高温少雨期环境因子对油茶果径生长的影响

钟飞霞，王瑞辉，廖文婷，李 婷，周寅杰

（中南林业科技大学 经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室，湖南 长沙 410004）

高温少雨期环境因子对油茶果径生长的影响

钟飞霞，王瑞辉，廖文婷，李 婷，周寅杰

（中南林业科技大学 经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室，湖南 长沙 410004）

为了探讨油茶高产稳产的水分生理生态基础，为油茶水分管理提供科学依据，在高温少雨期，以10年生油茶优良无性系为试验材料，设置无干旱胁迫、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫、浇后控水和自然状态6种土壤水分处理，观测土壤温度、气象因子和油茶果径生长量，研究环境因子对油茶果径生长的影响。结果表明：试验期（35 d），各处理根据果径生长量由大到小排列，依次为轻度干旱胁迫（9.35 mm）、无干旱胁迫（7.78 mm）、中度干旱胁迫（3.95 mm）、浇后控水（3.82 mm）、自然状态（2.96 mm）、重度干旱胁迫（0.90 mm）。多重比较结果显示，除中度干旱胁迫与浇后控水处理间果径生长量差异不显著外，其它各处理间果径生长量差异显著。试验进行10 d后重度干旱胁迫处理的果径出现负增长，20 d后浇后控水处理的果径生长减缓，30 d后重度干旱胁迫、浇后控水和自然状态处理的叶片出现暂时萎蔫发黄。相关性分析结果表明，果径生长量与土壤含水量、空气相对湿度呈正相关，与空气温度呈负相关。油茶果径生长对土壤水分、空气温度、空气相对湿度反应敏感，轻度干旱胁迫处理即土壤含水量为田间持水量的80%～90%为油茶果实生长最佳土壤含水量。

高温少雨期；油茶；果径生长；土壤水分；气象因子

油茶Camellia oleifera是我国重要的木本油料树种，现有栽培面积超过3.02×106hm2，大多数处于自然生长状态。根据油茶的生长节律，每年7～10月为果实生长和油脂转化期，此时期油茶树体对土壤水分敏感，林谚上有“七月干果，八月干油”之说。即，若7月干旱，则影响果实生长，导致果实减产；若8月干旱，则影响油脂转化，导致茶油减产。油茶主产区长江流域降水多集中在雨季（3～6月），一般占全年的60%～70%，而7～9月降水量少，一般只占全年总降水量的20%左右。2009年7月湖南降水量52.6 mm，为常年平均水平的36%，8月降水量仅36 mm，为常年平均水平的30%，形成夏秋连旱。据在湖南浏阳淳口镇油茶高产示范林的观测，在进行了2次灌溉的情况下，当年每hm2平均产油907.5 kg，而夏秋没有明显干旱的2008年为1 162.5 kg/hm2，2009年比2008年减产22%，估计湖南全省茶油产量2009年比2008年减产30%以上。

随着全球气候变暖，极端天气更加频繁，干旱发生的频率也增大，干旱对植物的影响成为全球研究的热点，国外对干旱胁迫的研究主要集中在植物对干旱的应激机制[1-3]、干旱对生物圈的影响[4]、对农产品产量的影响等[5-7]。国内对干旱胁迫的研究主要集中于干旱对植物生理特性的影响[8-9]，对农产品产量的影响[10]等方面。油茶的研究以往多集中在良种繁育[11-14]、低产林改造[15-16]和病虫害防治[17-18]方面，针对产量形成关键期土壤水分干旱胁迫的生理生态研究较为欠缺。本文中选择高温少雨期对油茶进行水分干旱胁迫试验，研究土壤水分和气象因子对果径生长的影响，探讨油茶高产稳产的水分生理生态基础，旨在为油茶水分管理提供科学依据。

1 试验地概况

试验地位于湖南省林业科学院试验中心，地处长沙市南郊，为丘陵坡地，地理坐标为东经113°01′30″、北纬 28°06′40″。试验地总面积 260 hm2，坡度多在25°以下。年平均气温17.5 ℃，极端最高气温42.7 ℃，年平均相对湿度81%，年日照时数1 814.8 h，土层大多在1 m左右，土壤最大吸湿水量5.93%，凋萎系数7.94%，孔隙度46.75%，毛管孔隙度30.58%，毛管持水量23.57%，田间持水量21.74%，饱和含水量29.35%，pH值4.37[19]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

