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栓皮栎幼苗叶气温差随太阳辐射和风速变化的列线研究*

2016-05-27王佩舒王威红陈景玲李国怀河南农业大学林学院郑州450002

中国农业气象 2016年2期
关键词:栓皮栎太阳辐射风速

王佩舒,王威红,陈景玲,王 谦,李国怀(河南农业大学林学院,郑州 450002)



栓皮栎幼苗叶气温差随太阳辐射和风速变化的列线研究*

王佩舒,王威红,陈景玲**,王谦,李国怀
(河南农业大学林学院,郑州 450002)

摘要:为了探索太阳辐射、气温和风速对栓皮栎幼苗叶温(LT)的影响,以及LT与Gates气候空间列线的一致性,在晴天条件下,控制小气候风速因子,测定气温、LT和太阳辐射,研究不同风速条件下栓皮栎幼苗叶气温差(LATD)随太阳辐射的变化。并依据Gates气候空间理论和图解方法,确定栓皮栎幼苗的气候空间列线。结果表明:静风时栓皮栎幼苗LATD随太阳辐射的增加而增加,二者呈线性关系;冠层温度衰减(CTD)随太阳辐射强度增加而增加,但随着风速的增大,CTD随太阳辐射而增加的幅度逐渐减小。风速为0.8m·s−1时,CTD随太阳辐射变化的趋势线斜率逐渐趋近于0,表明不同风速条件下的栓皮栎幼苗叶片CTD随着太阳辐射强度的增加呈线性增加趋势;随着风速的增加,该线性关系形成斜率逐渐变小的列线,列线与Gates气候空间理论的上限趋势一致,列线上的点与生物学上限温度(BMT)相加可以表达栓皮栎幼苗叶片气候空间上限。

关键词:栓皮栎;CTD;太阳辐射;风速;气候空间;列线

王佩舒,王威红,陈景玲,等.栓皮栎幼苗叶气温差随太阳辐射和风速变化的列线研究[J].中国农业气象,2016,37(2):213-221

干旱和半干旱地区栓皮栎实生苗造林的1-5龄幼苗死苗现象较严重[1-2],存活曲线为DeeveyⅢ型,幼龄期死亡率很高[3]。死苗直接影响造林,但现有研究对死苗现象关注较多[1-2],而针对死苗原因研究较4少。高温干旱是该气候区的主要气候特点,因而高温干旱胁迫被认为是死苗的主要原因,如华北山区自然生态环境下易发生长期干旱,栓皮栎幼苗在这样的生存空间上遇到小气候高温,易导致死苗发生。另一方面,以往研究针对单一小气候因素对植物的影响较多[4-8],多因素复合影响的研究相对较少[9]。而叶温(Leaf temperature, LT)与小气候中的太阳辐射、气温、风速等因素均密切相关[10-14],受多个小气候因子的影响。气温和太阳辐射是栓皮栎幼苗叶片温度形成的主要因子;土壤湿度影响叶片蒸腾(Transpiration, Tr),潜热交换作用对LT有一定影响[15-16]。加之以往研究少有考虑风的作用,已有研究报道关注的是风速影响Tr速率[17]和栓皮栎植株形态建成[18]。事实上,风对栓皮栎的影响也表现在增加叶片表面的热量平衡方程中对流换热项的比重,可直接影响叶片表面热量的交换,因而对LT有较明显的影响。文献[9]在栓皮栎冠层温度多因子复合相关分析中即考虑了风速。刘明虎等[19]对干旱区植物LT模型的研究表明,在给定的条件下,风速为10和0.1m·s−1,对应LT为32℃和53.5℃,叶气温差LATD 为21.5℃,说明风速较小时LT与气温有较大差异,而风速较大时,LATD则会降低。植物受高温胁迫是在高LT下发生的,所以定量研究风速的影响很有必要。

研究者认为叶片是对小气候变化较敏感的器官,最能体现小气候因子的影响或植物对小气候的适应性[4]。所以,研究LT变化特征及其与光、温、湿、风等气候因子的关系,对深入揭示高温胁迫下死苗的机制具有重要意义。光、温、湿、风小气候因子对LT的影响是多因子复合影响,是个复杂的过程。本文从气候空间理论[20]和图解法入手,将土壤湿度设定为保持适宜状态,并设定不同的风速等级,研究LT随不同光温因子的变化,确定不同风速的列线形态,以分析光、温、风对LT的复合影响。用光、温、湿、风常规气象因子监测确定栓皮栎叶片LT,并与叶片生物学上限温度(Biological maximum temperature,BMT)进行对比,据此判断栓皮栎幼苗叶片是否受到高温胁迫,以及受胁迫的程度和持续时间。以期充实植物气候空间研究理论,并为栓皮栎实生苗造林时减少高温干旱胁迫死苗提供依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

