林地环境因子对油茶春梢生长期液流动态的影响

陈志钢，苏淑钗，周寅杰，李 超

（1.北京林业大学 林学院 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

油茶Camellia oleiferaAbel.原产于我国，是我国主要的木本食用油料树种，又名茶子树、油茶树，为常绿小乔木，有悠久的栽培历史[1-2]。近年来，我国南方大力发展油茶产业，现已初步形成规模化油茶种植区域和产业化茶油加工、销售链，油茶的栽培管理技术有了大幅提升，然而油茶生产环节中仍存在产量变异大、无科学的水肥管理措施等突出问题[3]，目前已有较多关于油茶配方施肥、植物营养、分子生物学等方面的研究报道[4-5]，而未见关于油茶水分生理、耗水及水分管理方面的研究；水肥管理是油茶高效栽培技术的重要内容，研究油茶不同生育时期的需水规律，对于科学合理地栽培和管理油茶具有重要的指导意义。为了从油茶需水及土壤供水方面解决油茶水分管理问题，通过连续2年对油茶需水的动态变化情况及环境因子进行测定与分析，着重研究了油茶新梢生长期的液流动态及与林地环境因子变化的关系，旨在为油茶新梢生长期的水肥管理和人工修剪提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012年3月～2012年5月在湖南省林业科学院油茶示范基地进行。采用湘林5号油茶为试验材料，选择有完整日照、不遮阴的林地作为试验样地，样地位于试验林场10 a生油茶林内，坡向为西北，坡度约20°，林分郁闭度约0.75，平均株高2.1 m，平均地径7.2 cm。本试验选择样地内4株标准木进行液流测定。

1.2 测定指标及测定方法

采用配有TDP-30探针的热扩散径流仪测定油茶液流速率，选取树冠圆满、不偏心偏冠、根部以上有一段较光滑树干的油茶植株作为样木。安装探针之前用抹布把树干南部擦干净，将间距为40 mm的钻孔模板安放在与树干平行的位置，用配套的探针钻2 个30 mm深的孔，两孔尽量平行并保持与树干垂直，方向指向树干髓心。将探针TDP-30加热针和参考针同时逐渐插入上下两孔中，孔的外部用硅橡胶封住，以防雨水进入而影响测量结果。树干部用保温材料和锡箔纸包裹好，以免受太阳辐射的影响，测量过程中定期检查并防止树干包裹处吸引虫蚁聚居而危害样树。

根据Granier的热扩散方法[6-9]，热扩散探头由2 根针组成，上部探针由热电偶和加热元件组成，下部探针只由热电偶组成，为参考探针。热电偶检测两根探针的温差产生信号，测量信号由数据采集器记录，可通过经验公式计算得到树干测定部位的液流速率。试验期间每隔10 min采集1 次液流数据，树干液流速率的计算公式[10-11]为：

式中Fs为液流速率（L/h），TM为探针的最大温差值（℃），ΔT为实时测定的温差值（℃），SA为单位边材断面积(cm2)，文中数据以单位面积1 cm2计算。

林地环境因子采用气象站同步监测，包括总辐射和光合有效辐射，空气温度和湿度，10、30 cm土层的土壤温度，20、40 cm土层的土壤湿度（体积含水量），风速等指标。由于阴雨天太阳能供电停止，导致仪器测量中断，部分阴雨天无测量数据。

1.3 数据分析

采用Excel整理试验数据，以Origin 8.0绘图，用Spss 18进行相关分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 新梢生长期林地各环境因子的变化情况

新梢生长前期及生长期油茶林地各环境因子的日平均值分别如图1～4所示。由图1～4可知，在新梢生长期，油茶林地各环境因子的变化幅度均较大：土层深为5、20 cm的土壤温度由新梢生长前期（3月11日）的7.5 ℃，升到生长末期的22 ℃；日平均气温由生长前期的7 ℃左右升至新梢生长末期的27.5 ℃，期间出现倒春寒现象；3～5月南方有较大的降雨量，土壤水分状况直接受降雨量的影响，土壤湿度（土壤体积含水量）在降雨后达到峰值，随后快速下降，随着含水量的降低其下降幅度变慢，在17.5%～20%间波动；新梢生长期阴雨天气较多，辐射的变化随天气条件的变化而波动，晴天的日平均辐射量最高，平均为450 μmol·m-2s-1，雨天最低，平均为18 μmol·m-2s-1；测定期间风速波动较大，相对湿度的变化与天气条件有关， 变化幅度在40%～99%之间。

