蔡 哲，郭瑞鴿，左繼林，劉文英

（1.江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，南昌 330096；2.江西省林業(yè)科學(xué)院，南昌 330013）

油茶（Camellia oleifera）屬山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）植物，是中國(guó)特有的木本食用油料樹(shù)種，主要分布在淮河、長(zhǎng)江以南的低山丘陵地帶，作為世界四大木本油料作物之一，具有較高的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)綜合效益［1］。近年來(lái)，油茶產(chǎn)業(yè)在中國(guó)南方得到了較大力度的推廣，種植區(qū)域面積、栽培管理技術(shù)都得到了大幅度的提升。

研究表明，不同地區(qū)、不同樹(shù)種的樹(shù)干莖流速率的影響因素存在差異，棗樹(shù)莖流主要受空氣溫度的影響［2］，滇山茶莖流與溫度和相對(duì)濕度相關(guān)性最好［3］，影響蘋(píng)果樹(shù)樹(shù)干莖流變化的關(guān)鍵因子是太陽(yáng)輻射、水汽壓差［4］，大葉相思樹(shù)莖流速率與太陽(yáng)輻射和大氣溫度具有顯著正相關(guān)［5］。大氣溫度和太陽(yáng)輻射是影響平歐雜種榛莖流的主要環(huán)境因子［6］。以往油茶莖流的研究中，陳志鋼等［7］分析了油茶春梢生長(zhǎng)期的莖流變化情況，發(fā)現(xiàn)總輻射、光合有效輻射、氣溫對(duì)莖流的相關(guān)系數(shù)極高，空氣相對(duì)濕度與莖流有較高的負(fù)相關(guān)。

油脂轉(zhuǎn)化期是油茶品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)段［8，9］，對(duì)其產(chǎn)量與果實(shí)含油率均有顯著的影響［10，11］，采取防旱保墑措施，減小不利氣象要素的影響以提高油茶收益是目前研究的重點(diǎn)之一［12-14］。認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確掌握油茶成林期果實(shí)油脂轉(zhuǎn)化過(guò)程中樹(shù)體枝干莖流的變化規(guī)律，明確影響油茶樹(shù)干莖流量的關(guān)鍵氣象因素，對(duì)估算蒸騰作用耗水量、確定水分承載力、科學(xué)合理地制定油茶高產(chǎn)豐產(chǎn)栽培的有效管理措施具有重要的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)域概況

觀(guān)測(cè)點(diǎn)位于江西省鄱陽(yáng)縣游城鎮(zhèn)的江西德義 源 生 態(tài) 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 有 限 公 司 基 地，116°48＇0″E、29°10＇25″N，海拔83 m，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均氣溫17.4℃，年均降水量1 550 mm，年均相對(duì)濕度80%，無(wú)霜期285 d，年均日照2 074 h，>10℃積溫為5 122.2℃。受季風(fēng)影響，降水季節(jié)分布不均，降水集中期在每年4—6月。種植土壤均為紅壤，緩坡地形，是油茶的適生區(qū)。試驗(yàn)林于2012年3月采用2年生裸根苗種植，種植密度均為2 m×3 m。

2 研究方法

2.1 液流觀(guān)測(cè)

采用德國(guó)Ecomatik公司生產(chǎn)的SF-G植物莖流傳感器測(cè)定油茶樹(shù)干莖流。在油茶林中央選擇長(zhǎng)勢(shì)良好、樹(shù)勢(shì)一致、無(wú)病蟲(chóng)害的8株油茶樹(shù)作為觀(guān)測(cè)對(duì)象。在每株油茶樹(shù)樹(shù)干垂直地面0.20～0.25 m處，去除老化樹(shù)皮，安裝SF-G莖流傳感器，在探針外部包裹鋁膜避免外部環(huán)境對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾。自2019年8月1日至2019年11月1日對(duì)油 茶樹(shù)的 莖流進(jìn)行連續(xù)觀(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)為10 min，最終所采用的莖流數(shù)據(jù)為8棵樹(shù)的平均值，并換算為1 h時(shí)間間隔，與氣象觀(guān)測(cè)同步。

2.2 氣象觀(guān)測(cè)

本研究中的氣象數(shù)據(jù)來(lái)自鄱陽(yáng)縣氣象局自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)站，包括平均氣溫（℃）、降水量（mm）、太陽(yáng)輻射（W/m2）、相對(duì)濕度（%）、風(fēng)速（m/s）5個(gè)氣象要素，時(shí)間間隔為1 h，在此基礎(chǔ)上根據(jù)以下公式計(jì)算飽和水汽壓差（VPD，hPa）用于評(píng)價(jià)大氣中水分狀況［15］。整理鄱陽(yáng)縣逐日天氣現(xiàn)象觀(guān)測(cè)記錄，包括晴天、多云、陰天、雨天4種。

