红富士苹果树茎流速率变化规律研究

郝 凤，程 平，张志刚，李 宏，马文涛，赵明玉

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

特色林果业对推动新疆当地的发展和增加居民收入有着重大意义。新疆阿克苏地区是典型的极端干旱地区，降雨量小、缺乏水资源、季节分配不均，苹果树体生长发育对水分的需求量与降雨的季节分配量错位，水分供需矛盾突出，而且当地蒸发量大，果园季节性干旱缺水严重，导致苹果树新梢生长较弱，座果率低，果实体积变小, 重量减轻，从而影响果树产量及果实品质。将苹果树生长发育的水分需求和当地自然降雨、土壤特点相结合，紧紧抓住新疆地区水资源匮乏且利用率低的关键问题，通过探寻红富士苹果茎流特征及相关因子对茎流的影响，探明果园蒸腾耗水规律，为科学灌溉提供指导。水分是植物生长发育中的重要因子，蒸腾作用在植物生命过程中也起着重要作用。目前，测定树木蒸腾耗水量的方法有很多[1-2],如包裹式、热扩散式、脉冲法等。胡永翔等的研究表明树干边材中99%的茎流量用于叶片的蒸腾耗水[3]，还有外国研究表明茎流速率和蒸腾速率有较好的相关性[4]。孙习轩[5]研究发现不同地区、不同品种的苹果树蒸腾速率不同。周玉燕、高荣、冯志文等对黄土干旱区、渭北高原、鲁西南地区苹果树茎流特征进行的研究也印证了这一点，不同地区苹果树的茎流启动时间、峰值、对气象因子的响应程度等都有所差异。

对干旱区果树茎流的研究已屡见不鲜，但更多的是针对滴灌、坑灌条件下果树的茎流变化[3,6-11]，对大田漫灌的研究相对较少，而大田漫灌仍是很多果园采取的灌溉方式，因此大田漫灌下的茎流特征还有待我们挖掘。

本次试验利用Flow-32插针式茎流仪对新疆阿克苏地区红富士苹果树干茎流速率进行动态连续监测，了解大田漫灌下苹果树幼果期到成熟期树干茎流的变化特征及环境因子对其的影响，研究其蒸腾耗水规律，为精准灌溉提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于新疆阿克苏地区温宿县境内的新疆林科院佳木试验站(地理坐标80°32＇E，41°15＇N)，海拔1 103.8 m，地下水埋深2.8～3.3 m。属温带大陆性气候，光热资源非常丰富、昼夜温差大。春季较短，常有大风降温天气；夏季炎热干燥，蒸发量大。年均降水量100 mm、年均气温10.1℃、极端低温-27.4℃，年均日照时数2 747.7 h，年积温(≥10℃)2 916.8～3 198.6℃，无霜期195 d。试验地土壤理化性质见表1。

1.2试验材料

试验材料为8年生的红富士苹果树，株行距4×5 m(每667m233株)，平均地径为12 cm。选择3株长势一致、树干通直、无病虫害的苹果树为试验样株。灌溉方式为漫灌，灌水定额200 m3·667m-2，年灌溉5次。

1.3 试验方法

茎流速率测定：在选定的3株红富士苹果树干上各安装一个TDP(Thermal Dissipation Probe)茎流计，所用植物茎流计为美国Dynamax公司生产的插针式FLGS-TDP，探针型号为TDP-30，针头直径为1.2 mm。用数据采集器 CR 1000(Campbell Scientific，UN)和PC 400来调节茎流计的工作电压和检测热电偶，系统每30 min采集1次数据。

土壤体积含水量测定： 采用ECH2O土壤含水量监测系统，该系统由Em50系列数据采集器和Decagon的土壤水分传感器组合而成。测量时，将Em50与电脑连接读取数据，记录在表格中。测量时间：灌水后，每间隔两天18点进行测量，探头深度为10、30、50和70 cm。

试验数据采用Excel进行作图，SPSS进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 树干茎流变化规律