试验在河南农业大学林学院试验基地(34° 43′N,112°42′E)进行。为控制小气候风速因子,试验采用文献[21]中的开顶箱设计,用镀锌钢管做骨架,覆塑料薄膜以控制外界风对试验区的影响。包围试验区大小为8m×10m,高3m。试材为一年生盆栽栓皮栎幼苗,花盆上口直径14cm,盆底直径10cm,盆高24cm。2014年10月10日播种,每盆4粒种子,出苗后间苗,保证每盆一株幼苗。共10行,每行10盆共100盆,紧密排列并摆放在试验区南侧中部。试验区其余区域种植植株高度30cm以下的栓皮栎幼苗作保护行,使人工通风形成的风流线平滑通过待测试栓皮栎幼苗。

1.2测定方法

2015年3-5月选典型晴天进行测定。用北京产yaxin-0233多点生物温度仪测定LT。同时配置3个热电偶传感器至3个栓皮栎叶片,1个热电偶探头放入小型百叶箱内,并置于LT测点旁同高度测量气温。该仪器测温精度为0.1℃,最小采集时间间隔0.2s。本试验设置采集时间间隔15s。在试验区中部选生长状况良好,株高均匀(约15cm),平均成熟叶片为3~4片的花盆,每盆中选取一片上部无其它叶片遮挡的成熟叶片,用特制的鹅颈管支撑装置将热电偶探头固定在叶片背面中部。由于热电偶端点为测温感应部分,其直径仅0.1mm,所以,接触叶片即可感应叶片细胞实际温度。用3个叶片的平均温度代表栓皮栎幼苗LT。该LT是叶片本身的温度,与红外线测温仪测得的冠层温度不同,后者是叶片温度和叶片间隙(可能是空气、土壤或下层叶片)温度的平均。在与测点同高度处安装太阳辐射和风速传感器。太阳辐射(W·m−2)采用美国产LI-1400数据采集器,连接LI-191传感器。设定LI-1400数据采集器采集时间间隔为15s,与热电偶测温仪一致。风速测定采用RR-9200小气候梯度自动监测系统(北京),配置有英国产 Gill WindSonic超声波风速风向传感器,精度±2%。由于风速的测定仅用于确定试验环境平均风速等级,所以设定RR-9200对Gill风速传感器通道每30s读取一次通道数据,每10min记录一次。全天试验结束后当日试验时段风速的平均值即为当日平均风速。Gill风速传感器的主要特点是能测定微小风速,避免三杯风速传感器起动风速过大,无法研究无风或微风小气候的问题。试验区风速控制采用2个不同功率的普通风扇,在试验区北侧由西向东吹风。流动的空气沿试验区边缘的薄膜流动并转向,风扇持续工作,则可在试验区南部放置试验样本的花盆处形成稳定的风速。通过调节风扇功率可调节试验样本测点风速大小。风速控制设0、0.3、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m·s−1等,每个风速档测定3d。实际测定时当风速达0.8m·s−1以上时,CTD随太阳辐射变化已较小,所以不再进行更高风速的测定。土壤湿度采用美国产LR5数据采集器连接EC-5土壤湿度传感器监测。使土壤湿度保持在体积比含水率15%~25%,即一直保持土壤适宜水分状态。每日试验结束时下载土壤湿度数据,低于15%即浇水,保证次日试验土壤为适宜水分状态。

1.3分析方法

Gates在分析野生动物生存的小气候条件时给出了气候空间图解[21],如图1。该图是由辐射和气温形成的一个二维空间,空间内的任意点对应横坐标上不同的太阳辐射值和纵坐标上不同的气温值而维持植物不同的LT。这个空间有由辐射因素决定的左右界限,和由温度决定的上下界限。左右界限即图中标有晴空夜晚和晴空白天的辐射曲线,上下界限受风速的影响而有不同的边界线,即图中标有V=0.1m·s−1和V=2.0m·s−1的直线。位于上下限和左右限之间的区域为生物生存的气候空间。对于气候空间上限而言,其上限界线即为植物体温等于BMT的点的连线,界线以上说明植物体温超过了BMT而处于气候空间之外;界线以下说明植物体温低于BMT而处于气候空间之内。根据Gates的观点,生物长时间处于该气候空间之外,将导致死亡。生物受小气候因子胁迫均发生在气候空间边缘,超过气候空间边缘以外越远,受胁迫影响的受害程度越大。气候空间上下限与左右限不同。左右限由物体的辐射的物理学特性决定。上下限首先由生物能耐受的体温最大值和最小值(相当于生物学上、下限温度)决定,在此基础上,受风速影响,上下限界线斜率不同。风速大,则斜率小;风速小,则斜率大。对于风速为0.1m·s−1的气候空间上限,当气温为30℃时,如果辐射为700W·m−2,则植物体处于气候空间范围以外,不能正常生存;如果环境温度仍为30℃,而辐射为500W·m−2,则植物体处于气候空间范围内,能够正常生存。Gates的气候空间理论对生物能否生存的分析不仅仅用气温来衡量,同时考虑了太阳辐射因子和风速因子。

