馮海月 張冬梅* 張敬麗 張 浪 有祥亮
采用包裹插針式FLGS-TDP莖流計(jì),對(duì)兩種斷根強(qiáng)度處理的白玉蘭全冠樹(shù)木移植后的莖流速率進(jìn)行測(cè)定,結(jié)合自動(dòng)氣象測(cè)定系統(tǒng),分析斷根處理及環(huán)境因子對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)及莖流速率的影響。莖流速率日變化均呈明顯晝高夜低趨勢(shì),月變化呈現(xiàn)明顯夏季高于秋季的趨勢(shì);和對(duì)照相比,白玉蘭移植后樹(shù)木平均莖流速率均小于同規(guī)格未移植樹(shù)木;10倍胸徑斷根強(qiáng)度苗木生長(zhǎng)優(yōu)于6倍胸徑斷根強(qiáng)度。白玉蘭全冠苗移植進(jìn)行10倍胸徑斷根強(qiáng)度的生長(zhǎng)適應(yīng)性更強(qiáng);氣溫和空氣相對(duì)濕度對(duì)移植后苗木莖流速率影響最大,移植初期對(duì)白玉蘭進(jìn)行水肥、遮陰管理和疏枝疏冠是保證其成活率的主要條件。
白玉蘭;全冠樹(shù)木;移植;莖流速率;初養(yǎng)護(hù)技術(shù)
白玉蘭(Magnolia denudata),木蘭科(Magnoliaceae)木蘭屬落葉喬木,是城市園林綠化的重要樹(shù)種[1]。白玉蘭屬深根性肉質(zhì)根,對(duì)高地下水位、高致密度以及pH值比較敏感。而上海地下水位偏高(0.8~1.4 cm),土層致密,pH值達(dá)0.74~0.85,白玉蘭移植成活率普遍低,尤其是全冠樹(shù)木移植。在樹(shù)木移植初期,促使根系快速恢復(fù)生長(zhǎng),保證須根生長(zhǎng)量,維持根、莖、葉水分平衡是提高移植成活率的關(guān)鍵。顯然,找出影響根系吸水與葉片蒸騰的限制因子,保持根冠水分平衡,采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施是保障樹(shù)木移植成活的基礎(chǔ)。
樹(shù)干莖流監(jiān)測(cè)是判斷根系吸水狀況及樹(shù)木蒸騰作用強(qiáng)弱的重要手段,被普遍應(yīng)用于樹(shù)木蒸騰耗水研究[2]。裴志永通過(guò)對(duì)不同林齡毛烏素沙地沙柳(Salix cheilophila)與環(huán)境關(guān)系的研究,確定沙柳在荒漠化沙地的生態(tài)種植密度及植被恢復(fù)措施[3];夏桂敏等對(duì)‘寒富’蘋(píng)果樹(shù)(Malus pumila)各月的莖流特征及環(huán)境因子的影響研究得出適宜的灌水時(shí)間[4];唐達(dá)等通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)荒漠灌叢的莖流特征的測(cè)定揭示水分蒸騰規(guī)律,以此制訂科學(xué)灌水及高效生態(tài)管理措施[5]。
城市綠化實(shí)踐表明,在進(jìn)行大樹(shù)移植前的斷根處理、移植后的修枝修冠、遮陰等措施,對(duì)根系恢復(fù)生長(zhǎng)、地下水分吸收、樹(shù)冠水分養(yǎng)分供給和保持蒸騰平衡均有較大的影響[6]。目前,樹(shù)木移植后采用的初養(yǎng)護(hù)技術(shù)多憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)大規(guī)格苗木移植后的生長(zhǎng)規(guī)律研究較少,根冠平衡規(guī)律研究更少。本研究利用樹(shù)木莖流監(jiān)測(cè)法對(duì)白玉蘭全冠樹(shù)木移植后(兩年內(nèi))的生長(zhǎng)形態(tài)、生理指標(biāo)及莖流速率進(jìn)行測(cè)定,分析影響白玉蘭生長(zhǎng)和莖流速率的因子,旨在為白玉蘭全冠苗移植后的初養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)。
