趙付勇，趙經(jīng)華，馬英杰，洪 明，付秋萍

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

地處我國西北腹地的新疆，有著獨特的氣候和自然環(huán)境[1,2]，在這樣的氣候和環(huán)境下，對于新疆林果種植的發(fā)展非常有利。核桃在新疆是最具特色的傳統(tǒng)林果種植樹種之一，也是新疆林果樹種的典型代表，其種質(zhì)資源非常豐富。隨著“大力發(fā)展特色林果業(yè)”戰(zhàn)略在新疆全疆地貫徹落實，據(jù)統(tǒng)計截至2015年年底，全疆內(nèi)核桃種植面積已達(dá)到了30 萬hm2。隨著改革開放政策不斷推進(jìn)，我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和人民生活水平不斷提高，人們對飲食的要求也不斷提高，對各種食品所含的營養(yǎng)價值有了更高的要求，而核桃本身所具有的營養(yǎng)價值就很多高，所以核桃所具有的營養(yǎng)價值越來越受到了大眾的重視和認(rèn)可，由此核桃的需求量在我國以及國外市場不斷地增加，核桃堅果及其所衍生出來的產(chǎn)品的價格也在這幾年內(nèi)不斷地攀升[3,4]。對于新疆尤其是南疆地區(qū)，已經(jīng)成為新疆核桃產(chǎn)量的主產(chǎn)區(qū)，核桃已成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、農(nóng)民持續(xù)增收的支柱產(chǎn)業(yè)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，新疆已成為中國核桃生產(chǎn)的重要主產(chǎn)區(qū)之一。

影響核桃生長及產(chǎn)量的因素非常多[5,6]，蒸騰速率與光合作用就是其中2個重要因素。過去的學(xué)者多數(shù)單獨研究植物的莖流關(guān)系或是植物的光合特性，如王健、李振、解婷婷、趙自國和周翠鳴等研究了不同植物的莖流特征關(guān)系，宋彩玲和郭藝鵬研究了落葉松和駿棗的光合變化特性[7-13]。對于核桃樹蒸騰速率與光合作用之間的研究鮮見報道，本文將對核桃樹蒸騰速率變化中的核桃樹樹干莖流速率變化規(guī)律與試驗區(qū)自然環(huán)境氣象因子和葉片光合作用之間的相互關(guān)系進(jìn)行研究，以期為干旱區(qū)核桃生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況

試驗研究區(qū)位于新疆阿克蘇地區(qū)紅旗坡農(nóng)場新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林果試驗基地內(nèi)，距離阿克蘇市區(qū)13 km，地理位置為東經(jīng)80°14′，北緯41°16′，海拔1 133 m。試驗區(qū)位于天山中段的托木爾峰南部邊緣，塔里木盆地北面，屬于極其典型的溫帶大陸性氣候，多年的平均太陽總輻射量達(dá)到567.136 kJ/cm2，多年平均年日照時數(shù)有2 911 h，無霜期時間達(dá)217 d，多年平均降水量68.4 mm，多年平均氣溫在11.2 ℃。

提供試驗的核桃樣樹是2008年栽種，果樹的種植方向為南北方種植，核桃品種為“溫185”，種植的株行距2 m×3 m，種植密度為1 667 株/hm2，平均株高在3.8～4.2 m之間，有著明顯的兩次生長特性，即兩次雄花，雌花先性，在南疆地區(qū)在4月上、中旬為核桃開花期，到8月底是果實成熟期。試驗時間為2014年3-9月。灌溉方式為滴灌管灌溉，布置形式是：每行樹下布置2根滴灌管，即沿樹行兩側(cè)2/3樹冠半徑處各布置1根滴灌管，管徑為16 mm，滴頭間距50 cm，滴頭流量3.75 L/h，灌水定額45 mm。

2 試驗設(shè)計與分析方法

2.1 試驗設(shè)計

(1)標(biāo)準(zhǔn)樣樹的選取。在試驗田內(nèi)選取樹干直徑大小接近，樹冠冠幅相近，枝條數(shù)量相近的核桃樹作為樣樹。核桃樹生育期的劃分見表1。

