寒溫帶多年凍土區白樺樹(shù)干液流及對降雨的響應

尚友賢，滿(mǎn)秀玲，徐志鵬

（東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

降水不僅是森林生態(tài)系統中水分輸入的主要來(lái)源，也是生態(tài)系統演變的主要驅動(dòng)力之一[1]。它可以促進(jìn)植物的呼吸等代謝活動(dòng)，并在短時(shí)間內使能量和物質(zhì)產(chǎn)生聚積，從而影響生態(tài)系統的碳水循環(huán)[2]。近年來(lái)，隨著(zhù)全球氣候變化進(jìn)程日益加劇，越來(lái)越多的極端天氣發(fā)生并深刻地影響著(zhù)區域降水模式[3]，植物為更好地適應氣候條件變化，必須改變自身生理響應機制從而進(jìn)行生長(cháng)[4]。因此，正確認識植物對降水的響應過(guò)程以及變化特征是深入理解其對全球氣候變化響應的關(guān)鍵[5]。

植物蒸騰是土壤—植物—大氣循環(huán)中水熱傳輸的一個(gè)極為重要的環(huán)節[6]，而樹(shù)干液流則被認為是表征植物水分運動(dòng)的關(guān)鍵指標[7]，因此精確測定樹(shù)干液流將有助于深入理解植物的生長(cháng)策略。已有研究發(fā)現，降水在很大程度上影響著(zhù)不同植被的液流速率。比如澳大利亞?wèn)|部的大葉桉Eucalyptuscrebra在5～20 mm 的降雨發(fā)生后，樹(shù)干液流顯著(zhù)增加[8]，而澳大利亞西南部的鞣桉Eucalyptuswandoo樹(shù)干液流對34 mm 的降雨的響應則不敏感[9]。在國內，Liu 等[10]研究發(fā)現，降雨發(fā)生后植物的樹(shù)干液流顯著(zhù)上升，植物蒸騰作用增加，楊強等[11]和夏銀華等[12]研究發(fā)現，樹(shù)干液流因雨量級的不同而變化趨勢迥異，且小降雨事件后對樹(shù)干液流幾乎未產(chǎn)生影響。以上研究多局限于對降雨前后的樹(shù)干液流變化進(jìn)行研究，由于降雨對液流的影響主要表現在降雨當天以及降雨之后液流密度的變化，且由于冠層物候的變化，影響液流的環(huán)境因素在不同生長(cháng)階段也存在較大差異。因此，明確降雨當天的液流特征并分析植物液流在不同生長(cháng)階段對降水前后的差異性響應，能夠更好地揭示植物對水分環(huán)境條件變化的適應性[13]。

我國寒溫帶蘊藏著(zhù)豐富的森林資源，是東北地區重要的生態(tài)功能屏障區，且為歐亞永久凍土區南緣的我國第二大多年凍土區，也是我國唯一的中、高緯度多年凍土區[14]。多年凍土作為該地區重要的土壤碳庫和固體水庫，對維系森林的生長(cháng)發(fā)育以及維持區域的生態(tài)環(huán)境具有決定性作用[15-16]。然而，半個(gè)世紀以來(lái)，該地區多年凍土隨全球氣溫的持續升高開(kāi)始加劇退化，使得土壤中的碳氮礦化過(guò)程加快，引起極端強降雨天氣的出現頻度明顯增多，導致區域降雨格局發(fā)生變化，從而影響水文循環(huán)過(guò)程以及水資源在空間尺度的再分配[17]。其次，近幾十年來(lái)，寒溫帶地區森林由于遭受火燒或采伐等干擾，大量的興安落葉松Larix gmelinii林遭到破壞，衍生出大面積的白樺Betula platyphylla林，占本地區森林總面積和總蓄積量的41.15%和41.59%[18]。白樺作為寒溫帶多年凍土區分布面積最廣的闊葉樹(shù)種和天然更新的先鋒樹(shù)種，在水源涵養、水土保持、氣候調節以及生態(tài)保護等方面起著(zhù)重要作用，同時(shí)也增加了蒸騰耗水量，導致區域范圍內的林水矛盾更加突出。目前，關(guān)于樹(shù)干液流對降水的響應研究已有很多，但缺乏白樺對降水響應的研究，尤其對于我國寒溫帶地區的白樺一直鮮有報道?；诖?，本研究利用熱擴散式探針技術(shù)對多年凍土區白樺樹(shù)干液流進(jìn)行連續觀(guān)測，旨在分析降雨日和無(wú)雨日白樺樹(shù)干液流的變化特征，闡明白樺樹(shù)干液流對不同降雨等級的響應以及不同生長(cháng)階段降水前后的樹(shù)干液流變化趨勢，探討不同降雨等級下樹(shù)干液流對氣象因子的響應，以期為氣候變暖背景下的寒溫帶多年凍土區白樺用水策略以及管理提供依據和參考。