2.1.1 树干茎流日变化特征 选取6-10月苹果树干典型晴天日(6月15日、7月9日、8月12日、9月11日、10月11日)茎流速率进行分析，如图1所示。

红富士苹果树单日茎流呈现单峰的“几”字型变化。6月15日、10月11日，茎流速率从0：00开始下降，2：00后逐渐平稳并趋近于0。7：30后，6月15日的茎流速率开始缓慢上升，在14：00时到达峰值(37.51 cm·h-1)，并在此后1 h内维持着一个较高的茎流速率，15：00开始下降。而10月11日的茎流速率在10：00后开始增加，在13：00时到达峰值(18.99 cm·h-1)，在18：30时开始缓慢下降，23：30后逐渐趋近于0。7月9日、8月12日和9月11日的茎流速率变化情况基本一致，都是先在0附近保持一段时间，随后缓慢上升，达到最大值后稳定一段时间，然后开始缓慢下降。

8月茎流速率与其它几月相比较低，其原因可能是：通过调查气象资料发现，试验期间，8月多多云天气，茎流启动时间晚，结束时间早，日变化格形窄，导致整个月的茎流小。

由表2可知，6月、7月和9月的茎流启动时间比较接近，而相比之下8月较早，10月较晚，这可能与温度有关，8月是盛夏，而10月已经开始入冬。茎流到达峰值的时间比较集中，茎流下降的时间在7-10月比较集中，而6月茎流下降时间较早，这可能与太阳的辐射强度有关。以上数据说明，茎流在苹果的膨大期和成熟期启动时间早，下降时间晚，有利于光合物质的积累，在幼果期虽然下降时间比较早，但它的茎流速率却远远高于7-10月的茎流速率，应该也是有利于光合物质的积累，使果实膨大。在落叶休眠期时则相反，应该是一方面由于大量的叶片脱落，使得苹果树的呼吸作用和蒸腾作用大大减弱；另一方面温度降低，苹果树的代谢比较缓慢，因此减少了水分的利用。

表2 红富士苹果树茎流速率月际动态变化规律

2.1.2 红富士苹果树生长季茎流速率最大值、平均值的变化规律 在不同生长季红富士果树各生育期茎流速率不同，光照、温度、水分等也会影响茎流速率的变化。本试验监测每月茎流速率数据的最大值、平均值作为该生育期树体的茎流速率代表值进行对比分析。从图2中可以看出，6月份茎流速率最大，最大值为65.79 cm·h-1，平均值为14.91 cm·h-1，说明6月份树体内茎流速率快，水分、养分流动多，以促进果实膨大；7-9月份的茎流速率基本呈下降趋势，这可能是由于7、8月太阳辐射较大，温度较高，土壤水分大量蒸发，果树可利用水分减少。10月时最大值明显增加，但均值仍呈下降趋势，10月份茎流速率最大值为44.32 cm·h-1，平均值为6.57 cm·h-1，这是由于阿克苏开始入冬，白昼时间变短且太阳辐射减弱，但同时减少了叶片的“午休”现象，因此平均值较低，而最大值有所增加。

2.2 红富士苹果树干茎流对环境因子的响应

红富士苹果树干茎流速率不止与其本身的生理活动有关，土壤、温度、太阳辐射、风速等外界环境也同样会影响到苹果树茎流速率的快慢和其对水分的吸收和利用。

2.2.1 苹果树干茎流与土壤含水量的关系 将10 cm、30 cm、50 cm、70 cm的土壤含水量根据田间持水量划分为三个层次：0～20、20～50、50～80 cm。监测0～20、20～50、50～80 cm的土壤含水量分别为60%、70%、80%田间持水量时，红富士苹果树的茎流速率变化。由图3可知，当土壤深度为0～20 cm时，土壤含水量为60%、70%田间持水量的茎流速率变化大致相同，茎流启动时间、到达峰值时间和峰值下降时间也都相差不到半小时；当土壤含水量为80%田间持水量时，红富士苹果树茎流速率仍呈“几”字型的单峰变化，与另外两个含水量相比茎流启动时间早了两个小时左右、茎流到达峰值时间、峰值下降时间也都较晚；当土壤深度为20～50 cm时，土壤含水量为60%、70%田间持水量的茎流速率变化大致相同，在0：00～5：00茎流速率先下降，稳定一段时间后，在8：00左右开始缓慢增加，到达峰值时间和峰值下降时间也都相差不多；当土壤含水量为80%田间持水量时，茎流速率从9：00开始启动，在13：30到达峰值，在18：00开始下降；当土壤深度为50～80 cm时，土壤含水量为60%、70%田间持水量的茎流速率变化大致相同，茎流启动时间、到达峰值时间和峰值下降时间也都相差不多，当土壤含水量为80%田间持水量时，茎流的启动时间较早，到达峰值和峰值下降时间较晚，在15：00茎流速率突然下降，可能是由于天气突然转阴的缘故。

