新疆野杏樹干液流變化與環(huán)境因子的關(guān)系*

尤璐瑤，劉立強，鄧 雪，馬百強，烏仁其米格，廖 康

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052）

野杏（Armeniaca vulgarisLam.）是新疆野果林的重要物種之一，是第三紀(jì)溫帶落葉林的殘遺種，廣泛分布于新疆伊犁等地山區(qū)，被認為是世界栽培杏的原生起源種，對栽培杏的改良馴化起過重要作用[1-2]。野杏具有重要的開發(fā)利用價值，野果林生態(tài)環(huán)境惡化對野杏的生長和繁衍造成巨大威脅，野杏資源保護是目前亟待解決的問題。水分是樹木生長的重要條件和基礎(chǔ)，而蒸騰耗水則是樹木水分散失的主要途徑。蒸騰耗水是復(fù)雜的植物生理過程，受樹種及其生長環(huán)境、空間和時間等因素的影響[3]。樹干液流是由于葉片的蒸騰拉力作用引起植物體水分通過木質(zhì)部傳輸?shù)饺~片的過程[4]，樹干液流的流量占蒸騰耗水的90%以上[5]。而通過對野杏樹干液流的監(jiān)測，計算樹干液流量可以基本反映野杏的蒸騰耗水狀況。Granier 熱擴散探針法（TDP）因其在不破壞樹木正常生長的情況下，進行連續(xù)監(jiān)測并采集數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)簡單可靠，而被廣泛應(yīng)用[6]。根據(jù)前人對于山杏[7]、桃[8]、蘋果[9]、杏李[3]等果樹樹干液流的研究成果，可以總結(jié)得出：果樹樹干液流在任何天氣環(huán)境下的晝夜變化明顯，并且晴天的液流速率要大于陰天，與太陽輻射和空氣溫度具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。目前關(guān)于野杏的樹干液流等問題未見到報道，本試驗采用PS-TDP8 型熱耗散式樹干液流測定系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測野果林原生境條件下野杏液流速率，同步監(jiān)測記錄環(huán)境因子，并運用Pearson方法對樹干液流與環(huán)境因子進行相關(guān)性分析。通過分析野杏樹干液流的變化規(guī)律，揭示環(huán)境對野杏樹干液流變化的影響，掌握樹體蒸騰耗水規(guī)律，為分析野杏對環(huán)境變化的應(yīng)激響應(yīng)機制提供理論依據(jù)，進一步為野杏資源的保護提供幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在新疆伊犁新源野果林進行，在試驗區(qū)設(shè)立自動氣象站，2019 年氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示：試驗地當(dāng)年年平均氣溫9.0 ℃，1 月平均氣溫-3.5 ℃，7 月平均氣溫21.8 ℃，2019 年降水較往年多，年降水量為1 195.8 mm，≥10 ℃有效積溫3 026.5 ℃，年日照時數(shù)2 751 h。

1.2 試驗材料

野杏的葉果有嚴(yán)重穿孔現(xiàn)象，除此之外生長狀況良好。選擇長勢良好的2 株野杏樹作為監(jiān)測樣本，連續(xù)監(jiān)測其樹干液流。樣本樹的基本情況如表1 所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 樹干液流監(jiān)測

試驗于2019 年4—9 月進行。采用PS-TDP8型熱耗散式樹干液流測定系統(tǒng)監(jiān)測2 株樣本樹的樹干液流。在樣本樹離地面50 cm 左右處主干相對平滑的部位，用一小起子水平插入樹皮，量取樹皮厚度，設(shè)定鉆頭深度為22 mm（銅管長度+樹皮厚度）。用直徑為2 mm 的便攜式手電鉆在樹干垂直線上鉆2 個相距15 cm 的小孔，用小起子將小銅管插到小孔中，在上面的鉆孔中放置紅圈標(biāo)記的探針，在下面鉆孔中放置另外一個探針。用泡沫固定在探針周圍，用反光膜包裹在上面，將包裹的膜與樹體之間的空隙用防水玻璃膠封死，防止雨水等滲入。

表1 樣本樹基本概況

用CR1000 型數(shù)據(jù)采集器和PC400 來調(diào)節(jié)莖流儀的工作電壓和檢測熱電偶，將數(shù)采箱與太陽能板和電瓶設(shè)立在樣本樹周圍相近并空曠位置，將數(shù)據(jù)采集儀的數(shù)據(jù)采集時間設(shè)置為每10 s 采集1 次數(shù)據(jù)，每30 min 將所獲得的數(shù)據(jù)平均1 次并儲存。數(shù)據(jù)處理和分析根據(jù)Granier 公式進行計算[10]：