图1 Gates的气候空间图Fig. 1 The climate space graph of Gates

气候空间理论为研究干旱半干旱地区栓皮栎幼苗高温胁迫死苗提供了理论基础,祖元刚等[22]认为应该在植物生态领域研究气候空间问题。这使植物的气候空间界限指标不是简单的一个温度值,而是一定风速下的太阳辐射和气温的复合指标值。干旱时在太阳辐射照射下,LT大于冠层空气温度CAT (Canopy Air Temperature)(图1中为Ta),CAT与LT之差为冠层温度衰减CTD,即

CTD=CAT-LT(1)

CTD在国外文献中称为冠层温度衰减[23-24],CTD绝对值越大表示冠层温度衰减越多。它与国内文献中所称叶气温差[25]、LATD[26]或ΔT[27]、Tc-a[28]绝对值相等,符号相反。即

LATD=LT-CAT=-CTD(2)

本文使用CTD表述冠层温度变化,是因为它更适于气候空间上下限界线分析,因为CTD随太阳辐射增加而增加的趋势与Gates的气候空间上限界线斜率趋势一致。以气候空间上限分析为例,叶片能耐受的LT的最高值是一定的,就是叶片的生物学上限温度BMT,它是由植物本身的生物学特性决定的。把这个固定的BMT放入气候空间上限界线上的某一点上,对BMT需要的气温和太阳辐射值进行分析。依据气候空间图解(图1),理论上,气候空间上限界线延长线在纵轴上的交点即为在太阳辐射为0时形成BMT所需要的气温CAT,即此时一定风速下,CTD与太阳辐射呈线性变化关系,不同风速下二者的关系即形成一组列线。如果确定了栓皮栎幼苗叶片的BMT和CTD列线,Gates的气候空间上限即可表示为气候空间图上的具体位置,即在气温坐标轴上找到等于BMT的点,将CTD列线平移至该BMT的位置,则可得到栓皮栎幼苗生存上限温度的列线,即得出栓皮栎幼苗的生存气候空间上限。陈景玲等[29]基于叶绿素荧光参数研究了离体栓皮栎幼苗叶片的BTM,进一步将测定在体栓皮栎幼苗叶片的BTM,与本文CTD列线相加,即可确定栓皮栎幼苗叶片的气候空间上限界线。

2 结果与分析

2.1静风条件下LATD随太阳辐射强度的变化趋势

静风条件下典型晴天栓皮栎叶片蒸腾速率(Tr)的日变化如图2a。由图可见,每日上午随着太阳辐射的增加Tr呈增加趋势,12:00左右达到最大值1.6mmol·m−2·s−1,16:00之后随着太阳辐射的降低Tr值迅速降低[29]。相应地,由4月15、16和26日的叶气温差(LATD)随太阳辐射的变化可见(图2b、2c、2d),总体上LATD随太阳辐射增加而增大,二者呈较明显的线性关系。但从数据点分布情况看,图2b、2c在太阳辐射强度为120W·m−2以上和以下时回归直线斜率不同。这主要与叶片的Tr有关,太阳辐射强度在120W·m−2以下时,Tr速率很低,在0.2mmol·m−2·s−1左右,说明Tr耗热很小。随着太阳辐射的增加LATD增加很快,回归直线斜率较大。当太阳辐射增至120W·m−2以上时,由于Tr迅速增加,Tr耗热增加,故LATD增加减缓。由于Tr耗热的作用低于太阳辐射的增温作用,LATD仍随着太阳辐射的增加而增加,但回归直线斜率降低。图2d则无这种回归线斜率的差异,主要是因为春季升温快,4月26日比15、16日气温高,4月26日LT测定时没有观测到Tr速率很小(无蒸腾)的时段。