移植前,白玉蘭全冠苗木種植于河南省南召縣皇路店苗圃。2019年1月,將其種植于上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院青松基地(31°9′15″N,121°26′36″E)。
選取6株同等規(guī)格樹(shù)木安裝莖流測(cè)定儀,在圃地提前一個(gè)生長(zhǎng)季進(jìn)行10倍和6倍胸徑斷根處理,常規(guī)養(yǎng)護(hù);同等立地下同規(guī)格未移植樹(shù)木作為對(duì)照(CK),樣樹(shù)的基本情況如表1。
表1 試驗(yàn)樹(shù)種基本情況表
(1)生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定。當(dāng)年生枝生長(zhǎng)量(單位:cm):選擇向陽(yáng)當(dāng)年新生枝條5枝測(cè)定其長(zhǎng)度,取平均值。
(2)葉片形態(tài)指標(biāo)測(cè)定。平均葉片面積大小(單位:mm2):選取試驗(yàn)樹(shù)木的健康成熟葉片,每樹(shù)同一方向隨機(jī)取葉10片,采用Yaxin-1241便攜式葉面積儀測(cè)定其葉面積,并求取平均值;平均葉片厚度(單位:mm):每星期定時(shí)采取對(duì)照和試驗(yàn)取一年生枝條上第4~5輪成熟葉片10片,用精度為0.01 mm的電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行葉厚測(cè)量,所測(cè)厚度除以10為每片葉片的平均厚度。
(3)葉綠素生理指標(biāo)測(cè)定。葉綠素相對(duì)含量:每星期定時(shí)樹(shù)冠外側(cè)正東西方向各5片,用SPAD502葉綠素儀分別測(cè)定每片葉子的上部、中部、尖部的葉綠素相對(duì)含量,最后求取平均值為所測(cè)葉片的葉綠素含量。
(4)樹(shù)干莖流速率測(cè)定。采用FLGS-TDP包裹插針式植物莖流儀(美國(guó)Dynamax公司生產(chǎn))指針?lè)謩e插入試驗(yàn)樹(shù)木莖干的1.3 m和2.3 m處。莖流速率的計(jì)算公式見(jiàn)公式(1)(2)[7-8]:
式中:K為無(wú)量綱參數(shù);dT為瞬時(shí)溫差(℃);dTmax為最高探針溫差(℃);V為莖流速率(cm/h)。
(5)環(huán)境因子測(cè)定。DCH20自動(dòng)氣象觀測(cè)站測(cè)定空氣溫度(T)、太陽(yáng)總輻射(ESR)、空氣相對(duì)濕度(RH)、風(fēng)速(WS)、土壤溫度(ST)等氣象因子。
飽和水汽壓虧缺(VPD)可由氣溫和空氣相對(duì)濕度計(jì)算得到[7-9],見(jiàn)公式(3)。
式中,t為氣溫;RH為空氣相對(duì)濕度。
(6)數(shù)據(jù)處理。采用Excel和SPSS24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并繪圖、制表和相關(guān)分析。
白玉蘭全冠樹(shù)木移植后,生長(zhǎng)及葉片形態(tài)指標(biāo)均受到一定抑制作用,均小于對(duì)照樹(shù)種(表2);不同斷根強(qiáng)度處理間樹(shù)木生長(zhǎng)差異顯著,10D斷根強(qiáng)度的當(dāng)年生枝條生長(zhǎng)量、平均葉片面積均大于6D斷根強(qiáng)度。與對(duì)照相比,6D斷根強(qiáng)度下,當(dāng)年生枝條生長(zhǎng)量降低45.7%,平均葉片面積降低47.6%,葉片厚度下降5.4%;10D斷根強(qiáng)度下,當(dāng)年生枝條生長(zhǎng)量下降13%,平均葉片面積下降45.2%,葉片厚度下降10%;10D斷根強(qiáng)度樹(shù)木當(dāng)年生枝條生長(zhǎng)量和平均葉片面積分別是6D斷根強(qiáng)度的1.6倍和1倍。