1.1 研究區概況

研究樣地位于黑龍江漠河森林生態(tài)系統國家定位觀(guān)測研究站，地理坐標為122.10°～122.45°E，53.28°～53.50°N。該區屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季嚴寒、干燥且漫長(cháng)，凍結期240 d 左右，是我國多年凍土的主要分布區域。夏季空氣濕熱，年降水量350～500 mm，且降水多集中在6—8 月。生長(cháng)季較短，約為90 d。全年溫差較大，多年平均空氣溫度為-4.9 ℃，1 月平均氣溫為-30.9 ℃，極端最低氣溫為-52.3 ℃。主要喬木樹(shù)種有白樺Betulaplatyphylla、興安落葉松Larixgmelinii和樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica等。

1.2 樣地設置和樣樹(shù)的選取

在前期踏查的基礎上，選取了一塊20 m×30 m的固定樣地。然后在樣地內進(jìn)行每木檢尺（樣地內共有白樺71 株，落葉松6 株，山楊3 株），并根據相對直徑法[19]將樣地內的71 株白樺按照優(yōu)勢木、中等木以及被壓木這3 個(gè)等級進(jìn)行劃分（d≥1.02 為優(yōu)勢木；
0.70 ≤d＜1.02 為中等木；
0.35 ≤d＜0.70 為被壓木。其中：d表示樹(shù)木相對直徑，d=r/R，其中r為樹(shù)木胸徑，R為林分平均胸徑）。其中，優(yōu)勢木20 株，中等木29 株，被壓木22 株。然后按照分化等級共選取生長(cháng)良好、無(wú)病無(wú)害的樣樹(shù)共9 株，所選樣樹(shù)基本情況如表1所示。

表1 樣樹(shù)基本情況Table 1 Basic information of the sample trees

1.3 白樺樹(shù)干液流密度觀(guān)測

2021 年5—9 月，運用Granier 熱擴散探針?lè )▽x定樣樹(shù)的樹(shù)干液流進(jìn)行觀(guān)測。探針的安裝步驟如下：首先在樹(shù)干高1.3 m 處用小刀刮去樹(shù)干死皮，并用電鉆鉆出兩個(gè)平行且垂直間距為5 cm左右的小孔；
然后將探針的加熱端和參考端分別插入；
之后在安裝好的探針根部均勻涂抹G4 復合物，再包裹數層薄膜；
最后包裹帶有反光的保溫膜，以防止雨水進(jìn)入損壞探針。所選探針長(cháng)度均為20 mm，為防止太陽(yáng)輻射對觀(guān)測結果造成影響，探針均安裝在北方。所測得的數據均用CR1000 數據采集器采集，每次數據采集的時(shí)長(cháng)為10 min。

樹(shù)干液流計算公式如下[20]：

Fd=0.011 9×［(ΔTmax-ΔT)/ΔT］1.231×3 600。式中：Fd表示樹(shù)干液流密度（g·cm-2·h-1）；
ΔT為兩探頭間溫度差（℃）；
ΔTmax為液流密度為零時(shí)兩探頭間的最大溫度差（℃）。通過(guò)累加得到單日樹(shù)干液流密度（g·cm-2·d-1）。

