植物茎流仪的基本原理

　　植物茎流仪是一种用于无损、连续监测植物体内水分运输速率（即茎流，Sap Flow）的仪器，广泛应用于生态学、农林科学、水资源管理及气候变化研究中。其核心目标是量化植物蒸腾耗水量，揭示植物-水分-环境之间的相互作用。
　　植物茎流仪的基本原理是：通过在植物茎干上施加一个可控的热信号，并检测热量在木质部中的传输变化，从而反演出水分流动的速度和流量。因为植物体内的水分主要在木质部导管中自下而上运输，水流会带走或改变热量的分布，这种热响应与茎流速率密切相关。目前主流技术主要有以下三类：
　　1.热脉冲法（Heat Pulse Velocity,HPV）
　　在茎干同一横截面上，沿径向插入两根探针：一根加热针（中间），两根温度感应针（上下对称）。
　　短暂释放一个热脉冲（如几焦耳能量，持续几秒）；
　　若无水流，热量对称扩散，上下温升相同；
　　若有向上茎流，热量被水流“推”向上方，上方温度升高更快、更高；
　　通过测量上下温差或热脉冲到达时间差，计算出流速，再结合茎干横截面积估算体积流量。
　　优点：功耗低、适合小径树木或灌木；
　　局限：低流速时灵敏度下降，需校准。
　　2.热平衡法（Heat Balance,HB）或恒热法
　　推针呈环形或半环形包裹茎干，中心为加热器，周围为多点温度传感器；
　　持续施加恒定功率的热量；
　　当茎流为零时，热量均匀向四周散失；
　　当有水流时，部分热量被水流带走，导致上游与下游温度不对称；
　　通过能量平衡模型，由温差和输入功率直接计算出茎流量（单位：g/h或kg/day）。
　　优点：可测真实质量流量，无需复杂校准；
　　应用：常见于商品化茎流仪（如Dynamax FLGS系列）。
　　3.热扩散法（Granier Method，广泛应用）
　　使用两根平行探针：上方为加热针（持续加热），下方为参考针（仅测温）；
　　加热针维持恒温（如比环境高5–10°C）或恒功率；
　　无水流时，两针温差稳定；
　　有茎流时，水流带走热量，温差减小；
　　温差越小，表示茎流越强；
　　通过经验公式将温差转换为相对或流速。
　　通过茎流仪，科研人员和管理者能够“看见”植物如何喝水、何时喝水、喝多少水，为精准农业、生态保育和水资源可持续利用提供关键数据支撑。