表2 各斷根處理后樹(shù)木的生長(zhǎng)變化
與對(duì)照樹(shù)木相比,移植后白玉蘭葉綠素相對(duì)含量沒(méi)有明顯差異。但不同斷根強(qiáng)度處理的樹(shù)木間差異顯著,6D斷根強(qiáng)度樹(shù)木葉片葉綠素含量降低8.5%,10D斷根強(qiáng)度則增加3.3%;10D斷根強(qiáng)度是6D斷根強(qiáng)度的1.1倍(表3)。
表3 各斷根處理后樹(shù)木的生理指標(biāo)變化
2.3.1 日變化
移植苗和對(duì)照樹(shù)木日莖流速率均表現(xiàn)為明顯的單峰和雙峰現(xiàn)象[10],呈典型的時(shí)晝變化(圖1)。早晨7:00 — 8:00莖流速率值均較低,11:00 — 12:00達(dá)到峰值,維持3~4 h后迅速下降,在晚上19:00左右達(dá)最低值,夜間繼續(xù)保持最低值。
1. 各斷根處理莖流速率日變化規(guī)律
與對(duì)照相比,移植后白玉蘭的日平均莖流值和峰值差異較大。斷根處理的日平均莖流速率和峰值均呈下降趨勢(shì),與孫守家研究一致[10]。但10D斷根強(qiáng)度處理受影響程度較小。6D斷根強(qiáng)度平均速率為3.296 cm/h,比對(duì)照下降42.5%。莖流最大值到16.448 cm/h,比對(duì)照下降31%;10D斷根強(qiáng)度為4.702 cm/h,比對(duì)照下降17.9%。莖流最大值為17.105 cm/h,比對(duì)照下降28.2%;10D斷根強(qiáng)度樹(shù)木的平均莖流速率和峰值分別為6D斷根強(qiáng)度的1.43倍和1.04倍,蒸騰作用較穩(wěn)定。
2.3.2 月變化
移植苗和對(duì)照樹(shù)木月莖流速率均表現(xiàn)為季節(jié)性趨勢(shì)(圖2)。時(shí)間變化相比,夏季樹(shù)干莖流7月、8月平均每日早晨7:00 — 8:00開(kāi)始啟動(dòng),11:00 — 12:00達(dá)到最大值,19:00 — 20:00莖流結(jié)束。啟動(dòng)和最大值時(shí)間比秋季(9、10月)早1.5 h左右,結(jié)束時(shí)間比秋季晚1 h;莖流速率相比,月平均莖流速率和峰值均為夏季高于秋季,即8月>7月>6月>9月>10月。
2. 各斷根處理莖流速率月變化規(guī)律
與對(duì)照相比,斷根處理后月平均莖流速率和峰值均小于對(duì)照,但總體均表現(xiàn)平均莖流速率和峰值在8月份達(dá)到最大。以8月為例,6D斷根強(qiáng)度的平均莖流速率和峰值分別比對(duì)照低45.7%、48.1%,10D斷根強(qiáng)度低17.4%、44.5%;10D斷根強(qiáng)度處理受抑制程度較小,平均莖流值和峰值都大于6D斷根強(qiáng)度,分別為6D的1.02倍和1.6倍。說(shuō)明在同等環(huán)境下6D斷根強(qiáng)度的蒸騰作用受抑制較大,表現(xiàn)出明顯下降趨勢(shì)。
2.4.1 溫度對(duì)莖流速率的影響
氣溫與移栽苗和對(duì)照莖流曲線的變化一致,莖流達(dá)到最大值的時(shí)間早于氣溫2 h,這與裴志永對(duì)沙柳莖流的研究一致[11]。但莖流速率均受到明顯的抑制(圖3-a),當(dāng)氣溫超過(guò)30℃時(shí),6D斷根強(qiáng)度受抑制程度大于10D斷根強(qiáng)度,是10D的1.4倍。故6D斷根強(qiáng)度對(duì)氣溫的反映可進(jìn)行持水量80%程度水肥管理,10D斷根強(qiáng)度70%程度水肥管理。
2.4.2 太陽(yáng)輻射對(duì)莖流速率的影響
