杏李树干液流变化与环境因子的关系研究

李雯雯，魏雅君，冯贝贝，牛莹莹，徐业勇，王明，杨红丽，廖康

(1.新疆农业大学特色果树研究中心，乌鲁木齐 830052；2.新疆林科院佳木试验站，新疆温宿 843100)

杏李树干液流变化与环境因子的关系研究

李雯雯1，魏雅君1，冯贝贝1，牛莹莹1，徐业勇2，王明2，杨红丽2，廖康1

(1.新疆农业大学特色果树研究中心，乌鲁木齐 830052；2.新疆林科院佳木试验站，新疆温宿 843100)

【目的】研究杏李树干液流变化与环境因子的关系，了解树体蒸腾耗水规律，为杏李水分管理提供理论依据。【方法】采用PS-TDP8型热耗散式树干液流测定系统连续监测，分析环境因子对液流速率的影响。【结果】杏李在不同生长阶段液流日变化均呈昼高夜低的单峰曲线，晴天液流速率高于阴天。各月液流速率均不相同，4月液流速率最低，月液流量为232.31 L，6月液流速率最高，月液流量为533.81 L。4、6和8月，杏李液流速率均与空气温度相关性最大，相关系数分别为0.831、0.806、0.846。5、7月，液流速率与光照强度的相关性最大，相关系数分别为0.860、0.863。4～8月回归方程决定系数R2均在0.8左右。【结论】在生长期，杏李树干液流速率日变化均呈现昼高夜低规律，晴天液流速率高于阴天。在整个生长阶段，6月液流量达到最大。杏李树干液流与环境因子显著相关，受光照强度和空气温度的影响最大。

杏李；树干；液流量； 环境因子

0 引 言

【研究意义】杏李(Prunussalicina×armeniaca)是杏与李进行多代杂交后获得的新品种，从美国引进‘味厚’、‘恐龙蛋’、‘风味皇后’、‘味帝’、‘味王’、‘味馨’等杏李品种，在新疆、山东、河南、河北、陕西等地栽培和推广[1]。随着杏李栽培面积迅速增加，在栽培管理上的问题也日益凸显，特别是灌溉方式不科学，造成水资源的浪费，影响杏李的生长发育。水分是树木生长的重要条件和基础，而蒸腾耗水则是树木水分散失的主要途径。蒸腾耗水是复杂的植物生理过程，受树种及其生长环境、空间和时间等多种因素的影响。因此，通过精确测算树干上升的液流速率及液流累计量，可以基本确定树木蒸腾耗水量，这对于加强水资源的管理、提高树木水分利用效率和促进西北干旱区节水农业的发展有非常重要的意义。【前人研究进展】热消散探针法(Thermal Dissipation Probe, TDP)因其系统简单可靠、应用范围广被众多的学者采用，它能够在保持植物自然生长状态不变的条件下，连续监测树干液流，进而估算单株的水分需求量。刘鑫等[2]用TDP法研究麻栎的树干液流发现麻栎树四季液流速率日变化均呈现明显的昼夜变化规律，白天液流速率高于晚上，并且树干液流的变化与气象因子密切相关。石游等[3-5]研究苹果树、酸枣等液流也发现同样的规律。【本研究切入点】杏李引入新疆较晚，在南疆干旱条件下的水分管理是十分重要，关于杏李的液流等问题的研究至今未见报道。采用PS-TDP8型热耗散式树干液流测定系统连续监测杏李液流速率，同步记录环境因子，运用Pearson方法进行相关性分析，揭示在生长期影响杏李液流速率的主导因子。【拟解决的关键问题】研究杏李树干液流的日变化和季节变化规律，掌握环境因子与树干液流的关系，为提高杏李树水分利用效率、发展杏李园节水灌溉技术提供理论和方法依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地位于阿克苏温宿县新疆林科院佳木良种试验站(E80°32’, N41°15’)。平均海拔高度1 103 m，属于温带大陆性气候，降雨量42.4～94 mm，蒸发量2 956.3 mm，年日照时数2 747 h，年平均总辐射量6 000 MJ/m2；年均气温为10.1℃，≥10℃积温2 916.8～3 198.6℃，无霜期195 d。试验地地势平坦，土壤均为冲积淤泥土，呈弱碱性，肥力中等。

