劉春偉, 康紹忠

1 南京信息工程大學應用氣象學院, 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室, 南京 210044 2 中國農(nóng)業(yè)大學中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心, 北京 100083

基于莖干直徑微變化制定蘋果灌溉制度

劉春偉1, 2, 康紹忠2,*

1 南京信息工程大學應用氣象學院, 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室, 南京 210044 2 中國農(nóng)業(yè)大學中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心, 北京 100083

莖干直徑的動態(tài)微變化是研究植物體水分和生長狀況的重要指標。利用測樹器監(jiān)測西北旱區(qū)盛果期蘋果樹莖干直徑微變化規(guī)律，根據(jù)監(jiān)測記錄獲得莖干直徑日最大值(MXTD)、莖干直徑日最大收縮量(MDS)數(shù)據(jù)，并探討莖干直徑微變化規(guī)律及其對環(huán)境因素的響應，為莖干直徑微變化用于指導精確灌溉提供科學依據(jù)。實驗結(jié)果表明，晴天或多云天氣下，蘋果樹莖干直徑在每天的7：00或8：00時刻達到一天最大值，在16：00左右達到一天的最小值，莖干直徑年增長量與果實產(chǎn)量成反比例關(guān)系。整個生育期MXTD呈先快速增加后平穩(wěn)的變化特征。2010年MDS與莖干水勢(φstem)呈顯著負相關(guān)關(guān)系(r2=0.76***,n=14)，這表明MDS可以反映蘋果樹的水勢狀況。生育后期的MDS對環(huán)境因素響應比生育前期敏感，全生育期MDS與氣象因素的決定系數(shù)大小順序為日最大水汽壓差(VPDmax)>日最高溫度(Tmax)>凈輻射(Rn)。莖干直徑微變化規(guī)律可以反映西北旱區(qū)盛果期果樹的水分狀況，可以為果園灌溉制度的確定提供科學依據(jù)。

莖干直徑微變化; 莖干直徑日最大收縮量; 蘋果樹; 環(huán)境因子; 灌溉制度

果樹莖干直徑微變化是指莖干直徑每日膨脹和收縮的循環(huán)過程，是表征果樹生長狀況的重要指標，它與土壤含水量、植物水分狀況和氣象因素關(guān)系密切[1-2]。植物水分參數(shù)如莖干水勢、葉水勢和土壤水分等測定耗時耗力，而莖干直徑微變化監(jiān)測簡單易行，因此莖干直徑微變化監(jiān)測有望被用作診斷植物水分狀況的手段[3-4]。測樹器是目前測量莖干直徑微變化的主要儀器之一[5]，其基本原理是利用滑動電阻將莖干變化產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，通過對電阻值變化的自動記錄實現(xiàn)對莖干直徑微變化的連續(xù)監(jiān)測。莖干直徑微變化可以表征果樹生長及其體內(nèi)水分狀況[6-7]。

從果樹莖干直徑微變化資料中可以得到多個參數(shù)，它們與植物體的生長和水分狀況的關(guān)系是當前研究的熱點。日最大莖干直徑(MXTD)在生育后期可以很好的反映果樹水分狀況，且與土壤含水量關(guān)系密切[8]；莖干生長速率(TGR)是果樹營養(yǎng)生長發(fā)育的體現(xiàn)，成熟期果樹的根系深，植物體調(diào)節(jié)水分虧缺能力較強，在果樹坐果量較大時，TGR與環(huán)境因子的相關(guān)性較弱，不能用于指導灌溉[9]。莖干直徑日最大收縮量(MDS)與莖干水勢呈穩(wěn)定的負相關(guān)關(guān)系，MDS受水勢控制，不受隨年際變化的產(chǎn)量影響[10-11]，其大小可反映果樹的水分虧缺狀況[12]。TGR和MDS可作為梨棗水分虧缺的診斷指標[13]，而在不同生長階段的棉花宜采用不同參數(shù)作為水分診斷指標[14]。西北旱區(qū)果樹莖干直徑變化規(guī)律如何，由莖干直徑微變化監(jiān)測數(shù)據(jù)得到的相關(guān)參數(shù)是否與蘋果樹水分狀況密切相關(guān)，有待進一步驗證。