1.4 不同生長(cháng)階段的劃分

葉面積指數代表著(zhù)冠層的繁雜程度，同時(shí)也是表征植被生長(cháng)的重要指標，對植物光合和蒸騰等作用具有重要影響。因此，在研究期間采用植物冠層分析儀（LAI-2200,Li-Cor,美國）每間隔5～7 d 在晴朗的天氣測定1 次樣地內的葉面積指數（LAI，m2/m2）。在樣地內隨機選取25～30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測定，然后求平均值。之后利用實(shí)測數值與對應日期間的擬合方程，并通過(guò)插值法計算觀(guān)測期內每日對應的葉面積指數值[21]。擬合方程如下：LAI=-3.39+2759.49Date-5.61Date2(R2=0.95,P＜0.05)。由圖1 可以看出，在2021 年5—9 月，葉面積指數呈先增大后減小的變化趨勢，并且在5 月18 日—6 月24 日和8 月20 日—9 月30 日表現為接近線(xiàn)性的增加和減少；
而在6 月24 日—8月20 日，其變化較平緩。因此，根據其變化規律可將其生長(cháng)過(guò)程劃分為展葉期、葉盛期和落葉期3個(gè)生長(cháng)階段。

圖1 葉面積指數變化特征Fig.1 Variation characteristics of leaf area indexes

1.5 降雨等級的劃分

林外降水量（P，mm）采用HOBO 自記式雨量計獲取，在觀(guān)測期的5 月12 日發(fā)生第一次降雨事件。依據我國氣象部門(mén)對降雨等級的劃分標準[22]，對2021 年5—9 月的降水數據進(jìn)行了分析，然后參照降雨等級的分級標準劃分為小雨、中雨、大雨和暴雨4 個(gè)等級。其中在每日24 h 降水量小于10.0 mm 的界定為小雨；
24 h 降水量在10.0～24.9 mm 之間界定為中雨；
大雨的界定標準為24 h 降水量為25.0～49.9 mm；
24 h 降水量大于50 mm 則為暴雨。另外，本研究將無(wú)降水發(fā)生的天數定義為無(wú)雨日。因在統計中發(fā)現，觀(guān)測期內僅發(fā)生一次暴雨，為避免統計學(xué)誤差，故本研究只選取小雨、中雨和大雨等級下的樹(shù)干液流密度進(jìn)行對比分析。

1.6 氣象因子觀(guān)測

每日氣象數據同樣由樣地內的全自動(dòng)氣象站連續監測得到。由圖2 可知，研究期內的大氣溫度、太陽(yáng)有效輻射以及蒸氣壓虧缺的變化規律相似，均表現為先上升后下降的變化趨勢，相對濕度的變化范圍為45.95%～98.75%，變化幅度較大。蒸氣壓虧缺（VPD，kPa）利用如下公式計算[12]：

圖2 環(huán)境因子變化特征Fig.2 Variation characteristics of environmental factors

VPD=0.661×exp[17.72Ta/(Ta+237.3)](1-RH/100)。

式中：Ta和RH分別表示空氣溫度（℃）和空氣相對濕度（%）。

1.7 數據處理

采用Excel 2016 軟件處理數據，統計了整個(gè)觀(guān)測期內所有小雨、中雨和大雨等級下對應的每日降雨頻率并繪圖。對無(wú)雨、小雨、中雨和大雨4 種天氣類(lèi)型下的氣象因子日平均值和日樹(shù)干液流運用單因素方差分析（ANOVA）統計差異顯著(zhù)性；
對不同生長(cháng)時(shí)期降雨前和降雨后的日樹(shù)干液流進(jìn)行t檢驗差異分析；
用Pearson 相關(guān)分析法檢驗每日樹(shù)干液流與氣象因子之間的相關(guān)性；
用逐步回歸法進(jìn)行日樹(shù)干液流與氣象因子間的方程擬合。以上統計均采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行，制圖采用Origin 2021 軟件完成。在白樺樹(shù)干液流對降雨前后的響應分析中選取整個(gè)觀(guān)測期內降雨前后的液流數據，其中降雨前的液流為降雨前1 天的樹(shù)干液流數據，降雨后的液流為降雨后無(wú)雨日的樹(shù)干液流數據，顯著(zhù)性水平均設置為95%置信區間（P=0.05）。

