陜西關(guān)中獼猴桃樹蒸騰特征分析

張維敏，劉 璐

(陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟(jì)作物氣象服務(wù)中心，西安 710014)

截止2017年，陜西獼猴桃種植面積達(dá)103萬畝，產(chǎn)量達(dá)131.25萬t，產(chǎn)值達(dá)100多億元[1-2],獼猴桃產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為秦巴山區(qū)和秦嶺北麓農(nóng)民脫貧致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。陜西關(guān)中地區(qū)作為優(yōu)生區(qū)和集中栽培區(qū)，獼猴桃種植面積已達(dá)全省種植面積的70%，且種植規(guī)模仍在進(jìn)一步擴(kuò)展。獼猴桃是喜陰喜濕樹種，對水分的虧缺與澇漬尤為敏感。最適宜獼猴桃種植區(qū)的降雨量要達(dá)到800～1 200 mm，而陜西關(guān)中地區(qū)的降雨量不能滿足這一要求，必須對獼猴桃進(jìn)行灌溉才能保證其正常生長發(fā)育。目前，由于缺乏對獼猴桃耗水量、灌溉制度等方面的技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)，灌水利用率較低。通過分析該區(qū)域獼猴桃蒸騰耗水規(guī)律以及蒸騰與氣象因子的關(guān)系，為制定合理的灌溉措施、提高獼猴桃樹的水分利用效率提供科學(xué)支撐，對當(dāng)?shù)孬J猴桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及水資源的科學(xué)利用具有重要意義。

作物的蒸發(fā)蒸騰量是農(nóng)業(yè)的最主要耗水部分，90%以上的植物莖干液流通過葉片蒸騰散失到大氣中，隨著水分運(yùn)移過程產(chǎn)生的樹干液流是表征植物體內(nèi)水分動(dòng)態(tài)變化及其生理功能的關(guān)鍵指標(biāo)。計(jì)算作物蒸發(fā)蒸騰量的方法很多，主要包括：空氣動(dòng)力學(xué)方法、能量平衡法、渦流相關(guān)法、紅外遙感法、氣孔針法和莖流法[3]。樹木的液流速率和蒸騰速率有著很好的相關(guān)性，能較好地預(yù)測樹木的蒸騰耗水量，因此可通過測定液流速率測算出植物的蒸騰耗水量[4-5]。目前，針對莖干液流不同時(shí)間尺度變化特征、蒸騰與環(huán)境因子的關(guān)系方面的研究較多，主要集中在刺槐、油松等高大林木以及蘋果、紅棗、柑橘、枇杷等果樹方面[6-12]。獼猴桃蒸騰量相關(guān)研究主要是利用便攜式光合測定系統(tǒng)測定蒸騰速率后進(jìn)行分析，或利用水量平衡法進(jìn)行計(jì)算[13-15]。本研究主要采用熱擴(kuò)散液流探針法(TDP)觀測獼猴桃樹樹干莖流變化特征，從而分析獼猴桃蒸騰速率變化特征及氣象因子對蒸騰耗水量的影響，以期為獼猴桃科學(xué)管理、經(jīng)濟(jì)灌溉、實(shí)現(xiàn)灌溉效率最大化提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)獼猴桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)周至縣位于陜西關(guān)中西部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。近38年(1981—2018年)多年平均降水量635.6 mm，最大年降水量1 087.5 mm(1983年)，最小年降雨量298.7 mm(1995年)，降水年內(nèi)分布不均，主要降水集中在5—10月。年平均日照時(shí)數(shù)為1 562 h，年平均氣溫14.0 ℃，最高氣溫38.8 ℃，最低氣溫-8.7 ℃，平均相對濕度70%。土壤類型主要為黃土、褐土、山地草甸土等。試驗(yàn)在周至縣境內(nèi)的九峰試驗(yàn)站進(jìn)行。獼猴桃品種為美味系海沃德，樹齡10年，棚架結(jié)構(gòu)為T型架，株行距為1 m×2 m。試驗(yàn)觀測時(shí)間為2015年3—10月。

1.2 研究數(shù)據(jù)和方法

1.2.1 獼猴桃樹蒸騰量的測定 本研究采用熱擴(kuò)散液流探針法(TDP)測定獼猴桃樹的蒸騰量。在試驗(yàn)果園中心區(qū)域選擇3棵長勢良好的果樹，平均樹高2 m左右，樹干直徑8 cm左右。樹干通直圓滿，測定部位上下30 cm處無結(jié)疤或損傷。每棵樹上安裝兩個(gè)TDP探頭，用泡沫塊將探針夾住，用膠帶固定后外面包裹絕緣、防輻射材料，最后用膠帶密封，防止雨水進(jìn)入。每10 min獲取一次數(shù)據(jù)并記錄，邊材液流通量(蒸騰速率)可由以下公式[16]計(jì)算。

(1)

(2)

