平歐雜種榛樹干莖流對環(huán)境因子的響應

凌錦霞，史彥江，羅 達,宋鋒惠，宋子君

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2.新疆林業(yè)科學院經(jīng)濟林研究所，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】榛子為樺木科(Corylaceae)榛屬(CorylusL.)落葉灌木，是我國北方地區(qū)重要的堅果樹種[1]。平歐雜種榛(Corylusheterophylla×Corylusavellanay)目前是全國主要推廣的栽培種，具有營養(yǎng)價值高、抗旱抗寒性強的平榛特點和果大、豐產(chǎn)、出仁率高的歐洲榛優(yōu)點[2]。擴大榛子在新疆推廣面積對調(diào)整林果產(chǎn)業(yè)樹種結構效益顯著。榛子產(chǎn)業(yè)發(fā)展取決于提高榛子產(chǎn)量，新疆推廣種植平歐雜種榛，在諸多影響榛子產(chǎn)量的因素中，水分是制約平歐雜種榛生長和產(chǎn)量的重要限制因子。研究樹干莖流速率的變化規(guī)律，對科學實施水肥管理措施、提高產(chǎn)量和品質(zhì)，具有重要意義。【前人進展研究】目前，關于莖流方面的研究在農(nóng)業(yè)和林業(yè)上都有成果。趙付勇[3]、程平[4]、趙自國[5]等分別對核桃、灰棗、葉底研究均發(fā)現(xiàn)，晴天和陰天下莖流速率呈單峰曲線，多云下莖流速率呈多峰曲線；孫雨婷等[6]對棗樹莖流速率的研究發(fā)現(xiàn)，在不同天氣下莖流速率與風速、太陽輻射、空氣溫度呈正相關，與空氣相對濕度呈負相關；張華艷[7]對阿克蘇棗樹莖流的研究發(fā)現(xiàn)，在不同天氣下棗樹的莖流速率變化不盡相同?！颈狙芯壳腥朦c】前人有關榛子的研究主要包括良種選育、開花結實物候觀測、生理生態(tài)學特性、無性繁殖技術、栽培管理技術等。而有關榛子樹干莖流對環(huán)境因子的響應仍未探及。研究滴灌下不同月份不同天氣條件下，平歐雜種榛莖流速率特征及相互關系。【擬解決的關鍵問題】滴灌條件下，分析不同環(huán)境條件對平歐雜種榛莖流速率的影響，研究影響莖流速率的主要氣象因子，為干旱區(qū)榛樹土壤水分管理提供理論實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗區(qū)位于新疆伊犁哈薩克自治州察布查爾錫伯自治縣平歐雜種榛豐產(chǎn)栽培示范園，N43°17′～43°57′，E80°31′～81°43′，距縣城8 km。屬大陸性北溫帶溫和干旱氣候，熱量豐富，光照充足，四季分明。年有效光照時數(shù)達2 846 h，無霜期177 d，積溫3 800℃，年平均降水量222 mm。冬春長，冬季寒冷，夏秋短，夏季炎熱，降水較少，年均氣溫7.9℃。

試驗于2019年5～8月進行，供試材料為平歐雜種榛新榛1號(84-254)，2012年定植，東西走向，株行距2.0 m×4.0 m。隨機選取長勢基本一致、生長健康、無病蟲害的榛樹3株，株高2.4～2.5 m，地徑52～58 mm，東西冠幅1.5～2.1 m，南北冠幅1.5～2.7 m。試驗區(qū)采用種植行兩側雙管布置方式進行灌溉，即分別沿種植行兩側2/3樹冠處各布置1根滴灌管，管徑16 mm，滴頭間距50 cm，流量3.75 L/h。