表1 核桃樹生育期的劃分Tab.1 The divided of walnut tree growth period

(2)莖流速率的測定采用德國Ecomatik公司生產(chǎn)的SF-G液流傳感器。

(3)光合參數(shù)測定。采用英國PP-Systems公司生產(chǎn)的CIRAS-3便攜式光合作用儀測定系統(tǒng)對各植株葉片進(jìn)行活體測定，葉室面積18 cm×25 cm，開放式氣流，自然光源。在樣樹的朝南測分別取3片葉子進(jìn)行測定，測定時間從早上9∶30開始，每間隔2 h測1次，21∶30結(jié)束。

(4)氣象因子的測定。采用小型自動氣象站(Watchdog)監(jiān)測，監(jiān)測到的項目有：大氣溫度、太陽輻射、風(fēng)速、相對濕度及降雨量等氣象資料，監(jiān)測時間設(shè)定為每30 min記錄一次數(shù)據(jù)。

2.2 分析方法

試驗數(shù)據(jù)采用Excel及Spss19.0分析[14]。

3 結(jié)果與分析

3.1 環(huán)境因子對莖流速率變化規(guī)律的影響

3.1.1 不同天氣條件下莖流速率的變化規(guī)律

天氣因素是影響作物生長最為重要的因素之一，在大田試驗中，不同天氣下的莖流速率會呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，通過試驗研究分析，得出核桃樹在晴天(9月4日)、雨天(9月5日)和多云(8月28日)天氣的條件下莖流變化規(guī)律(見圖1)。

圖1 不同天氣條件下的核桃莖流速率變化規(guī)律Fig.1 Walnut stem flow rate variation under different weather conditions

由圖1中莖流速率變化曲線可以看出，不同天氣條件下，莖流速率都是從早上9∶00左右開始呈緩慢增長的趨勢，晚上22∶30左右降至全天中的最小值，最后趨于極低莖流速率狀態(tài)。由變化的規(guī)律分析得出，莖流速率上升與下降是與太陽的照射變化而變化。

在晴天(9月4日)條件下，莖流速率日變化呈雙峰曲線。由早晨9∶00前后莖流速率開始變大，至13∶30前后達(dá)到日變化中第一個峰值0.287 mL/(cm2·min)。由于大氣溫度達(dá)到一定值時，葉片氣孔部分關(guān)閉[15,16]，所以第一峰值后莖流速率有降低的趨勢。16∶00以后，氣溫降低，部分葉片氣孔打開，莖流速率回升達(dá)到第二個峰值。之后，太陽輻射量降低，氣溫下降，莖流速率快速減小。而在降雨的條件下，莖流速率日變化平均值[0.078 mL/(cm2·min)]則遠(yuǎn)小于晴朗天氣條件下的莖流速率平均值[0.123 mL/(cm2·min)]和多云天氣條件下莖流速率平均值[0.101 mL/(cm2·min)]，分析出產(chǎn)生這種規(guī)律的原因是：降雨條件下大氣溫度和太陽輻射低和葉面濕度大，影響光合作用，導(dǎo)致樹干吸收水分速度降低；而在多云的條件時，莖流速率日變化圖呈現(xiàn)的是多峰曲線，分析出產(chǎn)生這種規(guī)律的原因是：由于陽光間斷性的照射核桃樹葉片，使葉片接收到的陽光的輻射處于間斷性的。

3.1.2 氣象因子對核桃樹莖流速率日變化的影響

植物莖流速率日變化規(guī)律的重要影響因素之一就包括氣象因子[17,18]。分析氣象因子對莖流速率變化的影響，要考慮到氣象因子本身就包括多方面多角度，所以要從多項氣象因子來分析對莖流速率變化的影響，分析氣象因子影響莖流速率變化的綜合效應(yīng)。在相同的灌水處理條件下，分析了莖流速率日變化與氣象因子(包括大氣相對濕度、大氣溫度、太陽輻射等)的關(guān)系，具體見圖2。

圖2 9月4日莖流速率與太陽輻射、大氣溫度、大氣相對濕度關(guān)系Fig.2 Day sap flow velocity and solar radiation, air temperature, atmosphericrelative humidity relations