K＝（dTM-dT）/dT

Fd＝0.011 9×K1.231

F＝Fd×SA

式中K 為參數(shù)，dTM 為樹干液流停止時達到的最大溫差值（℃），dT 為任何某一給定時刻的溫差（℃），F(xiàn)d 為樹干液流平均流速（cm/s），SA 為加熱針處測得的邊材面積（cm2），F(xiàn) 為瞬時液流速率（g/s）。

1.3.2 環(huán)境因子監(jiān)測

采用自動氣象站，實時監(jiān)測試驗地的空氣溫度（℃）、空氣相對濕度（%）、太陽輻射（W/m2）、土壤溫度（℃）和土壤含水量（%），將儀器設(shè)置為每1 h 記錄1 次。

為綜合反映大氣溫度與空氣相對濕度的協(xié)同效應(yīng)，采用水汽壓虧缺這一指標(biāo)，由以下公式求出[3]：

VPD＝0.611e17.502Ta/（T＋240.97）（1-RH）

式中VPD 為水汽壓虧缺（kPa），Ta 為空氣溫度（℃），RH 為空氣相對濕度（%）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2007 對數(shù)據(jù)進行整理并繪制圖表，用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 野果林內(nèi)環(huán)境因子的變化規(guī)律

圖1-a 所示，7 月平均氣溫最高，為22.1 ℃，4 月平均氣溫最低，為11.8 ℃，而5、6、8、9 月的平均氣溫分別為13.8、17.7、20.8、16.2 ℃，整體氣溫偏低。空氣相對濕度相差并不明顯（圖1-b），4—6 月降水較多，空氣相對濕度較高，7 月開始降水相對減少，空氣相對濕度也相應(yīng)降低，7 月與9月的空氣相對濕度最低，為54%，整體濕度較高。水汽壓虧缺是由空氣溫度與空氣相對濕度決定的，7 月水汽壓虧缺較高（圖1-c）。太陽輻射強度7月平均值最高，為292.7 W/m2（圖1-d），4 月平均值較低，為182.7 W/m2，整體太陽輻射日平均值為225.8 W/m2。

圖1 新源野果林環(huán)境因子日平均變化

野果林4—9 月的土壤含水量呈現(xiàn)降低的趨勢（圖2-a），并且表層土壤含水量的變化幅度要大于深層。4 月由于化雪完畢，土壤含水量較高，隨后緩慢降低；由于降水集中在4—6 月，雨水滲入土壤，因此在10 cm 和20 cm 土層的土壤含水量高于其他土層；7—8 月降水量減少，土壤含水量降低幅度變大，但10 cm 和20 cm 土層的土壤含水量受降雨影響波動較大，其余土層受降雨影響較小；9月40 cm 和50 cm 土層的土壤含水量趨于穩(wěn)定。在此期間的土壤含水量降低較為緩慢，在后期降水減少后，土壤含水量有明顯降低現(xiàn)象。土壤溫度呈現(xiàn)“先升高后降低”的趨勢（圖2-b），并且各土層的溫度變化一致；越接近地表的土層，受外界溫度影響越大，8 月初各土層的土壤溫度均達到最大值。

圖2 新源野果林土壤因子日平均變化

2.2 野杏樹干液流速率日變化規(guī)律

2019 年4—9 月，為充分體現(xiàn)野杏樹干液流各月的日變化規(guī)律，選取每個月連續(xù)10 d，觀察不同月份內(nèi)野杏樹干液流流速日變化（圖3）。結(jié)果表明，2 株野杏樹樹干液流流速日變化規(guī)律均呈現(xiàn)明顯的晝夜變化，且表現(xiàn)為晝高夜低，樹干液流峰值維持的時間4—9 月呈現(xiàn)“由短變長，再變短”的規(guī)律，每天的峰值出現(xiàn)也有不同，有的只出現(xiàn)1 個峰值，而有的有多個峰值，當(dāng)達到第1 個峰值之后，液流速率明顯降低，之后再達到下1 個峰值，有單峰和多峰2 種現(xiàn)象。4 月開始，樹體活動增強，開始展葉，蒸騰作用開始緩慢增加，樹干液流也隨之變化，隨著葉幕形成，逐漸升溫，太陽輻射增強，晝長夜短使太陽輻射時長增加，7 月的樹干液流流速達到最大。在整個生長期內(nèi)，2 株野杏樹的液流速率明顯不同，這可能由于試驗樣本樹的冠幅不同，葉面積有所差異，導(dǎo)致樣本樹之間的蒸騰作用不同，致使樣本樹之間樹干液流速率區(qū)別較大。