太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)移栽苗和對(duì)照莖流速率的影響為莖流速率出現(xiàn)峰值的時(shí)間較太陽(yáng)輻射晚1 h,出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的瞬時(shí)變化強(qiáng)度大于葉片的蒸騰強(qiáng)度變化[10]。但曲線的波動(dòng)呈一致性,當(dāng)輻射強(qiáng)度>250 Kpa時(shí),莖流速率則與輻射一同迅速上升,當(dāng)下降到250 Kpa時(shí),速率也同步下降。不同斷根強(qiáng)度受影響差異明顯,當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最大變化幅度超過(guò)60%時(shí),6D斷根強(qiáng)度對(duì)于輻射的強(qiáng)度變化不敏感,10D斷根強(qiáng)度接近對(duì)照,較為活躍(圖3-b),說(shuō)明6D斷根強(qiáng)度對(duì)于環(huán)境的變化生理反應(yīng)的變化較弱。故為避免過(guò)強(qiáng)太陽(yáng)直射,當(dāng)輻射強(qiáng)度超過(guò)250±100KPa,6D斷根強(qiáng)度可進(jìn)行70%程度遮陰;當(dāng)輻射強(qiáng)度超過(guò)300±150KPa,10D斷根強(qiáng)度進(jìn)行60%程度遮陰。
2.4.3 空氣濕度對(duì)莖流速率的影響
空氣濕度對(duì)莖流的影響主要表現(xiàn)為樹(shù)木的葉片水分保持程度??諝庀鄬?duì)濕度與移栽苗和對(duì)照莖流速率趨勢(shì)相反,但莖流速率的波谷與濕度最大值呈同步性(圖3-c)。空氣濕度低于65±5%時(shí),6D斷根強(qiáng)度樹(shù)木葉片與外界的水勢(shì)壓最大,蒸騰脅迫最強(qiáng),10D斷根強(qiáng)度次之。故上述氣溫影響程度進(jìn)行噴淋或疏枝疏冠處理,6D斷根強(qiáng)度采取2/3強(qiáng)度疏枝疏冠,增強(qiáng)蒸騰;10D斷根強(qiáng)度采取1/3強(qiáng)度疏枝疏冠,降低蒸騰。
3. 各環(huán)境因子與莖流速率的關(guān)系
2.4.4 其他環(huán)境因子對(duì)莖流速率的影響
飽和水氣壓虧缺對(duì)于移栽苗和對(duì)照莖流速率的影響主要取決于氣溫和濕度的共同作用,與氣溫表現(xiàn)出一致性。飽和水氣壓增大,移栽苗和對(duì)照蒸騰作用加強(qiáng),莖流速率也相應(yīng)增大[12](圖3-d)。
另外,風(fēng)速也是影響樹(shù)木莖流速率的因素之一,葉片借助風(fēng)力將樹(shù)木的水分帶走從而影響樹(shù)木的蒸騰作用。茹桃勤等表明風(fēng)速會(huì)使得水汽蒸發(fā)加快,當(dāng)風(fēng)速較快時(shí),莖流速率會(huì)隨著風(fēng)速的增加而增加。但出現(xiàn)極大風(fēng)的時(shí)候反而會(huì)降低莖流速率[13]。圖3-e反映出下午和晚上的風(fēng)速較大,與樹(shù)干莖流速率存在一定的聯(lián)系,但影響程度不顯著,待進(jìn)一步研究。土壤溫度影響著樹(shù)木根系水分的運(yùn)輸進(jìn)而影響樹(shù)木蒸騰。土壤溫度的變化主要取決于當(dāng)天輻射和溫度的高低變化。圖3-f中,土壤溫度與莖流速率變化不顯著,但可看出速率的變化與土溫為相反趨勢(shì)。當(dāng)氣溫和輻射強(qiáng)度最大時(shí),土壤溫度均超過(guò)25℃,故為避免土溫的升高影響樹(shù)木的根系保水可進(jìn)行一定的覆蓋措施,覆蓋度可參照輻射的強(qiáng)度進(jìn)行。
2.5.1 不同斷根強(qiáng)度處理移植后莖流速率與環(huán)境因子的相關(guān)性
