一、樹干里的水，往上走多快

一棵成年樹一天用掉多少水，這個問題看著簡單，答起來不容易。整株連盆稱重是準的，可只能用在盆栽與幼樹上；大樹挖不出來，也搬不上秤。同位素標記能追水的去向，但一次標記只能出幾個點，價錢還不低。剩下的一條路是從樹干里下手：水往上走，必然從木質(zhì)部通過，只要量出通過的速度，再乘上通道的截面，一天的水量就有了。這條路上量出來的數(shù)不是蒸騰，是莖流；兩者在白天接近，在夜里和雨天要分開看。

莖流與蒸騰為什么會分開。水從根上來，到葉片氣孔散出去，中間有一段儲在樹干與枝條里。清晨氣孔剛開、水還沒上來，莖流小于蒸騰，差額由樹體儲水補；午后氣孔半關(guān)，蒸騰降下來，莖流還在往上走，多出來的水又存回去。一天算總賬，兩者差不太多；要算到小時，就得把儲水這一項單獨拿出來。做水分生理的人清楚這一條，做灌溉管理的人常常忽略，算出來的日耗水偏大，灌水量跟著偏多。所以報數(shù)據(jù)的時候，宜把莖流與估算蒸騰分成兩列，各標各的口徑，別合成一個數(shù)交給下游。

恒美智造的這臺屬于探針式這一類，型號 HM-JL01，一個主機帶一對針。這個品類的叫法很雜：按對象叫植物莖流測定儀，按做法叫探針式植物莖流測量儀，按設(shè)備叫植物莖流計，按量叫莖流量測定儀，按整機叫莖流計，說的都是同一件事——把針插進樹干，量水走多快。叫法不同，買的時候要問的卻是同一句：針插多深、一臺管幾個點、數(shù)據(jù)怎么倒出來。這三個問題問清，名字怎么叫都不影響選型。這五種叫法在招標文件里常常混著出現(xiàn)，寫參數(shù)時按一種寫、后面括號注上別名，評審才不會認錯。

表1 一棵樹喝多少水，三條路各有短處

表注：莖流法換來的是連續(xù)，不是全準；一棵樹一天的水，靠一小時一點連起來。

二、兩根探針，一個溫差

做法來自熱消散法，上世紀八十年代由法國學者提出，后來成了國際上常用的一套。核心是兩根針：上面一根纏著電阻絲，通上恒定電流，自己發(fā)熱；下面一根不加熱，只做參照，溫度跟著周圍邊材走。兩根針相隔十到十五厘米，都插進邊材，也就是樹里真正輸水的那一層。水在流，就把上針的熱量帶走了，兩針溫差變小；水不流，熱量散不掉，溫差就大。溫差的大小，反過來就是流速的快慢。

溫差要變成一個能比的數(shù)，中間隔著一道歸一化。夜里氣孔關(guān)著，水幾乎不動，這時候兩針溫差達到當天的高點，記作基準；白天的溫差與基準一比，得到一個無量綱的系數(shù)，再由這個系數(shù)算出液流密度。這一步的道理不難，難在基準每晚都在變：土壤溫度、樹干含水量、天氣，都會讓它漂一點。所以基準不能一次定死，要按夜更新；不更新，一場雨過后整條曲線都抬起來，看著像樹突然喝了很多水。更新基準這件事，宜寫進操作手冊的日常項，像記天氣一樣每天記一筆；記上三個月，哪天的數(shù)據(jù)有問題，翻本子就知道。

針本身的講究也不少。針長三十三毫米，這個長度是按常見樹種邊材厚度定的：太短夠不到輸水層，太長會頂?shù)叫牟摹ａ橌w用不銹鋼，外面裹一層 Teflon 涂層，一是防氧化，二是插拔時少帶傷邊材。溫度用 T 型熱電偶測，直接接到分析儀上，中間不加放大器，為的是少一層漂移。恒美智造隨箱給一套專用鉆孔工具，孔徑與針徑配合，孔打歪了針就貼不實，貼不實的針，讀數(shù)一直偏低。涂層這層東西看不見，磨掉了也照樣能插，只是數(shù)據(jù)開始慢慢漂；等到發(fā)現(xiàn)的時候，往往已經(jīng)漂了一個月。

表2 上針加熱、下針參照，溫差怎么變成流速

表注：末一步靠夜間大的溫差做基準；基準錯了，白天每一分鐘都跟著錯。

三、液流密度、日累計、整樹耗水：三個詞

瞬時液流密度是基礎(chǔ)的一個數(shù)，單位是單位邊材面積在單位時間里通過的水量，常用毫升每平方厘米每小時，也有用厘米每立方厘米每分鐘的，看軟件怎么標。它反映的是此刻水走得多快，適合看一天之內(nèi)的起伏：幾點開始上升、午間有沒有回落、傍晚什么時候停。這個數(shù)不能直接拿去比兩棵樹，因為兩棵樹的邊材面積不一樣，密度相同，實際水量差得遠。

