李　宏，劉　幫，李長城，孫明森，刁　凱，韓瑩瑩,程　平，張志剛，王真真，武　鈺，苗乾乾

(1.新疆林業(yè)科學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830000； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆師范大學(xué)， 新疆 烏魯木齊 830054)

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不同生育期幼齡棗樹莖流特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系

李宏1，劉幫2，李長城2，孫明森2，刁凱2，韓瑩瑩3,程平1，張志剛2，王真真2，武鈺3，苗乾乾2

(1.新疆林業(yè)科學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830000； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆師范大學(xué)， 新疆 烏魯木齊 830054)

采用包裹式莖流計對位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣新疆林科院佳木試驗站內(nèi)的幼齡棗樹莖流速率進(jìn)行連續(xù)測定，并同步監(jiān)測樣地內(nèi)太陽輻射、溫度、空氣濕度以及風(fēng)速4個環(huán)境因子，研究不同生育期棗樹莖流特征及其與環(huán)境變化的關(guān)系。結(jié)果表明：①夜間均存在莖流活動，莖流速率變化曲線除果實膨大期為雙峰外，其余生育期內(nèi)均為單峰；②日累積量變化過程曲線均為“S”形，日均耗水量和總耗水量的趨勢均為先增大后減小，且差異性明顯，萌芽展葉期最低，果實膨大期最大，日均耗水量分別為2.78 L和8.31 L，總耗水量分別為83.39 L和249.30 L；③莖流速率曲線與太陽輻射和溫度曲線波形變化趨勢基本一致，與空氣濕度曲線波形變化趨勢相反，莖流速率與環(huán)境因子進(jìn)行偏相關(guān)分析，影響棗樹莖流速率的主要因子有所差異，但太陽輻射偏相關(guān)系數(shù)最高，按生育期順次分別為0.767、0.762、0.873、0.838、0.603和0.825，利用多元線性回歸對不同生育期棗樹莖流速率與環(huán)境因子進(jìn)行逐步回歸，經(jīng)過回歸系數(shù)和相關(guān)系數(shù)檢驗，各多元線性回歸方程均達(dá)到了顯著水平。

阿克蘇地區(qū)；棗；生育期；莖流速率；環(huán)境因子

棗屬鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(ZiziphusMill)[1-2]，原產(chǎn)中國，適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)，對土壤要求不嚴(yán)格，有“鐵桿莊稼”之稱[3]。紅棗果實營養(yǎng)豐富，含有蛋白質(zhì)、糖類、多種氨基酸、胡蘿卜素、維生素C、鈣、磷、鐵等[4]，消費(fèi)市場巨大。位于新疆環(huán)塔里木盆地綠洲帶及其邊緣區(qū)的阿克蘇地區(qū)，水土光熱資源豐富，晝夜溫差大，光照時間長，十分適合紅棗種植，近年來紅棗種植業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)[5-6]。由于農(nóng)業(yè)用水、生產(chǎn)用水以及人們生活用水矛盾日益突出，水資源短缺制約著當(dāng)?shù)丶t棗種植業(yè)的發(fā)展[7]，再加上現(xiàn)行棗樹灌溉管理粗放，主要還是以漫灌、溝灌為主，當(dāng)?shù)乇矸e水時，造成的水的蒸發(fā)嚴(yán)重，無效水增多。

本試驗灌溉采用林木井式節(jié)水灌溉方法[8]，其特點(diǎn)是通過常規(guī)滴灌系統(tǒng)和帶孔豎井管的橫向滲漏將水分直接灌溉到地下林木根系分布區(qū),使地表仍保持較干燥、干燥狀態(tài),造成灌溉濕潤區(qū)土壤和地表土壤毛細(xì)管處于斷裂狀態(tài),極大的阻止和減少灌溉后的地表蒸發(fā),使得水分有效供給林木根系,從而提高水的利用效率而達(dá)到節(jié)水的目的。在棗樹生長季中，運(yùn)用Flow-32包裹式莖流計測定棗樹莖流速率[9-10]，并在樣地內(nèi)安裝HOBO小氣候儀同步獲取氣象數(shù)據(jù)，長期定點(diǎn)進(jìn)行觀測，分析不同生育期棗樹莖流速率的變化規(guī)律、棗樹耗水情況以及與環(huán)境因子之間的關(guān)系，為此新型節(jié)水灌溉方式下，棗樹蒸騰耗水規(guī)律提供一定的理論依據(jù)。