以11年生杏李品种味厚为试材，采用畦方式灌溉。选择中庸，树体健康，栽培管理条件一致的2株树作为监测样本进行连续监测。表1

表1 杏李基本特征

Table 1 Basic characteristics of three tree shapes in Prunus salicina×armeniaca

树种Species重复Repeat株行距Plantspacing(m)树高Treehigh(m)主干周长Trunkcircumference(cm)冠幅(m)东西(E-W)南北(S-N)边材面积Sapwoodarea(cm2)‘味厚’Prunussalicina×armeniaca’Weihou’13×33.2859.101.902.8686.1123×33.3764.602.352.31101.50

1.2 方 法

1.2.1 树干液流量测定

试验于2015年4～8月采用PS-TDP8型热耗散式树干液流测定系统测定2株样树，将防护箱安装在2株树分布的中间位置，在离地面40 cm主干相对平滑的部位，手摇钻直径为2 mm，于树干垂直线上钻2个相距10 cm的小孔，红圈标记的探针放置在上方钻孔中，另一探针放置在下方钻孔中。用球形泡沫固定在探针周围，再用铝箔包裹起来。最后用太阳膜覆盖一层，将覆盖层上下端与树皮之间用防水透明胶密封，防止雨水流入覆盖层影响数据。用CR1000型数据采集器和PC400调节茎流仪的工作电压和检测热电偶，设定数据采集仪的数据自动采集时间为每10 s采集1次数据，每30 min将所获得的数据平均1次并储存。按照Granier公式计算[6]：Fv=0.011 9×[(dtmax-dti)/dti]1.231×SA.

式中：dtmax为树干液流停止时达到的最大温差值(℃)；dti为任何某一给定时刻的温差(℃)；SA为加热针处测得的边材面积(cm2)；Fv为瞬时液流速率(g/s)。

1.2.2 环境因子的测定

在杏李园中部具有代表性区域与树干液流测定系统同步安装Davis自动气象站，用于实时监测空气温度(℃)、空气相对湿度(%)、光照强度(w/m2)等气象因子，数据采集间隔设为10 s，每30 min进行平均值计算存储。为综合反映大气温度与空气相对湿度的协同效应，采用水汽压亏缺这一指标，由以下公式(4-2)求出：

VPD=0.611e17.502Ta/(T+240.97)(1-RH).

式中：Ta为大气温度(℃)：RH为大气相对湿度(%)；VPD为水汽压亏缺(KPa)。

土壤含水量采用ECH2O土壤监测系统进行测定，将仪器的探头分别埋在土壤的20、40、60、80、100 cm处进行监测，仪器设置为每30 min记录一次数据。

1.3 数据处理

运用Excel 2007和SPSS 20.0统计分析软件对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 杏李园环境因子季节变化

研究表明，果园气温表现为7月最高，最高温度达38.95℃，4月平均值最低，最低温度仅有4.32℃，5月平均温度达20.33℃，6月平均温度达21.68℃，8月平均温度达22.82℃，5～8月均表现为昼夜温差大。空气湿度表现为4月平均值低，最低值至9.1%，7～8月较高，大部分都在50%以上。光照强度表现为7月平均值最高，达到894.4 w/m2。4月较低，平均值达152.22 w/m2。杏李园灌水日分别在5月7日、6月6日、7月21日，不同土层土壤含水量均表现为灌水后“迅速增加-缓慢下降”的变化过程，但杏李的日液流量变化趋势与灌水周期并未同步，说明当土壤含水量超过某一程度时，影响液流速率的主要因素是其本身或者气象因素。图1

图1 杏李园环境因子季节变化

Fig.1 The change of meteorological factors of Prunus salicina×armeniaca

2.2 杏李树干液流速率日内变化规律

选择每月典型晴朗天气，在不同月份比较并测定杏李树干液流日变化。研究表明，4月液流速率从09:30开始逐渐上升，15:00峰值达到0.195 g/s，先保持稳定的状态，之后液流速率缓慢减少，是由于干旱区植物为保存体内水分，使气孔关闭或减小导致液流速率缓慢降低[7-8]，19:00出现急剧下降；5～6月液流速率均从08:30启动，5月15:30液流速率峰值达到最大值，为0.46 g/s，6月15:00液流速率达到最大值，为0.545 g/s；7～8月液流速率均从06:30开始启动，14:30峰值均达到最大值，分别为0.39、0.38 g/s。在不同月份内杏李树干液流日变化均呈典型的“昼高夜低”的单峰曲线。4月杏李液流速率明显小于其它月，出现这种现象的原因可能是由于此时大气温度较低、土壤水分含量较低，叶片尚未发育完全。图2