本研究采用測樹器監(jiān)測2007—2010西北干旱區(qū)盛果期蘋果樹的莖干直徑微變化，在分析莖干直徑微變化規(guī)律的基礎上得到莖干直徑微變化與作物水分狀況的關(guān)系。本文的目的是：(1)研究西北旱區(qū)特殊生長條件下盛果期蘋果樹的莖干直徑微變化規(guī)律及其影響因素；(2)探討莖干直徑微變化過程中相關(guān)參數(shù)指導盛果期蘋果樹灌溉的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2007—2010年在中國農(nóng)業(yè)大學石羊河流域農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水試驗站(甘肅武威)進行。試驗站位于北緯37°52′，東徑102°51′，海拔高程1581 m，屬武威市平川灌區(qū)。年平均氣溫8 ℃，年積溫(>0 ℃)3550 ℃，年平均降雨量164.4 mm，年平均水面蒸發(fā)量2000 mm，干旱系數(shù)在15—25之間，年平均日照時數(shù)3000 h，無霜期150 d左右，為典型溫帶干旱大陸性氣候。地下水位為40—50 m。土壤質(zhì)地為沙壤土，平均土壤干容重為1.46 g/cm3，平均土壤田間持水量為0.30 cm3/cm3。

1.2 不同年份的灌溉制度

試驗對象蘋果樹為元帥系列紅香蕉品種，砧木為山丁子(MalusdomesticaBorkh. cv Golden Delicious)，樹齡為29a(2010)。蘋果樹分布呈東西走向，行距為6 m，株距為4 m。試驗蘋果樹生育期有發(fā)芽開花、展葉幼果、果實膨大、果實成熟四個生育期。依據(jù)多年平均耗水量計算灌水定額；采用小區(qū)畦灌的灌溉方式，用水表控制水量，依據(jù)果園實際管理情況和環(huán)境條件確定灌水時間。灌溉水源為地下水。每年施肥量相同。2007—2010年的灌溉制度及降雨量見表1。

表1 不同年份灌溉制度

1.3 測定指標

本試驗采用植物生長測量儀(Diameter Dendrometer, Ecomatik GmbH, Germany)連續(xù)自動監(jiān)測果樹莖干直徑變化。兩個生長測量儀DD1、DD2分別安裝在地面以上50 cm處的東西方向和100 cm處的南北方向樹干上，用錫箔紙進行防曬處理。生長測量儀與植物生理監(jiān)測系統(tǒng)(Meteorological monitoring system; Jauntering, Taiwan)的數(shù)據(jù)自動采集器(HL20 Data Logger)相連接，每隔1 h自動記錄生長測量儀滑動電阻的電阻值。植物生理監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)還包括凈輻射、溫濕度、風速和土壤熱通量等氣象因素。水汽壓差由空氣溫度和相對濕度計算。

相對莖干直徑(D):

D=k×ohm

(1)

式中,ohm為生長測量儀監(jiān)測的滑動電阻值(KΩ)，k為電阻、位移轉(zhuǎn)換系數(shù)。生長測量儀DD1和DD2的k值分別為0.204和0.223。i時刻莖干直徑的變化量Δi由兩個相鄰時刻的相對莖干直徑計算得到：

Δi=Di-Di-1

(2)

若以監(jiān)測起始時間作為莖干直徑相對零點，則可以求得監(jiān)測時段內(nèi)莖干直徑的微變化量。MDS為莖干直徑早晨某時刻日最大值和傍晚某時刻日最小值的差[1]。當受大風、降雨等影響時，樹干直徑可能并非在以上兩個特定時刻出現(xiàn)最大和最小值，此時MDS不能反映植物體內(nèi)的水分狀況，應將此時的MDS數(shù)據(jù)剔除。

根區(qū)土壤體積含水率采用管式時域反射儀(Tube-TDR; IMKO Micromodultechink, Germany)監(jiān)測。試驗選取3株果樹，每株樹布置4根測管，測管深度180 cm，每5 d測定1次，測點垂向間距為10 cm。每隔30 d用烘干稱重法對TDR進行校正。

莖干水勢的測定方法如下：選取3株樣樹，測定前3 h，在接近果樹樹干處選取2片葉柄粗壯的成熟葉片，用錫箔紙覆蓋的不透光密封塑料袋將葉片包裹好，在中午將葉片離體后立即測定。采用壓力室(SKPM 1400, Skye, United Kingdom)測定中午遮蓋葉片水勢，并認為中午遮蓋葉片水勢與莖干水勢相等[15]。

采用FAO-56中的Penman-Monteith公式計算參考作物蒸發(fā)蒸騰量[16]：

(3)