為進(jìn)一步分析各斷根強(qiáng)度及環(huán)境因子對(duì)白玉蘭莖流速率的影響程度,對(duì)不同斷根強(qiáng)度下莖流速率與太陽(yáng)輻射、空氣溫度、相對(duì)濕度、水汽壓差和風(fēng)速等環(huán)境因子在小時(shí)尺度上的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果如表4所示。氣溫、太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度、飽和水氣壓虧缺、風(fēng)速與白玉蘭苗木移植前后的莖流速率呈正相關(guān);空氣相對(duì)濕度和土壤溫度表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)。
表4 莖流速率與氣象因子的相關(guān)性關(guān)系矩陣
不同斷根強(qiáng)度下環(huán)境因子對(duì)莖流速率的影響程度不同。對(duì)6D斷根強(qiáng)度莖流速率的影響大小為空氣相對(duì)濕度>太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>飽和水氣壓虧缺>氣溫>風(fēng)速>土壤溫度,相關(guān)性最強(qiáng)為空氣相對(duì)濕度RH達(dá)到0.619;對(duì)10D斷根強(qiáng)度莖流速率的影響大小為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>空氣相對(duì)濕度>飽和水氣壓虧缺>氣溫>風(fēng)速>土壤溫度,相關(guān)性最強(qiáng)為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度ESR和空氣相對(duì)濕度達(dá)到了0.787和0.778。10D斷根強(qiáng)度莖流速率對(duì)于環(huán)境因子的響應(yīng)程度大于6D斷根強(qiáng)度,表現(xiàn)出較好的環(huán)境適應(yīng)能力。
2.5.2 移植后影響莖流速率環(huán)境因子主成分分析
影響白玉蘭莖流的環(huán)境因子并不是獨(dú)立的,而是相互影響共同拮抗的作用[15],對(duì)其影響白玉蘭莖流速率的因子主成分分析,結(jié)果如表5、6所示。
表5 公因子方差
根據(jù)相關(guān)性的因子利用主成分分析,公因子方差顯示,除風(fēng)速和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變量共同度在70%以下,其他環(huán)境因子均在90%以上,說(shuō)明提取的主成分對(duì)原始變量的解釋程度較高。另外主成分特征向量及累積貢獻(xiàn)值中,變量1、2的特征值均大于1,且2個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為69. 834%、20.816%,累積方差貢獻(xiàn)率為90.650%,即可采用氣溫和空氣相對(duì)濕度來(lái)解釋全部變量的大部分信息。且氣溫和空氣相對(duì)濕度對(duì)莖流速率的貢獻(xiàn)率最高,故對(duì)于移栽樹(shù)木的初養(yǎng)護(hù)可側(cè)重于這兩個(gè)因子的影響程度進(jìn)行,其次是太陽(yáng)輻射。
表6 主成分特征向量及累積貢獻(xiàn)
城市園林綠化中,樹(shù)木移植成活率與移植苗木的質(zhì)量及移栽環(huán)境有很大關(guān)系,尤其在苗木儲(chǔ)備期對(duì)苗木的斷根強(qiáng)度和移植后的初養(yǎng)護(hù)方式,直接影響到苗木移植成活率。不同強(qiáng)度的斷根處理移植苗生長(zhǎng)存在明顯變化。苗木移植后根系均存在一定的恢復(fù)生長(zhǎng)期,一般白玉蘭的根系恢復(fù)至少需要一年,甚至更長(zhǎng)。而T10移栽后的生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)明顯比T6大,且與對(duì)照的差距較小,呈現(xiàn)較好的生長(zhǎng)量。這可能源于在6D斷根強(qiáng)度后白玉蘭全冠苗遺留的根系較少,在移栽后受損的根系很難在土壤中快速恢復(fù),故表現(xiàn)為通過(guò)降低生長(zhǎng)量來(lái)維持自身養(yǎng)分的平衡[14]。