2.1 不同降雨等級及其環(huán)境因子變化特征

由圖3 可知，觀(guān)測期內降水事件頻繁發(fā)生，24 h 降水量在0.2～66.2 mm 范圍內波動(dòng)。小雨等級的次數最多，為55 d（196.8 mm），占總降水量的28.41%；
中雨等級共發(fā)生14 d，但對總降水量的貢獻最大（226.2 mm），累計降雨為總降水量的32.65%；
大雨等級為6 d，對總降水量的貢獻次之，共計203.6 mm，占比達29.38%。另外，3 個(gè)降雨等級在整個(gè)觀(guān)測期的小時(shí)降雨分配格局也存在差異，小雨和中雨等級下降雨時(shí)間分配相對連續且均勻，而大雨等級下的降雨主要發(fā)生在夜晚，占全天降雨頻率的75.72%（圖4）。通過(guò)統計不同降雨等級事件中的氣象因子平均值發(fā)現（表2），無(wú)雨日與3 個(gè)降雨等級下的氣象因子日均值均差異顯著(zhù)（P＜0.05）。在降雨日，日平均大氣溫度在3 個(gè)降雨等級之間的差異均未達到顯著(zhù)水平（P＞0.05）；
大雨等級下的日平均太陽(yáng)有效輻射顯著(zhù)高于中雨和小雨等級（P＜0.05）；
中雨等級下的日平均相對濕度顯著(zhù)高于小雨和大雨等級（P＜0.05），且日平均蒸氣壓虧缺顯著(zhù)低于小雨等級（P＜0.05）。

圖3 日降雨等級特征Fig.3 Characteristics of daily rainfall classes

圖4 24 h 降雨頻率分布特征Fig.4 Distribution characteristics of rainfall frequency within 24 hours

表2 觀(guān)測期不同降雨等級日平均氣象因子特征?Table 2 Characteristics of daily average meteorological factors under different rainfall classes during the observation period

2.2 不同降雨等級對不同時(shí)間尺度白樺樹(shù)干液流的影響

2.2.1 不同降雨等級下白樺小時(shí)尺度樹(shù)干液流特征

由圖5 可知，總體上白樺樹(shù)干液流在小時(shí)尺度上表現為無(wú)雨日大于降雨日，且均為晝高夜低，不同降雨等級明顯影響著(zhù)不同分化等級樹(shù)干液流的峰形、啟動(dòng)時(shí)間以及峰值大小。在無(wú)雨日，白樺樹(shù)干液流呈單峰形平滑曲線(xiàn)。液流于6:00 左右啟動(dòng)，在13:00 左右出現峰值，優(yōu)勢木的峰值高達17.30 g·cm-2·h-1，為中等木（14.59 g·cm-2·h-1）的1.18 倍和被壓木（6.96 g·cm-2·h-1）的2.48 倍。22:00 以后優(yōu)勢木、中等木和被壓木的樹(shù)干液流活動(dòng)減弱。相較于無(wú)雨日，3 個(gè)降雨等級下液流峰形變化較平緩，并呈單峰或雙峰的波動(dòng)曲線(xiàn)，并且液流的峰值隨降雨等級出現大幅降低，各分化等級間的液流差異也出現不同程度的縮小。在小雨等級下液流啟動(dòng)時(shí)間為7:00 左右，在14:00 左右出現峰值，3 個(gè)分化等級峰值依次為8.70、8.38 和4.45 g·cm-2·h-1；
中雨等級下的液流于8:00 左右啟動(dòng)，中等木于11:00 左右出現峰值，優(yōu)勢木和被壓木峰值于13:00 左右出現，峰值分別是4.07、2.75和1.71 g·cm-2·h-1，且小雨和中雨等級下的液流在20:00 以后緩慢結束；
大雨等級下，液流啟動(dòng)時(shí)間也為7:00 左右，峰形多變，出峰時(shí)間呈不規則變化，20:00 以后液流基本結束。

圖5 不同降雨等級樹(shù)干液流小時(shí)動(dòng)態(tài)Fig.5 Hourly dynamics of the sap flow under different rainfall conditions