式中,Rn為冠層表面的凈輻射(MJ m-2h-1)，G為土壤熱通量(MJ m-2h-1)，T為2 m高度處的平均溫度(℃)，es和ea分別為平均溫度對應的飽和水汽壓和平均實際水汽壓(kPa)，u2為2 m處平均風速(m/s)，Δ為溫度水汽壓斜率(kPa/℃)，γ為濕度計常數(shù)(kPa/℃)。

2 結(jié)果分析

2.1 莖干直徑日變化規(guī)律

2008年不同生育期莖干直徑和參考作物蒸發(fā)蒸騰量的變化如圖1所示。每個生育期選取3 d進行莖干直徑微變化分析，以所選日期初始的0：00時刻為莖干直徑相對0點，記錄莖干直徑的波動狀況。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，晴天或多云天氣條件下，7：00—8：00的平均ET0接近0 mm/h，這一時刻果樹莖干直徑達到最大值；在8：00—16：00范圍內(nèi)，樹干直徑不斷減?。辉?6：00到次日8：00時段內(nèi)樹干直徑不斷增大。

圖1 2008年西北旱區(qū)蘋果園莖干直徑微變化

2.2 莖干直徑日最大值變化規(guī)律

莖干直徑日最大值(MXTD)的生育期變化反映果樹不同生育階段的生長速率[2]。從圖2中可以看出，灌水及降雨之后1—2 d，MXTD值會增大200 μm—300 μm，降雨后3—4 d，MXTD值減小50 μm—100 μm，果樹莖干變化恢復到降雨前的增長趨勢。當降雨或灌溉發(fā)生時，莖干生長速率增大，之后1—3 d莖干生長速率為負值。

DOY 94—120 d屬于發(fā)芽開花期，此時蘋果樹葉面積指數(shù)小，葉片未伸展，果樹莖干直徑生長不明顯；DOY 120—186 d屬于展葉幼果期，此時生長速率較大，莖干直徑不斷增加，MXTD與DOY關(guān)系圖的斜率為30—50；DOY 200 d后，進入果實膨大和成熟期，枝條和葉片生長顯著減慢，果實迅速膨大，此期間MXTD比較穩(wěn)定。

圖2 2007—2010年莖干直徑日最大值MXTD(以果樹發(fā)芽為0點)

2.3 莖干直徑日最大收縮量的變化規(guī)律

眾多學者認為莖干直徑日最大收縮量(MDS)與植物莖干水勢關(guān)系密切，最能反映植物體內(nèi)水分狀況，并認為MDS主要受氣象因素、土壤含水量影響[17-19]。圖3為MDS與參考作物蒸發(fā)蒸騰量的季節(jié)變化規(guī)律。圖3表明，各年份整個生育期MDS均呈現(xiàn)先增大后減小的季節(jié)變化趨勢，且變化幅度較大，這可能與果園畦灌灌溉方式有關(guān)。4—5月MDS開始增加，6—7月達到最大(400—500 μm)。2007年MDS從7月的500 μm逐漸減小至9月底的300 μm；2008年MDS在6月初達到400 μm逐漸減小到9月底300 μm；2009和2010年MDS從4月的50 μm逐步增加至5月底的300 μm，6月分別達到最大值400 μm和500 μm，然后逐步減小。圖3還表明，除發(fā)芽開花期外，ET0增加時，蘋果樹MDS增大。

圖3 莖干直徑日最大收縮量MDS (μm)

蘋果樹MDS與莖干水勢(φstem)呈顯著負相關(guān)關(guān)系(r2=0.76***,n=14)，隨著φstem減小，MDS增大(圖4)。以往研究也表明，MDS與φstem呈線性關(guān)系[7, 18, 20-21]。蘋果樹MDS與莖干水勢關(guān)系密切，表明MDS可以反映成年蘋果樹體內(nèi)水分狀況[11]。

圖4 晴天天氣條件下旱區(qū)蘋果園莖干直徑日最大收縮量(MDS)與莖干水勢(φstem)的關(guān)系

通過多年試驗資料，分析得到MDS與氣象因子間的關(guān)系(表2)。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，除2007年外，果實膨大和成熟期MDS對凈輻射、日最高空氣溫度(Tmax)、日最大水汽壓差響應明顯高于發(fā)芽開花和展葉幼果期。果實膨大和成熟期MDS與日平均凈輻射(Rn)、日最大水汽壓飽和差(VPDmax)的相關(guān)系數(shù)均超過0.5；2009年果實膨大和成熟期MDS與VPDmax相關(guān)系數(shù)最高達到0.948。全生育期MDS與氣象因素的決定系數(shù)大小順序為VPDmax>Tmax>Rn。

