聞靚 王旋 劉竹

摘要：擬分析楊樹莖流的變化，探討影響楊樹莖流變化的氣象因子及其響應(yīng)規(guī)律，以期為后續(xù)楊木活樹改良及其活樹藥液上升機(jī)制的研究提供理論基礎(chǔ)。采用Flow32A-1K包裹式莖流儀測(cè)定楊樹的莖流速率，并借助太陽(yáng)能表、溫濕度計(jì)同步測(cè)量氣象因子。結(jié)果表明，楊樹莖流速率與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、空氣溫度均有顯著的正相關(guān)性，與空氣相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。在陰天、晴天條件下，氣象因子對(duì)楊樹莖流速率的影響程度有所差異。晴天時(shí)，影響程度表現(xiàn)為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>空氣溫 度> 空氣相對(duì)濕度;陰天時(shí)，影響程度表現(xiàn)為空氣溫度>太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>空氣相對(duì)濕度。

關(guān)鍵詞：楊木;莖流速率;莖流變化;氣象因子

中圖分類號(hào)： S718.45 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）02-0142-03

楊樹分布廣，生長(zhǎng)快，在江蘇省得到了廣泛的種植，其種植及加工產(chǎn)業(yè)已成為徐州、淮安、宿遷等城市的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，由于速生楊木具有生產(chǎn)周期短、密度低、材質(zhì)松軟、易變色、易腐朽等缺點(diǎn)，從而限制了其高效利用。為了實(shí)現(xiàn)劣材優(yōu)用，須要對(duì)楊木進(jìn)行防腐處理。研究楊樹莖流變化是開展活樹楊木防腐處理的基礎(chǔ)，從楊樹基部注入防腐藥液，藥液隨著樹干莖流流動(dòng)，向上運(yùn)輸至樹梢，可以達(dá)到活樹楊木防腐處理的目的。植株莖流速率與蒸騰作用、全球輻射、空氣、濕度有關(guān)[1-3]，與蒸騰速率也存在一定的關(guān)聯(lián)性[4]。通過(guò)研究楊樹莖流的變化規(guī)律，分析太陽(yáng)輻射、溫濕度氣象因子與楊樹莖流的相關(guān)性，對(duì)確定活樹防腐藥液注入時(shí)間、監(jiān)控防腐藥液上升高度有重要的作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于南京林業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗(yàn)地，地理位置為118°81′E，32°08′N，處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛。試驗(yàn)區(qū)年平均氣溫為15.4 ℃，極端最高氣溫為39.7 ℃，極端最低氣溫為-13.1 ℃，年平均降水量為1 106 mm。土壤pH值為4～6，呈酸性。

1.2 試驗(yàn)材料

以生長(zhǎng)發(fā)育正常、無(wú)缺陷和病蟲害的南林0895楊（Populus×euramericana‘Nanlin 0895）作為研究對(duì)象，選取胸徑約為1.20 cm的3株楊樹（表1），于2017年4月27—29日連續(xù)3 d測(cè)量楊樹的莖流速率，其中4月27日為陰天，4月 28—29 日為晴天。

1.3 試驗(yàn)方法

利用Flow32A-1K包裹式莖流儀，將3株楊樹分別用包裹式傳感器進(jìn)行包裹，詳見表1。數(shù)據(jù)采集器每10 s進(jìn)行1次，根據(jù)試驗(yàn)需要，每15 min計(jì)算1次莖流速率的平均值，并將其儲(chǔ)存起來(lái)。在莖流儀運(yùn)行的同時(shí)，使用泰仕記錄型太陽(yáng)能表和溫濕度計(jì)，每隔15 min記錄1次太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和溫濕度。之后用Excel 2010、SPSS 24.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并繪制圖表進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 楊樹莖流晝夜變化規(guī)律

圖1為平均胸徑為1.20 cm的3株楊樹在4月27—29日的平均莖流速率變化規(guī)律?？梢钥闯?，楊樹莖流速率變化具有明顯的規(guī)律，其曲線呈寬峰狀[5]。06：00左右日出時(shí)，氣孔開啟，莖流隨之啟動(dòng)，隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)，莖流速率迅速變大;在07：00—08：00時(shí)間段內(nèi)，莖流速率的增長(zhǎng)幅度最大。與此同時(shí)，氣溫也在提高，相對(duì)濕度隨著減小。12：00 時(shí)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最大，溫度最高，楊樹為保護(hù)自身而關(guān)閉氣孔，進(jìn)行“午休”[6-8]，這時(shí)蒸騰作用減緩，莖流速率增長(zhǎng)幅度也減緩。楊樹經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的休息，氣孔開啟，莖流速率于14：15—14：45間達(dá)到峰值。4月27—29日3 d的莖流速率峰值分別是42.79、46.45、54.01 g/h。隨后，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度逐漸減弱，莖流速率變小，在17：00—18：00之間的減小幅度最大。在同一階段，溫度也不斷降低，空氣相對(duì)濕度隨著上升。日落后，莖流趨于穩(wěn)定，此時(shí)，莖流速率處于較低水平，但不完全為0，這是由于在夜間楊樹存在根壓，水分因此進(jìn)入楊樹體內(nèi)，從而產(chǎn)生微弱的液流[9]。

