干旱区枣树茎流速率变化特征及其与气象因素的关系

李 宏，刘 帮，孙明森,程 平，张志刚，刁 凯，李长城,韩莹莹，黎 欢，武 钰，王真真,苗乾乾

(1.新疆林业科学院，新疆 乌鲁木齐 830000； 2.新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆师范大学，新疆 乌鲁木齐 830054; 4.新疆林业厅，新疆 乌鲁木齐 830000)

干旱区枣树茎流速率变化特征及其与气象因素的关系

李 宏1，刘 帮2，孙明森2,程 平1，张志刚2，刁 凯2，李长城2,
韩莹莹3，黎 欢4，武 钰3，王真真2,苗乾乾2

(1.新疆林业科学院，新疆 乌鲁木齐 830000； 2.新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆师范大学，新疆 乌鲁木齐 830054; 4.新疆林业厅，新疆 乌鲁木齐 830000)

采用包裹式茎流计持续测定枣树茎流速率，并结合HOBO小气候仪同步获取太阳辐射强度、温度、空气相对湿度以及风速等气象数据，研究不同天气条件下枣树茎流速率的变化规律及其与气象因素之间的关系。结果表明：枣树茎流连续日变化呈现明显的规律性,白天的茎流速率明显大于晚上。茎流速率日变化曲线晴天为典型的宽型单峰曲线，阴雨天为不规则的多峰曲线。2种天气条件下，枣树日累积茎流量变化过程均呈现明显的“S”形曲线,且晴天的日累积茎流量明显高于阴雨天。枣树茎流速率与气象因子关系密切，2种天气条件下，茎流速率与太阳辐射强度相关性最强，与风速相关性最弱，利用多元回归的方法建立枣树茎流速率与气象因素的相关性回归模型，经过回归系数和相关系数检验，晴天回归系数为0.901，阴雨天为0.803,均达到极显著水平。

干旱区； 枣树； 茎流速率； 气象因素

阿克苏温宿县地处塔里木盆地的边缘，自然环境干旱少雨，水资源短缺一直以来困扰着当地农业的发展。近年来，红枣种植业逐渐成为该地区农业的支柱产业，而水资源短缺日益凸显，为了更加合理地利用水资源，减少不必要的水资源浪费，研究红枣的节水灌溉技术及蒸腾耗水规律具有现实意义。

植物耗水主要通过蒸腾作用。相关研究表明，植物蒸腾耗水占整个蒸散耗水量80%以上，而植物根部吸收水分的99%用于蒸腾作用[1]，因此，了解红枣植株的茎流变化是掌握植株蒸腾耗水的前提。国内外测定作物蒸腾量一般采用叶室法、快速称质量法、伤流法、大型蒸渗仪法以及盆栽试验等，但上述方法不仅操作复杂，很难持续观测植株蒸腾量变化，而且改变了农田小气候及作物生长发育情况，代表性差。随着茎流计的发明和改进，目前国内外测定植物蒸腾耗水的方法主要是采用基于热技术法的茎流计，而包裹式茎流计是运用茎热平衡原理，通过测量树液流动时产生的热量变化，从而确定植物茎流和植物水分消耗[2-3]，此方法不仅可以实时测量植物茎流变化，直接得到蒸腾耗水读数，而且不改变农田小气候，对植物本身无伤害。目前,国内外学者运用茎热平衡理论在研究植株茎流速率的过程中，侧重于不同树种在不同条件下树干茎流速率变化规律以及茎流和环境因子的相关关系[4-6]，成果显著，但大多数为生态林，经济林较少；有关红枣茎流速率的报道较少，仅王文明等[7]、田盼盼等[8]对枣树茎流情况进行研究。以前人对幼龄枣树根系分布情况研究结果[9]为前提，采用美国 Dynamax公司生产的Flow-32包裹式茎流计测定枣树茎流速率，并同步获取气象数据，分析枣树茎流速率的变化规律及其与气象因素之间的关系，为红枣合理灌溉提供必要的理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在新疆阿克苏温宿县的新疆林业科学院佳木试验站进行,地理位置为东经80°32′、北纬41°15′，属于典型的温带大陆性干旱气候，光照时间长，四季分明，昼夜温差大，春季升温快而不稳，常有倒春寒现象发生，夏季炎热而干燥，秋季短暂而降温迅速，干旱少雨，光照充足，空气干燥；年日照时数 2 747 h，年平均总辐射量6 000 MJ/m2，平均海拔高度1 103 m；年降水量42.4～94.0 mm，年潜在蒸发量2 956.3 mm，浅层地下水位3.3 m；年均气温为10.1 ℃，极端最高气温为38.1 ℃，极端最低气温为-27.0 ℃，≥10 ℃积温2 916.8～3 198.6 ℃，无霜期195 d；土壤类型为砂壤土，土壤砂粒(0.020～2.000 mm)含量为81.32%，粉粒(0.002～0.020 mm)含量为5.76%，黏粒(<0.002 mm)含量为12.92%，具体试验地土壤理化性质参数见表1。