2.2.2 不同降雨等級下白樺日尺度樹(shù)干液流特征

根據降雨等級所劃分的天數，對不同降雨等級所對應的每日液流數據進(jìn)行分類(lèi)后繪制圖6?？傮w上，相較于無(wú)雨日，3 個(gè)降雨等級下的優(yōu)勢木、中等木和被壓木的樹(shù)干液流均隨降雨等級的增加呈不同程度的減小趨勢，且3 個(gè)降雨等級下的優(yōu)勢木樹(shù)干液流與無(wú)雨日均差異顯著(zhù)（P＜0.05）。在無(wú)雨和小雨等級下，3 個(gè)分化等級樹(shù)干液流均表現為優(yōu)勢木＞中等木＞被壓木，且無(wú)雨日3 個(gè)分化等級的樹(shù)干液流均差異顯著(zhù)（P＜0.05），但在小雨等級下，白樺優(yōu)勢木和中等木樹(shù)干液流未達到顯著(zhù)水平（P＞0.05）；
中雨和大雨等級下，3個(gè)分化等級樹(shù)干液流均表現為中等木＞優(yōu)勢木＞被壓木，且在中雨等級下，優(yōu)勢木、中等木和被壓木樹(shù)干液流差異均未達到顯著(zhù)水平（P＞0.05）；
大雨等級下，中等木和優(yōu)勢木差異不顯著(zhù)（P＞0.05）。此外，白樺優(yōu)勢木、中等木以及被壓木在無(wú)雨日的日均樹(shù)干液流分別為146.38、121.75和75.48 g·cm-2·d-1，相較于無(wú)雨日的日均樹(shù)干液流，在小雨、中雨和大雨等級下，優(yōu)勢木日均樹(shù)干液流相對減少了43.02%、71.36%和56.27%；
中等木日均樹(shù)干液流分別減少38.04%、48.79%和41.97%；
被壓木日均樹(shù)干液流分別減少39.74%、59.42%和58.54%。

圖6 日樹(shù)干液流對不同降雨等級的響應Fig.6 Response of daily sap flow to different rainfall classes

2.3 降雨前后白樺樹(shù)干液流特征

不同分化等級白樺在不同生長(cháng)階段降雨前后樹(shù)干液流差異性分析如圖7所示。在整個(gè)觀(guān)測期內，降雨前后不同分化等級白樺樹(shù)干液流總體表現為葉盛期＞展葉期＞落葉期。降雨前，優(yōu)勢木、中等木以及被壓木樹(shù)干液流均表現為葉盛期顯著(zhù)高于展葉期和落葉期（P＜0.05），而展葉期和落葉期液流差異不顯著(zhù)（P＞0.05）。降雨后，優(yōu)勢木在3個(gè)生長(cháng)時(shí)期的樹(shù)干液流均差異顯著(zhù)（P＜0.05）。相較于降雨前，除落葉期優(yōu)勢木和中等木的樹(shù)干液流出現下降外，同一生長(cháng)時(shí)期的其他樹(shù)干液流在降雨后均有不同程度的提高。其中，優(yōu)勢木、中等木在展葉期和落葉期降雨前后的樹(shù)干液流差異達到顯著(zhù)水平（P＜0.05），而葉盛期不顯著(zhù)（P＞0.05）。被壓木降雨前后的樹(shù)干液流在展葉期差異顯著(zhù)（P＜0.05）。

圖7 降雨前后液流變化Fig.7 Variation of the sap flow before and after rainfall

另外，通過(guò)分析發(fā)現降雨前后白樺樹(shù)干液流峰值的分布頻率也存在明顯差異（圖8）。降水前，不同分化等級白樺的樹(shù)干液流峰值頻率的時(shí)間分布較窄，優(yōu)勢木、中等木以及被壓木的峰值分布范圍均為11:00—14:00，其中約70%的峰值集中出現在12:00—13:00。降雨后，優(yōu)勢木、中等木和被壓木的樹(shù)干液流峰值分布時(shí)間相對變寬。三者的液流峰值分布在11:00—17:00，其中優(yōu)勢木和中等木約68%的峰值集中在14:00—17:00，被壓木約50%的峰值集中在14:00—16:00。

圖8 降雨前后液流峰值變化特征Fig.8 Peak variation characteristics of the sap flow before and after rainfall

