GS3土壤水分傳感器，通常被用于土壤體積含水量的測量。如今，研究者使用這種電容式（Frequency Domain Reflectometry，FDR）的傳感器研究樹(shù)木的水分利用策略。
儲存于葉片、枝條、莖干中的水，存在晝夜波動(dòng)，這種波動(dòng)與植物液流、葉片氣孔導度以及蒸騰作用密切相關(guān)。不同樹(shù)種在根系長(cháng)度、木質(zhì)部結構以及氣孔響應策略方面存在差異，因此，它們在水分存儲和水分利用方面的特點(diǎn)也不同。
研究者們在密歇根州北部，開(kāi)展了一項為期三年的實(shí)驗，監測落葉林中五個(gè)樹(shù)種的莖干生物質(zhì)電容動(dòng)態(tài)變化。他們使用頻域反射式傳感器GS3測量莖干生物質(zhì)電容以及與之對應的體積水分含量。
|
在這項研究中，研究者們使用了一種通常用于土壤水分含量測量的電容式（FDR Type）傳感器GS3，用于原位樹(shù)體內水分含量的測量。GS3是一種頻域反射式的傳感器（FDR Type），對于被測量介質(zhì)的密度變化敏感，因此需要預先進(jìn)行單獨校準，進(jìn)而確保測量的準確。 研究者詳細描述了整個(gè)校準過(guò)程。首先，將和待測樹(shù)種一致的莖干砍下，截成小段，烘干，之后浸泡在不同量的水中，產(chǎn)生一系列不同水分含量的樣品，之后用于傳感器校準。 在實(shí)際測量時(shí)，首先使用定位板來(lái)打孔，確保樹(shù)體上的孔距和GS3傳感器探針的間距一致。之后，在插入傳感器時(shí)，要確保傳感器和樹(shù)體緊密接觸，防止有空氣夾層的存在。 |
他們發(fā)現干旱耐旱和不耐受樹(shù)種在樹(shù)體水分儲存策略方面存在顯著(zhù)差異。紅楓是一種不耐旱樹(shù)種，無(wú)論是在雨季還是旱季，其蒸騰作用都表現出對莖干生物質(zhì)電容強烈依賴(lài)的特點(diǎn)。而橡樹(shù)，一種更耐旱的樹(shù)種，在所有條件下對莖干生物質(zhì)電容的依賴(lài)要小得多。在充分灌溉的條件下，紅楓樹(shù)體的日均儲水量變化約為10kg/d，然而類(lèi)似大小的橡樹(shù)樹(shù)體的日均儲水量的變化僅為1kg/d。
除了樹(shù)種差異外，樹(shù)體莖干生物質(zhì)電容還會(huì )受大氣VPD和土壤含水量的影響。由樹(shù)體儲水量推導出的植物水化狀況指標，可用于森林健康程度的評價(jià)，尤其是對干旱期前后森林健康狀況的評估。例如，連續幾天之間晝夜莖干生物質(zhì)電容下降的最大值，可以指示樹(shù)木開(kāi)始出現水力脅迫（Hydraulic Stress）的時(shí)間點(diǎn)：從何時(shí)開(kāi)始，由于土壤水勢過(guò)低，不能完全補充耗盡的生物質(zhì)電容，進(jìn)而標記出水力脅迫的起始點(diǎn)。同樣，在干旱恢復期，使用莖干生物質(zhì)電容來(lái)直接量化樹(shù)木水力功能的恢復過(guò)程。
參考文獻
Matheny A M, Garrity S R, Bohrer G. The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees[J]. Journal of visualized experiments: JoVE, 2017 (130).
Matheny A M, Bohrer G, Garrity S R, et al. Observations of stem water storage in trees of opposing hydraulic strategies[J]. Ecosphere, 2015, 6(9): 1-13.