表1 试验地土壤的主要理化性质

深度/cm土壤质地容重/(g/cm3)最大持水量/%有机质含量/(g/kg)全N含量/(g/kg)pH0～20壤土1.6119.72.250.6728.6720～40砂土1.4024.70.760.5538.6940～60红黏土1.6127.30.670.3558.7060～80砂土1.4624.40.340.6228.78

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 试验于2013年5月至9月进行。枣园枣树品种为灰枣，林地属于幼龄，树龄均为4 a，株行距为1 m×4 m，根据实地条件，在园内选取样地面积为10 m×10 m，根据包裹式茎流计传感器的操作要求选择主干通直且符合传感器规格的3株健康枣树[地径(3.00±0.30) cm，生长良好且无病虫害]作为试验对象，样树的主要参数如表2，样树距离地面10 cm处平均地径为3.19 cm,平均株高为1.85 m,平均冠幅为1.36 m。传感器安装前，把安装部位的死亡组织、脱落表皮等除去,避免因操作不当造成样树活表皮受损伤，影响枣树正常生长，进而影响茎流速率测定的准确性，并用细砂纸将其打磨光滑，然后用游标卡尺测定包裹传感器处的直径。经反复测定，包裹传感器处的平均直径为3.05 cm，平均茎干面积为7.31 cm2。样地灌溉方式统一采取滴灌，供水系统采用自制压力设备，由恒压水桶和滴头(16 L/h)组成，每次灌水量为72 L。同时样地内布设Decagon公司生产的ECH2O水分测量探头及多通道数据采集器，通过土壤水分传感器对土壤的体积含水量进行观测，当土壤体积含水量下降到12%～15%(田间持水量60%)时进行下一次灌水。为防止样地外其他作物灌溉对其影响，在样地四周挖2 m的深沟，用塑料薄膜隔开，并在四周做垄，防止灌溉水渗漏进入样地。样地内除灌水方式不同外，其余均按照当地习惯统一管理。

表2 试验地样树的主要参数

样树地径/cm株高/m冠幅/m包裹传感器处直径/cm13.161.751.432.9723.151.941.283.1333.261.861.373.05平均3.191.851.363.05

1.2.2 茎流速率的测定和茎流累积量的计算 试验仪器采用美国 Dynamax公司生产的Flow-32包裹式茎流计。根据样树的实际情况，所选样树均采用SGB25型号传感器，按照传感器的要求对样树进行包裹，连接传感器与数据采集器，并通过电脑对数据采集器进行程序设定，茎流速率数据采集时间间隔为10 min。选择6月1日—7月31日(6月1日缩写为06-01，所有日期下同，即06-01—07-31)的试验数据，将采集到的3株样树的茎流速率进行平均，得到每隔10 min的茎流速率。然后通过茎流速率计算茎流累积量。

1.2.3 其他因子的测定 样地内安装HOBO小气候仪，对枣园的气象因子进行测定，主要气象因子包括太阳辐射强度、空气相对湿度、空气温度、风速，数据采集时间间隔10 min。

1.3 数据处理

采用 Excel 2007 和 SPASS 18.0软件对试验数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 枣树茎流速率连续日变化特征

从图1可知，枣树茎流速率连续日变化呈现明显的规律性,即晴天均为相似的单峰型曲线，如06-20—06-24、06-26—06-27等；阴雨天均为不规则的多峰曲线，如06-25、07-04等；通过连续观察可知，大部分时间内晴天茎流速率略大于阴雨天，这是由于外界环境干旱，且晴天条件下，太阳辐射较强烈，温度较高，空气相对湿度较低，植物白天蒸腾作用强烈，因此茎流速率略大；从完整一昼夜来看，白天的茎流速率明显大于晚上，这是由于晚上太阳辐射很弱，甚至为零，环境中气温较低，空气相对湿度高,枣树蒸腾处于停滞状态，因此枣树茎流速率很小甚至为零。正常天气下，除阴雨天外，茎流启动后，上升趋势明显，并随着太阳辐射强度的逐渐增加，茎流速率迅速增大，茎流速率峰值出现后，即使太阳辐射强度继续增加，茎流速率峰值也不再增大，之后随着太阳辐射强度减弱直至为零，枣树茎流速率维持在相对较小的水平，甚至处于停滞状态。