日累計是把一天之內(nèi)的瞬時值按采樣間隔加起來，單位換成升或者毫米。這個數(shù)用來比日、比月、比處理，做灌溉試驗的人常拿它當因變量。累加的精度取決于采樣間隔：設(shè)成一分鐘，一天一千四百多個點，曲線平滑；設(shè)成三十分鐘，一天不到五十個點，午間那個回落的尖就抓不住。間隔不是越小越好，卡容量與電池都有限，常見做法是平時十分鐘、關(guān)鍵期一分鐘。間隔換檔要記在本子上；哪天從十分鐘改成了一分鐘，累加的時候要按段分開算，不能直接相加。

單株耗水是第三個詞，儀器不給，要自己算：液流密度乘上邊材面積。邊材面積看著好算，其實要破壞性取樣——用生長錐在胸高處取一根木芯，量出邊材厚度，再按圓環(huán)面積公式算。一棵樹取一次，取完把孔封上。不取木芯，就只能停在密度上，報出去的是相對值；審稿人一問一棵樹一天多少升，答不上來。恒美智造在方案模板里把這一步單列成一行，提醒用戶別把密度當成水量。邊材面積這一項，一棵樹取一次就夠；同一株第二年可以按胸徑的增長估出來，估出來的數(shù)在表上標個估字。

表3 三個詞，從一分鐘到一棵樹

表注：第三個詞不是儀器給的；邊材面積要取木芯量，不量就只能停在密度上。

四、一個型號，單通道怎么鋪點位

HM-JL01 就一個型號，兩萬五含標準配置：主機、一對探針、鉆孔工具、電池、充電器、存儲卡、軟件與說明書。參數(shù)不復雜：測量指標是瞬時液流密度，單通道，采樣間隔一到九十九分鐘可調(diào)，存儲 2GB，顯示屏 320 乘 160，8.4V 可充鋰電池，也可以改接太陽能板，工作溫度 10 到 60 攝氏度，濕度 0 到 很高RH。參數(shù)表不長，但每一條都對著一個使用場景。恒美智造把這臺機器的配置按整機報，加一臺就是加一套，配件清單列在報價單背面，沒有藏在別處的項。

單通道這三個字要先說清：一臺主機只能接一對針，也就是一個點位。要看四棵樹，要么買四臺，要么一臺輪著插——輪著插的代價是每換一次點位，就要等半天讓溫差穩(wěn)定，前后數(shù)據(jù)接不上。所以做樣木觀測的課題組，通常按點位買臺數(shù)，一棵樣木一臺，主機掛在樹干上，一個月取一次卡。恒美智造在報價時按臺數(shù)算，不按套數(shù)打包，用戶想加一臺就加一臺，不必重談整批。這一條在比價的時候常常被忽略：兩臺機器報價差不多，一臺能接四對針、一臺只能接一對，價差其實差在這里。

2GB 能存多久，算一下就清楚。按十分鐘一個間隔，一天一百四十四組，一組數(shù)據(jù)連同時間戳和溫度，算它一百字節(jié)，一天不到十五千字節(jié)；一季九十天，不到一點五兆。這個容量足夠放好幾年的高頻數(shù)據(jù)，所以卡不是瓶頸，電池才是。8.4V 鋰電池在常溫下能撐十幾天，氣溫降到十度以下掉得快；野外超過兩周沒人去的點位，建議直接接太陽能板，或者按兩周一次的節(jié)奏換電池。所以配套件里電池要按兩塊備，一塊在跑一塊在充；山上沒人守的點位尤其如此，一塊頂不到下次上山，數(shù)據(jù)就斷了。

表4 HM-JL01 的賬面

表注：單通道是一臺管一個點位；要同時看四棵樹，得配四臺，或者輪著插。

五、鉆孔、插針、封泥、取數(shù)：六個動作

頭兩步是選樣木與量尺寸。樣木要選生長正常、無病蟲害、樹干通直的，避開林緣木與被壓木，這兩類樹的液流本來就不典型。選定后量胸徑，再用生長錐在計劃裝針的位置取一根木芯，量邊材厚度；邊材厚度決定針插多深，一般插到邊材厚度的一半到三分之二，插太淺只碰到外層，插太深頂?shù)叫牟摹３叽缬浽邳c位表上，以后重插才有依據(jù)。樣木定下來之后，編號要刻在小鋁牌上釘在樹干，別用紙標簽，一場雨就糊得看不清，第二年重插針找不著是哪一株。