2.2 液流连续变化规律

油茶新梢生长期液流动态的变化规律如图5所示。从图5中可见，整个生长期的液流变化随天气条件的变化而波动，较高的液流值出现在晴天，较低的液流值出现在阴雨天，液流在0～140 cm/h之间；新梢生长的初始期（3月23日～4月5日），随气温的大幅升高，液流迅速增大，在阴雨天气，液流则持续出现低谷；新梢生长中期（4月6日～4月20日），阴雨天气较多，液流变化较大；生长后期（4月21日～5月2日）晴天较多，日平均液流值较高。

图1 日平均气温及土壤温度的变化情况Fig.1 Variation of air temperature and soil temperature

图2 土壤湿度的变化情况Fig.2 Variation of soil moisture

图3 光合有效辐射和总辐射量的变化情况Fig.3 Variation of PAR and solar radiation

图5 油茶液流变化动态（2012年3月23日～5月10日）Fig.5 Dynamic of sap flow of Camellia oleifera tree from March 23th to May 10th in 2012

2.3 不同天气液流的日变化规律

测定期间不同天气条件下油茶液流的日变化规律如图6所示。由图6可知，不同天气条件下油茶的液流差异较大，典型晴天液流峰值为132.5 cm/h，日变化表现为典型单峰曲线，上午迅速上升达到峰值后快速下降；而雨天液流比较微弱，雨后的液流值为9.2 cm/h，液流日进程呈微弱的峰型曲线；不同天气的液流峰值大小不同，表现为典型晴天＞多云天气＞阴天＞雨天；多云、阴天、雨天液流日变化曲线呈锯齿状，可能是受云量变化、风速大小等主要气象因子的影响所致。

2.4 液流的影响因子分析及回归模型

对晴天林地内各环境因子之间的相关性分析结果如表1所示。由表1可知，典型晴天部分环境因子之间存在较高的相关性或共线性，总辐射与光合有效辐射的相关系数为0.999，20 cm土壤湿度与40 cm土壤湿度的相关系数达0.906，5 cm土壤温度与20 cm土壤温度相关系数为0.267；太阳辐射与10 、30 cm土温及气温、风速、相对湿度的相关性都达到极显著水平；湿度与气温的相关系数为－0.894，20 cm土壤湿度与土壤温度的相关系数为0.548，都呈极显著相关。

图6 不同天气类型油茶液流速率的日变化规律Fig.6 Diurnal variation of sap flow in Camellia oleifera in different weather conditions

油茶液流与各环境因子间的相关性分析结果如表2所示。由表2可知，在不同天气条件下不同环境因子对液流的影响不同，总辐射和光合有效辐射对液流的相关系数极高，除雨天外相关系数都达到0.8以上，气温也与液流有较高的相关性，空气相对湿度与液流呈较高的负相关；天气从晴天、多云到阴天的变化中辐射与液流的相关系数降低而与气温的相关系数升高，表明多云、阴天气温对液流的影响增大。风速和土壤湿度对液流的相关性无明显变化规律。

表1 油茶林地环境因子的相关矩阵†Table 1 Matrix of correlation coefficient between different environmental factors in Camellia oleifera forest

表2 不同天气条件下液流与各环境因子的相关系数Table 2 Correlation coefficient of sap flow velocity and environmental factors in different weather conditions

以环境因子中气温、空气湿度、太阳辐射、风速、30 cm土壤温度、40 cm土壤湿度作为自变量，以边材液流速率为因变量，以0.05和0.01可靠性作为变量入选和剔除的临界值, 经逐步回归分析，建立了油茶树干边材液流速率与各环境因子的多元线性模型，液流速率与各环境因子的回归模型如表3所示。表3中以X2为空气温度，X3为相对湿度，X4为风速，X5为40 cm土壤含水量，X7为30 cm土壤温度，X9为光合有效辐射。由表3可知，晴天、多云、阴天线性模型的回归系数都在0.93以上，说明环境因子的变化能够极好地解释液流的变化情况；而雨天的回归系数仅为0.658，可能是由于雨天叶片湿润等情况造成液流规律不明显。

