杨树水分输导模式及树干注液技术1)

李国伟 刘盛 宋采民

(北华大学，吉林，132013) (吉林省蛟河林业实验区管理局)

责任编辑:潘 华。

树干注液(药)技术是将杀虫、杀菌、杀螨、微肥和植物生长调节剂等药液注入标靶树体内的施药技术。国内外普遍认为树干注液(药)是树木复壮、防治枝干病虫害的最有效方法;具有经济性、实用性和环保性;对城市园林树木与一般的喷药、熏烟等措施相比更为实用、有效［1-2］。

树木生理表现为水分由根吸收，利用叶片蒸腾作用产生的引力，经由树干木质部进入枝条，最后到达叶片中，供叶片同化作用时使用。将杀虫药剂、营养液、植物生长调节剂等送入树干或树根中使其随树干中的水分一同输送，从而将所注入的药液分布于树木体内，达到杀灭树体内部病虫害、提高树木生长势和控制果实成熟等目的。一般认为药剂注入树体，流经树干和枝条后，最终积累在新生的叶、芽、果实中，其中以叶部最多，其次是芽和果实中，害虫取食后也可中毒而亡，因此，这一方法对于食叶、蛀干害虫均有一定的防治效果。通过一次注药，可防治同时防治树木上多种不同类型的虫害、病害等，具有一举多得之效。这一技术与一般的喷药、熏烟等措施相比方法简便、节省农药、不污染环境，且不受环境条件和树木高度、危害部位等限制，被认为是最有效的方法。具有经济性、实用性和环保性。对城市园林树木病虫害的防治更为实用。

目前向树干注入营养液、生长调节剂、杀虫剂等已经日渐普遍，特别是城市绿化树木的"打吊瓶"现象随处可见。在国内形成了每年数十亿元的产业链。然而，从现有的研究资料中，我们却并不清楚输入到树干中的液体在树干中是如何输送的，是否能够到达我们希望它到达的位置。也就是说，数十亿产值的产业恰似行走在黑暗中。因此，对树干水分输导模式进行研究，是树干注液(药)技术和方法的理论基础，在当前有着重要的现实意义和经济价值。

1 材料与方法

以吉林省常见的散孔材树种杨树(山杨(Populus davidiana)、银中杨(Populus alba× P.berolinensis))为试验材料，树木林龄为5～10 a，实验地点为吉林市周边苗圃及森林内。

试验最初选用了5 种生物染色剂，分别为:番红花红T(C20H19N4Cl)、酸性品红(C20H17N3Na2O9S3)、氨基黑(C22H14N6Na2O9S2)、曙红Y 醇(C15H17ClN4)、酸性大红G(C18H13N3Na2O8S2)。根据染色颜色可辨别性及扩散效果不同，最终选用番红花红T 与酸性大红G 为树干注液示踪指示剂。

本研究采用“染色示踪法”进行树干染色试验，溶液流经的地方树干会被染色剂染上颜色，溶液流过的量越大，沉积的颜色越深，通过观测树干中树液传输踪迹变化，从而推测出树中干水分的输导模式［3-7］。

在树干距地表15～30 cm 高度处钻深度不同的小孔(根据树干直径不同，钻深度不同，不同钻孔之间不要连通)，将医用滴定管前端通过丁基胶塞(防止染色剂渗漏)放入注液孔内，然后用胶带将丁基胶塞与树干绑缚在一起，使注液孔与外部空气隔绝，液染色剂溶液袋挂在距地面1.8 m 高度处，保持衡定的压力差。

野外染色实验结束后，将树干和枝条每隔10 cm 截断，编号并标记方向，备内业分析使用。内业处理时，对截取的木段工作面进行剖光、扫描，再利用Arc map 软件对扫描图像进行颜色提取、染色面积计算、分析。

2 结果与分析

2.1 不同年轮的水分纵向输导能力

根据扫描图像提取的数据，按年轮统计得到树干不同高度处的染色面积变化，如表1所示。树干中最外侧两个年轮的染色面积最大，并且随着高度的增加而增加，年轮1、年轮2 的染色面积占树干总染色面积的91.2%。年轮3 的染色面积变小，颜色变淡;年轮4、年轮5 树高超过1 m 则很难发现染色痕迹，说明这2 个年轮几乎没有染色液流过。综合上述数据可以得到如下结论:在5年生的杨树树干中，最近2年生长的年轮是水分输导最旺盛的部分。从外往里数的第3 个年轮水分输导能力已经很弱了，从染色面积推断不足总量的10%;再往里数的第4 和第5 个年轮则已经成为了心材，不具有水分输导能力了。

表1 树干各年轮的染色面积随高度的变化

2.2 同一年轮内水分的横向输导

水分横向扩散率是指某一高度处某一年轮内染色面积占年轮总断面积的百分率。

由不同高度处染色面积的变化可以发现(图1)，当年生年轮(年轮1)随着高度增加，水分横向扩散率随之增加，这一规律在树冠内和树冠以下部位是一致的，到4.8 m 高度时整个年轮均被染上色。说明，水分在上升过程中，在同一年轮内是存在横向扩散的并且扩散速率较快。前1年生年轮(年轮2)表现的则较为复杂，在树冠以下水分横向扩散率是增加的，而进入到树冠内以后，则水分横向扩散率开始减小，到3.6 m 高度后则又开始迅速上升。结合表1与图1综合分析，在年轮1 达到4.8 m 高度时整个年轮均被染色，且染色区域一直到树干顶部都没有消失。年轮2～年轮5 均未出现整个年轮被染色现象，并且到一定高度后染色区域消失(见表1)，而且越往树干内部染色消失位置越低。根据数据分析认为，水分进入到树冠中以后，年轮2 中的水分更多地分配到了枝条中，从而造成了水分横向扩散率的下降;年轮1 要优先保证树冠上部当年新生长出组织的水分需求，因而，水分横向扩散率没有下降。这一现象可以充分体现了植物生长的策略。