3 討論

3.1 莖干直徑微變化規(guī)律

連續(xù)降雨天氣條件下，果樹莖干直徑變化不再呈正弦曲線波動，莖干直徑日最小值或最大值出現(xiàn)在一天起始或結(jié)束時刻，而不是出現(xiàn)在16：00和8：00。這可能是由于樹干吸水，直徑膨大，此時得到的莖干直徑微變化參數(shù)不能反映植物體吸水失水過程，應進行校正。晴天和多云天氣條件下莖干直徑微變化規(guī)律無明顯差別，說明莖干直徑微變化受熱脹冷縮影響較小。分析降雨或灌溉導致的莖干直徑波動有以下原因：(1)降雨和灌溉使得植物體內(nèi)水分狀況良好，果樹莖干直徑顯著增大；(2)降雨后果樹莖干樹皮受水分影響發(fā)生膨脹，隨著樹皮水分減少，果樹莖干直徑也減小，而且這種減小可以抵消莖干直徑生長。這會引起莖干直徑變化監(jiān)測結(jié)果誤差，需要進行合理校正以得到正確的莖干直徑變化監(jiān)測結(jié)果。

雨天天氣下，莖干直徑微變化峰值不明顯。除了陰雨天氣，日最大莖干直徑(MXTD)在發(fā)芽后逐日增大；成熟采收期MXTD不再增加，甚至是逐日降低。2007和2008年，果樹莖干直徑在DOY 194—200 d期間停止增長，2009—2010年，在DOY 186—194 d之間莖干直徑不再增長。DOY 120—186 d為果樹展葉幼果期和果實膨大期前半段，這期間果樹枝條葉片快速生長。

3.2 莖干直徑日最大收縮量(MDS)與各環(huán)境因素關(guān)系

MDS可以反映成年蘋果樹體內(nèi)水分狀況，因此采用MDS探討莖干直徑微變化對環(huán)境因素的響應。全生育期MDS與氣象因素的決定系數(shù)大小順序為VPDmax>Tmax>Rn，這表明VPDmax是影響蘋果樹的MDS的主要因素。有研究表明其他氣象因素，如太陽輻射[23]和空氣溫度[7]是與MDS最相關(guān)的因素。MDS與VPDmax和Tmax相關(guān)性高表明MDS受最大需水時段內(nèi)的氣象條件影響大[24]，Egea等認為MDS與各氣象因素相關(guān)程度差異主要是果樹種類不同造成的[24]。從多元線性回歸模型看(表2)，果實膨大和成熟期MDS與氣象因子綜合相關(guān)系數(shù)高于發(fā)芽開花和展葉幼果期，這可能是果樹體內(nèi)儲水量大，MDS的變化受氣象因素的影響大[11]。

表2 不同生育階段MDS對環(huán)境因子的響應

以DOY 186—200將生育期劃分為兩個階段; 表達式MDS=aX+b，式中X表示不同的環(huán)境因子，a，b為系數(shù)，r2為相關(guān)系數(shù)平方；Rn表示凈輻射，Ta、Tmax、Tmid13、T8—16分別為日平均、日最大、中午13：00、和8：00—16：00的空氣溫度，VPD和VPDmax分別為日平均和日最大水汽壓差(KPa)，ET0表示參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)；r2沒有標記表示顯著性因子高于0.05，不顯著，*、**、***分別表示顯著性水平P<0.05，P<0.01，P<0.001

當ET0增加時，蘋果樹莖干失水增加，這會導致莖干水勢下降和植物與土壤間水勢梯度上升，從而MDS增大[11]。由于發(fā)芽開花期葉片較小，ET0增大未導致果樹莖干過量失水，莖干收縮不明顯，故MDS與ET0之間的關(guān)系不明顯。不同生育階段MDS與ET0之間的決定系數(shù)差別較大，發(fā)芽開花和展葉幼果期較小，果實膨大和成熟期較高為0.50—0.85(表2)。研究表明，成年檸檬樹(30年生)、櫻桃樹(2年生)、石榴樹(10年生)和油桃樹(7年生)的MDS與ET0之間的決定系數(shù)分別為0.68[7]、0.5—0.6[26]、0.76[26]和0.37[27]，不同果樹MDS與ET0的關(guān)系不僅與果樹種類有關(guān)，還與土壤含水量[28]和樹干液流量[29]有關(guān)。