2.3 不同天氣下野杏樹干液流速率變化規(guī)律

選擇4—9 月內(nèi)每個月的晴天、陰天和雨天，比較不同天氣下野杏樹干液流流速變化（圖4）。結(jié)果表明，各月內(nèi)的液流速率均為晴天＞陰天＞雨天，晴天和陰天的樹干液流速率為晝高夜低，而雨天的樹干液流速率較低，晝夜變化并不明顯。在晴天時，樹干液流速率達到最大時會保持一段時間基本穩(wěn)定不變，然后再逐漸降低；在陰天時，樹干液流啟動時間相對于晴天稍晚，樹干液流速率表現(xiàn)多為“多峰”曲線，且峰值寬度相對于晴天較窄；在雨天時，樹干液流變化并不大，整體較低，并且夜晚的液流速率高于白天。

2.4 野杏樹干液流流量變化規(guī)律

通過對野杏樹干液流變化監(jiān)測，比較不同月份樹干液流流量變化（表2）。結(jié)果表明：4 月的平均單位時間液流量最低，為0.73 L/h，日均液流量和月液流總量分別為17.57、351.35 L；隨后每月呈遞增規(guī)律，并在7 月平均單位時間液流量達到最大，為2.70 L/h，日均液流量和月液流總量分別達到64.91、2 012.29 L；8 月和9 月又開始逐漸下降。

表2 不同月份野杏樹干液流流量變化

2.5 樹干液流日均流速變化

通過對樹干液流的監(jiān)測，觀察生長季樹干液流流量日變化（圖5）。結(jié)果表明，整個生長階段樹干液流日均液流量的變化整體表現(xiàn)為“先增加后降低”的趨勢，呈波動性變化。可能由于試驗地2019年雨水較多，樹干液流的波動性較大。而在4 月可能由于野杏正處于展葉時期，而雨水也較多，樹體的蒸騰作用較弱，因此日均液流量最低。隨著野杏展葉結(jié)束，后期雨水減少，溫度與光照強度增加，蒸騰作用增強，7 月最高，其中，7 月26 日的日均液流量達到最大，為114.72 L。整個階段日均液流量的平均值為46.63 L。

圖3 不同月份內(nèi)野杏樹干液流流速日變化

圖4 各月不同天氣條件下野杏樹干液流速率變化

圖5 野杏樹干液流生長季日變化

2.6 野杏樹干液流與環(huán)境因子的關(guān)系

通過對樹干液流的監(jiān)測，比較樹干液流與環(huán)境因子的關(guān)系（表3）。結(jié)果表明：在野杏的生長季中，樹干液流與溫度、水汽壓虧缺、太陽輻射總是呈現(xiàn)正相關(guān)，其中樹干液流與太陽輻射一直為極顯著正相關(guān)關(guān)系；樹干液流與溫度只在5 月和6 月呈極顯著正相關(guān)，4 月和7 月呈顯著正相關(guān)；樹干液流與水汽壓虧缺在4 月和5 月呈極顯著正相關(guān)，6月呈顯著正相關(guān)。樹干液流與空氣濕度一直呈負相關(guān)，在4—6 月為極顯著負相關(guān)關(guān)系。樹干液流與土壤水分和土壤溫度只有在5 月呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系，其他月份關(guān)系并不顯著，除7 月外，土壤水分和土壤溫度對野杏樹干液流的影響正好相反。

表3 不同月份野杏樹干液流速率與環(huán)境因子相關(guān)性

由此可見，太陽輻射對樹干液流的影響最大，并且在7 月相關(guān)系數(shù)最大，達到0.802。其次是空氣溫度、空氣相對濕度和水汽壓虧缺對野杏樹干液流的影響，土壤水分與土壤溫度對野杏樹干液流的影響最小。

3 討 論

3.1 樹干液流速率變化規(guī)律

在整個觀測期內(nèi)，由于白天的樹體蒸騰作用較高，蒸騰拉力較強，進而影響到樹干液流的流速，出現(xiàn)晝高夜低的規(guī)律，可能由于晴天的太陽輻射大、空氣溫度高、空氣相對濕度小等環(huán)境因子影響，導(dǎo)致晴天與陰天樹體的蒸騰作用不同，晴天的液流速率高于陰天，并且出現(xiàn)單峰和雙峰2 種現(xiàn)象。而在雨天時太陽輻射和空氣溫度均較低，相對濕度大，蒸騰作用變?nèi)酰虼擞晏斓臉涓梢毫鞅憩F(xiàn)平穩(wěn)。