1　試驗地概況與研究方法

1.1試驗地概況

試驗地位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣新疆林科院佳木試驗站內(nèi)(地理位置為80°32′E，41°15′N)，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，四季分明，晝夜溫差大，春季升溫快而不穩(wěn)，常有倒春寒現(xiàn)象發(fā)生，夏季炎熱而干燥，受對流天氣影響易造成冰雹，暴雨頻發(fā)，秋季短暫而降溫迅速；年日照時數(shù)2 747 h，年平均總輻射量6 000 MJ·m-2，平均海拔高度1 103 m；年降水量42.4～94 mm，年潛在蒸發(fā)量2 956.3 mm，淺層地下水位3.3 m；年均氣溫為10.1℃，極端最高氣溫為38.1℃(1997-07-20)，極端最低氣溫為-27.0℃(1977-01-30)，≥10℃積溫2916.8℃～3198.6℃，無霜期195 d；樣地土壤類型為砂壤土，土壤砂粒含量為81.32%(0.02～2 mm)，粉粒含量為5.76%(0.002～0.02 mm)，粘粒含量為12.92%(<0.002 mm)；土壤理化性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　試驗地土壤的主要理化性質(zhì)

表2　試驗地樣樹的主要參數(shù)

1.2研究方法

1.2.1試驗設(shè)計試驗于2014年4月至11月進(jìn)行。在棗園內(nèi)選取面積為5 m×5 m的試驗樣地，樹齡4 a，行間距1 m×4 m，紅棗種類為灰棗，在樣地內(nèi)選擇3株生長良好，無病蟲害，主干通直且符合包裹式莖流計傳感器規(guī)格的健康棗樹(干徑3 cm±0.30 cm)，作為試驗對象。樣樹的主要參數(shù)見表2，樣樹平均干徑為3.23 cm，平均株高為1.93 m，平均冠幅為1.23 m；去皮后包裹傳感器處的平均直徑為3.11 cm，平均面積為7.58 cm2。灌溉方式采取林木井式節(jié)水灌溉方法，根據(jù)前期研究的幼齡紅棗根系分布區(qū)情況[11]，在樹行方向，距離樣樹10 cm處安裝一個內(nèi)徑10 cm和高20 cm的帶孔豎直井管，供水系統(tǒng)采用常規(guī)滴灌系統(tǒng)，滴頭流量為12 L·h-1，用長約10 cm的盲管將水引入井管內(nèi)，每次灌水時間為5 h；為防止樣地外其他作物灌溉對其影響，在樣地四周挖2 m的深溝，用塑料薄膜隔開，并在四周做50 cm以上的土壟，防止灌溉水滲漏進(jìn)入樣地；樣地內(nèi)除灌水方式采用林木井式節(jié)水灌溉方法外，其余田間管理各項事宜均與當(dāng)?shù)靥镩g管理一致。

1.2.2莖流測定本研究采用美國Dynamax公司生產(chǎn)的Flow-32包裹式莖流計對幼齡灰棗進(jìn)行莖流速率的測定，選擇傳感器型號為SGB25進(jìn)行莖流測定，最后把傳感器與數(shù)據(jù)采集器對接，并通過電腦對數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行程序設(shè)定，莖流數(shù)據(jù)采集時間為10 min。

1.2.3氣象因素的測定樣地內(nèi)安裝HOBO小氣候儀，對棗園的氣象因素進(jìn)行測定，主要包括：太陽輻射、空氣濕度、溫度、風(fēng)速，數(shù)據(jù)采集時間間隔10 min。