图2 不同月份杏李树干液流速率日变化

Fig.2 Diurnal fluctuation of sap rate in stem of Prunus salicina×armeniaca in different month

2.3 不同天气条件下液流变化规律

研究表明，选取典型晴天和阴天的天气对生长季杏李树干液流进行分析。在生长期，杏李树干液流均表现出较明显的昼夜变化规律，且各月阴天的液流速率均低于晴天。晴天时液流速率表现为“单峰”曲线，阴天液流速率均为“多峰”曲线且峰值较窄。各月液流速率在夜间变化较小，几乎没有差异，而在白天的变化则比较明显，差异较大。 图3

图3 不同天气条件下杏李树干液流昼夜变化规律

Fig.3 Diurnal variation of sap flow in different weather conditions of Prunus salicina×armeniaca

2.4 杏李树干液流量季节变化

研究表明，杏李的平均单位时间液流量、日平均液流量、月液流量最大值均出现在6月，分别为0.74 L/h、17.79 L/d、533.81 L。表2

研究表明，4月杏李日液流量最低，6月最高，直至7～8月日液流量有下降趋势。整个生长阶段杏李日液流量均值为14.43 L/d，标准偏差为0.96 L/d，最大值出现在6月18日，达25.21 L/d。分析得出，早春季节冰雪融化，土壤含水量充足，但此时杏李刚进入萌动，蒸发力相对较弱，耗水量较小，随着时间推移进入展叶期，蒸腾作用逐渐增强，6月杏李的叶幕已稳定，此时雨水较多，土壤含水量比较丰富，蒸腾作用加剧。7～8月温度较高，地表蒸腾量较大，杏李受水分供给条件的制约，致使杏李的液流速率降低。图4

表2 不同月份内杏李树干液流量变化统计

Table 2 Statistical results of sap flow of Prunus salicina×armeniaca in different months

项目Item4月Apr.5月May.6月Jun.7月Jul.8月Aug.平均单位时间液流量Averageofsapfluxofunittime(L/h)0.320.660.740.630.65日平均液流量Diumalsapflux(L/d)7.7415.8717.7915.1615.49月液流量Monthlyofsapflow(L)232.31491.87533.81469.84480.25

图4 杏李树干液流量生长期日际变化

Fig.4 The diurnal sap flux of Prunus salicina×armeniaca in the growth day

2.5 杏李树干液流与环境因子的关系

2.5.1 树干液流与气象因子的关系

气象因子对树干液流的影响是瞬时的、变动的，树木耗水作为一个开放的系统，外界气象因子的波动会在树体内部的液流上反映出来。在自然条件下，各气象因子并不是独立作用的，而是综合影响植物的蒸腾过程。将杏李树干液流速率分别与各气象因子进行相关分析。

研究表明，在生长期，杏李树干液流速率均与光照强度、空气温度、空气相对湿度和水汽压亏缺呈极显著相关性。4、6和8月，杏李液流速率均与空气温度相关性最大，相关系数分别为0.831、0.806、0.846。5月、7月，液流速率与光照强度的相关性最大，相关系数分别为0.860、0.863。表3

表3 不同月份杏李树干液流速率与气象因子相关性

Table 3 Correlation between sap rate and meteorological factors in different months of Prunus salicina×armeniaca

注：*P<0.05；**P<0.01，下同Note：*P<0.05；**P<0.01, the same as below

2.5.2 土壤水分对树干液流的影响

研究表明，在干旱地区，土壤水分对树木蒸腾起到重要作用。4月，树干液流与0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、80～100 cm土层含水量均呈极显著负相关(P<0.01)；5月，与0～20 cm、20～40 cm土层含水量均呈极显著负相关；6月，与不同深度土层含水量均呈极显著负相关；7月，与0～20 cm、80～100 cm土层含水量均呈显著负相关(P<0.05)；8月，树干液流与不同深度土层含水量均呈极显著负相关。表4

