解析树干尺度水碳耦合机制

1 别把树干通量等同于树干呼吸！解开森林碳循环黑箱

在森林碳循环研究里，涡度通量、土壤呼吸观测早已是标配，但有一个环节长期被当作“黑箱”— 树干。树干表面测到的CO₂通量，过去常被直接等同于树干呼吸。这个等式真的成立吗？随着观测手段升级，答案正在被改写。

树干界面的气体交换，是森林碳收支中不可忽略的组分。但树干表面释放的CO₂，并不等同于树干组织真实的呼吸输出：木质部上升液流会携带溶解无机碳（DIC）发生轴向迁移，树干储水的昼夜充放又不断改变树干内部CO₂储存库。

换句话说，测到的那条树干通量曲线，是温度、水分输运、组织呼吸三者共同作用后的净结果。单靠一种气体通量探头，无法拆开这几个叠加在一起的变量，也就难以真正讲清水碳耦合机制。

2 为什么单一指标，拆不清水与碳的关系

问题的核心在于：水与碳在树干里是“绑在一起”的。白天蒸腾强，茎流把树干内部溶解的CO₂顺着上升液流向树冠搬运，树干向外释放的CO₂被“带走”；夜间蒸腾几乎停止，液流搬运消失，蓄积的CO₂又释放出来。

如果只测气体通量，不测茎流，就永远分不清曲线上的某个波动，究竟是温度变了、呼吸变了，还是液流把碳搬走了。

3 联合观测带来的科研突破

其一，从“单指标”走向“多变量协同”：能够辨析树干通量波动中，哪些来自温度驱动的呼吸效应、哪些来自水分输运效应，不再把净通量误当成呼吸本身。

其二，同一时间基准消除了时滞偏差：水与碳在相位上的先后关系清晰可辨，为因果判断提供了观测基础。

其三，为树干尺度碳收支评估与碳迁移模型优化，提供了高时间分辨率的野外实测数据集。

4 一套系统，把“水”与“碳”接进同一条时间轴

图1 树干气体通量监测系统和树干茎流径向变化监测仪联合户外实测

iChamber-SE 树干通量系统与 TFDT-M 树干茎流径向变化监测仪，可配套开展树干多生态参数野外原位无损监测。iChamber-SE 用于树干表面 CO₂、CH₄多气体通量测量，依托激光光谱技术（TDLAS），可高频同步检测多种气体；模块化呼吸室搭配自适应密封套件，适配不同胸径与粗糙树皮；9 路多路控制器支持多点位轮询监测，配套 EcoGraph 软件可实时绘图、自动计算通量、远程升级，CO₂精度 0.13 ppm（1s）、CH₄精度 10 ppb（1s）。

TFDT-M 同步监测树干茎流、径向微变化及树皮温度。采用热扩散法测茎流，径向微变化量程 0～10 mm，分辨率 1 μm，内置温度补偿；整机低功耗，主机 IP65、探头 IP68，-20～+60℃环境稳定运行，自带本地存储，采样间隔灵活可调。两套设备原位无损、防护性能强、软件自动输出数据，适用于树干生态机理研究、古树保护及防护林生态监测。

图2 树干CO2通量和树干茎流实测数据

两者接入同一数据采集单元、共享同一时间基准：一套设备同时获取树干表面温室气体通量、边材不同深度的茎流剖面、树干径向生长与储水动态信号。

与传统方案相比，联合观测的最大价值不是“多测了一个参数”，而是让水和碳落在同一条时间轴上，第一次具备了从相位关系上去解读二者因果的观测能力。