莖流計又叫樹液儀，是通過加熱植物莖干來測量莖流速率進(jìn)而計算植物蒸騰量的一種儀器。不同類型莖流計測定液流速率的方法和原理不同，主要有熱脈沖速率法、莖干熱平衡法、熱擴(kuò)散法及激光熱脈沖法。

莖流計發(fā)展歷史

　　德國植物生理學(xué)家Huber于1932年提出熱脈沖法，Zxian利用熱脈沖作為植株液流的示蹤物，并率先運用于實際研究。Huber使用一根電阻線作為熱脈沖源，通過安裝在電阻線下方的單個熱電偶感知熱脈沖到達(dá)的時間，此即莖流計的雛形。但此法卻很難清楚解釋熱電偶的溫度升降變化。Huber等后來又采用了在熱源上下不等距設(shè)置熱電偶探頭的方法，將熱脈沖在液流傳導(dǎo)系統(tǒng)中的運動和外界環(huán)境中的熱干擾有效地區(qū)分開。然而，Huber測得的熱脈沖傳導(dǎo)速率卻顯著低于實際液流速率。

　　Marshall改進(jìn)了Huber的莖流計設(shè)計，將加熱元件和測溫結(jié)點插入植物的木質(zhì)部。他假定熱脈沖在移動時，液流跟木質(zhì)部之間不存在阻礙，熱量可以在樹液和邊材之間自由交換。但依據(jù)Marshall的理論計算出的液流速率亦低于實際速率，需進(jìn)行修正。

　　Swanson發(fā)現(xiàn)以往測算中熱脈沖速率和實際液流量存在偏差的真正原因“因傷效應(yīng)”，從而否定了Marshall關(guān)于莖內(nèi)木質(zhì)部同質(zhì)性的假設(shè)。他認(rèn)為在安裝莖流計熱敏探頭時，探頭周圍損傷部位會產(chǎn)生愈傷組織，使得探頭周圍區(qū)域的熱傳導(dǎo)性能降低，導(dǎo)致熱脈沖速率低于真實液流速率。如果計算中對這種損傷作用加以修正，將大大提高熱脈沖技術(shù)的可應(yīng)用性。

　　Granier又在熱脈沖速率法的基礎(chǔ)上作出改進(jìn)，將利用脈沖滯后效應(yīng)為原理的熱脈沖液流檢測儀改進(jìn)為利用雙熱電偶檢測熱耗散為原理的熱擴(kuò)散液流探針測量裝置12J。與熱脈沖方法相比較，熱擴(kuò)散探針的一個突出特點是能夠連續(xù)放熱，實現(xiàn)連續(xù)或任意時間間隔液流速率的測定。熱擴(kuò)散法具有更高準(zhǔn)確度，莖流計也越來越多的使用該原理。

　　針對熱脈沖和熱擴(kuò)散方法插針損傷植物莖稈且干擾液流的缺點，William等提出了液流激光測量系統(tǒng)，利用二極管激光器取代加熱金屬絲，用紅外溫度計來取代熱敏電阻，這樣的改進(jìn)避免植物莖干內(nèi)部組織受到破壞，也能消除因莖流計位置變動所造成的誤差，可惜因該系統(tǒng)造價高昂，目前應(yīng)用并不廣泛。

不同莖流計工作原理

　　1、熱脈沖速率法莖流計

　　熱脈沖感應(yīng)部分主要由一個熱源和兩個傳感器探針組成，此外還有數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析軟件等組件，裝置屬于插針式莖流計。該方法Z早由德國植物生理學(xué)家Huber于1932年提出，是基于熱源發(fā)出熱脈沖，然后測定熱源上下游樹液溫度的升高來推算蒸騰耗水量。

　　該方法在樹木莖干的莖向同一直線上，先將熱源探針插入，然后分別在其上、下部位1.0cm和0.5cm處插入兩傳感器探針，打開熱源發(fā)出小段熱脈沖，因為離熱源距離不同，上面?zhèn)鞲衅鳒y得的溫度應(yīng)該小于下面?zhèn)鞲衅鳒囟?，但液流能攜帶一部分熱量給上面的傳感器，在一定時間內(nèi)兩個溫度會相等。

　　2、莖干熱平衡法莖流計

　　莖干熱平衡法莖流計由Sakuratani提出，經(jīng)Baker和VanBavel等改進(jìn)。該測量系統(tǒng)提供穩(wěn)定熱源，因達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)需一定時間，在液流變化與莖流計反應(yīng)之間有時間滯后。

　　該方法測量探頭設(shè)計成包裹式，在結(jié)構(gòu)上有許多獨特之處：探頭外層是泡沫絕熱材料，起密封和絕熱作用;內(nèi)層則由特殊設(shè)計的恒定供熱裝置——加熱器及其他組件組成。由三組溫度測量探頭所構(gòu)成的莖流測量裝置，可以確定莖干中液流運動所產(chǎn)生的熱傳輸和散發(fā)至周圍環(huán)境中的輻射熱通量。

　　該莖流計通常用于測定直徑較小的植物或器官，如小枝、苗木和作物等。安裝時要保證探測器與莖表面接觸良好。與熱脈沖法相比，Zda的兩個特點是其無須標(biāo)定，也無須將溫度探頭插入莖桿中，可以直接得到測量結(jié)果。

　　3、熱擴(kuò)散法莖流計

　　1986年Granier等提出用熱擴(kuò)散法測定樹木莖干液流速率，測量裝置包括兩根圓柱形探針(直徑2mm，一根含有熱源和熱電偶，一根只有熱電偶)，屬于插針式莖流計。

　　該莖流計測量原理是：將一對內(nèi)置有熱電偶的探針(上面的探針內(nèi)置有線形加熱器和熱電偶，下面的探針作為參考，僅內(nèi)置熱電偶)插入具有水分傳輸功能的樹干邊材中，上面的探針加熱后，與下面感測周圍溫度的探針作為對比，通過檢測熱電偶之間的溫差△T，計算液流熱耗散(液流攜帶的熱量)，建立溫差與液流速率的關(guān)系，進(jìn)而確定液流速率的大小。

　　4、激光熱脈沖法莖流計

　　2000年7月，針對測量過程中用熱電阻插人莖干內(nèi)部加熱造成的誤差，美國的學(xué)者提出了一套新的測量植株莖流裝置。與以前的測量系統(tǒng)相比，用一個二極管激光器代替了熱電阻來提供熱源，并用非接觸紅外溫度計代替之前所使用的溫度計。

　　該莖流計測量原理跟利用熱脈沖速率法來計算液流速率是一樣的，但是因為不需要將熱源插人植物莖干內(nèi)，避免了對莖干內(nèi)組織破壞造成的誤差。激光熱脈沖法能克服之前的三個缺點，得到的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。