表4 不同月份内杏李树干液流速率与不同深度土层含水量相关性

Table 4 The correlation analysis between sap rate and different depth of soil moisture of Prunus salicina×armeniaca in different months

土层深度(cm)Depthofsoillayer4月Apr.5月May.6月Jun.7月Jul.8月Aug.0～20-0.664**-0.603**-0.616**-0.310*-0.589**20～40-0.532**-0.434**-0.617**-0.149-0.701**40～60-0.412**-0.112-0.594**-0.176-0.532**60～80-0.354*-0.176-0.623**-0.149-0.435**80～100-0.484**-0.21-0.631**-0.321*-0.477**

2.5.3 液流与环境因子的回归分析

为进一步描述树干液流量与环境因子的综合影响，将生长期杏李不同月份的树干液流速率设为因变量，光合有效辐射、空气温度、空气相对湿度、水气压亏缺和不同土层深度含水量设为自变量，进行多元线性逐步回归分析，研究表明，回归方程达到极显著水平(P<0.01)，得到液流速率与环境因子的最优回归模型。4～8月方程决定系数R2均在0.8左右，说明方程能够很好地揭示不同月份各树形液流速率与环境因子的相互关系，且具有可行性。 表5

表5 不同月份杏李液流速率与环境因子的多元线性回归方程

Table 5 Multivariable regression equation between sap flow and meteorological factors of Prunus salicina×armeniaca in different month

注：“Y”为液流速率，“X1” 为光照强度，“X2”为空气温度，“X3” 空气相对湿度，“X4” 为水气压亏缺，“X5”为80～100 cm土层，“X6”为60～80 cm土层，“X7”为40～60 cm土层，“X8”为20～40 cm土层，“X9”为0～20 cmNote: “Y” is liquid flow rate, “X1” is light intensity, “X2” is atmospheric temperature, “X3” is air relative humidity, “X4” is VPD, “X5” is 80-100 cm soil layer, “X6” is 60-80 cm soil layer, “X7” is 40-60 cm soil layer, “X8” is 20-40 cm soil layer, “X9” is 0-20 cm soil layer

3 讨 论

不同月份杏李树干液流日变化均表现出昼高夜低的变化规律。白天由于木质部水柱产生张力和蒸腾速率，根部涌进大量的水分破坏了根部的渗透式梯度，水分以被动的方式吸入植物体内。夜间水分以根压主动的方式进入植物体内，是由于白天植物蒸腾耗水损失过多水分，补充植物体内水分的缺失用来维持正常的生理需要，使夜间也存在微弱的液流，这与夏桂敏等[9-13]研究结果一致。夜间气温较高、空气干燥、空气流动速度快，也可能是夜间蒸腾的一个重要原因[14-16]。

杏李树干液流速率与不同天气条件存在紧密联系。在晴天期间，杏李的树干液流表现出明显的昼高夜低的周期变化，呈单峰曲线；在阴天期间，杏李的液流速率略低于晴天。这一现象可能是由于阴雨天光合有效辐射小、空气温度低、空气相对湿度较大、蒸腾作用减弱，导致叶片内外蒸气压梯度降低，促使叶片气孔关闭，是限制树干液流速率上升的重要原因[17]。这与熊伟等[18-20]研究结果一致。

不同月份杏李树干液流量随着季节的变化规律存在在显著差异，从4至6月树干日液流量逐渐增大，液流速率从早晨启动开始至夜间低谷的时间逐渐延长，可能是4月气温开始升高，杏李树已解除休眠进入开花展叶时期，此时叶片尚未充分发育，液流速率较低。直至6月上旬杏李叶幕稳定，在此叶幕形成期间，逐渐增大了杏李的蒸腾作用，促进了液流速率[21]。从7至8月，杏李处于新梢二次生长、果实膨大期，叶片逐渐衰老，空气温度、相对湿度较高，土壤含水量较低，导致杏李树干液流峰值缓慢减小，影响了杏李树干液流的速率[22]。

