红枫与糖枫冻融诱导压力生成的实验与计算比较

树液泌出是指糖枫（Acer saccharum）和红枫（Acer rubrum）等树木在反复冻融循环下产生异常高的正向茎压的过程。这种升高的木质部压力使树液可在数周内采收，因此是枫糖浆产业可行性的主要因素。关于树液泌出的大量文献记载了有关枫树正向压力生成物理与生物机制的竞争性假说，但迄今为止在建立泌出过程数学模型方面投入甚少。本文中，我们利用 Graf 等人 [J. Roy. Soc. Interface 12:20150665, 2015] 的现有模型，该模型描述多孔木质部组织中气-液-冰多相混合物内的传热与传质。该模型通过包含木材细胞微观尺度上的相变与渗透传输，并耦合宏观尺度上穿过树干的传热，捕捉了木质部传输固有的多尺度性质。基于合成温度数据模拟的参数研究确定了对应力茎压积累影响最大的模型参数。随后将实测日温度波动作为模型输入，并将所得模拟压力与采自成熟红枫和糖枫茎干在采汁季的实验测量值直接比较。结果表明，我们的多尺度冻融模型再现了真实的泌出行为，从而提供了关于主导枫树正向压力生成的特定物理机制的新见解。