1.2 方 法

1.2.1 莖流速率測定

采用Dynamax公司生產(chǎn)的FLGS-TDP插針式熱耗散植物莖流計，對所選3株樣樹進行測定。傳感器由兩根探針組成，一根加熱探針用來計算樹木莖流，另一根探針安裝在加熱探針正下方且距地面60 cm的樹干朝陽面，上下探針間距4 cm，留2～3 mm在外面，便于樹皮生長以保證不損壞TDP探針。探針用球狀泡沫進行固定，用反光膜包裹起來，包裹上方用膠帶和玻璃膠密封以阻止水分沿樹干流下并接觸傳感器影響數(shù)據(jù)。莖流計傳感器采用數(shù)據(jù)采集器自動監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄，每30 s掃描1次，記錄數(shù)據(jù)并儲存。采用Grainier提出的公式K=(dTm-dT)/dT來計算莖流速率V，再通過莖桿的邊材橫截面積SA(cm2)，與V組合計算得到樹干莖流量SF[8]。

V(cm / s) = 0.011 9 ×K-1.231.

(1)

SF(g / h) =SA×V× 3 600.

(2)

SA= - 0.339 + 0.59ST.

(3)

式中：dTm為無莖流時的最大溫差(℃)，dT為任何某一給定時刻的溫差(℃)，ST為樹木周長(cm)，t為測定時間(s)。

1.2.2 氣象因子測定

分別對5月所有晴天(18 d)、陰天(3 d)、多云(10 d)，6月所有晴天(20 d)、陰天(4 d)、多云(6 d)，7月所有晴天(24 d)、陰天(3 d)、多云(4 d)，8月所有晴天(20 d)、陰天(5 d)、多云(6 d)3種天氣下的太陽輻射、大氣溫度、大氣相對濕度、風速等環(huán)境因子進行統(tǒng)計。

在試驗樣地附近安裝HOBO小氣候儀，自動觀測太陽輻射(PAR)、大氣溫度(Ta)、大氣相對濕度(RH)、風速(W)。設置數(shù)據(jù)采集器每30 s掃描1次，30 min記錄1次均值并儲存，與測定莖流儀數(shù)據(jù)相匹配。

試驗區(qū)灌水時間分別為4月24日、6月14日、8月21日和10月3日。在灌水處理相同的條件下，分別對5～8月所有晴天、陰天、多云3種天氣下的莖流速率、大氣溫度、太陽輻射、大氣相對濕度、風速等進行平均，分析莖流速率日變化及其日莖流速率與氣象因子的相關性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010，SPSS19.0對數(shù)據(jù)進行分析處理并作圖。

2 結果與分析

2.1 環(huán)境因子的變化

研究表明,相同月份不同天氣下大氣相對濕度是陰天>多云>晴天，而其它環(huán)境因子最大值是晴天>多云>陰天。在5～8月，8月的最高溫最大，達到39.18℃，5月溫度最低，6月3種天氣下的最高溫變化范圍為30.571～38.50℃，7月最高溫變化范圍為34.05～38.449℃。太陽輻射和大氣相對濕度在6月最高，分別達到1 028.1 W/m2、50.6%，風速在7月晴天下最大，達到7.55 m/s，其它時間相差很小。表1

表1 5～8月不同類型天氣氣象因子Table 1 Weather factors for different types of weather in May-August

2.2 平歐雜種榛莖流速率與氣象因子的關系

2.2.1 不同月份平歐雜種榛不同天氣條件下莖流速率的變化特征

研究表明,5～8月在不同天氣下莖流速率晝夜差異較大，白天莖流速率變化曲線均呈倒“U”型，夜間有極小莖流。晴天和陰天下5～8月的莖流速率變化趨勢都為單峰曲線，多云天氣下為多峰曲線。晴天下6月的峰值最大，為0.010 8 cm/s，而在陰天和多云下7月莖流速率的峰值最大，分別為0.009 6 、0.010 1 cm/s。各月莖流速率峰值出現(xiàn)的時間分別為5月(12:00～13:00)、6月(13:00～14:30)、7月(13:30～16:00)、8月(14:00～16:00)。5月莖流速率變化浮動最小，原因是5月大氣溫度和太陽輻射較低，大氣相對濕度較高。圖1～3