图1 枣树茎流速率连续日变化

2.2 枣树茎流速率日变化特征

不同天气条件下，植物茎流速率日变化规律存在差异，在枣树茎流速率连续观测记录中选取晴天(06-24、07-02、07-03)与阴雨天(07-22、07-23、07-26)2种典型的天气条件。图2为典型天气条件下枣树茎流速率的日变化情况，2种天气条件下，枣树茎流速率均表现出相似的昼夜变化规律，但茎流速率日变化曲线的趋势有很大差异。晴天条件下，茎流速率日变化呈现出典型的宽型单峰曲线，早晨茎流启动后，随着太阳辐射强度的逐渐增大，温度增高，植物蒸腾速率加大，植物茎流速率加大，茎流速率最大增幅出现在8：30—9：30，之后茎流速率持续上升，出现峰值的时间大致在14：00—15：00，峰值为824.50～974.43 g/h，之后随着太阳辐射强度的减弱,茎流速率也逐渐下降,至20：00(日落)处于相对较低水平至停滞状态，并趋于平稳。阴雨天,枣树茎流速率日变化呈现多峰型曲线,由于在阴雨天条件下，太阳辐射强度多变且稳定性较差,因此枣树茎流速率的变化也很不稳定,早晨茎流启动后，随着时间的推移茎流速率日变化曲线出现不同程度的波动，出现多个峰值且时间各异，但白天茎流速率依旧大于晚上茎流速率，且夜间也存在较小的茎流速率。

从图3可以看出，晴天(06-24)与阴雨天(07-22)枣树日累积茎流量变化过程均呈现明显的“S”形曲线,且晴天的日累积茎流量明显高于阴雨天。晴天条件下，日累积茎流量的启动时间大约在7：00，随后呈直线上升趋势且速度加快，直至20：30上升速度趋于平缓，24：00日积累茎流量达7.56 L，

图2 不同天气条件下枣树茎流速率的日变化情况

图3 不同天气条件下枣树日累积茎流量的变化

夜间日累积茎流量变化明显，这是由于试验区气候干旱，植物白天蒸腾作用耗水严重，晚上在根压的作用下，吸收水分来维持自身生理活动需要；而阴雨天，枣树日累积茎流量变化趋势与晴天基本一致,但曲线增加速率相对较小,夜间0：00—7：00，没有茎流量累积，这是由于经过白天的蒸腾，枣树自身并未出现水分亏缺，不需要补充水分，所以夜间未出现茎流累积现象，阴雨天的日累积茎流量为6.51 L。

2.3 不同天气条件下气象因素与茎流速率的关系

相关研究表明，植物的茎流速率不仅与自身生理状况关系密切，而且受外界环境因子影响[10-12]。图4、图5分别为晴天和阴雨天条件下，枣树茎流速率与太阳辐射强度、温度、风速以及空气相对湿度的日变化曲线。晴天条件下，茎流速率变化趋势与太阳辐射强度以及温度基本保持一致(图4a、b)，均呈现明显的单峰曲线且正相关性显著，空气相对湿度变化虽然也呈现明显的单峰曲线(图4d)，但是变化趋势与茎流速率相反，两者呈负相关性，风速变化规律性较差(图4c)，即枣树茎流启动后，随着太阳辐射强度的增加，温度开始增高，空气相对湿度却逐渐降低，枣树蒸腾作用逐渐增大，亦茎流速率增大，反之，随着太阳辐射强度的减小，温度开始降低，空气相对湿度却逐渐增大，枣树蒸腾作用逐渐减小，茎流速率降低；茎流速率与太阳辐射强度出现峰值的时间大致相同，为14：00—15：00，温度峰值出现时间稍晚，为15：30—18：00。阴雨天条件下，由于天气变化频繁，太阳辐射强度较低且波动性明显，虽然茎流速率与太阳辐射强度曲线趋势大致相同，但均是多峰不规则曲线(图5a)，且相对于晴天条件下，正相关性不显著，白天空气相对湿度和风速均明显高于晴天(图5c、d)，说明阴雨天条件下，空气相对湿度与风速对茎流速率产生了影响。