這與前人對杏[11]、蘋果[12]、枸杞[13]、荔枝[14]的莖干和樹干液流的研究較為一致，液流表現(xiàn)出明顯的晝高夜低的規(guī)律，并且晴天液流高于陰雨天，晴天的液流曲線峰值較寬，而陰雨天的液流啟動時間比晴天晚，變化幅度晴天也大于陰雨天。

3.2 樹干液流流量變化規(guī)律

野杏樹干液流流量從4 月監(jiān)測開始逐漸增加，7 月達到液流流量的最大值，而后逐漸降低。可能由于氣溫逐漸升高，太陽輻射逐漸變強，野杏經(jīng)歷花期開始展葉，葉幕逐漸形成并穩(wěn)定，使得野杏樹體蒸騰作用不斷增強，促進了樹干液流速率。

這與前人對仁用杏[15]、杏李[3]、‘雪花’梨[16]、棗[17]等的研究結(jié)果較為一致，液流流量以及耗水量在果樹不同的時期是不一樣的，前期果樹樹體剛開始活動，液流量少，隨后，樹體活動旺盛，液流量增加，到后期，樹體要慢慢進入休眠，液流量也會緩慢降低。液流量的變化不僅與樹體本身的活動旺盛與否有關(guān)，也與氣候有密切關(guān)系。

3.3 樹干液流與環(huán)境因子的關(guān)系

不同地區(qū)的環(huán)境是有差異的，野果林位于北疆山區(qū)內(nèi)，由氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，全年氣溫不高，空氣相對濕度較高，而南疆的環(huán)境則光照充足，全年氣溫較高，空氣相對干燥，濕度較低。環(huán)境不同，環(huán)境因子對樹干液流的影響也會不同。

野杏樹干液流與環(huán)境因子之間進行相關(guān)性分析可知，野杏的樹干液流與空氣溫度、水汽壓虧缺和太陽輻射一直呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與空氣相對濕度則一直呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，而樹干液流與太陽輻射一直為極顯著正相關(guān)關(guān)系。各環(huán)境因子并不是獨立影響樹干液流的變化，這之間存在相互制約與協(xié)調(diào)。

王志超等[18]對尾巨桉樹干液流動態(tài)的結(jié)果表明，尾巨桉樹干液流密度與大氣溫度、風(fēng)速、太陽輻射、光合有效輻射和水汽壓虧缺呈極顯著正相關(guān)，與空氣濕度呈極顯著負相關(guān)。王力等[9]對黃土塬區(qū)蘋果樹干液流的研究表明，蘋果樹干液流速率與太陽輻射、水汽壓差、大氣溫度呈顯著正相關(guān)，與空氣相對濕度呈顯著負相關(guān)。劉溫泉等[19]研究表明，‘庫車白杏’樹干液流速率與太陽總輻射和空氣溫度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而丁凡等[20]的研究表明，‘庫車白杏’與空氣溫度、空氣相對濕度和土壤溫度呈正相關(guān)關(guān)系，而與太陽總輻射、飽和水汽壓和風(fēng)速呈負相關(guān)關(guān)系。可見即使以同種植物作為研究對象，在不同年份內(nèi)由于環(huán)境因子等的變化，得出的結(jié)果也有一些不同。在不同地域內(nèi)以不同的植物作為研究對象，所得結(jié)果也會有所不同。

4 結(jié) 論

在監(jiān)測期間，野果林內(nèi)整體氣溫偏低，空氣相對濕度較高，7 月的水汽壓虧缺較高，整體太陽輻射日平均值為225.8 W/m2。土壤含水量整體呈現(xiàn)降低的趨勢，在0～30 cm 土層土壤含水量受降水影響會出現(xiàn)波動，40～50 cm 土層土壤含水量受降水影響較小。土壤溫度的變化為“先升高后降低”，各土層的溫度變化一致，越接近地表，土層溫度受外界溫度影響越大。

野杏樹干液流有明顯的晝夜變化，樹干液流速率日變化表現(xiàn)為晝高夜低，在不同天氣下樹干液流速率呈現(xiàn)的規(guī)律為晴天＞陰天＞雨天，晴天與陰天速率變化白天＞夜晚。野杏樹干液流在7 月的液流量達到最大，為2 012.29 L，整個生長階段日均液流量均值為46.63 L。

環(huán)境因子與野杏樹干液流的變化有著密切的關(guān)系，其中太陽輻射、空氣溫度和水汽壓虧缺在整個生長季中與樹干液流均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而空氣相對濕度一直呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，但只有太陽輻射與液流的關(guān)系一直表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，太陽輻射在7 月相關(guān)系數(shù)最大，為0.802。