实验研究环境因子在不同月份对杏李液流速率的影响因子各不相同，是因为在不同生长阶段植物的生理形态特征和蒸腾作用的途径不同，所以影响树干液流速率的环境因子存在差异，这与尹光彩等[23-24]研究结果一致。马玲等[25]指出影响马占相思树干液流的主要因子是太阳辐射。影响杏李不同生长阶段液流速率的因子还有很多，如降雨量、风速、叶面积等，还有待进一步观测研究。

4 结 论

在生长期，杏李树干液流速率日变化均呈现昼高夜低规律，7～8月液流启动时间早于4～6月。晴天时液流速率表现为“单峰”曲线，阴天液流速率均为“多峰”曲线且峰值较窄，且晴天液流速率高于阴天。在整个生长阶段，杏李日液流量均值为14.43 L/d。各月液流速率均不相同，4月液流量最低，仅有232.31 L，6月液流量达到最大值，达533.81 L，直至7～8月份液流量有下降趋势。杏李液流速率与环境因子密切相关，4、6和8月，杏李液流速率均与空气温度相关性最大，相关系数分别为0.831、0.806、0.846。5月、7月，液流速率与光照强度的相关性最大，相关系数分别为0.860、0.863。为进一步描述树干液流量与环境因子的综合影响，回归方程决定系数R2均在0.8左右，能很好地揭示不同月份各树形液流速率与环境因子的相互关系，且具有可行性。

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Fund project:Supported by Key Projects in the National Science & Technology Pillar Program during the Twelfth Five-year Plan Period. (2012BAD42B02)

Study on the Relationships between Environmental Factors and Stem Sap Flow ofPrunussalicina×armeniaca

LI Wen-wen1, WEI Ya-jun1, FENG Bei-bei1, NIU Ying-ying1, XU Ye-yong2,WANG Ming2, YANG Hong-li2, LIAO Kang1

(1.ResearchCenterofFeaturedFruitTrees,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China;2.JiamuTestStation,XinjiangAcademyofForestry,WensuXinjiang843100,China)

【Objective】 The purpose of this study is to explore the relationship between the change of the sap flow ofPrunusdomestica×armeniacaand the environmental factors and understand the law of water consumption of the tree body in order to provide the theoretical basis for the water management ofPrunusdomestica×armeniaca.【Method】PS-TDP8 type heat dissipation type sap flow measurement system was used for continuous monitoring to analyze the influence of environmental factors on the flow rate.【Result】The diurnal changes of the stem sap ofPrunussalicina×armeniacaduring the growth all presented a typical single-peak curve, with higher value in daytime than nighttime. The sap flow rate was higher in sun shining day than that of cloudy day. The sap flow rate was not the same in different months. The lowest sap flow rate was in April, with the rate of 232.31 L. The highest sap flow rate was in June, the monthly liquid flow rate was 533.81L. In April, June and August, the sap flow rate of Prunus salicina×armeniaca was greatly correlated with air temperature, and the correlation coefficients were 0.831, 0.806 and 0.846, respectively. In May and July, the sap flow rate ofPrunussalicina×armeniacawas the greatly correlated with the light intensity，and the correlation coefficients were 0.860, 0.863, respectively. The regression equation coefficientR2was about 0.8 from April to August.【Conclusion】The diurnal changes of the stem sap ofPrunussalicina×armeniacaduring the growth all presented a typical single-peak curve, with higher value in daytime than in nighttime. The sap flow rate was higher than that of cloudy day. During the whole growth phase, the sap flow rate reached the maximum in June. The sap flow ofPrunussalicina×armeniacawas significantly correlated with environmental factors, and was mostly affected by light intensity and air temperature.

Prunussalicina×armeniaca; trunk; sap flow; environmental factor

2016-08-24

中央财政林业科技推广项目“杏李优质高效栽培技术示范与推广”(ZYLYKJTG2015020)

李雯雯(1992-)，女，甘肃会宁人，硕士研究生，研究方向为果树栽培与生理，(E-mail)1509665898@qq.com

廖康(1962-)，男，四川梓橦人，教授，博士生导师，研究方向为果树种质资源及栽培生理，(E-mail)13899825018@163.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.12.005

S662.2

：A

：1001-4330(2016)12-2194-09