圖1 晴天天氣下5～8月莖流速率
Fig.1 Stem flow rate from May to August in sunny weather

圖2 陰天天氣下5～8月莖流速率
Fig.2 Stem flow rate from May to August in dark Weather

圖3 多云天氣下5～8月莖流速率
Fig.3 Stem flow rate from May to August in cloudy Weather

2.2.2 大氣溫度對不同天氣條件下莖流速率的影響

研究表明,3種天氣條件下5～8月大氣溫度的變化幅度都呈降-升-降的趨勢，17:00～17:30出現(xiàn)峰值，和莖流速率的變化趨勢基本一致。晴天和多云下5～8月大氣溫度在17:30前后達到峰值，陰天下15:00～19:30達到峰值，而莖流速率晴天下12:30～14:30出現(xiàn)峰值，陰天下12:30～16:00出現(xiàn)峰值，多云下13:00～16:00出現(xiàn)峰值。5～8月3種天氣下莖流速率都出現(xiàn)了“午休”現(xiàn)象，這是由于植物為了在高溫條件下保持水分、減少水分流失，關閉了部分氣孔[9-10]，莖流速率與大氣溫度具有顯著的相關性。圖4～6

圖4 晴天天氣下5～8月大氣溫度變化
Fig.4 The Variation of the Atmospheric Temperature in the May-August of the Weather of the sunny day weather

圖5 陰天天氣下5～8月大氣溫度變化
Fig.5 Variation of the atmospheric temperature in the May-August of the dark day

圖6 多云天氣下5～8月大氣溫度變化
Fig.6 The change of atmospheric temperature in May - August in cloudy weather

2.2.3 太陽輻射對不同天氣條件下莖流速率的影響

研究表明,3種天氣下5～8月太陽輻射變化曲線呈先增后減的多峰型，和莖流速率變化曲線基本一致。晴天下5～8月太陽輻射在14:30前后出現(xiàn)峰值；陰天下出現(xiàn)峰值的時間分別為5、6月13:30，7月15:30，8月15:00；多云下出現(xiàn)峰值的時間分別為5月13:00，6月14:00，7月16:00，8月16:30。5～8月是新榛1號果實的生長發(fā)育期，此時期葉片完全展開，蒸騰作用和光合作用都高于其它時期，而太陽輻射是光合作用產(chǎn)生的必要條件，太陽輻射對平歐雜種榛產(chǎn)生莖流的驅(qū)動作用較大。圖7～9

圖7 晴天天氣下5～8月太陽輻射變化
Fig.7 Variation of solar radiation from May to August under sunny weather

圖8 陰天天氣下5～8月太陽輻射變化
Fig.8 Variation of solar radiation from May to August under cloudy weather

2.2.4 大氣相對濕度對不同天氣條件下莖流速率的影響

研究表明，3種天氣下5～8月的大氣相對濕度變化幅度均呈不規(guī)律性的多峰曲線，整體都隨莖流速率的降低而升高。8月大氣相對濕度在夜間保持穩(wěn)定，一段時間內(nèi)始終保持1%，因為8月天氣進入秋季，空氣中含水量較低，植物的光合作用和蒸騰作用隨之減小，導致葉片從根部吸收的水分也減小。大氣相對濕度和莖流速率具有一定的相關性。圖10～12

圖9 多云天氣下新榛1號5～8月太陽輻射變化
Fig.9 Variation of solar radiation in 'New hazel 1' in cloudy weather from May to August

圖10 晴天天氣下5～8月大氣相對濕度變化
Fig.10 Variation of the relative humidity of the atmosphere in the May-August of the sunny day

圖11 陰天天氣下5～8月大氣相對濕度變化
Fig.11 Variation of the relative humidity of the atmosphere in the May-August of the cloudy day

圖12 多云天氣下5～8月大氣相對濕度變化
Fig.12 Variation of the relative humidity in the atmosphere from May to August in cloudy weather