由圖2可以看出，莖流速率日變化曲線與太陽輻射日變化曲線變化趨勢一致，呈正相關(guān)關(guān)系，與大氣溫度有較好的相關(guān)性。在13∶00-17∶00這段時間中，太陽輻射量和大氣溫度在上升反而莖流速率在下降，這是由于作物為了在高溫條件下保持水分、減少水分流失，關(guān)閉了部分氣孔[16,19,20]。之后隨著大氣溫度的下降，葉片氣孔打開，并于17∶00左右莖流速率上升到日變化中第二個峰值，隨著太陽輻射量變小和大氣溫度值下降，莖流速率也隨著在降低。從莖流速率與大氣相對濕度的關(guān)系圖中分析得到，早上和晚間時間段內(nèi)氣溫較低時，太陽輻射量為零，大氣相對濕度相對最高時，而此時的莖流速率是一天中的最小值，14∶00～16∶00時間段內(nèi)大氣相對濕度處于一天中的最低值，莖流速率日變化是一天中的最高值，從規(guī)律的變化分析得到莖流速率的變化規(guī)律與大氣相對濕度呈負(fù)相關(guān)。

3.1.3 氣象因子對核桃樹莖流速率日變化的相關(guān)性分析

較多學(xué)者研究莖流速率與氣象因子之間的關(guān)系，得出影響莖流速率變化最大的氣象因子是太陽輻射、大氣溫度和大氣相對濕度[21-22]。本研究通過分析對比出對莖流速率影響最大的氣象因子也是太陽輻射(X1)、大氣溫度(X2)、大氣相對濕度(X3)，通過核桃樹莖流速率分別與氣象因子(太陽輻射、大氣溫度、大氣相對濕度)的日間變化進(jìn)行了回歸分析，結(jié)果見表2。

表2 核桃樹莖流速率與氣象因子的回歸分析Tab.2 Walnut tree sap flow velocity andmeteorological factors regression analysis

注：P<0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

由表2表明，3種氣象因子分別都對核桃樹莖流速率有較高的相關(guān)性，太陽輻射在這3種氣象因子中對核桃樹莖流速率影響是最大，其次是大氣相對濕度和大氣溫度。在0.01水平(雙側(cè))的界限上3種氣象因子都是顯著相關(guān)，分析表明其相關(guān)性較好。大氣相對濕度系數(shù)為負(fù)數(shù)(-0.003 7)，得到是大氣相對濕度對莖流速率是負(fù)相關(guān)。

由于自然氣象因子不是單獨影響核桃樹莖流速率的，為了更貼近實際，分析莖流速率與氣象因子之間的關(guān)系，通過對同一時間測定到的太陽輻射、大氣溫度和大氣相對濕度與核桃莖流速率進(jìn)行綜合回歸線性模擬分析，得出太陽輻射(X1)、大氣溫度(X2)和與大氣相對濕度(X3)與核桃莖流速率之間的回歸方程：

f=0.062 7+0.000 2X1+0.003 2X2-0.000 6X3

(R=0.94，F(xiàn)=223.68，P<0.01)

(1)

相關(guān)系數(shù)R=0.94，說明方程具有顯著性意義，表明了太陽輻射(X1)、大氣溫度(X2)和大氣相對濕度(X3)對該地區(qū)的核桃樹的莖流速率影響較大，是該地區(qū)核桃莖流速率日變化的主要影響因子，鑒于其具有極其高的相關(guān)性，由此可以用氣象因子對試驗作物莖流速率的日變化值進(jìn)行預(yù)測。

3.2 核桃樹莖流速率日變化與光合參數(shù)的關(guān)系

3.2.1 核桃樹莖流速率日變化與光合參數(shù)變化規(guī)律

對滴灌下的核桃樹莖流速率日變化與實時測到的太陽輻射(PAR)、大氣相對濕度(RH)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、葉片溫度(Tleaf)等參數(shù)進(jìn)行對比分析(見圖2、3)。

由圖2和圖3看出光合參數(shù)中凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、葉片溫度(Tleaf)變化曲線與莖流速率的日變化曲線趨勢相同。在圖3中，凈光合速率、蒸騰速率度與莖流速率都是同增同減，在中午13∶00左右莖流速率達(dá)到全天第一次峰值時，凈光合速率[14.12 μmol/(m·s)]、蒸騰速率[2.91 mmol/(m2·s)]也達(dá)到了日變化峰值。對比圖3(a、b)看出凈光合速率與蒸騰速率曲線圖，發(fā)現(xiàn)兩者的曲線變化規(guī)律是一致的，表明兩者有極高的相關(guān)關(guān)系；由圖3(c)中看出13∶30之后，葉片溫度還在持續(xù)上漲，而莖流速率已開始下降。圖2是大氣相對濕度變化圖，變化曲線屬于“U”型，與莖流速率呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，早晚的大氣相對濕度大，到了中午時段變小，由圖2看出大氣相對濕度在13∶30時處于最低值，莖流速率則處于一天當(dāng)中的最大值，當(dāng)大氣相對濕度增大時，莖流速率反而減小，兩者就是處于逆向走勢。