2.4 白樺樹(shù)干液流對環(huán)境因子的響應特征

白樺樹(shù)干液流與氣象因子間的相關(guān)性表明（表3），白樺樹(shù)干液流對氣象因子的響應在不同降雨等級下存在差異，且同一降雨等級下影響白樺樹(shù)干液流的主要氣象因子因樹(shù)木分化等級而異?？傮w上，在無(wú)雨和降雨日，白樺樹(shù)干液流均與空氣溫度、太陽(yáng)有效輻射和蒸氣壓虧缺呈正相關(guān)關(guān)系，與相對濕度呈負相關(guān)關(guān)系。無(wú)雨日，3 個(gè)分化等級樹(shù)干液流均與空氣溫度、太陽(yáng)有效輻射以及蒸氣壓虧缺極顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.01）。小雨等級下3 個(gè)分化等級液流與空氣溫度、蒸氣壓虧缺極顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.01），且中等木液流與太陽(yáng)有效輻射呈顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.05）；
中雨等級下，優(yōu)勢木、中等木與被壓木與空氣溫度、太陽(yáng)有效輻射以及蒸氣壓虧缺顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.05），優(yōu)勢木與相對濕度顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.05）；
大雨等級下，中等木和被壓木與空氣溫度顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.05），優(yōu)勢木與太陽(yáng)有效輻射顯著(zhù)正相關(guān)（P＜0.05）。

表3 不同降雨等級下液流與氣象因子的相關(guān)性?Table 3 Correlations between sap flow and meteorological factors under different rainfall classes

不同降雨等級下樹(shù)干液流與氣象因子的逐步回歸方程表明（表4），在小雨等級下，優(yōu)勢木、中等木以及被壓木液流均受空氣溫度和蒸氣壓虧缺的影響；
中雨等級下，優(yōu)勢木液流受蒸氣壓虧缺以及相對濕度的影響，中等木液流受大氣溫度影響，被壓木液流受蒸氣壓虧缺影響；
大雨等級下，優(yōu)勢木樹(shù)干液流受太陽(yáng)有效輻射所影響，中等木和被壓木受空氣溫度所影響?？傮w上，小雨等級下，白樺液流變化主要取決于空氣溫度和蒸氣壓虧缺的變化；
中雨等級下，白樺液流變化主要受相對濕度以及蒸氣壓虧缺所影響；
大雨等級下的液流變化主要由太陽(yáng)有效輻射和大氣溫度所驅動(dòng)。

表4 不同降雨等級下樹(shù)干液流與氣象因子的逐步回歸方程Table 4 Stepwise regression equation between sap flow and meteorological factors under different rainfall classes

3.1 無(wú)雨日與降雨日白樺小時(shí)尺度樹(shù)干液流特征

本研究結果發(fā)現，無(wú)論在何種降雨等級下，白樺樹(shù)干液流的小時(shí)動(dòng)態(tài)始終表現為無(wú)雨日大于降雨日。樹(shù)干液流不僅與生物和生理特性密切相關(guān)，還與氣象因子密切相關(guān)[23]，而氣象因子影響液流是通過(guò)調節植物氣孔的開(kāi)度來(lái)影響植物蒸騰，進(jìn)而改變液流速率。由表2 可以看出，在無(wú)雨天氣下往往表現出相對較高的太陽(yáng)有效輻射和空氣溫度。當液流啟動(dòng)后，隨著(zhù)太陽(yáng)有效輻射以及溫度的增大，白樺的葉片氣孔導度受其驅動(dòng)逐漸開(kāi)放，此過(guò)程加快了植物葉表的水汽交換速率，從而使得植物的蒸騰拉力提高，導致其樹(shù)干液流逐漸升高[24]，故無(wú)雨日樹(shù)干液流表現較為活躍。而在降水天氣下，由于太陽(yáng)有效輻射和溫度都處于相對較低值，環(huán)境中的水汽壓梯度因空氣溫度的降低而變小，此時(shí)水分汽化進(jìn)程會(huì )減弱，加之葉片表面濕潤，進(jìn)一步使得葉片氣孔開(kāi)度受到一定的限制，從而使得蒸騰速度減小，故雨天白樺樹(shù)干液流活動(dòng)較弱，所以降雨日樹(shù)干液流的總體水平要低于無(wú)雨日。不同天氣條件還影響著(zhù)白樺樹(shù)干液流的小時(shí)變化趨勢，無(wú)雨日樹(shù)干液流晝夜變化明顯且呈單峰形平滑曲線(xiàn)；
降雨日受降雨和氣象因子影響，白樺樹(shù)干液流呈單峰或雙峰形波動(dòng)曲線(xiàn)，且變化相對平緩。這與楊強等[11]和夏銀華等[12]的研究結果相一致。此外，本研究中大雨等級下的樹(shù)干液流峰值要高于中雨等級（圖5），這與祁偉[25]的研究結果不一致。究其原因，可能是因為在大雨等級下，其日降雨分布頻率大多集中于晚上，而白天很少有降水發(fā)生（圖4）。由圖5可知，白樺樹(shù)干液流在小時(shí)尺度上均為晝高夜低，降水顯著(zhù)降低了白天的樹(shù)干液流量，而夜間由于空氣溫度較低，并且無(wú)光照，此時(shí)樹(shù)干液流基本停止活動(dòng)，故降水的發(fā)生對其的影響相對較小。因此相較于中雨等級，大雨等級下的樹(shù)干液流值較高。