式中，T為平均氣溫（℃）；RH為相對(duì)濕度（%）；常數(shù)a、b分別為0.611、17.27 kPa，c為237.3℃。

2.3 數(shù)據(jù)處理

油茶莖流速率的計(jì)算利用儀器測(cè)量溫差，根據(jù)修正公式計(jì)算［16］。

式中，ΔTC為修正后的溫差；ΔT為垂直探針1、探針2之間的溫差，ΔTR1與ΔTR2分別為探針1與探針2之間、探針1與探針3之間的溫差。莖流密度計(jì)算公式如下。

式中，V為單位邊材面積上的莖流密度［mL/（cm2·min）］；ΔTCmax為當(dāng)日最大的ΔTC。

莖流速率計(jì)算公式如下。

式中，F(xiàn)為莖流速率（mL/min）；A為樹(shù)干面積（cm2），由樹(shù)干半徑求得。

3 結(jié)果與分析

3.1 油茶各月莖流速率的日變化特征

將觀(guān)測(cè)過(guò)程的莖流速率按照觀(guān)測(cè)月份分別求各月的日平均值，繪制了各月的日均莖流速率變化曲線(xiàn)（圖1）。油茶樹(shù)干的日莖流速率變化曲線(xiàn)在各月較為一致，有明顯的晝夜變化規(guī)律，均呈倒“U”形單峰曲線(xiàn)，隨著日出而上升，日落而降低。液流啟動(dòng)時(shí)間大約從6：00開(kāi)始，8月略早，9、10月由于日出時(shí)間延遲，液流啟動(dòng)時(shí)間略有滯后。7：00—10：00迅速加快，8月增速最快，10月增速最慢。各月的日均流速在10：00以后緩慢增長(zhǎng)。在12：00、13：00左右達(dá)到峰值，兩峰值接近但稍有不同，8月最大，9、10月逐漸降低。隨后緩慢降低，從16：00開(kāi)始快速下降，3個(gè)月的日均流速在20：00以后逐步降到最低值，21：00以后逐步趨于0。

圖1 不同月份日均莖流速率變化曲線(xiàn)

油茶的各月日均莖流速率均呈現(xiàn)單峰曲線(xiàn)形式，白天日出后葉片的蒸騰作用開(kāi)始，液流開(kāi)始增加，在午間達(dá)到最大后開(kāi)始逐步降低，隨著日落臨近，光照強(qiáng)度逐步減小，葉片內(nèi)外水汽壓差減小，莖流速率逐步降低，進(jìn)入夜間以后，由于根壓，使得莖流趨近于0但沒(méi)有完全停止。

3.2 不同天氣狀況下油茶油脂轉(zhuǎn)化期莖流速率的變化規(guī)律

根據(jù)鄱陽(yáng)縣氣象局的天氣現(xiàn)象觀(guān)測(cè)記錄，按照晴天、多云、陰天、雨天4種天氣狀況，繪制了觀(guān)測(cè)時(shí)段內(nèi)的平均逐小時(shí)莖流速率日變化曲線(xiàn)（圖2）。不同天氣狀況下，油茶莖流速率的日變化曲線(xiàn)（規(guī)律）基本一致，均呈倒“U”形的單峰曲線(xiàn)，但有明顯的晝夜變化，峰值大小明顯不同；油茶液流啟動(dòng)時(shí)間、夜間液流趨于穩(wěn)定的時(shí)間大體相同。晴天、多云天氣狀況下，油茶莖流速率的日變化趨勢(shì)較為接近，雨天莖流速率略低于晴天與多云，但陰天莖流速率明顯低于前三者。陰天的莖流速率明顯低于多云與晴天，反映了太陽(yáng)輻射是控制油茶莖流速率的主要因子。雨天的莖流速率略低于晴天、多云，主要是因?yàn)樘?yáng)輻射減少，降雨導(dǎo)致空氣濕度增加與蒸騰作用的降低，莖流速率也有不同程度的下降，但由于南方地區(qū)的8—10月（油茶油脂轉(zhuǎn)化期）的降雨局地性較強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短，尤其是在本試驗(yàn)的觀(guān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，幾次降雨過(guò)程都在1 h左右，最長(zhǎng)的降雨時(shí)間為3 h，所以雨天的油茶樹(shù)樹(shù)干莖流速率仍然較高。

