的關(guān)系計(jì)算液流速率
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| 優(yōu)點(diǎn)：測定結(jié)果較準(zhǔn)確，儀器成本較低，安裝簡單，有較成熟的商品化產(chǎn)品 缺點(diǎn)：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(dòng)而產(chǎn)生的熱場變化，進(jìn)而確定液流密度
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| 優(yōu)點(diǎn)：能夠準(zhǔn)確地測定零液流量以及逆向液 缺點(diǎn)：測定過程較復(fù)雜
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外熱比法 (External Heat-Ratio，EHR)
| 通過釋放熱脈沖 ，根據(jù) 2 個(gè)熱電偶的增溫比來計(jì)算液流密度 |
| 外熱比法最小可測直徑為 5 mm，較少應(yīng)用于直徑較大的莖干。 | 優(yōu)點(diǎn)：精確、無損地測定胸徑較小的樹干中的雙向液流。 缺點(diǎn)： 微型外部量規(guī)的配置尚存在問題。 | |
應(yīng)用展望：
1、熱脈沖法、熱平衡法、熱擴(kuò)散法經(jīng)一系列的發(fā)展與完善，減小了測量誤差。熱擴(kuò)散法還形成了成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，并得到了廣泛的應(yīng)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(shí)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(zhǔn)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(shí)，需要針對(duì)不同樣本以及實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)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(yīng)用熱技術(shù)測定樹干液流仍需關(guān)注以下熱點(diǎn)：
A）在完善研究活立木蒸騰耗水特點(diǎn)的同時(shí)，結(jié)合土壤生物因子和氣象因子與樹干液流的關(guān)系，進(jìn)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(yùn)動(dòng)，研究水分利用與樹木生長的關(guān)系；
C）在生產(chǎn) 實(shí)際方面，進(jìn)一步完善活立木單株和森林林區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)高效的林區(qū)治理提供有力依據(jù)。
來源：宋博華，高歌，高珊，孫琳琳，李冰雪.基于熱技術(shù)的活立木液流測量方法綜述[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，39（2）：456–464
