鄭家銀，李繡宏，李少寧，魯紹偉，趙娜，徐曉天，楊新兵

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071000；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹(shù)研究所，北京燕山森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站，北京 100093)

蒸騰是林木生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的生理代謝過(guò)程，蒸騰作用將土壤、植物、大氣的水分緊密聯(lián)系在一起。準(zhǔn)確掌握樹(shù)種的蒸騰特征，及其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律，對(duì)于高效利用水資源具有重要意義[1-2]。通過(guò)樹(shù)干邊材液流研究林木蒸騰耗水是目前最成功的方式之一。干旱缺水已成為生態(tài)建設(shè)最主要的限制因子之一，在我國(guó)華北及西北地區(qū)因缺水已經(jīng)在不同程度上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3]。北京市的人均水量?jī)H300 m3，為全國(guó)人均量的1/8，被列為世界上最缺水的城市之一[4]。華北地區(qū)是落葉經(jīng)濟(jì)樹(shù)種的集中栽培區(qū)，經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)業(yè)也是華北地區(qū)支柱性產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)林生長(zhǎng)和蒸騰耗水量大，受水資源和水利設(shè)施的限制與影響，經(jīng)濟(jì)林的灌溉問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)得不到有效的解決。少部分有灌溉條件的經(jīng)濟(jì)林區(qū)，往往因?yàn)槿藗儗?duì)經(jīng)濟(jì)林木需水和耗水的規(guī)律缺乏了解或灌溉不合理而不能很好地發(fā)揮水的作用，同時(shí)限制了經(jīng)濟(jì)林生態(tài)功能、經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展[5-6]。因此提高經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種水分利用效率對(duì)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和提高經(jīng)濟(jì)收益，緩解北京市用水緊缺現(xiàn)狀具有重要意義。

目前，林木蒸騰耗水研究對(duì)象多為園林綠化樹(shù)種，對(duì)于華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種的研究較少[7-9]?，F(xiàn)階段研究表明，經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流啟動(dòng)時(shí)間基本為日出前后，液流日變化一般呈現(xiàn)出“晝高夜低”的總體趨勢(shì)，樹(shù)種的液流變化曲線特征多呈現(xiàn)“幾”字單峰型、雙峰型、多峰型等規(guī)律；正午時(shí)太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，蒸騰消耗的水分大于根系吸收的水分，氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致林木液流變化趨勢(shì)呈現(xiàn)雙峰甚至多峰型，受太陽(yáng)輻射的影響，晴天液流速率均值和峰值均高于陰天和雨天[10-12]。如桑玉強(qiáng)等[13]研究發(fā)現(xiàn)核桃(Juglansregia)液流具有明顯的時(shí)間變化特征，晴天時(shí)，液流速率呈單峰“幾”字型，日峰值(0.629 L/h)在16:30左右；雨天呈多峰型，日峰值(0.478 L/h)在12:30左右。大量研究表明，林木液流易受環(huán)境因子(太陽(yáng)輻射、空氣溫濕度、土壤水勢(shì)等)的強(qiáng)烈影響，但各環(huán)境因子不是獨(dú)立作用于液流，且環(huán)境因子與液流的關(guān)系有黑箱性[14-15]。氣象因子和土壤因子影響林木水分運(yùn)輸?shù)牟课徊煌罢咧饕ㄟ^(guò)影響葉片氣孔開(kāi)閉程度改變個(gè)體水分蒸發(fā)，后者通過(guò)改變根系和根際土壤界面間的水分導(dǎo)度從而影響水分吸收[16-17]。