2.2.5 風速對不同天氣條件下莖流速率的影響

研究表明,3種天氣下5月風速的峰值和變化幅度最大，但莖流速率卻不是最大的，總體看來5～8月風速的變化趨勢并不是呈有規(guī)律性的變化曲線，而莖流速率總體的變化曲線呈穩(wěn)定-增高-降低的多峰曲線，當風速為零時，莖流速率并不為零。除此之外，風速主要受氣壓梯度的影響，風速越大，空氣的流動速率越大，從而加快葉片的蒸騰作用，但風速過大就會導致樹木氣孔的關閉，莖流速率降低。風速對平歐雜種榛莖流速率的影響較小。圖13～15

對各月3種天氣下的日莖流速率與氣象因子的變化關系進行相關分析表明，5月晴天和陰天下影響莖流速率的主要驅(qū)動力為風速和太陽輻射，相關系數(shù)分別為0.905、0.904，多云天氣下為大氣溫度，相關系數(shù)為0.859，而6～8月影響莖流速率的主要驅(qū)動力為大氣溫度，均與莖流速率呈顯著正相關。風速對莖流速率的影響差異也很大，6月晴天天氣下風速與莖流速率呈負相關，其余月份與莖流速率呈正相關，相關性差異較明顯，但都高于0.212。5月3種天氣下和6月陰天下大氣相對濕度與莖流速率呈負相關，而在7、8月3種天氣下與莖流速率均呈正相關。表2

圖13 晴天天氣下5～8月風速變化
Fig.13 Variation of Wind Speed from May to August on sunny days

圖14 陰天天氣下5～8月風速變化
Fig.14 Variation of wind speed from May to August under dark weather

圖15 多云天氣下5～8月風速變化
Fig.15 Variation of wind speed in May-August in cloudy weather

2.3 平歐雜種榛莖流速率日變化與氣象因子的相關性

研究表明,5月晴天和陰天下影響莖流速率的主要驅(qū)動力為風速和太陽輻射，相關系數(shù)分別為0.905、0.904，多云天氣下為大氣溫度，相關系數(shù)為0.859，而6～8月影響莖流速率的主要驅(qū)動力為大氣溫度，均與莖流速率呈顯著正相關。風速對莖流速率的影響差異也很大，6月晴天天氣下風速與莖流速率呈負相關，其余月份與莖流速率呈正相關，相關性差異較明顯，但都高于0.212。5月3種天氣下和6月陰天下大氣相對濕度與莖流速率呈負相關，而在7、8月3種天氣下與莖流速率均呈正相關。表2

3 討 論

不同植物在相同月份不同天氣下莖流速率的峰值不同。不同月份平歐雜種榛莖流速率的峰值是晴天>多云>陰天，由于晴天下太陽輻射明顯高于陰天，促進了植物的蒸騰作用，植物為了滿足正常生長，其根系在迫于壓力的環(huán)境下吸收更多的水分，使莖流變大，這也證明了太陽輻射是莖流變化最直接的驅(qū)動力[11]，這與劉鑫等[12-14]的研究結果一致。晴天下6月莖流速率的峰值較高，陰天和多云天氣下7月的莖流速率較高，由于6、7月是該試驗區(qū)的夏季，大氣溫度和太陽輻射都較高。環(huán)境因子可能會影響植物莖流速率的峰值，在一段時間內(nèi)風速和太陽輻射等環(huán)境因子的變化也會引起莖流速率峰值的變化[15]。

表2 5～8月不同天氣下莖流速率與氣象因子相關性Table 2 Correlation between stem flow rate and meteorological factors in different weather from May to August

注：*表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關；**表示在 0.01 水平(雙側)上顯著相關；“+”表示正相關,“-”代表負相關
Notes:*IsP<0.05 and**IsP<0.01;“+”indicates positive correltaion, and“-” indicates negative correltaion