3.3 莖干直徑微變化與產(chǎn)量的關(guān)系

2007年DOY 150—280之間，莖干直徑增大1994 μm。2008、2009和2010年莖干直徑增大總量分別為4796、2152 μm和3063 μm，2007—2010年蘋果產(chǎn)量分別為81200、37715、82067、32597 kg/hm2，果實產(chǎn)量越高，莖干直徑年增長總量較小，果實負載量對莖干直徑的增大總量有影響。從年際變化看，直徑年增長量有下降趨勢。Berman和DeJong的研究認為果實產(chǎn)量越高，莖干直徑年增長量越低，單株果樹產(chǎn)量與樹干直徑年增長量呈反比關(guān)系[30]。Conejero也認為果實產(chǎn)量與莖干直徑微變化的關(guān)系密切[20]。

3.4 莖干直徑日最大收縮量指導灌溉方法探討

由于莖干直徑微變化受氣象因素、土壤水分、樹齡、耕作措施等影響較大，目前很少采用其絕對值作為灌溉標準，而是根據(jù)不同水分狀況下的莖干直徑微變化規(guī)律來進行精確灌溉[31]。其基本原理是以充分供水下各參數(shù)的變化為標準，根據(jù)實際的參數(shù)與充分供水下規(guī)律對比，得到實際生產(chǎn)中的灌溉制度。

充分供水條件下MDS主要受氣象因素影響，充分灌溉下MDS的值可作為灌溉參考值，當蘋果樹莖干MDS持續(xù)高于水分充足條件下的MDS時，就需要進行灌溉來保證果樹體內(nèi)水分狀況良好[17]。MDS可以充分反映植物細胞吸水膨脹、失水收縮的過程，故通過充分供水下的MDS的來指導灌溉是目前研究的熱點。根據(jù)本研究結(jié)論，MDS可以由以下幾種途徑確定：第一，精確測定其特定時段樹干直徑(早晨和傍晚的最大和最小值)可以得到近似的MDS數(shù)據(jù)；第二，采用測樹器實際測定MDS結(jié)果；第三，采用經(jīng)驗公式，根據(jù)單一因素或多因素回歸模型近似計算MDS。假定充分供水下的MDS為MDSr，實際生長條件下的MDS為MDSt，則可以得到MDS的信號強度SIMDS的變化過程[1]：

SIMDS=MDSt/MDSr

(4)

充分供水灌溉標準SIMDS可取為1或者小于1；依據(jù)灌溉可利用水資源狀況，可取SIMDS為1.15、1.25等作為非充分灌溉的標準。一般當MDSt值連續(xù)3d超過所選閾值時進行灌溉。若需要在某階段進行非充分灌溉，則調(diào)高這一階段的信號強度[2]。

4 結(jié)論

果樹莖干直徑在8：00左右達到最大值，在16：00左右達到最小值，精確測定這兩個時刻莖干直徑可近似得到其日最大收縮量(MDS)。MXTD呈先增長后保持穩(wěn)定的季節(jié)變化規(guī)律；MDS與莖干水勢關(guān)系密切，表明莖干直徑微變化可以反映蘋果樹水分狀況；MDS對VPDmax和ET0響應最為明顯，果實膨大和成熟期的MDS對凈輻射、空氣溫度、水汽壓差、參考作物蒸發(fā)蒸騰量響應明顯高于發(fā)芽開花和展葉幼果期。綜上所述，蘋果樹莖干直徑微變化規(guī)律可以為制定蘋果園的灌溉制度提供科學依據(jù)。

[2] Fernández J E, Cuevas M V. Irrigation scheduling from stem diameter variations: a review. Agricultural and Forest Meteorology, 2010, 150(2): 135-151.

[3] 孟兆江, 段愛旺, 劉祖貴, 張寄陽. 根據(jù)植株莖直徑變化診斷作物水分狀況研究進展. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2005, 21(2): 30-33.

[4] 康敏, 杜太生, 劉春偉. 西北旱區(qū)蘋果樹莖干直徑變化規(guī)律及其對環(huán)境因素的響應研究. 節(jié)水灌溉, 2009, (9): 4-7.