对4月15、16日LATD随太阳辐射变化曲线进行2段分段线性模拟。当太阳辐射<120W·m−2时LATD为0℃左右,此时的点较为集中,回归直线斜率较大,15日为0.0317,16日为0.0461,LATD变化迅速;>120W·m−2时回归直线斜率降低,15日为0.0122,16日为0.0167。即太阳辐射<120W·m−2时,太阳辐射小,栓皮栎叶片Tr还没有开始或很小,为无蒸腾阶段,因而LATD随太阳辐射上升较快;>120W·m−2为植物持续蒸腾阶段,但潜热消耗对LATD的降低作用低于太阳辐射对LATD的增加作用。LATD仍随着太阳辐射的上升而上升,但上升速率低于太阳辐射<120W·m−2时段。此阶段数据点分散是由于持续蒸腾阶段叶片Tr波动造成的。

对于持续蒸腾阶段,图2b、2c、2d斜率较接近,分别为0.0122、0.0167和0.0175。可知,LATD随太阳辐射变化呈较稳定的线性变化趋势。

图2 叶片蒸腾速率(Tr)和典型晴天静风条件下叶气温差(LATD)随太阳辐射强度(R)的变化Fig. 2 The change trend of transpiration rate (Tr) and leaf air temperature difference (LATD) with radiation in aero static conditions

2.2有风条件下CTD随太阳辐射的变化趋势

图3 不同风速下测得的冠层温度衰减(CTD)与太阳辐射(R)的关系(2015年)Fig. 3 The relationship between canopy temperature depression (CTD) and solar radiation (R) at different wind speeds(2015)

平均风速为0.3、0.6、0.7、0.8m·s−1时CTD与太阳辐射的关系如图3。由图可以看出,各风速下CTD均随太阳辐射呈线性变化趋势,但随着风速的增加,回归直线的斜率越来越小,无风时斜率为0.9353,接近于1,风速为0.8m·s-1时斜率为0.089,接近0。说明随着风速的增加,CTD受太阳辐射的影响越来越小,同时显示了风速的作用越来越大。风速增加加大了叶片表面的对流热交换,风速达0.8m·s-1以上时,CTD几乎不随太阳辐射增加而变化。试验均在4月进行,故Tr速率的日变化仍参见图2a。由图3可见,2015年4月23日(图3a3)和4月13日(图3b2)均有与图2无蒸腾阶段的特征时段相类似的阶段,即在太阳辐射较低时,CTD随太阳辐射的增加迅速减少(相当于图2中的LATD迅速增加)阶段。但图3中其它均未观测到这一现象。原因之一可能是叶片蒸腾从夜间到白天,从无蒸腾到持续蒸腾过渡阶段发生时间不在试验的观测时段内;原因之二可能是叶片蒸腾从夜间到白天变化不大造成的。如图3a2即2015年4月9日也有与图2无蒸腾阶段的特征时段相类似的阶段,但前者不太明显。蒸腾对CTD的影响有待进一步研究。

由式(2)可知,图2中静风条件下LATD与太阳辐射关系的回归直线方程斜率的负值即为CTD的斜率。综合分析风速为0、0.3、0.6、0.7和0.8m·s-1时CTD与太阳辐射的关系回归直线的斜率,将同一风速下的数据回归方程的斜率取平均值,得到风速为0、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8m·s-1时栓皮栎CTD的列线如图4。

图4 不同风速条件下CTD随R变化列线Fig. 4 The series relationship curves between CTD and R at different wind speeds

由图4可以看出,风速从0增至0.3m·s-1,CTD与太阳辐射的回归直线的斜率由-0.0155降至-0.0067,变化较大。而风速从0.7m·s-1增至0.8m·s-1,CTD与太阳辐射的回归直线的斜率由-0.0021 降至-0.0004,变化则较小。由此可见,栓皮栎LT受风速影响较大,从无风转至有风条件时尤受影响。当风速逐渐增大时回归直线的斜率的绝对值逐渐减小,且减少的幅度也逐渐变小,直线分布渐趋密集。

从图4还可看出,风速为0时,回归直线斜率绝对值最大,其斜率为-0.01547。该CTD线在纵轴上截距约为0.8℃,即当静风且太阳辐射为0时,CTD 有0.8℃的初始值。这是由于静风夜晚栓皮栎幼苗叶片长波有效辐射作用,使LT低于CAT,因而CTD为正值是合理的。

当风速为0.8m·s-1时,回归直线几乎呈水平状态,即斜率-0.00037,已接近0。该水平线在纵轴上截距约为-0.9℃,即当风速为0.8m·s-1时,尽管CTD不随太阳辐射增加而增加,但CTD仍维持平均-0.9℃左右。即LT总比CAT高0.9℃。

将图4的V=0和V=0.8m·s-1CTD与太阳辐射的回归直线与图1中的气候空间上限界线V=0.1m·s-1和V=2.0m·s-1进行比较,可以看出,图4中V=0和V=0.8m·s-1有一个交叉点,与图1气候空间上限界线形式非常接近。