本研究以6種北京市常見(jiàn)經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種為研究對(duì)象，利用熱擴(kuò)散探針式徑流儀連續(xù)測(cè)定各樹(shù)種液流變化，分析典型天氣下各經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流變化特征，結(jié)合同步監(jiān)測(cè)的環(huán)境因子，揭示各樹(shù)種液流變化特征與環(huán)境因子之間的相關(guān)性和響應(yīng)規(guī)律。為北京地區(qū)合理構(gòu)建經(jīng)濟(jì)林配置，實(shí)現(xiàn)水分平衡下的生態(tài)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)效益，解決水資源短缺和經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種灌溉管理之間的矛盾提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究地位于北京市順義區(qū)高麗營(yíng)鎮(zhèn)，地理位置116°29′41″E、40°11′8″N，果園土壤類(lèi)型皆為黃棕壤土，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季雨量少，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年蒸發(fā)量大。年均氣溫為11.5 ℃，最高氣溫達(dá)40.5 ℃，最低氣溫-19.1 ℃，年均日照時(shí)數(shù)在2 000～2 800 h之間，年均相對(duì)濕度50%，全年降水約80%集中在夏季，近10年北京市年均降雨量約563.65 mm，2018年北京市總用水量的41%主要來(lái)自地下水[18-19]。截至2018年，北京市經(jīng)濟(jì)林面積超11×104hm2，經(jīng)濟(jì)林面積約占北京市森林資源面積的30%。北京市各類(lèi)經(jīng)濟(jì)果樹(shù)多種多樣，其中最具代表性的品種有蘋(píng)果(Malusdomestica)、梨(Pyrusspp.)、桃(Amygdaluspersica)、李樹(shù)(Prunussalicina)、葡萄(Vitisvinifera)、杏(Armeniacavulgaris)、棗(Ziziphusjujuba)、山楂(Crataeguspinnatifida)、核桃(Juglansspp.)等。

1.2 樹(shù)種選擇

本研究以桃(‘瑞光’)、李(‘沸騰’)、杏(‘凱特’)、梨(‘早紅考密斯’)、山楂(‘小金星’)、核桃(‘薄殼香’)6種經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種為試驗(yàn)材料。在栽植密度為3 m×3 m的樣地上進(jìn)行每木檢尺。每個(gè)樹(shù)種分別選擇3棵標(biāo)準(zhǔn)樣樹(shù)(生長(zhǎng)狀況良好、胸徑差別不大且無(wú)病蟲(chóng)害)，應(yīng)用熱擴(kuò)散式液流測(cè)定儀進(jìn)行連續(xù)測(cè)定。

表1 測(cè)量液流樣樹(shù)基本情況Tab.1 Information of sample trees for measuring sap flow density

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 環(huán)境因子測(cè)定

樣地內(nèi)布設(shè)vantage pro 2全自動(dòng)氣象站(Davis Instruments，美國(guó))，對(duì)環(huán)境因子數(shù)據(jù)采集頻率為5 min一次，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：太陽(yáng)輻射(Rs，W/m2)、風(fēng)速(W，m/s)、風(fēng)向、溫度(Ta，℃)、相對(duì)濕度(RH，%)、降水量(P，mm)、土壤溫度(Ts，℃)、土壤水勢(shì)(SWP，kPa)等。水汽壓虧缺(VPD，kPa)由大氣溫度和濕度計(jì)算得到，公式如下。

VPD=0.611e17.502Ta/(Ta+c)·(l-RH)

式中:VPD為水汽壓虧缺;Ta(℃)和RH(%)分別為氣象因子中的大氣相對(duì)溫度和相對(duì)濕度;a、b和c分別為常數(shù)，值為0.611 kPa、17.502和240.97 ℃。

1.3.2 樹(shù)干液流測(cè)定

應(yīng)用熱擴(kuò)散探針式莖流計(jì)(TDP)(Campbell Scientific，美國(guó))進(jìn)行樹(shù)干邊材液流密度測(cè)定，20 mm探針刺入莖內(nèi)的木質(zhì)邊材并接通恒定的電流以測(cè)定邊材的導(dǎo)熱率，數(shù)據(jù)采集頻率為10 min一次。通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)探針間的溫度差，用Granier經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算樹(shù)干液流密度。

Js=0.011 9(dTm·dT)

式中：Js為液流密度〔cm3/(cm2·h)〕；dTm為一天24 h內(nèi)上下探針的最大溫差值(℃)；dT為某時(shí)刻瞬時(shí)溫差值(℃)，即當(dāng)時(shí)測(cè)定的溫差值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將測(cè)得數(shù)據(jù)通過(guò)Excel 2013和origin 2021進(jìn)行整理和繪圖，再通過(guò)SPSS 23.0進(jìn)行相關(guān)性、顯著性、主成分分析等。由于液流數(shù)據(jù)采集頻率與環(huán)境因子數(shù)據(jù)釆集頻率不同，因此，將所得數(shù)據(jù)都以1 h測(cè)定數(shù)據(jù)的均值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型天氣下經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流變化特征