移植后樹(shù)木生理水分平衡是衡量樹(shù)木生長(zhǎng)好壞的重要因素之一,樹(shù)木莖流不僅受自身斷根強(qiáng)度影響,還與環(huán)境因子共同影響有關(guān)。結(jié)果表明:T10和T6苗木移植后莖流速率均受到明顯脅迫作用,表現(xiàn)出6D斷根強(qiáng)度影響較大。斷根強(qiáng)度決定了樹(shù)木對(duì)水分的吸收,較大強(qiáng)度的斷根對(duì)處于深根性的白玉蘭全冠苗損傷嚴(yán)重,主根及側(cè)根的減少影響了對(duì)地下水分及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,造成樹(shù)體上部不能及時(shí)滿(mǎn)足自身的水分平衡而降低蒸騰[14,16-17]。而10D斷根強(qiáng)度與未移栽樹(shù)木莖流相差較小,蒸騰作用較為穩(wěn)定促使樹(shù)木整體生長(zhǎng)較好,其原因主要是80%根系分布在距離樹(shù)10倍胸徑范圍內(nèi),10倍胸徑斷根的強(qiáng)度保證了大量的根系在土壤中,使其根系的吸水和保水能力更強(qiáng)。
環(huán)境因子日均溫、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、飽和水氣壓虧缺對(duì)白玉蘭全冠移植苗和對(duì)照的日莖流速率影響為明顯的晝高夜低趨勢(shì)[11];空氣濕度對(duì)其影響相反。環(huán)境因子對(duì)莖流速率的影響在夜間無(wú)差異,白天則均受不同程度抑制而差異性顯著。移植苗和對(duì)照樹(shù)木的蒸騰均出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象,這與張小由的研究結(jié)果一致[2,11]。6D斷根強(qiáng)度和10D斷根強(qiáng)度苗木莖流速率分別超過(guò)10.67 cm/h、5.388 cm/h時(shí)表現(xiàn)出不同程度的失水現(xiàn)象,樹(shù)木為適應(yīng)環(huán)境的脅迫出現(xiàn)蒸騰作用急劇加強(qiáng)。6D斷根強(qiáng)度失水程度大于10D斷根強(qiáng)度,因此可根據(jù)環(huán)境因子的脅迫強(qiáng)度采取相應(yīng)措施來(lái)降低蒸騰作用。
對(duì)極端環(huán)境脅迫的反應(yīng)對(duì)比,T10適應(yīng)環(huán)境的能力依然比T6較高??諝庀鄬?duì)濕度和氣溫對(duì)樹(shù)木莖流速率的貢獻(xiàn)程度最大。這主要是因?yàn)楣庹兆饔脧?qiáng)度影響著氣溫高低和空氣的干燥程度進(jìn)而影響著樹(shù)木葉片氣孔導(dǎo)度及根冠對(duì)水分平衡的轉(zhuǎn)化。當(dāng)氣溫和濕度分別為30℃、65%在5%個(gè)差值水平上,6D斷根強(qiáng)度莖流速率受環(huán)境抑制比10倍大。加之T6本身莖流較小,樹(shù)干消耗的水分增加,對(duì)于移植苗木來(lái)說(shuō),樹(shù)木的脅迫蒸騰導(dǎo)致水分失衡。故對(duì)保證斷根移栽的成活進(jìn)行初養(yǎng)護(hù)可根據(jù)受環(huán)境脅迫的程度。對(duì)氣溫的反應(yīng)為水分是否運(yùn)輸轉(zhuǎn)化,可進(jìn)行水肥或遮陰養(yǎng)護(hù)。對(duì)空氣濕度反應(yīng)主要為缺水,可進(jìn)行水肥管理或疏枝疏冠處理。