选择‘湘林XL81’无性系为试验对象，其单位冠幅产果量1.599 kg/m2，产油量为1 102.65 kg/hm2[20]，为目前广泛推广种植的优良品种。栽植密度1 080～1 275株/hm2，单行沿着等高线条状种植，树龄10 a，已进入盛果期，生长正常，树冠丰满、不偏冠，株体大小、土壤和光照条件基本一致。参试样株地径7.0～8.5 cm，树高2.0～2.5 m，冠幅2.5～3.0 m。

2.2 试验设计

试验设置无干旱胁迫（T1）、轻度干旱胁迫（T2）、中度干旱胁迫（T3）、重度干旱胁迫（T4）4个水分梯度，其土壤含水量依次为田间持水量的90%～100%、80%～90%、60%～80%、40%～60%，并同时设置浇后控水（T5）和自然状态（T6）2个处理，每处理3株重复。

（1）无干旱胁迫处理方法：在傍晚浇透水，晴天每天浇、阴天隔天浇、雨天不浇，确保土壤含水量接近田间持水量。

（2）轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、严重干旱胁迫、浇后控水处理方法：在树冠线外围挖80 cm深的环形沟，如遇到油茶根系则将其切断，得到以树干为中心的圆柱体土球，该土球为油茶吸收根集中分布区，将土球的四周用塑料薄膜严密包裹，上面用塑料薄膜覆盖，保证降雨时水分基本上不会渗入圆柱体，浇水时可掀开。在轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫处理中，根据土球大小、土壤容重、土壤原有含水量和需要达到的含水量计算浇水量来指导浇水。浇后控水处理要求在土球内浇透水1次，以后不再浇水。自然状态处理为不对油茶植株进行人工浇水，使土壤水分处于自然状况。

2.3 观测时间

观测时间从2013年7月14日至8月18日，该时间段为丘陵地区的高温少雨期，天气炎热，降水稀少。土壤含水量每60 min自动记录1次。气象数据每10 min自动记录1次。土壤数据与气象数据同步测定。果径每5 d观测1次，5 d设定为1个观测周期。

2.4 观测指标

土壤含水量：采用ECH2O土壤水分传感器测定，每个被测植株埋设3个土壤水分传感器探头，分别埋于土层20、50、80 cm处。

气象因子：采用dynamet科研级自动气象站，测定冠层温湿度、太阳辐射、降雨量等微气象因子。

果径生长量：采用游标卡尺测定果实果径，在每棵树树冠中部的东、南、西、北4个方向及树冠上部各选2个果子，共10个，并做好标记，用红油漆在果径位置标出4个点，使对应2点的连线垂直，确保每次观测的位置基本一致，以果径线垂直方向的2个观测数据的平均值为果径值。果径是果实形态中最重要的指标，它与鲜果质量的相关系数达到0.946[21]。

2.5 数据处理

采用SPSS 20.0软件系统对控水处理的油茶果径生长量数据采用Duncan进行多重比较，并用字母法标记；采用Spearman法分析油茶果径生长量与环境的相关性；采用ECXEL软件制作图表。

3 结果与分析

3.1 各处理油茶果径生长量的变化

不同土壤水分油茶果径生长量结果见表1。由表1可知，除了T3与T5处理间差异不明显，各处理间的差异均达到显著水平。T2处理果径生长量明显优于其它5个处理，这主要是因为T2处理满足土壤水分的需求同时，还保证了土壤的透气性，有利于根系的呼吸、吸水。T1、T3、T5、T6、T4处理果径生长量相对T2处理分别减少16.8%、57.8%、59.1%、68.3%、90.4%。T1处理由于土壤含水量高，透气不良，影响了油茶果径的生长；T3与T5处理果径生长量之间差异不明显，中度水分亏缺导致果径生长量低于T1、T2处理；T6处理因天气持续炙热，油茶蒸腾消耗水加剧，无自然有效降水且人工未对其浇水补充，土壤水分亏缺严重，油茶果径生长量较小；T4处理果径生长量最少，因试验设定导致雨水不能进入圆柱体，土壤水分亏缺比T6处理更严重。可见在油茶果实快速生长期，果实生长对土壤水分反应敏感，土壤含水量条件的微小差异就有可能导致油茶果径生长出现明显的分异。

表 1 不同控水处理下油茶果径生长量的多重比较†Table 1 Multiple comparison of C. oleifera fruit diameter increments in different water control treatments