3 结论与讨论

(1)栓皮栎幼苗叶片叶气温差LATD随着太阳辐射的增强逐渐增大,叶温LT明显偏离气温,LATD随着太阳辐射的变化呈直线正相关关系。冠层温度衰减CTD随着太阳辐射的变化呈直线负相关关系。刘云鹏等[26]对玉米干旱胁迫日变化特征研究得到了与本文一致的结果,即LATD先随太阳辐射增加而上升,后随着其减弱而降低的规律。孟平等[27]研究苹果树LATD与微气象因子的关系,在不考虑土壤水分因子的条件下,LATD与冠层净辐射呈正相关,这也与本文结果一致。但在考虑土壤水分因子影响时,太阳辐射的作用可能使植物Tr增加,而导致LATD与冠层净辐射的关系为负相关关系[27]。

(2)受蒸腾作用消耗潜热的影响,在晴朗无风天气下,栓皮栎幼苗叶片LATD随太阳辐射的变化在清晨、傍晚无蒸腾与白天持续有蒸腾时段的负相关直线的斜率不同,无蒸腾时段斜率的绝对值较大,而持续蒸腾阶段较小。张卫红等[31]对不同土壤湿度下小麦LATD对光照强度的反应的研究结果认为,随着土壤湿度的增加,LATD随光照强度增加的回归系数逐渐减少。文献[31]将这种现象解释为太阳辐射用于光合积累,而不再是影响LATD的有效因素,本文认为值得商榷,因为高等植物光合作用利用的太阳辐射占太阳辐射总量的比例一般均较低,不足以影响到叶片表面的热量平衡。这种现象更可能的原因是随着土壤湿度的增加,叶片蒸腾速率加大,消耗到潜热的量增加,此时,同样的太阳辐射能量输入,LT的增加却较少。本文的无蒸腾阶段LATD随太阳辐射变化的斜率较高的结果印证了文献[31]观测到的现象。

(3)在晴朗有风的天气条件下,栓皮栎幼苗的CTD随太阳辐射的增强而逐渐增大。不同风速下二者的回归直线形成列线,其斜率随着风速的增大而逐渐减小,尤以从无风到有风条件时的变化明显;当风速继续增大时回归直线斜率减小幅度逐渐变小,直线分布越来越密集,斜率越来越趋近于0。也即随着风速的增大,栓皮栎LT越来越接近气温。前人研究苹果树叶片LATD与风的关系[27],不考虑土壤水分时二者为正相关,考虑土壤水分时为负相关,且其偏相关系数较低。说明把风速作为一个气象因子直接参与回归分析还不能很好地表现风速对LATD 或CTD的影响。因为风的对流换热作用和促进蒸腾水分向大气扩散作用对LATD或CTD的影响是双重的,且不呈线性变化。本文研究结果风速从0增至0.8m·s-1的列线之间斜率变化逐渐减少,而非均匀分布证实了这一点。所以本文用不同风速的列线分析风速对LT的影响更合理。

(4)当风速为0时,CTD与太阳辐射的回归直线斜率的绝对值最大,即斜率-0.01547。该CTD线在纵轴上截距约为0.8℃,即当静风且太阳辐射为0时,CTD有0.8℃的初始值。文献[9]也观测到栓皮栎叶片夜间LT低于CAT。这可以从静风夜晚栓皮栎幼苗叶片长波有效辐射作用使LT低于CAT,因而CTD为正值,而得到合理的解释。

当风速为0.8m·s-1时,回归直线几乎水平,其斜率为-0.00037已接近于0。该水平线在纵轴上截距约为-0.9,即当风速为0.8m·s-1时,尽管CTD不随太阳辐射增加而增加,但会维持平均-0.9℃左右的CTD。即LT总比CAT高0.9℃。许多植物叶温与气象条件关系研究的文献未考虑风的影响[32-35],如果试验环境风速变化,势必影响试验结果。从本文研究结果可以看出,风是重要的CTD影响因子。

(5)栓皮栎幼苗叶片的CTD随风速的变化列线形式与能量生态学中的植物体温气候空间[21]上限界线相似。风速从0增至0.8m·s-1时栓皮栎幼苗叶片CTD列线与Gates气候空间理论的上限趋势一致。该研究实践了Gates的气候空间理论,给植物气候空间上限界线赋予了实际含义,即叠加在栓皮栎幼苗叶片生物学上限温度BMT之上的不同风速的CTD列线可以表达气候空间上限。