2.2 陰晴天楊樹莖流的變化規(guī)律

圖1中的4月27日為陰天，4月28—29日為晴天。不難發(fā)現(xiàn)，楊樹莖流速率在陰晴天都存在明顯的日夜節(jié)律，然而晴天和陰天的莖流日變化趨勢(shì)有所不同。晴天時(shí)，氣象因子進(jìn)行有規(guī)律的變化，莖流變化趨勢(shì)呈明顯的單峰狀。而陰天時(shí)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不穩(wěn)定，具有一定的波動(dòng)性，從而導(dǎo)致楊樹莖流速率變化不穩(wěn)定，出現(xiàn)雙峰或多峰現(xiàn)象[10-11]，使其莖流速率曲線呈現(xiàn)多峰狀。此外，陰天時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣溫度都較低，因此楊樹的莖流速率小于晴天時(shí)的莖流速率，且前者的峰值也略低于后者。

2.3 莖流變化與氣象因子的響應(yīng)

2.3.1 莖流變化與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 楊樹莖流速率的變化趨勢(shì)與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化趨勢(shì)大致相同（圖2），回歸分析結(jié)果（圖3）顯示，其莖流速率與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈正相關(guān)[12]。莖流啟動(dòng)后，隨著太陽(yáng)輻射持續(xù)增強(qiáng)，莖流速率提高;隨著太陽(yáng)輻射不斷減弱，莖流速率降低。由于楊樹的“午休效應(yīng)”，莖流速率到達(dá)峰值的時(shí)間比太陽(yáng)輻射強(qiáng)度晚2 h左右。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是引起莖流變化的主要因素，它會(huì)影響氣孔開合，控制莖流啟動(dòng)，此外，太陽(yáng)輻射還可通過(guò)引起溫度的變化來(lái)影響莖流速率[13]。

2.3.2 莖流變化與空氣溫度 從楊樹莖流速率與空氣溫度的日變化（圖4）及回歸分析結(jié)果（圖5）可知，空氣溫度對(duì)楊樹莖流速率的影響顯著，且兩者呈正相關(guān)[14]。隨著空氣溫度增大，莖流速率增大;隨著空氣溫度降低，莖流速率減小?？諝鉁囟扔?2：30—13：30 之間出現(xiàn)峰值，比莖流速率峰值出現(xiàn)時(shí)間大約早2 h。隨著4月27—29日3 d的最高空氣溫度不斷升高，這3 d的莖流速率峰值也出現(xiàn)明顯變化。

2.3.3 莖流變化與空氣相對(duì)濕度 空氣相對(duì)濕度的變化趨勢(shì)與楊樹莖流速率的變化趨勢(shì)相反，呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6、圖7）。當(dāng)楊樹莖流啟動(dòng)時(shí)，楊樹處于濕度較高的環(huán)境中。隨著太陽(yáng)升起，濕度減小，莖流速率變大。12：00時(shí)，空氣相對(duì)濕度降至最低值，隨后莖流速率到達(dá)峰值。之后相對(duì)濕度升高，莖流速率變小[15]。連續(xù)3 d的空氣相對(duì)濕度最小值相差不大，而莖流速率最大值逐漸升高。由此可以看出，與空氣溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度相比，空氣相對(duì)濕度對(duì)莖流速率的影響相對(duì)較小。

2.3.4 多因素分析 在陰天、晴天，不同氣象因子與樹木莖流變化的相關(guān)性強(qiáng)弱排序不同[16-19]。用多元逐步回歸法，分析太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、空氣溫度、空氣相對(duì)濕度對(duì)楊樹莖流速率的影響，分別得到晴天、陰天條件下樹干莖流速率的回歸方程：

V晴天=0.021R晴天+0.876T晴天-0.284H晴天+10.381;

V陰天=0.018R陰天+1.724T陰天-0.081H陰天-23.607。

式中：V為莖流速率（g/h）;R為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（W/m2）;T為空氣溫度（℃）;H為空氣相對(duì)濕度（%）。

在晴天條件下，對(duì)這3個(gè)氣象因子同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由表2可以看出，這3個(gè)因素影響莖流速率變化的P值均≤0.05，表明影響顯著。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、空氣溫度、相對(duì)濕度的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)Beta分別為0.380、0.360、-0.278，表明在晴天條件下，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)楊木莖流速率的影響最大，空氣溫度次之，空氣相對(duì)濕度的影響最小。