图4 晴天条件下枣树茎流速率与气象因素的日变化

图5 阴雨天条件下枣树茎流速率与气象因素的日变化

本研究利用2种天气条件下太阳辐射强度、温度、空气相对湿度以及风速等4个气象因子与茎流速率进行相关分析，结果显示(表3)，晴天条件下其相关系数分别为0.943、0.760、-0.756和0.660，阴雨天条件下相关系数分别为0.879、0.638、-0.448和0.368；2种天气条件下，茎流速率与太阳辐射强度相关性最强，与风速相关性最弱。利用多元回归的方法建立枣树茎流速率和气象因素的相关性回归模型，得到多元回归方程(表4)，经过回归系数和相关系数检验，回归系数均达到极显著水平，说明枣树茎流速率受太阳辐射强度、温度、空气相对湿度以及风速等4个气象因子共同作用。通过相关性回归模型的建立，可以利用环境因子对滴灌条件下枣树茎流速率变化情况进行预测，进而为滴灌方式下枣树的合理灌溉提供一定的理论基础。

表3 枣树茎流速率和气象因素的相关系数

天气太阳辐射强度温度空气相对湿度风速晴天0.943**0.760**-0.756**0.660**阴雨天0.879**0.638**-0.448**0.368**

注：n=145; **表示P<0.01。

表4 枣树茎流速率和气象因素的多元回归模型

天气回归方程R2晴天F=100.692+0.796X1+181.320X2+0.941X3-0.939X40.901**阴雨天F=-840.179+0.608X1+143.068X2+27.674X3+5.045X40.803**

注：F为茎流速率，X1为太阳辐射强度，X2为风速，X3为温度，X4为空气相对湿度。

3 结论与讨论

植物茎流速率连续日变化具有明显的规律性，乌日娜等[13]、李思静等[4]、郭树江等[14]在研究过程中也都得出相同的结论。枣树茎流速率昼夜变化规律性明显，白天的茎流速率明显大于晚上，这是由于晚上环境中气温较低、空气相对湿度高,枣树蒸腾处于停滞状态。不同天气条件下植物茎流速率日变化特征存在差异，田盼盼等[8]、南庆伟等[15]也得出一致的结论，枣树茎流速率日变化晴天均呈现出典型的宽型单峰曲线，阴雨天均为不规则的多峰曲线，且晴天茎流速率略大于阴雨天；枣树日累积茎流量变化均呈现明显的“S”形曲线,且晴天的日累积茎流量明显高于阴雨天，晴天日累积茎流量为7.56L，阴雨天日累积茎流量为6.51L；植物茎流速率不仅与自身生理特性有关，还与环境因子关系密切，不同天气条件下植物茎流速率与气象因子关系也存在异同[16-18]，晴天条件下，茎流速率变化趋势与太阳辐射强度以及温度基本保持一致，均呈现明显的单峰曲线且正相关性显著，与空气相对湿度变化趋势相反，阴雨天条件下，由于天气变化频繁，太阳辐射强度较低且波动性明显，虽然茎流速率与太阳辐射强度曲线趋势大致相同，但均是多峰不规则曲线，且相对于晴天条件下，正相关性不显著；用太阳辐射强度、温度、空气相对湿度以及风速等4个气象因子与茎流速率进行相关分析，2种天气条件下，茎流速率与太阳辐射强度相关性最强，晴天、阴雨天相关系数分别为0.943、0.879，利用多元回归的方法建立枣树茎流速率和气象因素的相关性回归模型，得到多元回归方程，经过回归系数和相关系数检验，回归系数均达到极显著水平。

[1] 李德全.植物生理学[M].北京：中国农业科技出版社，1999.

[2] 岳广阳,张铜会,刘新平,等．热技术方法测算树木茎流的发展及应用[J]．林业科学，2006，42(8)：102-108．

[3] 龙秋波，贾绍凤．茎流计发展及应用综述[J].水资源与水工程学报，2012,23(4)：18-23．

[4] 李思静,查天山,秦树高,等.油蒿(Artemisia ordosica)茎流动态及其环境控制因子[J].生态学杂志,2014，33(1)：112-118.