(6)风速为0与0.8m·s-1的CTD回归直线和气候空间上限界线风速为0.1m·s-1与2.0m·s-1都有一个交叉点,二者形式非常接近。但风速为0.3、0.6和0.7m·s-1时各回归线并未交叉于该点。按照气候空间理论,这个交叉点发生在气候空间上限时,是黑体辐射线通过的点[21]。本试验观测到了这个交叉点,但不是在气候空间上限温度下测定的CTD,所以该交叉点的含义还有待进一步探讨。

(7)土壤湿度对LATD随太阳辐射的变化规律有较大影响,如张卫红等[31]对小麦叶片的研究。本文是在适宜土壤湿度下进行的试验,土壤湿度条件主要影响Tr,进而影响LT。若设定不同土壤湿度重复本文试验,则可得到不同土壤湿度条件、对应不同风速的列线。此外,对于空气湿度、叶片特性等因素对LT的影响,以及进而产生的对栓皮栎叶片CTD列线的定量影响也有待于进一步研究。

参考文献References

[1]马莉薇,张文辉,薛瑶芹,等.秦岭北坡不同生境栓皮栎实生苗生长及其影响因素[J].生态学报,2010,30(23):6512-6520.

Ma L W,Zhang W H,Xue Y Q,et al.Growth characteristics and influencing factors of Quercus variabilis seedlings on the north slope of Qinling Mountains[J].Acta Ecologica Sinica,2010,30(23):6512-6520.(in Chinese)

[2]陈景玲,王静,王谦,等.基于叶绿素荧光的荆条灌丛对栓皮栎幼苗庇荫效应研究[J].西北林学院学报,2014,29(4):46-53.

Chen J L,Wang J,Wang Q,et al.Patronage effect of verain family to quercus variabilis saplings based on leaf chlorophyll fluorescence[J].Journal of Northwest Forestry University, 2014,29(4):46-53.(in Chinese)

[3]周健民.秦岭北坡栓皮栎种群有性生殖及生存策略研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2010.

Zhou J M.Study on the sexual reproduction and survival strategy of the Quercus variablis population in north slope of Qinling mountains[D].Yangling:Northwest A & F University, 2010.(in Chinese)

[4]赵晶.温度和光照对两种栎属植物幼苗叶形态与结构性状的影响[D].济南:山东大学,2013.

Zhao J.Influence of temperature and light intensity on morphological and structural trait of leaf seedings of Quercus variabilis and Q. mongolica[D].Jinan:Shandong University, 2013.(in Chinese)

[5]吴敏.栓皮栎种群实生苗定居过程及其对干旱胁迫的响应[D].杨凌:西北农林科技大学,2013.

Wu M.Seedlings settlement of Quercus variabilis BL.and seedlings response to drought stress[D].Yangling:North West Agriculture and Forestry University,2013.(in Chinese)

[6]王婧,王少波,康宏樟,等.东亚地区栓皮栎的地理分布格局及其气候特征[J].上海交通大学学报(农业科学版),2009,(3): 235-241.

Wang J,Wang S B,Kang H Z,et al.Distribution pattern of oriental oak (Quercus variabilis Blume) and the characteristics of climate of distribution area in eastern Asia[J].Journal of Shanghai Jiaotong University(Agricultural Science),2009,(3):235-241.(in Chinese)

[7]王婧.区域尺度上栓皮栎叶片氮、磷含量的地理变异及其与环境因子的关系[D].上海:上海交通大学,2009. Wang J.The geographic variation of leaf nitrogen andphosphorus in oriental oak (Quercus variabilis) and its relation to environmental factor[D].Shanghai :Shanghai Jiaotong University,2009.(in Chinese)

[8]杨文卿,张志铭,侯娜,等.太行山低山丘陵区3种树木叶温对土壤水分胁迫的响应[J].河南农业大学学报,2015,49(3): 325-330.

Yang W Q,Zhang Z M,Hou N,et al.Responses of leaf temperature of three types of trees to soil water stress in hilly areas of Taihang Mountain[J].Journal of Henan Agricultural University,2015,49(3):325-330.(in Chinese)

[9]魏丹丹,张劲松,孟平,等.栓皮栎人工林冠层温度变化特征及其与微气象因子的关系[J].应用生态学报,2012,23(7):1767-1773.

Wei D D,Zhang J S,Meng P,et al.Variations of canopy temperature in Quercus variabilis plantation and their relations with micrometeorological factors[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2012,23(7):1767-1773.(in Chinese)

[10]李永华,卢琦,吴波,等.干旱区叶片形态特征与植物响应和适应的关系[J].植物生态学报,2012,36(1) :88-98.

Li Y H,Lu Q,Wu B,et al.A review of leaf morphology plasticity linked to plant response and adaptation characteristics in arid ecosystems[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2012,36(1):88-98.(in Chinese)

[11]Smith W K,Geller G N.Leaf and environmental parameters influencing transpiration:theory and field measurements[J]. Oecologia,1980,46:308-313.