[5] Otieno D O, Kurz-Besson C, Liu J, Schmidt M W T, Vale-Lobo Do R, David T S, Siegwolf R, Pereira J S, Tenhunen J D. Seasonal variations in soil and plant water status in aQuercussuberL. stand: roots as determinants of tree productivity and survival in the Mediterranean-type ecosystem. Plant and Soil, 2006, 283(1-2): 119-135.

[9] Cuevas M V, Torres-Ruiz J M,lvarez R, Jiménez M D, Cuerva J, Fernández J E. Assessment of trunk diameter variation derived indices as water stress indicators in mature olive trees. Agricultural Water Management, 2009, 97(9): 1293-1302.

[11] Liu C W, Kang S Z, Li F S, Li S E, Du T S. Relationship between environmental factor and maximum daily stem shrinkage in apple tree in arid region of northwest China. Scientia Horticulturae, 2011, 130(1): 118-125.

[12] Mercier V, Bussi C, Lescourret F, Génard M. Effects of different irrigation regimes applied during the final stage of rapid growth on an early maturing peach cultivar. Irrigation Science, 2009, 27(4): 297-306.

[13] 韓立新, 汪有科, 李曉彬. 基于莖直徑微變化的梨棗灌溉指標的初步研究. 園藝學報, 2012, 39(3): 552-560.

[14] 張寄陽, 段愛旺, 孟兆江, 劉祖貴, 陳金平, 劉戰(zhàn)東. 不同水分狀況下棉花莖直徑變化規(guī)律研究. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2005, 21(5): 7-11.

[15] Turner N C. Techniques and experimental approaches for the measurement of plant water status. Plant and Soil, 1981, 58(1-3): 339-366.

[16] Allen R G, Pereira L S, Raes D, Smith M. Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Roma, Italy: FAO, 1998.

[18] Intrigliolo D S, Castel J R. Continuous measurement of plant and soil water status for irrigation scheduling in plum. Irrigation Science, 2004, 23(2): 93-102.

[19] Conejero W, Alarcóm J J, García-Orellana Y, Abrisqueta J M, Torrecillas A. Daily sap flow and maximum daily trunk shrinkage measurements for diagnosing water stress in early maturing peach trees during the post-harvest period. Tree Physiology, 2007, 27(1): 81-88.

[20] Conejero W, Ortuo M F, Mellisho C D, Torrecillas A. Influence of crop load on maximum daily trunk shrinkage reference equations for irrigation scheduling of early maturing peach trees. Agricultural Water Management, 2010, 97(2): 333-338.

[21] Moriana A, Girón I F, Martín-Palomo M J, Conejero W, Ortuo M F, Torrecillas A, Moreno F. New approach for olive trees irrigation scheduling using trunk diameter sensors. Agricultural Water Management, 2010, 97(11): 1822-1828.

[22] Intrigliolo D S, Castel J R. Evaluation of grapevine water status from trunk diameter variations. Irrigation Science, 2007, 26(1): 49-59.

[23] Velez J E, Intrigliolo D S, Castel J R. Scheduling deficit irrigation of citrus trees with maximum daily trunk shrinkage. Agricultural Water Management, 2007, 90(3): 197-204.

[24] Egea G, Pagán E, Baille A, Domingo R, Nortes P A, Pérez-Pastor A. Usefulness of establishing trunk diameter based reference lines for irrigation scheduling in almond trees. Irrigation Science, 2009, 27(6): 431-441.

[25] Abdelfatah A, Aranda X, Savé R, De Herralde F, Biel C. Evaluation of the response of maximum daily shrinkage in young cherry trees submitted to water stress cycles in a greenhouse. Agricultural Water Management, 2013, 118: 150-158.

[26] GalindoA, Rodríguez P, Mellisho C D. Assessment of discretely measured indicators and maximum daily trunk shrinkage for detecting water stress in pomegranate trees. Agricultural and Forest Meteorology, 2013, 180: 58-65.

[27] Rosa De La J M, Conesa M R, Domingo R, Torres R, Pérez-Pastor A. Feasibility of using trunk diameter fluctuation and stem water potential reference lines for irrigation scheduling of early nectarine trees. Agricultural Water Management, 2013, 126: 133-141.

[28] 余克順, 李紹華, 孟昭清, 羅國光. 水分脅迫條件下幾種果樹莖干直徑微變化規(guī)律的研究. 果樹科學, 1999, 16(2): 86-91.