植物莖流速率的大小主要受蒸騰拉力的影響，植物在蒸騰過程中土壤中的水分由根系通過蒸騰拉力運輸?shù)饺~片，保證葉片進行正常的生理活動，而葉片中的水分又會擴散到大氣中[16]。和其它植物一樣，榛樹的生理過程也具有明顯的變化規(guī)律，即整個生育期不同天氣下的莖流速率晝夜差異較明顯，白天莖流速率變化曲線呈倒“U”型，夜間存在極小莖流，原因是夜間大氣溫度和太陽輻射都較低，而大氣相對濕度較高。而白天大氣溫度會隨著太陽輻射的升高而升高，莖流速率也會隨之升高，因此,白天的莖流速率比晚上的要大，這與吳喆瀅等[17]的結果一致。而孫鵬森等[18]認為油松、元寶楓夜晚莖流為零，而栓皮櫟等夜晚莖流較大。植物種類不同，夜間存在的莖流速率大小也有很大差異。

植物莖流速率的大小不僅與植物自身的生物學特性有關，而且還受不同環(huán)境因子的影響，各因子之間存在相互制約與協(xié)調(diào)作用，太陽輻射作為各環(huán)境因子變化的驅(qū)動力，決定了大氣溫度和大氣相對濕度的高低[19]。分析環(huán)境因子對莖流速率的影響，可以更好的揭示微氣候?qū)ζ綒W雜種榛生理活動的影響。研究發(fā)現(xiàn)，5月晴天和陰天下風速、太陽輻射是最主要決定因素，與莖流速率呈顯著正相關，而多云天氣下大氣溫度是最主要決定因素；在6～8月3種天氣下大氣溫度對榛樹莖流的影響大于太陽輻射，其次為其它環(huán)境因子。這是由于6月天氣緩慢進入夏季，大氣溫度和太陽輻射升高，樹木的蒸騰作用和光合作用也隨之加強。這與郭映等[20-21]的研究結果一致。劉春鵬等[22]研究荊條樹干莖流特征時發(fā)現(xiàn)在晴天和陰天條件下莖流速率與太陽輻射、大氣溫度呈正相關，在雨天天氣下，莖流速率與太陽輻射、大氣溫度呈負相關，大氣溫度對莖流速率發(fā)揮主導作用。在栽培種植植物時應考慮各環(huán)境因子的影響大小。

4 結 論

4.1 平歐雜種榛莖流速率在不同月份不同天氣下晝夜變化差異較大，白天莖流速率大，夜間莖流速率小，維持相對穩(wěn)定狀態(tài)。不同天氣下不同月份莖流速率峰值和峰值出現(xiàn)的時間有所差異，晴天下6月莖流速率的峰值大于其它月份，陰天和多云下7月的峰值大于其它月份。

4.2 晴天下5～8月平歐雜種榛日莖流速率呈現(xiàn)出平緩-增高-下降的單峰曲線，夜間莖流極小；陰天下5～8月日莖流速率的變化曲線與晴天相近，只是變化幅度略小于晴天；多云下5～8月日莖流速率呈現(xiàn)出先增高后下降的多峰曲線，變化幅度略小于晴天。5月莖流速率浮動范圍小于其他月份。

4.3 不同天氣相同月份平歐雜種榛莖流速率日變化的峰值不同，具體表現(xiàn)為晴天>多云>陰天；不同天氣不同月份莖流速率啟動的時間不同，具體表現(xiàn)為7月早于8月早于6月早于5月，相同月份不同天氣晴天下莖流速率啟動時間比陰天、多云天氣下要早。

4.4 不同月份平歐雜種榛在不同天氣下與各環(huán)境因子的相關性有一定差異。5月晴天和陰天天氣下影響莖流速率的主要環(huán)境因子為風速、太陽輻射，而多云天氣下為大氣溫度，在3種天氣下風速對莖流速率的影響都高于0.828；6～8月影響莖流速率的主要環(huán)境因子為大氣溫度，其次為太陽輻射、大氣相對濕度、風速。