2.2.2 苹果树干茎流与气象因子的关系 由表3可知：茎流速率与气压和风速2项之间均呈现出显著性，相关系数值分别是-0.452、 -0.458全部均小于0，意味着茎流速率与气压和风速之间有着负相关关系。同时，茎流速率与气温、日较差、相对湿度、日照时数共4项之间均不会呈现出显著性，相关系数值接近于0，说明茎流速率与气温、日较差、相对湿度、日照时数之间均没有相关关系。

表3 气象因子与红富士苹果树茎流速率相关性比较

以红富士苹果树日均茎流速率为因变量，各个气象因子为自变量，进行多元回归分析，建立日均茎流速率与气象因子的综合关系模型。得到红富士果树日均茎流速率和气象因子的多元回归方程为：V=-1.914Ta-0.393RH+73.537，方程的相关系数R2=0.358，调整后R2=0.339。F为18.712，P<0.05，有相关性。

3 讨论

在阿克苏地区，夏季的晴天太阳辐射强，白昼时间长，苹果树茎流速率快；进入夜晚后，没有有效的太阳辐射，气温比较低，树体活动弱，茎流速率也减小。因此红富士苹果树的茎流速率呈现出“几”字型单峰速率变化，且有明显的昼高夜低规律。与张亚雄等[12]研究蓄水坑灌条件下苹果茎流特征、夏桂敏等[13]研究“寒富”苹果树茎流的结果基本一致。

在果实膨大期苹果树的茎流速率月平均值和最大值排名均靠前，这与于金凤[14]研究黄土塬区苹果树和石美娟[15]研究滴灌条件下苹果树的结果基本一致。这是因为6月时叶片已发育完全，光合作用、呼吸作用都特别强。这个时候温度也不是特别高，植物的“午休”时间较短，而果实膨大需要大量的养分和水分，因此苹果树的茎流速率比较高。茎流速率最大值在6月与李焕波[16]、续海红等[17]研究结果基本一致。日平均蒸腾速率为6月最高，10月最低，与耿冰[18]的研究结果基本一致。

植物所需要的水分大部分由根系从土壤中吸收而来，因此土壤含水量对植物的茎流速率也有影响。通过分别测量分析在0～20 cm，20～50 cm，50～80 cm土壤含水量分别为 60%、70%、80%田间持水量时红富士苹果树的茎流速率，可以得出土壤含水量会影响树干从土壤中吸取养分和水分的速率且树体茎流速率会随着水分胁迫的加重而降低。这一结果印证了石美娟[15]、丁日升等[11]的研究结果：在土壤水分充足条件下，树液的流量与土壤水分呈有效性相关。在本研究中，20～50 cm土层的水分情况最能影响果树茎流，树体对该土层处的水分变化最为敏感，说明该地区红富士苹果树根系主要从20～50 cm土层处吸收水分来供给生长。

4 结论

红富士苹果树茎流速率在晴天呈现出典型的昼高夜低的“几”字型变化。茎流启动时间集中在7:00，到达峰值时间集中在13:00，下降集中在19：00，且夜晚茎流速率比较平缓。茎流速率随着水分胁迫的加重而降低，对20～50 cm水分的变化最为敏感，对0～20 cm,50～80 cm的水分变化不敏感。因此果园应该注意在果实膨大期(6月)补充灌水，使树体能够充足的养分和水分，10月树体所需营养减少，生命活动减弱，在10月可减少灌溉量及灌水次数，以免增加管理成本和水资源的大量浪费。