[12]Jones H G.Plants and microclimate:a quantitative approach to environmental plant physiology[M].Cambridge, UK: Cambridge University Press,1992.

[13]Nobel P S.Physicochemical and environmental plant physiology[M].San Diego,USA:Academic Press,2005.

[14]Vogel S.Leaves in the lowest and highest winds:temperature, force and shape[J].New Phytologist,2009,183:13-26.

[15]陈慧新.北京山区主要树种光合蒸腾与耗水特性研究[D].北京:北京林业大学,2008.

Chen H X.Study on photosynthetic and transpiration of dominant tree species in Beijing mountainou area[D]. Beijing:Beijing Forestry University,2008.(in Chinese)

[16]谢会成.栓皮栎光合生理生态的研究[D].南京:南京林业大学,2002.

Xie H C.A study on the photosynthetic physioecology of oriental oak[D].Nanjing:Nanjing Forestry University,2002. (in Chinese)

[17]徐湘婷.风与光对于欧美107杨,栓皮栎与侧柏生理生态影响[D].北京:中国林业科学研究院,2014.

Xu X T.Physiological and ecologic traits of hybrid popular(Populus euramericana),Oak(Quercus variabilis) and Chinese arborvitae(Platycladus orientalis)in response to wind and light[D].Beijing:Chinese Academy of Forestry, 2014.(in Chinese)

[18]徐湘婷,王林,黄平,等.风和光照对侧柏、栓皮栎生长和形态建成的影响[J].林业科学,2014,50(7):164-168.

Xu X T,Wang L,Huang P,et al.Effects of wind and irradiation on growth and morphogenesis of Platycladus orientalis and Quercus variabilis[J].Scientia Silvae Sinicae, 2014,50(7):164-168.(in Chinese)

[19]刘明虎,辛智鸣,徐军,等.干旱区植物叶片大小对叶表面蒸腾及叶温的影响[J].植物生态学报,2013,37(5):436-442.

Liu M H,Xin Z M,Xu J,et al.Influence of leaf size of plant on leaf transpiration and temperature in arid regions[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2013,37(5):436-442.(in Chinese)

[20]Gates D M.Biophysical Ecology[M].New York:Springer Verleg,1980:15-16.

[21]牛书丽,韩兴国,马克平,等.全球变暖与陆地生态系统研究中的野外增温装置[J].植物生态学报,2007,31(2):262- 271.

Niu S L,Han X G,Ma K P,et al.Field facilities in global warming and terrestrial ecosystem research[J].Journal of Plant Ecology,2007,31(2):262- 271.(in Chinese)

[22]祖元刚.能量生态学引论[M].长春:吉林科学技术出版社,1990:127-132.

Zu Y G.Introduction to energy ecology[M].Changchun:Jinlin Science and Technology Publish House,1990:127-132.(in Chinese)

[23]Amani I,Fischer R A,Reynolds M P.Canopy temperature depression association with yield of irrigated spring wheat cultivars in a hot climate[J].Journal of Agronomy and Crop Science,1996,176(2):119-129.

[24] Kottmann L,Schittenhelm S,Wittich K P,et al.Suitability of canopy temperature depression in a temperate climate with drought-stressed winter rye,determined with three infrared measurement devices[J].Journal of Agronomy and Crop Science,2013,199(6):385-394.

[25]程林,江胜国,韩正英,等.安徽省桐城市一季水稻抽穗开花期叶片温度分析[J].中国农业气象,2009,30(S2): 218-220.

Cheng L,Jiang S G,Han Z Y,et al.Analysis on leaf temperature of single-season rice on ear sprouting to flowering period in Tongcheng[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2009,30(S2):218-220.(in Chinese)

[26]刘云鹏,申思,潘余强,等.干旱胁迫下玉米叶-气温差与叶温差日变化特征及其品种差异[J]. 中国农业大学学报, 2014, 19(5):13-21.

Liu Y P,Shen S,Pan Y Q,et al.Diurnal variation in leaf air temperature difference and leaf temperature difference and the hybrid difference in maize under different drought stress[J].Journal of China Agricultural University,2014,19(5): 13-21.(in Chinese)

[27]孟平,张劲松,高峻,等.苹果树冠层-空气温差变化及其与环境因子的关系[J].应用生态学报,2007,18(9):2030-2034.

Meng P,Zhang J S,Gao J,et al.Variation of apple tree canopy-air temperature difference and its relations to environment factors[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2007,18(9):2030-2034.(in Chinese)

[28]刘瑞文,董振国.小麦叶温对籽粒灌浆的影响[J].中国农业气象,1992,(3):1-5.