从表1中不同控水处理条件下油茶果径生长量多重比较结果可知，在观测第1周期，各控水处理之间油茶果径差异不明显。第2周期，T1、T2、T5处理果径生长量大，T3、T6处理中等，T4处理果径生长量出现负增长。出现负增长是因为水分不足时，不同器官或不同组织间的水分，按各部分水势大小重新分配，干旱严重时，干旱的幼叶从果实中吸水，造成果实变小[22]。第3周期，T4处理果径生长量恢复为正生长量，被幼叶吸水的果实水势降低后，又从水势高的组织夺水。第4周期，各处理的油茶果径生长量差异与第2周期相似，与第2周期不同的是T5处理果径生长减缓，T1、T2处理果径仍然保持迅速生长。因为T1、T2处理根据土球大小、土壤容重、土壤原有含水量和需要达到的含水量计算浇水量并指导浇水，土壤含水量保持在田间含水量的90%～100%，80%～90%，而T5处理为充分浇水后，不再浇水，在持续炙热的夏天，没有雨水及人工浇水继续补充，土壤中水分却在持续消耗，T5土壤水分在第4周期开始亏缺。第5周期，T6处理生长开始受到干旱胁迫，呈现果径生长量为负增长。第6周期，T1、T2、T3处理果径生长量继续保持正增长，T4、T5、T6处理果径生长量均表现为负增长。第7周期，各控水处理的果径生长量均增加，而果径生长量增加程度以T2处理最大，T1处理次之。土壤水分对果径生长量有显著的影响，气象因子也对果径生长量有一定影响。

经过1个月控水处理后，T1和T2处理油茶树生长表现较好，T3处理正常，T4、T5、T6处理树体均受到明显的干旱胁迫，出现了掉叶、下垂现象，其中T4处理掉叶量最多，最为明显，甚至部分叶片受到灼烧。这是因为干旱时，当植物失水超过了根系吸水，细胞水势和膨压降低，植物体内的水分平衡遭到破坏，干旱伴随高温出现，使得叶片受到热害。

3.2 环境因子对油茶果径生长的影响

3.2.1 观测期间气象因子的变化特点

各周期的气象因子如表2所示。由表2可知，观测期间，空气温度均在30 ℃以上，从第1周期至第6周期，空气温度持续上升，从30.7 ℃上升到33.3 ℃；空气相对湿度持续下降，从62.67%降为44.29%；太阳辐射一直维持在0.222～0.258 kW/m2，第1周期与第4周期有少量的无效降雨，分别为1.78、1.27 mm。在第7观测周期内，大气温度下降，空气相对湿度上升，太阳辐射下降，旱情即将结束。

表 2 各周期的气象因子Table 2 Meteorological factors at each periods

3.2.2 观测期间土壤温度的变化特点

采用ECH2O土壤温度传感器监测土球内20、50、80 cm土壤温度，根据土壤容重、土壤总热量、土球大小计算土壤温度，所得土壤温度变化趋势如图1所示，各周期的土壤温度变化比较一致，均表现为温度先降低，然后上升，再降低。这是因为在试验初期，为达到试验设计的土壤含水量，对土球进行了不同程度的浇水处理，土壤温度快速下降。土壤温度稳定后，第2周期至第7周期，均随着空气温度（见表2）的上升逐步上升，随着空气温度的下降而下降。在各控水处理中，重度干旱胁迫处理土壤温度上升的速度最快，这是因为土壤三相中，液体容重最大，固体次之，气体最小，重度干旱胁迫的土壤水含量少，容重小，土壤吸热后更容易升温。

图 1 各周期土壤温度变化Fig. 1 Changes of soil temperature at each periods

3.2.3 果径生长量与环境因子的相关性

Spearman秩相关是最常用的非参数相关分析，当两变量不符合双变量正态分布的假设时，需用Spearman秩相关来描述变量间的相互变化关系。根据Spearman相关性分析结果可知（见表3），果径生长量与土壤含水量、空气相对湿度呈显著正相关，与空气温度呈显著负相关；空气温度与太阳辐射、土壤温度呈显著正相关，与空气相对湿度呈显著负相关。油茶果径生长第7周期，由于空气相对湿度提高，土壤温度下降，油茶果径生长也出现显著增长，这与Spearman秩相关性分析的结果是一致的。这是因为植物根系吸水为95%，还有5%的植物吸水来自于皮孔，空气相对湿度上升，有利于植物体内水分的补充，果径生长量增加。

4 结论与讨论

中亚热带红壤丘陵区7～8月份和11～12月份是该区季节性干旱的高发期，且季节性干旱发生的概率越来越频繁，危害程度也越来越严重[23]，而7～8月也是该地区主要经济林油茶果实体积迅速膨大期，8月份后油茶果实体积基本停止增长[24]。研究季节性干旱对植物果实生长的影响规律，可以为制定合理高效的灌溉措施提供依据，有效降低损失。