1.2.4數(shù)據(jù)處理與分析利用美國Dynamax公司提供的PC400軟件下載莖流數(shù)據(jù)，并將樣地內(nèi)3株樣樹的莖流速率進(jìn)行平均，計算出樣地內(nèi)每天每10 min的平均莖流速率，采用Excel 2007和SPASS 18.0軟件，對試驗對象幼齡棗樹(地徑3 cm±0.3 cm)不同生育期內(nèi)的莖流特征變化情況以及與環(huán)境因子之間關(guān)系進(jìn)行分析處理。根據(jù)棗樹的生物學(xué)特性，并結(jié)合人工觀察記錄情況，把棗樹的生育期劃分為6個時期，詳細(xì)情況見表3。

表3　紅棗生育期

2　結(jié)果與分析

2.1不同生育期內(nèi)棗樹莖流速率晝夜變化特征

紅棗不同生育期出現(xiàn)的時間見表3，為了避免棗樹相鄰兩個生育期之間的相互重疊可能影響單一生育期內(nèi)的莖流變化情況，因此選擇生育期內(nèi)(連續(xù)6 d)未重疊的時間內(nèi)的棗樹莖流變化情況進(jìn)行分析。由圖1可以看出，W1(05-19—05-24)、W2(06-15—06-20)、W3(07-09—07-14)、W5(09-16—09-21)和W6(10-11—10-16)，棗樹夜間均有莖流活動且日變化趨勢均呈現(xiàn)單峰曲線，除W3峰值波動較頻繁外，其余四個生育期峰值都趨于穩(wěn)定；莖流啟動時間W16∶00—8∶30、W27∶30—8∶00、W38∶00—9∶00、W59∶00—9∶30以及W68∶30—9∶00；峰值出現(xiàn)時間W111∶00—13∶30、W214∶30—15∶30、W314∶30—15∶30、W514∶30—16∶00以及W612∶00—14∶00；峰值大小W1269.14～317.12 g·h-1、W2374.05～452.33 g·h-1、W3453.45～635.04 g·h-1、W5873.00～1 126.55 g·h-1以及W6564.61～659.83 g·h-1，W1莖流速率峰值最小，由于該生育期內(nèi)阿克蘇地區(qū)沙塵天氣頻繁，加上太陽輻射強(qiáng)度較低等外界條件以及棗樹本身生物學(xué)特性所致，W3曲線上明顯看出此生育期內(nèi)第三天和第四天莖流速率峰值較小，經(jīng)查閱氣象數(shù)據(jù)可知，這兩日太陽輻射強(qiáng)度較低，因此莖流速率峰值相對較小。

W4(08-14—08-19)棗樹莖流速率日變化趨勢均呈現(xiàn)明顯雙峰曲線，即：當(dāng)莖流速率達(dá)到第一個峰值時，出現(xiàn)暫時性下降的現(xiàn)象，不久之后又出現(xiàn)爬升現(xiàn)象，直至第二個峰值出現(xiàn)，但第二個峰值低于第一個峰值，夜間有微弱的莖流活動，莖流啟動時間在8∶30—9∶00，莖流速率增幅最大出現(xiàn)在10∶30—11∶00，第一次峰值出現(xiàn)在12∶30—15∶30之間，大小為913.49～1 239.35 g·h-1，第二次峰值出現(xiàn)在17∶30—18∶30，大小為564.66～710.07 g·h-1，出現(xiàn)此情況是由于中午太陽輻射很強(qiáng)，空氣溫度較高，植物為了適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境，保持體內(nèi)水分不被過度散失，棗樹葉片氣孔暫時性關(guān)閉，出現(xiàn)了特有的“午休”現(xiàn)象[12-14]，即棗樹的蒸騰速率下降，表現(xiàn)出莖流速率下降，但隨著時間的推移，太陽輻射強(qiáng)度減弱，空氣溫度下降，棗樹葉片氣孔打開，蒸騰速率也出現(xiàn)回升。