圖2 不同天氣狀況下油茶莖流速率的逐小時(shí)變化規(guī)律

3.3 油茶油脂轉(zhuǎn)化期莖流速率與氣象因子的關(guān)系分析

基于對(duì)油茶樹(shù)干莖流速率的92 d共計(jì)2 208 h的連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)小時(shí)尺度下的莖流速率與氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析。如表1所示，在油脂轉(zhuǎn)化期，油茶樹(shù)干的小時(shí)平均莖流速率與平均氣溫、太陽(yáng)輻射、VPD呈正相關(guān)，與降水量、風(fēng)速、相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。其中，與過(guò)去1 h降水量的相關(guān)性不顯著，與平均氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射、VPD呈極顯著相關(guān)。太陽(yáng)輻射是油茶樹(shù)干莖流的主導(dǎo)氣象因子，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.866，其次是VPD，相關(guān)系數(shù)為0.439，第三是平均氣溫，相關(guān)系數(shù)為0.354，莖流速率隨著風(fēng)速和相對(duì)濕度的增加而降低。由此可以得出結(jié)論，在氣象因子中，對(duì)油茶莖流速率影響因子從大到小排序依次為太陽(yáng)輻射、VPD、平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量。

表1 莖流速率與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

對(duì)比晴天、多云、陰天、雨天4種天氣狀況下，油茶莖流速率與平均氣溫、降水量、風(fēng)速、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射、VPD之間的相關(guān)關(guān)系，可獲得不同天氣狀況下各個(gè)氣象因子與油茶莖流速率的關(guān)系，不同因子的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。除了雨天的降水量之外，不同天氣狀況下的各個(gè)因子均與油茶莖流速率表現(xiàn)為極顯著相關(guān)。

表2 不同天氣狀況下莖流速率與氣象因子的相關(guān)分析

結(jié)合不同天氣狀況分析發(fā)現(xiàn)，各氣象因子與莖流速率的相關(guān)性與總體分析較為一致，但不同天氣狀況之間有所不同。晴天條件下，太陽(yáng)輻射的影響最大，VPD、平均氣溫也表現(xiàn)為正相關(guān)。多云條件下，太陽(yáng)輻射的影響最大，其次是VPD，再次為風(fēng)速，與莖流速率呈負(fù)相關(guān)；陰天條件下，太陽(yáng)輻射影響最大，其次為VPD、平均氣溫，風(fēng)速和相對(duì)濕度與莖流速率呈負(fù)相關(guān)；雨天條件下，太陽(yáng)輻射的變化對(duì)莖流速率影響最為顯著，其次為VPD，相關(guān)系數(shù)較高，相對(duì)濕度和風(fēng)速與莖流速率呈負(fù)相關(guān)，平均氣溫與莖流速率的相關(guān)性較低，降水量與莖流速率的相關(guān)性較低。

各氣象因子中，太陽(yáng)輻射與莖流速率的相關(guān)性最強(qiáng)，但不同天氣狀況下略有差異，雨天條件下，莖流速率與太陽(yáng)輻射的關(guān)系最為明顯，陰天最低。其次是VPD，在雨天對(duì)莖流速率影響最大，在多云天氣狀況下影響最小。平均氣溫在陰天對(duì)莖流速率影響最大，在多云天氣下影響最小。在雨天條件下，相對(duì)濕度與莖流速率呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，其他天氣狀況下與莖流速率的相關(guān)系數(shù)較為接近。風(fēng)速對(duì)莖流速率有一定影響，莖流速率隨著風(fēng)速增大而降低，最明顯的是在多云天氣狀況下；降水量與莖流速率的關(guān)系不明顯。

3.4 油茶樹(shù)干莖流速率的氣象因子回歸模型

在油茶油脂轉(zhuǎn)化期過(guò)程中的4種天氣狀況下，分別以莖流速率為因變量，平均氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射、VPD為自變量進(jìn)行回歸，得到油茶莖流速率的回歸方程，結(jié)果如表3所示。以上5個(gè)回歸模型能夠解釋莖流速率的變化過(guò)程，均達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），相關(guān)性普遍較好，其中，陰天的莖流速率回歸模型復(fù)相關(guān)系數(shù)最低，為0.603，其他模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)均超過(guò)了0.700，雨天的莖流速率回歸模型復(fù)相關(guān)系數(shù)最高，超過(guò)了0.900，擬合效果最好。