表 3 油茶果径生长量与气象因子的相关性†Table 3 Correlation of C. oleifera fruit diameter increment with meteorological factors

雨季油茶林主要耗水区域为土层深度90 cm附近[25]，故在高温少雨期，在树冠线外围挖80 cm深的环形沟，形成的土球为油茶的主要吸水区域，即试验控水区域。轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫、浇后控水处理在挖环形沟的过程中，截断了少量根，高温干旱下控水处理的油茶树较自然状态的差，2 d后降雨，天气缓和，油茶树体得以恢复，即可对6个处理的油茶树进行统一的周期观测。

本研究中发现轻度干旱胁迫时油茶果径生长量最大，保持油茶的高产则需要对油茶进行适当的灌溉，使土壤含水量保持为田间持水量的80%～90%。同时发现控水10 d后重度干旱胁迫处理的果径出现负增长，20 d后浇后控水处理的果径生长减速，30 d后重度干旱胁迫、浇后控水和自然状态处理的叶片出现暂时弯曲、打卷、萎蔫发黄、掉落现象。在水资源短缺时，干旱胁迫30 d内必须对油茶树的土壤补充水分，否则会从暂时萎蔫变成永久萎蔫。由Spearman相关性分析可结果可知，果径周期生长量与土壤含水量、空气相对湿度呈显著正相关，与空气温度呈显著负相关。生产中可通过立体栽培方式，降低林内近地层温度，增加林内湿度，减少土壤水分蒸发，加大日较差，从而改善油茶林小气候，提高油茶产量[26]。油茶果实的生长是环境条件协同作用的结果，包括气象环境、土壤环境、人为干扰。应根据立地条件和当年的气候条件，制定出不同的油茶水分管理制度。

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Effects of environmental factors on fruit diameter growth inCamellia oleiferaat high temperature and less rain period

ZHONG Fei-xia, WANG Rui-hui, LIAO Wen-ting, LI Ting, ZHOU Yin-jie
(The Key Lab of Cultivation and Protection for Nonwood Forest Trees of Education Ministry, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to research the moisture physiological and ecological basis of high and stable yield inCamellia oleifera, and provide a scientific basis for water management ofC. oleiferaforest, six soil moisture treatments were set, soil temperature and meteorological factors were observed, and effects of environmental factors on fruit diameter growth inC. oleiferawere analyzed at high temperature and less rain period, taking ten-year fi neC. oleiferaclones as materials. The six soil moisture treatments were no drought stress, slight drought stress, moderate drought stress, severe drought stress, water control after watering, and natural state. The results showed that in the test period for 35 days,based on increment of fruit diameter from high to low, the order of the treatments was slight drought stress (9.35 mm), no drought stress (7.78 mm), moderate drought stress (3.95 mm), water control after watering (3.82 mm), natural state (2.96 mm), severe drought stress (0.90 mm). The results of multiple comparisons showed that, except that increment of fruit diameter had no signi fi cant differences between moderate drought stress and water control after watering treatments, the differences between the other treatments reached signi fi cant levels. A negative increment of fruit diameter appeared after 10 days in the severe drought stress treatment, while growth of fruit diameter slowed down after 20 days in the water control after watering treatment. And in the treatments of severe drought stress, water control after watering and natural state, the leaves turned yellow and temporarily wilted after 30 days. The results of correlation analysis showed that fruit diameter increment was positively correlated with soil moisture content and air relative humidity, and it was negatively correlated with air temperature. Fruit diameter growth inC. oleiferawas sensitive to soil moisture, soil temperature and air relative humidity, and the best soil moisture content for fruit diameter growth was 80%-90% of fi eld moisture capacity in the slight water treatment.

high temperature and less rain period;Camellia oleifera; fruit diameter growth; soil moisture; meteorological factors

S601；S794.4 文献标志码：A 文章编号：1003—8981(2015)01—0050—06

2014-06-17

教育部高校博士点基金项目（20124321110005）；湖南省研究生科研创新项目（CX2013B361）；北京林业大学森林培育“985”开放平台项目（0001108001）；中南林业科技大学研究生科技创新项目（CX2013A03）。

钟飞霞，博士研究生。

王瑞辉，教授，博士后，博士研究生导师。E-mail：wang626389@163.com

钟飞霞,王瑞辉,廖文婷,等.高温少雨期环境因子对油茶果径生长的影响[J].经济林研究,2015,33(1)：50－55.

[本文编校：闻 丽]