圖1不同生育期棗樹莖流速率晝夜變化情況

Fig.1Diurnal changes of jujube stem the flow rates at different growth periods

2.2不同生育期內(nèi)棗樹莖流速率日變化特征

從圖2可以看出，除W4外，棗樹在其他不同生育期內(nèi)的日莖流速率變化均呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即：均大體呈現(xiàn)出寬型單峰曲線；W4棗樹莖流速率日變化曲線呈現(xiàn)較明顯的雙峰現(xiàn)象，即：莖流速率第一峰值出現(xiàn)后莖流速率明顯下降，但之后出現(xiàn)再次上升現(xiàn)象。不同生育內(nèi)莖流速率的啟動時間、莖流值增幅最大時間、峰值出現(xiàn)時間以及莖流速率降幅最大出現(xiàn)的時間存在一定差異；莖流啟動后莖流值增幅最大出現(xiàn)的時間，W1、W4以及W5均為10∶00—10∶30，W2、W3以及W6均為9∶30—10∶00；莖流速率峰值出現(xiàn)時間，W1和W6為13∶00—13∶30，W2為15∶30—16∶00，W3和W5為14∶30—15∶00，W4為12∶30—13∶00和14∶30—15∶00；莖流速率降幅最大出現(xiàn)的時間，W1、W4以及W6為19∶00—20∶00；W2和W3為20∶00—21∶00，W5為18∶30—19∶00；W1、W2、W3、W4、W5和W6莖流速率最大值分別為333.63、393.19、563.30、1198.80、943.16 g·h-1和655.35 g·h-1。

圖2不同生育期內(nèi)棗樹莖流速率日變化情況

Fig.2Diurnal changes of jujube stem flows at different growth periods

2.3不同生育期內(nèi)棗樹莖流耗水情況

由圖3可知，不同生育期棗樹莖流日累積量變化過程曲線均為“S”形，W4和W5內(nèi)曲線“S”形較明顯；夜間均存在少量莖流累積；但莖流日累積量存在差異，W4最大，為8.27 L，W1最小，為2.84 L，其余W2、W3、W5和W6分別為3.43、4.58、7.51 L和4.19 L。

在不同生育期內(nèi)各選取連續(xù)30天的棗樹莖流耗水情況作為該生育周期棗樹耗水情況進(jìn)行分析。在棗樹生長季中，不同生育期內(nèi)棗樹的日均耗水量和總耗水量存在明顯差異(表4)。從表4可以看出，在整個生長季中日均耗水量和總耗水量均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，W1最低，日均耗水量和總耗水量為2.78 L和83.39 L，這是由于紅棗處在萌芽和展葉階段，總?cè)~面積較小，加上外界環(huán)境條件中太陽輻射較弱，天氣不穩(wěn)定；W4為整個生長季中最大，日均耗水量和總耗水量為8.31 L和249.30 L，此時期不僅棗樹自身生理活動旺盛，果實膨大需水量較高，而且外界環(huán)境中，太陽輻射強(qiáng)度大，白天溫度較高，空氣濕度較小。