油茶液流速率与各环境因子的逐步回归方差分析结果如表4所示。表3中的回归模型均达到极显著水平，模型的变量构成中，液流随辐射的增加而增加，随湿度的增加而减少，这较好地解释了液流对环境因子的响应规律，而晴天和多云天气的模型中，液流随气温变量的增加而减少，与相关分析的结果不一致，可能是由于线性模型的局限性造成的，在讨论中将进一步分析。

表3 油茶液流速率与各环境因子的多元逐步回归方程Table 3 Multiple stepwise regression analysis of sap flow velocity and environmental factors

表4 油茶液流速率与环境因子逐步回归方差分析结果Table 4 Variance analysis of stepwise regression between environmental factors and sap flow velocity

3 结论与讨论

油茶的液流具有季节性变化、随环境因子的变化而有规律性的变化、随天气条件变化而波动的特点。油茶春梢生长在每年3月中旬至5月中旬[12]，此生育期内阴雨天气较多，降水充沛，气象因子随着天气的变化而大幅波动。其中，气温逐渐升高而土壤水分充足，这是此生育时期的主要气候特点。油茶液流随着气候因子的变化而大幅变化，液流峰值由初期的63.4 cm/h升高到春稍生长期的132.5 cm/h，表现出明显的季节性变化规律。在气象因子的昼夜变化进程中，随着辐射、气温、湿度、土壤温度的昼夜变化，液流也表现出有规律性的昼夜变化特点。天气条件的变化影响液流的波动，雨天的液流值为9.2 cm/h，比晴天下降了93.1%。

与其他树种相比，油茶的液流速率较大，但是在一定的差距范围内具有可比性。油茶液流速率比相似气候条件下火炬松、加勒比松的都要大，刘奉觉等人[7]测定的6年生杨树的液流值在80～110 cm/h之间，与油茶液流的较高值相近。而油茶的液流速率较大，并不代表油茶是高耗水树种，液流速率是单位面积树干上的速率，而日液流总量还与边材面积相关，油茶液流速率较大的原因是油茶树冠较大而树干直径相对较小。

将天气类型划分为晴天、多云、阴天和雨天4种类型，并对4 种类型天气下液流与各环境因子分别进行了相关和回归分析，结果表明，天气从晴天、多云到阴天的变化过程中液流与辐射的相关系数由0.929降到0.851，而与气温的相关系数由0.563升高到0.717，说明阴天气温对液流量影响的贡献值增大，这一结果与孙慧珍、周晓峰等人[13]对东北10月份落叶后的白桦树液流的研究结果有相似之处，可以说明在气孔蒸腾无效的情况下，皮层蒸腾和角质层蒸腾（非气孔蒸腾）成为植物液流的主要动力，所以液流与温度的相关系数升高。

树干液流即水分在树体内部的流动，液流为蒸腾提供所需的水分，因而可以用树干液流量作为耗水量的评估指标[14]，较高的液流速率表示有较大的蒸腾耗水速率[15-16]。而植物耗水主要由叶片气孔蒸腾散失，气孔蒸腾受辐射、气温、空气相对湿度、风速、土壤供水等环境因子的影响，在对液流速率与各环境因子的相关分析中发现，植物耗水的主要影响因子有辐射、气温、相对湿度，典型晴天的风速、土壤温度、湿度与液流也具有显著的相关性，而不同天气条件下，风速、土壤湿度与液流的相关性无明显的变化规律。

各环境因子之间，如辐射与气温、土壤温度，温度与相对湿度等自变量之间，本身就存在较高的复共线性，与液流的显著相关大小并不能完全代表其对液流影响的大小，通过回归分析得出的回归模型也存在自变量的复共线性问题[17]，而回归模型中并非影响蒸腾的各环境因子都能进入模型中，回归模型的变量构成也并不能完全代表自变量对因变量影响的大小，在今后的研究中，应寻找更有效的估计方法和模型来分析或预测液流对环境因子的响应特点。

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