图1 树干各年轮的水分横向扩散率随高度的变化

2.3 树干节间的水分输导

对试验结果进行分析发现，水分通过节子部位后，树木横断面总染色面积(树干染色断面积+枝条染色断面积)增加，但是树枝部分的被染色的颜色相对于树干中的颜色变浅(如图2)。这说明树干中的染色剂仅有一部分进行到枝条中，同时，枝条中的年轮宽度增加，使流经单位枝条断面的染色剂数量减少，这种现象致使染色相对于树干变浅。这种现象也与节区是水分输导的“限速区”的理论相 符［8-9］。

图2 节区的水分输导

通过对节区解剖发现树枝正下方的染色剂会直接进入到枝条中，而枝条的侧下方染色剂会绕过枝条沿树干继续向上输送。这种现象用“树形的管道模型”理论能够很好地进行解释［10］。即树干在水分输送过程中，遇到枝条则会将一部分管道分配出来供给树枝使用，其余树干内的管道绕过枝节继续向上传输。通过解剖观察没有发现年轮与年轮之间有水分的横向输导现象，因此，树干的这种水分输导模式就像是每年“在树干、树枝外面穿一件衣服”一样。上述现象的水分输导动力学和生理结构解释还需要从其它的角度进一步试验来进行验证。

3 结论与讨论

杨树树干中水分输导最旺盛的部位是最外侧的1～3 个年轮，因此，树干注液(药)时，应优先保证这些部位能够得到所注液(药)的供给;注孔深度略超过3 个年轮的宽度即可。杨树树干中的染色液在传输的过程中，在同一年轮内会横向扩散，在树干上距钻孔较近的部分区域会得不到所注溶(药)液的供给，这些区域的上部有枝条时，这些枝条也不会得到药液的供给，为了树干各部分能够获得充分的溶(药)液供给，应根据树木胸径的大小横向并排钻取3～5 个注液孔为宜。染色数据分析发现:树木生长的策略是优先保证树干上部当年生长部位的水分供给，所以，对树干上最外侧的当年生长的年轮供给药液，可直到达这些部位，起到杀灭病虫害等作用。

当前树干注液技术多采用，先在树干上钻一小孔，然后再将前端开口的针头“挤”进孔中进行注射。根据树干染色试验分析，在树干中最近2 a 生长的年轮是生理活动最旺盛的部分，将注液头挤进钻孔中，注液头的外壁会将最近2 a 生长的年轮全部堵塞，使其得不到注液(药)的供给，从而对树干注液效果产生明显影响。因此，对树干进行注液应选择不会堵塞最外层年轮的注射头。

杨树水分输导最旺盛是最近2 a 生长的年轮，其次是前3 a 生长的年轮，到第4、5年生长的年轮时，水分输导现象已经很难观察到。因此，树干注液时注液孔不需要打的过深，这样也有利于注液孔以后的伤口愈合。

水分沿导管向上输送的过程中，水分的纵向输导，以年轮为单位呈现螺旋式扇形输导［1-2］，当年生年轮，到距注液孔3 m 以上整个年轮都被染上色。因此，单个注液孔不能使距地面距离较近的树干部分有注液流过，也不能保证每个枝条都有注液流入。所以，对于杨树而言，应根据树木胸径的大小设置3～5 个注液孔为宜。

树干注液是利用一定的压力将溶液注入到树干上的注液孔中，然后利用树木蒸腾作用产生的拉力将注液孔中的溶液随树干中的水分一同向上输送。因此，树干上的注液孔一定要密封好，一是防止空气进入注孔，二是防止注入溶液外溢。

［1］ 唐光辉，陈安良，冯俊涛，等.树干注药技术研究进展［J］.西北林学院学报，2006，21(4):117-120.

［2］ 李国伟，王金华，宋彩民，等.树干注药防治杨干象效果［J］.北华大学学报:自然科学版，2011，12(3):330-333.

［3］ 刘盛，宋彩民，李国伟.4 种林木年轮水分输导模式研究［J］.北京林业大学学报，2011，33(2):14-18.

［4］ 刘盛，宋彩民，李国伟.基于生长轮的杨树水分输导模式［J］.东北林业大学学报，2010，38(10):7-8，26.

［5］ 刘盛，刘成，张士民.基于管道模型的榆树水分年轮输导模式研究［J］.北华大学学报:自然科学版，2002，3(5):438-440.

［6］ 刘盛，刘成.长白落叶松水分输导模式及叶生物量估测方法［J］.东北林业大学学报，2005，33(5):35-37.

［7］ 刘新，刘稳生，葛材林，等.韧皮部同化物和水分运输相关关系的示踪动力学研究［J］.江西农业大学学报，2011，33(2):14-18.

［8］ 孙永林，沈繁宜.杜仲节区结构与输水功能的研究［J］.现代农业科学，2008，15(2):12-13.

［9］ 孙永林，沈繁宜.3 种树木节和节间导管接触角的研究［J］.安徽农业科学，2008，36(7):7131-7132.

［10］ 马钦彦，刘盛，刘志刚，等.华北落叶松单木管道模型［J］.北京林业大学学报，1992，14(2):11-16.