圖3　不同生育期內(nèi)棗樹莖流日累積量變化情況

2.4不同生育期內(nèi)棗樹日莖流速率與環(huán)境因子的關(guān)系

在整個生長季中，棗樹莖流速率的變化不僅與自身生理活動有關(guān)，而且與外界環(huán)境因子關(guān)系密切[12,14-16]。圖4為棗樹各生育期內(nèi)莖流速率與環(huán)境因子之間的變化情況，不同生育期內(nèi)，外界環(huán)境因子雖然存在差異，但莖流速率曲線與太陽輻射和溫度曲線波形變化趨勢基本一致，與空氣濕度曲線波形變化趨勢相反，即白天莖流啟動后，隨著太陽輻射強(qiáng)度的增加，溫度開始逐漸上升，空氣濕度降低，棗樹蒸騰速率逐漸加強(qiáng)，進(jìn)而莖流速率開始增大；莖流速率曲線與風(fēng)速曲線波形變化趨勢沒有較明顯的規(guī)律性。外界環(huán)境因子中，太陽輻射強(qiáng)度可以影響溫度和空氣濕度的變化，因此太陽輻射與莖流速率關(guān)系最密切。W6的太陽輻射強(qiáng)度最低，但W1的莖流速率峰值卻最小，這是由于W1棗樹生理活動較弱，葉面積較小，蒸騰作用較低，雖然太陽輻射強(qiáng)度相對于W6較大，但莖流速率峰值卻較??；莖流啟動后，隨著太陽輻射的增大，莖流速率也逐漸增大，但不同生育期內(nèi)棗樹莖流速率的峰值與太陽輻射的峰值出現(xiàn)的時間卻存在一定差異，W1和W6前者略早于后者2 h，W3和W5前者略晚于后者0.5 h，W2兩者時間一致，W4由于莖流速率出現(xiàn)兩個峰值，且達(dá)到太陽輻射峰值的時間在出現(xiàn)兩次莖流速率峰值之間。這是由于W4太陽輻射強(qiáng)烈，中午空氣溫度較高，植物蒸騰旺盛，當(dāng)根系吸水無法持續(xù)滿足蒸騰耗水時，植物便出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象與其他人研究有所不同[17]，當(dāng)太陽輻射開始減弱后，棗樹莖流速率便出現(xiàn)了小幅度的上升現(xiàn)象。

在不同生育期內(nèi)對棗樹液流速率與4個環(huán)境因子監(jiān)測值進(jìn)行偏相關(guān)分析，對3個因素的影響進(jìn)行變量控制，得出莖流速率與剩下1個環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)時，結(jié)果(表5)可以看出不同生育期內(nèi)影響棗樹莖流速率的主要因子有所差異；各生育期內(nèi)太陽輻射均為主要影響因子，W1、W2、W3、W4、W5和W6太陽輻射偏相關(guān)系數(shù)分別為0.767、0.762、0.873、0.838、0.603和0.825；溫度在W1、W2、W4和W5為主要影響因子，偏相關(guān)系數(shù)分別為0.260、0.407、0.307和0.256；在上述偏相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，利用多元線性回歸對不同生育期內(nèi)棗樹莖流速率與環(huán)境因子進(jìn)行逐步回歸，以0.01和0.05可靠性作為變量入選和剔除臨界值，建立不同天氣條件下液流速率與環(huán)境因子的多元線性模型(表6)，經(jīng)過回歸系數(shù)和相關(guān)系數(shù)檢驗，各多元線性回歸方程均達(dá)到了顯著水平。

圖4不同生育期莖流速率與環(huán)境因子之間的變化情況

Fig.4Changes in jujube stem flow rates at different growth periods and environmental factors

表5　棗樹不同生育期內(nèi)莖流速率與各環(huán)境因子的偏相關(guān)

注 Note: **P<0.01.

表6　棗樹不同生育期內(nèi)莖流速率與環(huán)境因子的多元回歸模型

注：SF：莖流速率(g·h-1)；PAR：太陽輻射(W·m-2)；Ta：溫度(℃)；RH：濕度(%)；V：風(fēng)速(m·s-1)。

3　結(jié)　論

林木井式節(jié)水灌溉方式下，棗樹整個生長季中，不同的生育期內(nèi)自身生理活動以及外界環(huán)境因子存在異同，因此莖流速率存在異同。本研究通過不同生育期內(nèi)幼齡棗樹莖流變化規(guī)律及耗水特征研究，結(jié)論如下：

