你是否对植物的水分运输过程感到好奇？你是否想知道如何准确地测量植物的茎流？这篇文章中，我们将探讨一种新的热脉冲法，它可以解决传统热脉冲法在测量植物茎流时的局限性。
在植物生理学研究中，准确测量植物的水分传输速率对于理解植物水分关系至关重要。传统的热脉冲法（Heat Pulse Method）作为测量植物水分传输的流行方法，在某些方面表现出色，但也存在一定的局限性。一项发表在Tree Physiology上的研究为热脉冲法带来了新的理论突破，有望解决这些局限性。
热脉冲法通过测量植物组织内热的传播速度来估算水分流动速率。然而，现有的方法如热比率法（Heat Ratio Method, HRM）和Tmax最大温度法，只能在有限的流速范围内保持准确性，无法在更大的范围内使用。为了解决这一问题，研究者提出了一种新的方法——对偶方法（Dual Method Approach, DMA），将HRM和Tmax两者的优点进行了结合，理论上可以覆盖整个可观测的热流范围。
文章作者与团队在这项研究中重新审视了导热/对流方程，并发现HRM方程与Péclet方程（描述导热与对流比例的无量纲数）等价。研究假设当导热/对流比例，即Péclet数等于1时，慢速与快速方法之间的转换发生，并提出通过包含这个转换值来改进DMA。
研究者使用水压系统在15种木本被子植物的113个茎上人为地施加了从慢到极快的水分通量梯度，并通过HRM、Tmax和DMA方法估算水分通量密度，并与通过称重法测量的水分通量密度进行了比较。
实验结果显示，当Péclet数小于或等于1时，HRM可提供准确的结果，但Tmax超出了测量范围。当Péclet数大于1时，HRM在大约15 cm/hr的速度下达到最大热速度，不再准确，而Tmax则提供了准确的结果。而DMA能够在整个观测范围内输出准确数据。线性回归分析显示，与称重法测量的水分通量的相关性，HRM的r²为0.541，Tmax为0.879，而DMA可达到0.940。
这项研究不仅证实了DMA在测量植物水分传输方面的有效性，还通过引入Péclet方程，理论上解决了HRM和Tmax方法的局限性。随着这一理论的确立，HRM和Tmax这类单独的植物茎流测量方法已被DMA所取代。
DMA 的优点不仅仅在于它能够测量更广泛的液流速度范围，还在于它能够提高测量的准确性和可靠性。与传统方法相比，DMA 可以更好地处理热不平衡的情况，从而减少测量误差。
此外，DMA 还具有操作简单、测量快速等优点。它只需要在树木的树干上安装一个热脉冲传感器，就可以快速地测量树木的液流速度。
测量木质部热速度的热脉冲探针示意图。(a)数据采集系统电缆;(b)环氧树脂体，PCB或模数接口;(c)下游，外部热敏电阻(温度)传感器;(d)上游外热敏电阻;(e)下游内热敏电阻;(f)上游内热敏电阻;(g)下游温度探头;(h)带有内部加热元件的加热探头;(1)上游温度探头。(g)和(h)以及(i)和(h)之间的标称距离为0.006 m。探头的标称长度为0.030米。不按比例。
15种木本植物木质部的热平衡和不平衡测定。蓝圈和红圈分别为β≤1和>1时的实测数据。1:1的关系用虚线表示。(A) α与β;(B) 下游温度针的ΔTd,max vs . ΔTd;(C) 上游温度指针的ΔTu，max vs. ΔTu。当数据落在1:1虚线上时，热平衡发生，这总是发生在上游温度针上。当β > 1时，α与β发生热不平衡，这是由下游温度针的热不平衡引起的。
基于此原理，文章作者开发出了商业化的插针式植物茎流传感器Implexx（识别下方二维码，了解更多），现在科学家可以直接将这项新技术应用到自己的茎流研究中。作者期望DMA技术能够广泛应用于植物水分关系的精确测量，为植物生理学研究和水资源管理提供更可靠的数据支持。如果你对植物的水分运输过程感兴趣，或者想了解更多关于热脉冲法的信息，那么不妨关注我们。