3.2 日尺度下白樺樹(shù)干液流對降雨的響應

本研究結果表明，小雨、中雨以及大雨等級下的樹(shù)干液流相較于無(wú)雨日均表現出不同程度的降低，并且中雨等級條件下樹(shù)干液流的減少量最大，這是因為降水的發(fā)生會(huì )增加冠層周?chē)h(huán)境及微生境的相對濕度[26-27]，從而使得蒸騰降低。在本研究中，與小雨和大雨等級相比，中雨等級下的日平均相對濕度在3 個(gè)降雨等級中最高，日平均蒸氣壓虧缺也在3 個(gè)降雨等級中最小。因此，中雨等級下的冠層干燥持續時(shí)間可能會(huì )最長(cháng)，長(cháng)期的氣孔關(guān)閉或開(kāi)度減小將限制白樺的蒸騰速率，導致中雨等級下的白樺樹(shù)干液流在3 個(gè)降雨等級中最低。這與盧志朋[28]對遼西北樟子松的研究結論相一致。

本研究發(fā)現，不同冠層物候期降水前后白樺樹(shù)干液流差異較大。在展葉期，降水后優(yōu)勢木、中等木以及被壓木白樺的樹(shù)干液流均有不同程度的顯著(zhù)提高。這與張慧玲等[29]和楊強[30]的研究結果相似。葉盛期3 個(gè)分化等級白樺的雨后液流相較于雨前變化不顯著(zhù)。落葉期降水后優(yōu)勢木和中等木的白樺樹(shù)干液流較雨前出現了顯著(zhù)降低趨勢。在展葉期，研究區土壤已開(kāi)始解凍，太陽(yáng)有效輻射及大氣溫度等環(huán)境因子也開(kāi)始逐漸升高，此時(shí)白樺開(kāi)始生長(cháng)，樹(shù)干液流本身處于一個(gè)上升時(shí)期，加之降水又改善了白樺生長(cháng)的水分環(huán)境，因此，其樹(shù)干液流對降水的響應呈顯著(zhù)增長(cháng)趨勢。葉盛期這一階段正值白樺生長(cháng)比較旺盛的時(shí)期，有著(zhù)相對較大的耗水需求，從而導致樹(shù)干液流在降雨前后無(wú)顯著(zhù)差異。有學(xué)者發(fā)現，刺槐Robinia pseudoacacia和側柏Platycladusorientalis在生長(cháng)盛期樹(shù)干液流降水后反而有所降低[13]，這也從側面說(shuō)明植物在生長(cháng)盛期耗水較大。在落葉期階段，葉片枯黃，枝葉凋零，并且大氣溫度和太陽(yáng)有效輻射等環(huán)境因子都開(kāi)始逐漸降低，此時(shí)白樺已進(jìn)入生長(cháng)末期，再加上降水的沖擊也會(huì )加快枝葉脫落，導致其生理活動(dòng)減弱，故雨后蒸騰減少，樹(shù)干液流較雨前有所降低。