1) 棗樹莖流速率晝夜變化趨勢除W4呈現(xiàn)明顯雙峰曲線外，其余生育期內(nèi)均呈現(xiàn)單峰曲線；田盼盼等指出棗樹莖流速率在晴天條件下呈現(xiàn)單峰曲線，但本研究在棗樹W4階段莖流速率呈現(xiàn)雙峰曲線，兩個峰值分別出現(xiàn)在12∶30—15∶30和17∶30—18∶30，兩峰之間“午休現(xiàn)象”明顯；各生育期內(nèi)夜間均存在莖流活動；由莖流速率日變化可以看出不同生育期內(nèi)莖流速率啟動、莖流值增幅、出現(xiàn)峰值、莖流速率降幅最大等時間以及莖流速率峰值都有所不同。

2) 在棗樹生長季中，日均耗水量和總耗水量均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，W1，W4最大，日均耗水量分別為2.78 L和8.31 L，總耗水量分別為83.39 L和249.30 L；不同生育期棗樹莖流日累積量變化過程曲線均為“S”形，夜間均存在少量莖流累積。

3) 不同生育期莖流速率曲線與太陽輻射和溫度曲線波形變化趨勢基本一致，與空氣濕度曲線波形變化趨勢相反；對棗樹液流速率與4個環(huán)境因子監(jiān)測值進(jìn)行偏相關(guān)分析，太陽輻射偏相關(guān)系數(shù)最高，按生育期順次分別為0.767、0.762、0.873、0.838、0.603和0.825；利用多元線性回歸對不同生育期內(nèi)棗樹莖流速率與環(huán)境因子進(jìn)行逐步回歸，經(jīng)過回歸系數(shù)和相關(guān)系數(shù)檢驗，各多元線性回歸方程均達(dá)到了顯著水平。

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Characteristics of stem flow of young jujube tree at different reproductive periods and their relationship with environmental factors

LI Hong1, LIU Bang2, LI Chang-cheng2, SUN Ming-sen2, DIAO Kai2, HAN Ying-ying3, CHENG Ping1,ZHANG Zhi-gang2, WANG Zhen-zhen2, WU Yu3, MIAO Qian-qian2

(1.Xinjiang Academy of Forestry Sciences, Urumqi, Xinjiang 830000, China;2.ForestryandHorticultureCollege,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China;3.XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjiang830054,China)

A package type stem flow meter for continuous measurement of young jujube tree stem flow rate was adopted to allow synchronous monitoring four environmental factors including solar radiation, temperature, air humidity and wind speed. Stem flow characteristics of Chinese jujube at different development stages were investigated and their relationship with environment variations was also analyzed. The results showed that stem flow was active at night. Except for the stem the flow rate curve W4that exhibited a bimodal at the fruit enlargement stage, the rest were single peak during the growth period. In addition, the cumulative amount of change in Japan curves was in an “S” shape. The average daily water consumption amount and the total water consumption were both increased firstly, and then went decreased, exhibiting marked differences. The difference was the lowest at the budding and leaf expanding stage W1, and reached the highest at the fruit enlargement period W4. The average daily water consumption amounts were 2.78 L and 8.31 L, respectively, and the total water consumption amounts were 83.39 L and 249.30 L, respectively. Furthermore, stem flow rate curve, solar radiation and temperature curve waveforms displayed almost the same varying trends, different from those of the air humidity curve waveform change trend. The partial correlation analysis between stem flow rate and environmental factors indicated that the main factors affecting the jujube tree stem flow rate varied, but the partial correlation coefficients between the highest solar radiation and the progressive growth periods were 0.767, 0.762, 0.873, 0.838, 0.603 and 0.825, respectively. By employing a multiple linear regression to study stem flow rate of Chinese jujube at different reproductive periods and environmental factors for stepwise regression, with the regression coefficient and correlation coefficient tests, the multiple linear regression equation had reached a significant level.

Aksu area; Chinese jujube; growth period; stem flow rate; environmental factors

1000-7601(2016)05-0054-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.08

2015-06-04

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201304701-2)

李宏(1962—)，男，陜西臨潼人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事森林培育方面的研究工作。

S665.1

A