公式(1)中：Fs為邊材液流通量(L/h)；As為邊材面積(cm2)；ΔTmax為無液流時(shí)加熱探針與參考探針的最大溫差(℃)；ΔT為瞬時(shí)溫差(℃)。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)的獲取 研究所用氣象數(shù)據(jù)有兩類：一類是周至縣氣象站數(shù)據(jù)，氣象要素包括日平均氣溫、日最高(最低)氣溫、相對濕度、降水量、日照百分率等，來源于陜西省氣象信息中心；另一類是小氣候觀測數(shù)據(jù)，由位于獼猴桃果園內(nèi)的3要素自動(dòng)氣象站連續(xù)監(jiān)測獲取，觀測要素包括氣溫(Ta，℃ )、空氣相對濕度(H，%)、太陽凈輻射(R，W/m2)，每10 min采集一次數(shù)據(jù)。

依據(jù)日照百分率S≥60%、20%

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 運(yùn)用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件和EXCEL2007對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸騰速率日變化特征

對獼猴桃主要生長季(4—8月)蒸騰速率日變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明，獼猴桃蒸騰速率日變化曲線整體上呈寬“幾”字形的單峰形態(tài)，晝夜變化明顯，晝高夜低。蒸騰速率在00:00最低，為0.036 L/h，從08:00左右開始快速上升，14:00左右達(dá)到峰值0.252 L/h。四種情況下，獼猴桃蒸騰速率日變化曲線也均呈寬“幾”字形的單峰形態(tài)，蒸騰速率從08:00左右開始快速上升，在10:00—14:00之間依次達(dá)到峰值。不同情況下，蒸騰速率達(dá)到峰值的時(shí)間不同，其中S≥60%時(shí)，達(dá)到峰值時(shí)間最早，在10:00達(dá)到峰值；其次是20%

2.2 主要生育期日蒸騰耗水量變化特征

根據(jù)獼猴桃蒸騰速率計(jì)算出日蒸騰耗水量，結(jié)果顯示，在獼猴桃主要生長季內(nèi)，日蒸騰量變化曲線整體出現(xiàn)三次峰值，分別是5月上旬、7月上中旬、8月下旬。5月上旬是獼猴桃枝條葉片生長最快的時(shí)候，也是開花關(guān)鍵期，需水量相對較大；7月上中旬是獼猴桃果實(shí)快速生長期，8月下旬果實(shí)進(jìn)入緩慢生長期，這三個(gè)時(shí)段也是獼猴桃需水關(guān)鍵期，其中7月上中旬是獼猴桃蒸騰耗水量最多的時(shí)段，其次為5月上旬、8月下旬(圖2)。

圖1 不同情況下獼猴桃樹蒸騰速率日變化規(guī)律

圖2 獼猴桃日蒸騰耗水量分布

2.3 氣象因子對日蒸騰耗水量的影響分析

將獼猴桃日蒸騰耗水量與氣象站、果園內(nèi)小氣候觀測站日平均氣溫、日最高(最低)氣溫、相對濕度、輻射等氣象要素進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。結(jié)果表明，獼猴桃日蒸騰耗水量與氣象站和果園內(nèi)小氣候站的日平均氣溫、日最高(最低)氣溫呈正相關(guān)關(guān)系，通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)；與小氣候站輻射量呈正相關(guān)關(guān)系，通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)；與日照百分率呈正相關(guān)關(guān)系，也通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。日蒸騰耗水量與氣象站的相對濕度和果園小氣候站的相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn)；與氣象站降雨量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。日蒸騰耗水量與果園內(nèi)小氣候站氣溫要素的相關(guān)系數(shù)高于氣象站的相關(guān)系數(shù)(表1)。利用多元線性逐步回歸分析方法，建立日蒸騰耗水量與氣象站氣象因子的綜合關(guān)系模型(表2)。回歸方程達(dá)顯著水平，通過0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，能夠較好地反映獼猴桃樹日蒸騰耗水量與各氣象因子的關(guān)系。從入選回歸方程的氣象因子可看出，溫度是影響蒸騰耗水量的主要因素。

表1 獼猴桃日蒸騰耗水量與各氣象因子的相關(guān)性分析(n=95)

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

表2 獼猴桃日蒸騰耗水量與氣象因子的逐步回歸模型

注：T為日平均氣溫(℃)，S為日照百分率(%)，H為相對濕度(%)。

3 結(jié)論

(1)獼猴桃樹蒸騰速率日變化呈寬“幾”字型單峰曲線分布，晝高夜低，從08:00左右開始快速上升。4種情況下，S≥60%時(shí)蒸騰速率最早達(dá)到峰值且峰值最高，其次為20%

(2)獼猴桃日蒸騰耗水量分析顯示，7月上中旬是獼猴桃蒸騰耗水量最多的時(shí)段，其次為5月上旬、8月下旬。

(3)獼猴桃日蒸騰耗水量與氣象站和果園內(nèi)小氣候站的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫等氣溫要素，日照百分率，輻射量存在顯著的正相關(guān)性，與相對濕度、降水量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。日蒸騰耗水量與氣溫要素相關(guān)系數(shù)高于其他要素，說明溫度是影響獼猴桃蒸騰耗水量的主要?dú)庀笠蛩亍?/p>