3.2.2 核桃樹莖流速率日變化與光合參數(shù)回歸分析

核桃樹莖流速率的變化規(guī)律與植物光合參數(shù)有非常密切的關(guān)系，同時植物光合參數(shù)也受外界環(huán)境因子和自身內(nèi)在生理因子的影響[23-25]。為闡明核桃樹莖流速率與光合參數(shù)的緊密關(guān)系，本文通過分析各光合參數(shù)與莖流速率以及參數(shù)之間的相關(guān)性，得出莖流速率與光合參數(shù)之間的相關(guān)程度(見表4)。

圖3 9月4日莖流速率與光和參數(shù)Pn、Tr、Tleaf的關(guān)系圖Fig.3 Sept. 4 stem flow rate and light parameters Pn, Tr, Tleaf relationship diagram

光合參數(shù)莖流速率f凈光合速率Pn蒸騰速率Tr氣孔導(dǎo)度Gs葉面溫度Tleaf水分利用效率WUE大氣相對濕度RH細(xì)胞間CO2濃度Cif1**0.76*0.80*0.98**0.97**0.85**-0.89**-0.95**Pn1**0.560.750.610.89**-0.53-0.82*Tr1**0.750.82*0.45-0.61-0.66Gs1**0.97**0.86*-0.90**-0.95**Tleaf1**0.76*-0.94**-0.91**WUE1**-0.79*-0.95**RH1**0.92**Ci1**

注：*. 在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**. 在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

在表4中，莖流速率與光和參數(shù)Pn、Tr、Gs、Tleaf、WUE、RH、Ci的相關(guān)性較高，莖流速率與Gs、Tleaf、WUE呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.98、0.97、0.85，與RH、Ci相關(guān)性為極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.89、-0.95，與Pn、Tr則是顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.76、0.80。在光和參數(shù)之間，Pn與WUE之間具有極顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.89，Pn與Ci則呈顯著性負(fù)相關(guān)，顯著性則是-0.82，Tr與Tleaf則是顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.82，Gs與Tleaf、RH、Ci有極顯著相關(guān)性，顯著性都高于了0.90，WUE與Ci則呈現(xiàn)的是極顯著負(fù)相關(guān)，兩者之間的相關(guān)性為0.95。

4 結(jié) 論

(1)滴灌核桃樹莖流速率日變化在晴天的條件下呈雙峰曲線，峰值出現(xiàn)在13∶30與17∶30左右，多云天條件下核桃莖流速率日變化表現(xiàn)為多峰曲線，雨天條件下的莖流速率都較低。通過比較日均莖流速率變化規(guī)律得出降雨條件下莖流速率日變化平均值[0.078 mL/(cm2·min)]遠(yuǎn)低于晴天條件的莖流速率平均值[0.123 mL/(cm2·min)]和多云天氣條件的莖流速率平均值[0.101 mL/(cm2·min)]。

(2)滴灌核桃樹莖流速率與太陽輻射、大氣溫度呈顯著性正相關(guān)關(guān)系，與大氣相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，對核桃樹莖流速率影響最大氣象因子是太陽輻射，其次是大氣溫度和大氣相對濕度。

(3)滴灌核桃樹莖流速率與光合參數(shù)Pn、Tr、Gs、Tleaf、WUE、RH、Ci關(guān)系密切，其中Pn、Tr、Tleaf、變化曲線為拋物線型，RH變化曲線呈“U”型；通過莖流速率與與光和參數(shù)的相關(guān)分析，得出了莖流速率與Gs、Tleaf、WUE呈極顯著性正相關(guān)，與RH、Ci呈極顯著性負(fù)相關(guān)，與Pn、Tr顯著性相關(guān)，并且看得到的是光和參數(shù)之間也有著較大的相關(guān)性。

通過研究核桃莖流速率對其相關(guān)的氣象因子和光合參數(shù)的分析。由于晴天溫度較高，陰天、雨天溫度相對較低，從而對核桃蒸騰量的影響程度不同，我們可以通過觀測近一段天氣的氣象數(shù)據(jù)變化來推算下一次滴灌核桃的灌水日期以及灌水量。將對下一步地研究提供一定理論依據(jù)。

□

致謝：在試驗過程中得到了新疆自治區(qū)科技重大專項、國家科技支撐計劃項目的資金支持，試驗過程中，阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)局的技術(shù)人員及當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶提供了技術(shù)指導(dǎo)，在此表示感謝。

[1] 史玉光. 新疆區(qū)域面雨量及空中水汽時空分布規(guī)律研究[D]. 南京：南京信息工程大學(xué)，2008.