中間兩步是鉆孔與插針。鉆孔用隨箱的專用工具，孔要正、要直、要與樹干表面垂直，孔深比插入深度多兩三毫米；打完孔立刻插針，孔放久了會氧化，針插進去接觸不良。上下兩針相距十到十五厘米，同一方位，都裝在北面或東面，避開午后直曬的那一側(cè)。插好后用密封膠把針孔封住，不留縫；雨水順樹皮滲進去，參照針的溫度就跟著變，數(shù)據(jù)一夜之間就亂。孔打完到插針之間不要超過一分鐘；邊材一暴露在空氣里，表面很快就氧化，針貼上去等于隔了一層膜。

末兩步是接線與取數(shù)。上針的加熱線接主機加熱口，兩針的熱電偶線接信號口，線要順著樹干往下走，留一段余量給樹長粗；線繃直了，樹一長就把接頭扯斷。主機掛在背陰面，用綁帶固定，屏幕朝下防雨。取數(shù)按周或者按月，取的時候順手看一眼夜里的基準有沒有正常抬起來，抬不起來多半是針松了或者進了水。六個動作里，封孔與固定這兩樣看著瑣碎，出問題卻都出在這兩樣上，恒美智造在培訓時把這兩樣單列出來講。取數(shù)的時候順手把當天的天氣記一行，晴天、陰天、雨天分開標；后面解釋曲線為什么突然掉一截，這一行比參數(shù)直接。

還有一件收尾的事：針不能留在樹里過冬。北方冬季凍融反復，樹體膨縮會把針頂松，針體也容易被凍脹擠彎；第二年開春再想用，這支針基本報廢。正確做法是落葉后取針、封孔、登記，把針擦干凈涂一層薄油收進盒里。恒美智造在說明書里把收針寫在末了一頁，很多人翻不到，第二年補針的時候才想起來。這一條在北方尤其要緊；凍土層里的針，一個冬天就能銹死，第二年想拔都拔不出來，只能在旁邊重新打孔，位置一偏就接不上。

六、莖流曲線能說明什么

頭一個用處是看一天之內(nèi)的節(jié)奏。正常的曲線有天亮后快速上升、上午十點到十一點達到高點、午間略微回落、傍晚緩慢下降這么幾個段落。午間那個回落很有信息量：氣溫高、水汽壓差大，氣孔半關(guān)著自保，莖流跟著下來；回落的深淺，能反映這棵樹當時的受旱程度。灌溉試驗里常拿這個回落的幅度做指標，比只看日累計細。回落的深淺還與土壤水分有關(guān)：土干的時候回落來得早、幅度也大，土濕的時候只是輕輕一頓，幾乎看不出。

第二個用處是看連日的變化。灌了一次水，第二天曲線整體抬高、峰值提前；連續(xù)干旱，峰值一天比一天低，起漲時間往后推。把這些變化與土壤含水率、氣象數(shù)據(jù)疊在一張圖上，能看出這棵樹對水的響應有多快。做果園管理的人喜歡這個用法：不用等葉片萎蔫，看曲線什么時候開始壓下去，就知道該澆水了。恒美智造在軟件里預置了疊加視圖，把灌水日期畫成豎線，一眼能對上。灌水記錄的日期要準，記成昨天下午不如記成具體幾點，疊在曲線上才看得出響應有多快。

第三個用處是往林分尺度推。一片林子不可能每株都裝針，常規(guī)做法是選若干樣木，按徑級分層，量出每層的平均液流密度與邊材面積，再乘上各層的株數(shù)，加權(quán)求和。這一步的誤差主要來自邊材面積，不是來自莖流本身；樣木選得偏，推出來的林分耗水就偏。所以樣木要按徑級分布抽，不能圖省事全挑大樹。這條經(jīng)驗寫在很多林業(yè)水分研究的方法里，選型時也該問一句廠家的方案模板有沒有分層。分層這件事宜在選樣木之前就定好；選完再回頭分層，常常發(fā)現(xiàn)某一層一株也沒有，只能補選，補選的樹又趕不上同一批。

邊界也要說清，恒美智造在方案里把這一句印在參數(shù)表下面。莖流測的是樹干那一段的通過量，冠層的截留、枝條的蒸騰、樹皮的蒸發(fā)，都不在這個數(shù)里；換算成蒸騰時，通常按樹干莖流占全株蒸騰的九成上下估。這個比例隨樹種、年齡、天氣變，不是一個固定系數(shù)。所以報數(shù)據(jù)時把口徑寫明：報的是莖流，還是估算的蒸騰，兩者不能混著說。寫清楚這一句，比多測十個點位更能讓數(shù)據(jù)站得住。報數(shù)據(jù)的時候把口徑寫在表頭：莖流是莖流，蒸騰是蒸騰，兩列不能互相替代；寫清楚了，別人拿去用才不會算錯。