茎流计的发展历史|工作原理

　　茎流计又叫树液仪，是通过加热植物茎干来测量茎流速率进而计算植物蒸腾量的一种仪器。不同类型茎流计测定液流速率的方法和原理不同，主要有热脉冲速率法、茎干热平衡法、热扩散法及激光热脉冲法。

茎流计发展历史

　　德国植物生理学家Huber于1932年提出热脉冲法，Zxian利用热脉冲作为植株液流的示踪物，并率先运用于实际研究。Huber使用一根电阻线作为热脉冲源，通过安装在电阻线下方的单个热电偶感知热脉冲到达的时间，此即茎流计的雏形。但此法却很难清楚解释热电偶的温度升降变化。Huber等后来又采用了在热源上下不等距设置热电偶探头的方法，将热脉冲在液流传导系统中的运动和外界环境中的热干扰有效地区分开。然而，Huber测得的热脉冲传导速率却显著低于实际液流速率。

　　Marshall改进了Huber的茎流计设计，将加热元件和测温结点插入植物的木质部。他假定热脉冲在移动时，液流跟木质部之间不存在阻碍，热量可以在树液和边材之间自由交换。但依据Marshall的理论计算出的液流速率亦低于实际速率，需进行修正。

　　Swanson发现以往测算中热脉冲速率和实际液流量存在偏差的真正原因“因伤效应”，从而否定了Marshall关于茎内木质部同质性的假设。他认为在安装茎流计热敏探头时，探头周围损伤部位会产生愈伤组织，使得探头周围区域的热传导性能降低，导致热脉冲速率低于真实液流速率。如果计算中对这种损伤作用加以修正，将大大提高热脉冲技术的可应用性。

　　Granier又在热脉冲速率法的基础上作出改进，将利用脉冲滞后效应为原理的热脉冲液流检测仪改进为利用双热电偶检测热耗散为原理的热扩散液流探针测量装置12J。与热脉冲方法相比较，热扩散探针的一个突出特点是能够连续放热，实现连续或任意时间间隔液流速率的测定。热扩散法具有更高准确度，茎流计也越来越多的使用该原理。

　　针对热脉冲和热扩散方法插针损伤植物茎秆且干扰液流的缺点，William等提出了液流激光测量系统，利用二极管激光器取代加热金属丝，用红外温度计来取代热敏电阻，这样的改进避免植物茎干内部组织受到破坏，也能消除因茎流计位置变动所造成的误差，可惜因该系统造价高昂，目前应用并不广泛。

不同茎流计工作原理

　　1、热脉冲速率法茎流计

　　热脉冲感应部分主要由一个热源和两个传感器探针组成，此外还有数据采集器、数据分析软件等组件，装置属于插针式茎流计。该方法Z早由德国植物生理学家Huber于1932年提出，是基于热源发出热脉冲，然后测定热源上下游树液温度的升高来推算蒸腾耗水量。

　　该方法在树木茎干的茎向同一直线上，先将热源探针插入，然后分别在其上、下部位1.0cm和0.5cm处插入两传感器探针，打开热源发出小段热脉冲，因为离热源距离不同，上面传感器测得的温度应该小于下面传感器温度，但液流能携带一部分热量给上面的传感器，在一定时间内两个温度会相等。

　　2、茎干热平衡法茎流计

　　茎干热平衡法茎流计由Sakuratani提出，经Baker和VanBavel等改进。该测量系统提供稳定热源，因达到稳定状态需一定时间，在液流变化与茎流计反应之间有时间滞后。

　　该方法测量探头设计成包裹式，在结构上有许多独特之处：探头外层是泡沫绝热材料，起密封和绝热作用;内层则由特殊设计的恒定供热装置——加热器及其他组件组成。由三组温度测量探头所构成的茎流测量装置，可以确定茎干中液流运动所产生的热传输和散发至周围环境中的辐射热通量。

　　该茎流计通常用于测定直径较小的植物或器官，如小枝、苗木和作物等。安装时要保证探测器与茎表面接触良好。与热脉冲法相比，Zda的两个特点是其无须标定，也无须将温度探头插入茎杆中，可以直接得到测量结果。

　　3、热扩散法茎流计

　　1986年Granier等提出用热扩散法测定树木茎干液流速率，测量装置包括两根圆柱形探针(直径2mm，一根含有热源和热电偶，一根只有热电偶)，属于插针式茎流计。

　　该茎流计测量原理是：将一对内置有热电偶的探针(上面的探针内置有线形加热器和热电偶，下面的探针作为参考，仅内置热电偶)插入具有水分传输功能的树干边材中，上面的探针加热后，与下面感测周围温度的探针作为对比，通过检测热电偶之间的温差△T，计算液流热耗散(液流携带的热量)，建立温差与液流速率的关系，进而确定液流速率的大小。

　　4、激光热脉冲法茎流计

　　2000年7月，针对测量过程中用热电阻插人茎干内部加热造成的误差，美国的学者提出了一套新的测量植株茎流装置。与以前的测量系统相比，用一个二极管激光器代替了热电阻来提供热源，并用非接触红外温度计代替之前所使用的温度计。

　　该茎流计测量原理跟利用热脉冲速率法来计算液流速率是一样的，但是因为不需要将热源插人植物茎干内，避免了对茎干内组织破坏造成的误差。激光热脉冲法能克服之前的三个缺点，得到的数据更加准确。