[2] 劉海紅.新疆水汽輸送特征及其變化分析[D]. 烏魯木齊：新疆師范大學(xué)，2012.

[3] 王國安，張 強(qiáng)，黃閩敏，等.新疆核桃產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與分析[C]∥中國園藝學(xué)會干果分會.第八屆全國干果生產(chǎn)、科研進(jìn)展學(xué)術(shù)研討會論文集.中國園藝學(xué)會干果分會，2013，(4)：4-8.

[4] 肖文鋒，葉 凱.基于SWOT分析的新疆核桃產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析與對策研究[J].農(nóng)業(yè)科技管理，2011，30(2)：66-69，93.

[5] 張 娜，張 龍，馬英杰.滴灌灌溉制度對核桃產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2010，8(5)：112-115.

[6] 程福厚，苑春華，張紀(jì)英，等.施肥和灌水對核桃產(chǎn)量和生長的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2012，28(1)：269-272.

[7] 王 健，朱仲元，宋小圓，等.渾善達(dá)克沙地土壤水熱對黃柳蒸騰速率的影響研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29(1)：77-82.

[8] 李 振.不同水分脅迫下保水劑與肥料混合對苗木蒸騰速率的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38(24)：50-53.

[9] 解婷婷，張希明，等.不同灌溉量對塔克拉瑪干沙漠腹地梭梭水分生理特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19(4)：711-716.

[10] 趙自國，夏江寶，等.不同土壤水分條件下葉底珠(Securinega suffruticosa)莖流特征[J].中國沙漠，2013，33(5)：1 385-1 389.

[11] 周翠鳴，趙 平，倪廣艷，等.基于樹干液流和土壤-葉片水勢梯度分析荷木干濕季整樹水分利用特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011，30(12)：2 659-2 666.

[12] 郭藝鵬.駿棗光合生理特性研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[13] 宋彩玲.內(nèi)蒙古大興安嶺興安落葉松光合生理生態(tài)特性研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[14] 杜家菊，陳志偉.使用SPSS線性回歸實現(xiàn)通徑分析的方法[J].生物學(xué)報，2010，45(2)：4-6.

[15] 池 波.大興安嶺北部興安落葉松蒸騰耗水規(guī)律[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2013.

[16] 陶漢之.茶樹光合日變化的研究[J].作物學(xué)報，1991，17(6)：444-452.

[17] 閆業(yè)慶，胡雅杰，張旭昇，等. 不同天氣條件下玉米生長期莖流變化特性及研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2011，(10)：1-6.

[18] 宋 凱.成年富士蘋果樹莖流特征及需水規(guī)律的研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[19] 孫存舉，趙鵬祥，王宏哲. 陜北山杏樹干莖流變化及其影響因子分析[J].水土保持通報，2011，31(6)：42-46.

[20] 白重炎，高巨營，張朝.13種核桃莖的解剖結(jié)構(gòu)與其抗寒抗旱性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(27)：16 496-16 498.

[21] 閆業(yè)慶，胡雅杰，張旭昇，等. 不同天氣條件下玉米生長期莖流變化特性及研究[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2011，(10)：1-6.

[22] 宋 凱. 成年富士蘋果樹莖流特征及需水規(guī)律的研究[D]. 山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[23] 鄭淑霞，上官周平.8種闊葉樹種葉片氣體交換特征和葉綠素?zé)晒馓匦员容^[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26(4)：1 080-1 087.

[24] EAMUS D. The interaction of rising CO2and temperatures with water use efficiency [J]. Plant Celland Environment, 1991,14: 843-852.

[25] 姚濟(jì)敏，高曉清，馮 起，等.額濟(jì)納地區(qū)苜蓿地光合有效輻射(PAR)的基本特征[J].高原氣象，2005，24(5)：772-776.