[5] 赵春彦,司建华,冯起,等.胡杨(Populus euphratica)树干液流特征及其与环境因子的关系[J].中国沙漠,2014，34(3)：718-724.

[6] 凡超,邱燕萍,李志强,等.荔枝树干液流速率与气象因子的关系[J].生态学报,2014，34(9):2401-2410.

[7] 王文明,郑德明,姜益娟,等.滴灌条件下枣树耗水规律的研究[J].干旱地区农业研究,2014，32(6):38-42,111.

[8] 田盼盼，董新光，刘峰，等.干旱区枣树蒸腾规律及其与气象要素的关系[J]．水资源与水工程学报，2012,23(2)：86-89.

[9] 杨婵婵.阿克苏地区幼中龄期枣树根系空间分布特征研究[D].乌鲁木齐：新疆师范大学,2013.

[10] 刘帮,李宏,张志刚,等.阿克苏地区井式灌溉方式下枣树茎流变化[J].西北林学院学报,2015，30(3):54-60.

[11] 马长明，刘广营，张艳华，等.核桃树干液流特征研究[J].西北林学院学报,2010，25(2):25-29.

[12] 徐先英,孙保平,丁国栋，等.干旱荒漠区典型固沙灌木液流动态变化及其对环境因子的响应[J].生态学报,2008，28(3):895-905.

[13] 乌日娜,丁国栋,吴斌,等.沙木蓼蒸腾耗水特性及环境影响因子研究[J].水土保持通报,2012，32(3):68-72.

[14] 郭树江,徐先英,杨自辉,等.干旱荒漠区沙冬青茎干液流变化特征及其与气象因子的关系[J].西北植物学报,2011,31(5):1003-1010.

[15] 南庆伟,王全九,苏李君.极端干旱区滴灌条件下葡萄茎流变化规律研究[J].干旱地区农业研究,2012，30(6):60-67.

[16] 贾文杰,马璐琳,丁鲲,等.百合生长期茎流特征及其与环境因子的关系[J].西北植物学报,2012，32(12):2498-2505.

[17] 赵英,汪有科,韩立新,等.山地枣树茎直径对不同生态因子的响应[J].生态学报,2012，32(17):5476-5483.

[18] 于红博，杨劼，臧春鑫，等．皇甫川流域中国沙棘树干液流日变化及其相关因子[J]．生态学杂志，2008，27(7)：1071-1076．

Change Features of Jujube Stem Flow Rate and Its Relationship with Meteorological Factors in Arid Area

LI Hong1,LIU Bang2,SUN Mingsen2,CHENG Ping1,ZHANG Zhigang2,DIAO Kai2,LI Changcheng2,HAN Yingying3,LI Huan4,WU Yu3,WANG Zhenzhen2,MIAO Qianqian2

(1.Xinjiang Academy of Forestry Sciences,Urumqi 830000,China;2.Forestry and Horticulture College,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China;3.Xinjiang Normal University,Urumqi 830054,China; 4.Xinjiang Forestry Department,Urumqi 830000,China)

The package type stem flow meter was used for continuous determination of the jujube tree stem flow rate,and the HOBO microclimate meter synchronously determined the solar radiation,temperature,air humidity and wind speed and other meteorological data,so as to study the change rule of jujube tree stem flow rate under different weather conditions and its relationship with the meteorological factors.The results indicated that jujube stem flow consecutive diurnal variation showed significant regularity,day sap flow rate was significantly greater than that in the evening;stem flow diurnal variation curve in sunny day was the typical wide single peak curve,in rainy days was irregular multimodal curve;under two weather conditions,the change of day cumulative sap flow rate of jujube showed a significant “S” shaped curve,and the stem flow accumulation was significantly higher in sunny day than that in rainy days;under two weather conditions,the relationship between jujube stem flow rate and the meteorological factors was close,stem flow rate had the strongest correlation with solar radiation and the weak correlation with wind speed,using multiple regression method to establish the correlation regression model of jujube stem flow rate and meteorological factors,the regression coefficient was 0.901 in sunny day,and 0.803 in rainy day,which all reached significant level.

arid areas; jujube; stem flow rate; meteorological factors

2015-06-29

国家林业公益性行业科研专项(201304701-2)

李 宏(1962-)，男，新疆伊犁人，研究员，主要从事森林培育方面的研究。E-mail:hong1962@126.com

S665.1

A

1004-3268(2016)02-0098-06