表3 不同天氣條件下莖流速率與氣象因子的回歸模型

4 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，油茶在油脂轉(zhuǎn)化期的莖流速率有明顯的晝夜變化規(guī)律，呈單峰形變化，不同月份的莖流速率、啟動(dòng)和結(jié)束時(shí)間、速率的最大值均有所不同，但差異不大，且均與太陽(yáng)輻射有較為明顯的關(guān)系，與棗樹(shù)、蘋(píng)果等物種相似［17-19］。這是由于秋季成林油茶正處于果實(shí)的油脂轉(zhuǎn)化期，此時(shí)段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)，氣溫高，光合速率增加，樹(shù)體需要大量水分維持生命活動(dòng)［20］，莖流的變化活躍、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，莖流量較大，但與周玉燕等［21］、張洋等［22］的研究結(jié)論對(duì)比，莖流速率的啟動(dòng)時(shí)間、莖流速率峰值、峰形有所不同，這可能與物種差異、日照時(shí)間、立地條件的不同有關(guān)。不同生長(zhǎng)階段的油茶成林樹(shù)干的莖流速率不同，8—10月的莖流速率逐月降低接近20%，8月下旬油茶成林開(kāi)始進(jìn)入油脂轉(zhuǎn)化期，此階段生殖生長(zhǎng)處于旺盛期，到10月逐步停止，這與外界因素明顯相關(guān)，8月溫高光足，而到后期溫度逐漸降低、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度逐漸減弱。

不同天氣狀況下，晴天、多云的油茶莖流速率變化趨勢(shì)較為接近，雨天莖流速率略低于晴天與多云天，陰天莖流速率最低，陰天的莖流速率明顯低于多云與晴天。池波等［23］、凡超等［24］的研究發(fā)現(xiàn)落葉松、荔枝的晴天莖流速率是單峰曲線(xiàn)，雨天是多峰曲線(xiàn)。本次觀(guān)測(cè)中，雨天的莖流速率略低于晴天、多云，而且是相似的單峰曲線(xiàn)，主要原因是本次觀(guān)測(cè)過(guò)程中，降雨持續(xù)時(shí)間短、局地性強(qiáng)、雨量小，降雨過(guò)程很快結(jié)束，沒(méi)有持續(xù)性的陰雨天氣，所以造成雨日的莖流速率仍然較高。

油茶油脂轉(zhuǎn)化期莖流速率影響因子從大到小排序依次為太陽(yáng)輻射、VPD、平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量。在不同天氣狀況分類(lèi)下，各因子與莖流速率相關(guān)性大小也基本保持同樣的排序，這與前人研究結(jié)果類(lèi)似［25，26］。太陽(yáng)輻射和VPD是控制植物莖流過(guò)程的主導(dǎo)因子，太陽(yáng)輻射是影響葉片蒸騰作用的驅(qū)動(dòng)因子，VPD是表征植物葉片氣孔調(diào)控開(kāi)啟的變量，平均氣溫、相對(duì)濕度能夠影響蒸騰速率，風(fēng)速能夠引起葉片氣孔的開(kāi)閉從而影響蒸騰速率，而較小的短時(shí)降水對(duì)葉片蒸騰速率影響不大，尤其是本研究中降水量偏小，難以構(gòu)成對(duì)莖流速率的明顯影響。

從晴天、多云、陰天、雨天4種天氣狀況下的油茶莖流速率與平均氣溫、降水量、風(fēng)速、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射、VPD之間的相關(guān)關(guān)系可知，除了雨天的降水量因子之外，不同天氣狀況下的各個(gè)因子均與油茶莖流速率表現(xiàn)為極顯著相關(guān)。構(gòu)建的油茶莖流速率多元線(xiàn)性回歸模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)均在0.600以上，說(shuō)明這些模型可以有效反映樹(shù)干莖流速率對(duì)氣象因子的響應(yīng)特征，尤其是雨天、晴天2種天氣狀況的回歸模型，復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.909、0.798，能夠較好模擬油茶油脂轉(zhuǎn)化期的莖流速率。

本研究通過(guò)對(duì)油茶成林樹(shù)干莖流速率特征及其影響因子的分析，發(fā)現(xiàn)了影響莖流速率的主要?dú)庀笠蜃?，建立了莖流速率與氣象因子的回歸模型，為油茶秋季防旱保墑的高效管理提供科學(xué)依據(jù)與理論基礎(chǔ)。本試驗(yàn)僅對(duì)成林油茶果實(shí)油脂轉(zhuǎn)化期的樹(shù)體莖流量與天氣因子影響進(jìn)行了觀(guān)測(cè)與分析，今后應(yīng)繼續(xù)對(duì)油茶成林階段的花期、花芽分化期、果實(shí)膨大期的樹(shù)體水分生理進(jìn)行深入研究，為油茶盛果期林分高效水分管理提供生產(chǎn)依據(jù)。