此外，本研究還發(fā)現降水前后白樺樹(shù)干液流的峰值分布時(shí)間也存在差異。降水前，白樺的樹(shù)干液流峰值時(shí)間分布較窄，其中優(yōu)勢木和中等木峰值出現時(shí)間集中在正午12:00—13:00，被壓木的峰值分布時(shí)間主要集中在12:00—14:00；
降水后，優(yōu)勢木、中等木以及被壓木的樹(shù)干液流峰值分布時(shí)間相對變寬，三者的液流密度峰值集中于14:00—16:00?？梢?jiàn)，降水后白樺樹(shù)干液流峰值分布時(shí)間有所推遲。盧森堡等[31]在研究降水前后油松和沙棘樹(shù)干液流峰值頻率變化時(shí)也有此發(fā)現，這種差異性分布可能與雨后土壤水分狀況得到暫時(shí)改善有關(guān)。然而，吳旭等[13]對刺槐和側柏的研究中卻有不同發(fā)現，即雨后刺槐峰值分布時(shí)間較雨前變窄，側柏峰值分布時(shí)間較雨前變化不大。以上結果表明，雨后液流峰值頻率的分布時(shí)間可能與樹(shù)種的不同也相關(guān)。

3.3 白樺樹(shù)干液流對氣象因子的響應

本研究發(fā)現，無(wú)論在無(wú)雨日還是降雨日，白樺樹(shù)干液流均與大氣溫度、太陽(yáng)有效輻射以及蒸氣壓虧缺正相關(guān)，與相對濕度負相關(guān)。這與夏銀華等[12]和楊強[30]的研究結果相似，并且他們認為在非降雨日，樹(shù)干液流主要由太陽(yáng)輻射和溫度所驅動(dòng)；
降雨日，其主要受飽和水汽壓差、空氣溫度以及相對濕度的影響。然而，上述研究并沒(méi)有充分考慮降雨等級的變化情況，由于降雨等級的不同，氣象因子的大小也會(huì )發(fā)生相應變化。本研究中，不同降雨等級下的白樺樹(shù)干液流對氣象因子的響應存在差異。小雨等級下，樹(shù)干液流變化主要取決于大氣溫度和蒸氣壓虧缺的影響。中雨等級下，樹(shù)干液流主要受蒸氣壓虧缺和相對濕度影響，由表2 可知，在3 個(gè)降雨等級下，中雨等級下的日均相對濕度最高，日均蒸氣壓虧缺最低，這也解釋了中雨等級下樹(shù)干液流在3 個(gè)降雨等級下最低的合理性。大雨等級下的樹(shù)干液流由太陽(yáng)有效輻射和空氣溫度所驅動(dòng)，大雨等級下的太陽(yáng)輻射在3 個(gè)降雨等級下最高，且大雨等級下的降雨主要發(fā)生在夜間，而白天降雨較少且不連續，當白天斷續的降水事件結束后，此時(shí)隨著(zhù)太陽(yáng)有效輻射以及空氣溫度的逐漸恢復，液流也會(huì )隨著(zhù)緩慢升高到雨前的正常狀態(tài)。

1）白樺樹(shù)干液流的小時(shí)變化特征表現為無(wú)雨日峰值高、歷時(shí)長(cháng)，降雨日峰值低、歷時(shí)短。

2）3 個(gè)降雨等級不同程度地降低了白樺的樹(shù)干液流，中雨等級對其影響最大。

3）展葉期，白樺雨后樹(shù)干液流較雨前上升顯著(zhù)；
葉盛期，樹(shù)干液流較雨前無(wú)顯著(zhù)變化；
落葉期，優(yōu)勢木和中等木在雨后液流下降顯著(zhù)。此外，整個(gè)觀(guān)測期白樺的雨后液流峰值分布時(shí)間較雨前有所推遲。

4）在無(wú)雨日和降雨日內白樺液流均與太陽(yáng)輻射、空氣溫度以及蒸汽壓虧缺呈正相關(guān)關(guān)系，與相對濕度呈負相關(guān)關(guān)系，不同降雨等級下影響樹(shù)干液流的主要氣象因子存在差異。