Liu R W,Dong Z G.Effect of leaf temperature on grain milking of winter wheat[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 1992,(3):1-5.(in Chinese)

[29]陈景玲,宋晓明,王谦,等.基于叶绿素荧光参数的栓皮栎叶片PSⅡ失活高温指标[J].中国农业气象,2013,34(5):563-568. Chen J L, Song X M,Wang Q,et al.High temperature index of PSⅡinactivation according to chlorophyll fluorescence of Quercus variabilis leaves[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2013,34(5):563-568.(in Chinese)

[30]谢会成,姜志林.栓皮栎蒸腾速率的日变化、季节动态及其对遮荫的响应[J].山东林业科技,2010,(4):70-71.

Xie H C,Jiang Z L.The diurnal variation and seasonal dynamics of transpiration rate of Quercus variabilis, and its response to shade[J].Shandong Forestry Science and Technology,2010,(4):70-71.(in Chinese)

[31]张红卫,申双和,陈怀亮.不同土壤湿度下小麦叶气温差对光照强度的反应及对蒸腾的影响[J].河南农业科学,2008, (7):25-28.

Zhang H W,Shen S H,Chen H L.Influences of leaf-air temperature on illumination intensity and transpiration-rate with various soil moistures[J].Journal of Henan Agricultural Sciences,2008, (7):25-28.(in Chinese)

[32]陈金华,岳伟,杨太明.水稻叶温与气象条件的关系研究[J].中国农学通报,2011,27(12):19-23.

Chen J H,Yue W,Yang T M.A study on the relationship between leaf temperature of rice and meteorological factors[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2011,27(12): 19-23.(in Chinese)

[33]姚振坤,罗新兰,李天来,等.日光温室番茄叶温的模拟及与环境因子的关系[J].江苏农业学报,2010,26(3):587-592.

Yao Z K,Luo X L,Li T L,et al.A Simulation model of the relationship between tomato leaf temperature and ambient factors in solar greenhouse[J].Jiangshu J. of Agr. Sci.,2010, 26(3):587-592.(in Chinese)

[34]吴强,须晖,韩亚东.日光温室番茄叶温变化特性研究[J].沈阳农业大学学报,2008,38(5):618-620.

Wu Q,Xu H,Han Y D.Study on temperature change of tomato leaf in facility cultivation[J].Journal of Shenyang Agricultural University,2008,38(5):618-620.(in Chinese)

[35]高明超.水稻冠层温度特性及基于冠层温度的水分胁迫指数研究[D].沈阳:沈阳农业大学,2013.

Gao M C.A research on rice canopy temperature properties and in view of the water stress index of canopy temperature[D]. Shenyang:Shenyang Agricultural University, 2013.(in Chinese)

Series Lines on Change of Leaf Temperature Difference of Quercus variabilis with Solar Radiation and Wind Speed

WANG Pei-shu, WANG Wei-hong, CHEN Jing-ling, WANG Qian, LI Guo-huai
(College of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Abstract:In order to explore the effect of solar radiation, air temperature and wind speed on leaf temperature (LT) of Quercus variabilis, and to determine the consistency of LT and the series lines of Gates climate space, LT and air temperature (Ta) and solar radiation (R) were measured in clear day with the conditions of controlled wind speeds. The relationship between leaf air temperature difference (LATD) and solar radiation at different wind speeds was studied. The series lines of climate space of Quercus variabilis were determined by using Gates theory climate space and graphic method. The results showed LATD of Quercus seedlings increased linearly with the radiation increasing. Canopy temperature depression (CTD) of Quercus variabilis also increased with radiation increasing, but affected by the wind speed. CTD tended to be zero when wind speed was 0.8m·s−1. CTD of Quercus seedlings changed as R linearly with the radiation increasing and different wind speeds. The linear relationship was series lines and decreased with wind speed increasing. The series lines were in accordance with the upper limits of Gates theory climate space. The upper limit of climate space could be expressed by adding up biological maximum temperature (BMT) and CTD value on series lines with different wind speeds.

Key words:Quercus variabilis; CTD; Solar radiation; Wind speed; Climate space; Series lines

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.02.011

* 收稿日期:2015-07-24**通讯作者。E-mail:chenjingling5@163.com

基金项目:国家自然科学基金项目“基于气候空间上限列线的栓皮栎幼苗高温叠加干旱胁迫机制研究”(31370621);国家自然科学基金项目“番茄叶片低温胁迫气象指标的气候空间列线研究”(31071321)

作者简介:王佩舒(1991-),女,硕士生,主要从事农林生态研究。E-mail:15093258404@163.com

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