在陰天條件下，對(duì)這3個(gè)氣象因子同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由表3可以看出，空氣溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、空氣相對(duì)濕度的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)Beta分別為0.695、0.349、-0.074，說(shuō)明在陰天條件下，空氣溫度對(duì)楊樹莖流速率的影響最大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度次之，相對(duì)濕度的影響最小。

3 結(jié)論

（1）楊樹莖流速率具有規(guī)律性的日夜變化，且夜晚莖流速率不完全為0，其變化趨勢(shì)呈現(xiàn)典型的峰狀曲線。（2）楊樹莖流速率與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、空氣溫度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，與空氣相對(duì)濕度呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性。（3）對(duì)陰天、晴天條件下的楊樹莖流速率與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、溫度和相對(duì)濕度等氣象因子進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，獲得如下方程：V晴天=0.021R晴天+0.876T晴天-0.284H晴天+10.381;V陰天=0.018R陰天+1.724T陰天-0.081H陰天-23.607。（4）在陰天、晴天，氣象因子對(duì)楊樹莖流速率的影響程度不同，在晴天時(shí)，影響程度排序?yàn)樘?yáng)輻射強(qiáng)度>空氣溫度>空氣相對(duì)濕度;在陰天時(shí)，影響程度排序?yàn)榭諝鉁囟?太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>空氣相對(duì)濕度。

參考文獻(xiàn)：

[1]Barbour M M，Whitehead D. A demonstration of the theoretical prediction that sap velocity is related to wood density in the conifer Dacrydium cupressinum[J]. New Phytologist，2003，158（3）：477-488.

[2]Juhász ，Sepsi P，Nagy Z，et al. Water consumption of sweet cherry trees estimated by sap flow measurement[J]. Scientia Horticulturae，2013，164（164）：41-49.

[3]Juice S M，Templer P H，Phillips N G，et al. Ecosystem warming increases sap flow rates of northern red oak trees[J]. Ecosphere，2016，7（3）：1-17.

[4]馬長(zhǎng)健，劉馨惠，卞城月，等. 熱平衡式莖流計(jì)在測(cè)定植物蒸騰耗水中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015，31（32）：241-245.

[5]劉奉覺，Edwards W R N，鄭世鍇，等. 楊樹樹干液流時(shí)空動(dòng)態(tài)研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，1993，6（4）：368-372.

[6]馮志文，姜遠(yuǎn)茂，田玉政，等. 氣象因子對(duì)紅富士蘋果樹干莖流特性的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，44（1）：18-24，29.

[7]孫建軍，鄧宗付，曾平生，等. 四川榿木樹干液流規(guī)律研究[J]. 綠色科技，2013，11（11）：1-4.

[8]周維金. 太陽(yáng)輻射及溫度對(duì)干旱區(qū)滴灌棗樹莖流的影響[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì)，2015，21（6）：99-100，106.

[9]馬長(zhǎng)明，管 偉，葉 兵，等. 利用熱擴(kuò)散式邊材液流探針（TDP）對(duì)山楊樹干液流的研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，28（1）：39-43.

[10]李 宏，劉 幫，孫明森，等. 干旱區(qū)棗樹莖流速率變化特征及其與氣象因素的關(guān)系[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，45（2）：98-103.

[11]續(xù)海紅，郭向紅，仇群伊. 不同天氣條件下蘋果樹液流日變化規(guī)律研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015，31（22）：120-124.

[12]魏 敏. 暖溫帶四種木本植物莖流規(guī)律及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)研究[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，2011：1-103.

[13]周 源，馬履一. 華北平原主要造林樹種107楊扦插苗夏季莖流及耗水特性[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27（3）：391-397.

[14]王華田，馬履一，孫鵬森. 油松、側(cè)柏深秋邊材木質(zhì)部液流變化規(guī)律的研究[J]. 林業(yè)科學(xué)，2002，38（5）：31-37.

[15]王 慧，郭 靜，王靈艷，等. 白樺和新疆楊樹干莖流變化規(guī)律及與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 吉林林業(yè)科技，2011，40（4）：18-24.

[16]吳喆瀅，趙從舉，徐文嫻，等. 幼齡桉樹莖流特征及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，30（5）：46-52.

[17]孫雨婷，葉 茂，武勝利，等. 南疆棗樹莖流變化規(guī)律研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（5）：122-125.

[18]Xia G M，Kang S Z，Li F S，et al. Diurnal and seasonal variations of sap flow of Caragana korshinskii in the arid desert region of north-west China[J]. Hydrological Processes，2007，22（8）：1197-1205.

[19]Huang L，Zhang Z S，Li X R. Sap flow of Artemisia ordosica and the influence of environmental factors in a revegetated desert area：Tegger Desert，China[J]. Hydrological Processes，2010，24（10）：1248-1253.