[29] 丁凡, 潘存德. 庫車白杏莖直徑和莖液流速日變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 新疆農(nóng)業(yè)科學, 2013, 50(1): 38-45.

[30] Berman M E, DeJong T M, Doyle J F, Day K R. Seasonal patterns of vegetative growth and competition with reproductive sinks in peach (Prunuspersica). The Journal of Horticultural Science & Biotechnology, 2003, 78(3): 303-309.

[31] Pérez-López D, Pérez-Rodríguez J M, Moreno M M, Prieto M H, Ramírez-Santa-Pau M, Gijón M C, Guerrero J, Moriana A. Influence of different cultivars-locations on maximum daily shrinkage indicators: Limits to the reference baseline approach. Agricultural Water Management, 2013, 127: 31-39.

Assessment of trunk diameter fluctuation for irrigation schedule in apple trees

LIU Chunwei1,2, KANG Shaozhong2,*

1JiangsuProvincialKeyLaboratoryofAgriculturalMeteorology,CollegeofAppliedMeteorology,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China2CenterforAgriculturalWaterResearchinChina,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China

Research on agricultural water consumption in northwest China is crucial to relieve problems associated with the water crisis. Apples are a typical crop in China that have been used in agriculture for centuries. As production increases for economic growth, it is essential to analyze water transport mechanisms and water accessibility to mature apple orchards in arid regions. Trunk diameter fluctuation is an effective indicator of the water condition of plants. Its role as an indicator of plant water conditions thus emphasizes that it is crucial to design an irrigation schedule. The changes in the trunk diameter of mature apple trees (MalusdomesticaBorkh. cv Golden Delicious) was monitored using dendrometers at the Shiyanghe Experimental Station for Water-saving in Agriculture and Ecology of China Agricultural University (37°52′N, 102°51′E, altitude 1581 m). Stem water potential was measured using a pressure chamber. Wind speed, net radiation, relative humidity, and air temperature were monitored by an automatic meteorological station, and soil moisture was measured every 5 days using Time-Domain Reflectometry (TDR) methods based on the previously described data analysis. Change in the maximum daily trunk diameter (MXTD) and maximum daily diameter shrinkage (MDS), as well as their response to environmental factors were also monitored. The results showed that MXTD occurred at 7:00 to 8:00 in the morning and minimum of daily trunk diameter (MNTD) occurred at approximately 16:00 during sunny or cloudy days in 2008 on a daily scale. The trunk diameter increased at night and decreased during the day, which was meanly depended on reference evapotranspiration. MXTD increased during bud development, flowering, and leaf expansion periods (stage I) and remained constant during the fruit expanding and maturing periods (stage II), which was closely related to the MDS of the apple tree. Higher fruit yields were associated with smaller fruit stem diameter growth. MDS increased at the beginning and then gradually decreased during the entire growing stage. The relationship between MDS and stem water potential was linear and the determination coefficient was 0.76***. Consequently, MDS indicated the water status of the mature apple trees. However, MDS was more responsive to net radiation, reference evapotranspiration, vapor pressure deficit, and air temperature at stage II than at stage I because the canopy structure was not developed, and the water stored in the apple trees less frequently fluctuated during stage I. The order of determination coefficient over the whole growing stage was as follows: maximum vapor pressure deficit > maximum air temperature > net radiation. Multiple regression relationships among MDS and environmental factors can be used to calculate the MDS for well water supplied to apple trees, which could be considered as a reference value when the tree requires irrigation. Thus, the fluctuation regularities of tree trunk diameter could reflect the water status of the entire fruit period of fruit trees situated in arid areas of Northwest China and help improve orchard water management, as well as ensure the normal growth of fruit trees.

trunk diameter fluctuation; maximum daily diameter shrinkage; apple tree; environmental factor; irrigation schedule.

國家自然科學基金資助項目(51321001, 91425302，51309132); 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室開放基金(S5312041001); 江蘇省高校自然科學研究面上項目(13KJB170015); 江蘇省基礎研究計劃青年基金項目(BK20130995)

2013-11-13;

2014-09-09

10.5846/stxb201311132724

*通訊作者Corresponding author.E-mail: kangshaozhong@tom.com

劉春偉, 康紹忠.基于莖干直徑微變化制定蘋果灌溉制度.生態(tài)學報,2015,35(14):4754-4762.

Liu C W, Kang S Z.Assessment of trunk diameter fluctuation for irrigation schedule in apple trees.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4754-4762.