對(duì)于經(jīng)濟(jì)林田間水分管理而言，展開(kāi)日尺度上樹(shù)種蒸騰耗水變化研究具有重要的實(shí)踐意義，能為經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種節(jié)水灌溉提供詳細(xì)指導(dǎo)和參考。在春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)3個(gè)季節(jié)內(nèi)3種不同典型天氣下，每個(gè)季節(jié)選取不連續(xù)10 d以上各樹(shù)種液流數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，結(jié)果顯示如圖1。

生長(zhǎng)季內(nèi)，各樹(shù)種樹(shù)干液流晝夜變化差異明顯，各樹(shù)種白天液流密度〔3.24～16.20 cm3/(cm2·h)〕整體大于夜間〔0～3.38 cm3/(cm2·h)〕，不同天氣條件和季節(jié)下，樹(shù)種液流增強(qiáng)時(shí)間和液流減弱時(shí)間差異顯著，液流密度整體波動(dòng)巨大。春季夜間各樹(shù)種整體液流密度后半夜(1.08±0.29)cm3/(cm2·h)強(qiáng)于前半夜(0.73±0.18)cm3/(cm2·h)，夏季夜間樹(shù)種液流前半夜(0.72±0.18)cm3/(cm2·h)強(qiáng)于后半夜(0.37±0.08)cm3/(cm2·h)，秋季夜間樹(shù)種液流整體(0.21～1.97)cm3/(cm2·h)較春季、夏季波動(dòng)較小。各樹(shù)種液流密度整體排名始終為：李(5.04±2.89)cm3/(cm2·h)>杏(4.38±2.41)cm3/(cm2·h)>核桃(3.91±2.12)cm3/(cm2·h)>山楂(3.67±1.85)cm3/(cm2·h)>梨(2.65±1.64)cm3/(cm2·h)>桃(2.21±1.22)cm3/(cm2·h)。樹(shù)種液流日變化受天氣情況影響巨大，液流密度整體趨勢(shì)大致表現(xiàn)為晴天(4.43±1.43)cm3/(cm2·h)>陰天(2.21±1.16)cm3/(cm2·h)>雨天(1.97±1.03)cm3/(cm2·h)，晴天液流密度約是陰天的2.01倍、雨天的2.12倍。春季各樹(shù)種液流曲線較其他季節(jié)液流曲線波動(dòng)性更大，夏季各樹(shù)種液流變化曲線重心整體較其他季節(jié)液流曲線重心后移，夏季、秋季液流曲線斜率整體較春季小，液流曲線相對(duì)平滑、穩(wěn)定。

圖1 不同季節(jié)典型天氣下各樹(shù)種液流日變化Fig.1 Variation of sap flow density in different tree species under different seasons typical weather conditions

不同樹(shù)種、不同天氣、不同季節(jié)，各樹(shù)種液流日變化曲線存在趨同性，但樹(shù)種間差異巨大，液流峰值時(shí)間和峰值大小不同；不同季節(jié)、不同天氣條件下，同樹(shù)種液流日變化曲線也存在較大差別。春秋季，梨和桃樹(shù)液流活動(dòng)明顯弱于其他樹(shù)種，春季主要原因是人為干預(yù)了果樹(shù)的生長(zhǎng)狀態(tài)，修枝、疏果，且桃和梨樹(shù)的枝葉明顯稀疏與其他樹(shù)種，總體葉面積相對(duì)較少；夏季，由于二者的生理特征，受雨季和積水的強(qiáng)烈影響，生理活動(dòng)減弱，液流密度降低。由于李樹(shù)的落葉期晚于其他樹(shù)種，在秋季，李樹(shù)維持蒸騰和生存的需水量大于其他樹(shù)種，故秋季李樹(shù)液流密度大于其他樹(shù)種。這表明不同天氣雖然可以影響林木液流的日變化，但樹(shù)種的自身影響因素也不容忽視。

2.2 經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)

2.2.1 經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流對(duì)微氣象因子變化的響應(yīng)

大時(shí)間尺度上各經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種樹(shù)干液流變化易受環(huán)境因子(微氣象因子和土壤因子)的影響，試驗(yàn)選取2021年各典型氣象條件下不連續(xù)30 d以上樹(shù)種液流數(shù)據(jù)平均(圖2)。由圖2可知，陰天各樹(shù)種液流密度整體排名為：李(3.52±2.06)cm3/(cm2·h)>杏(2.78±1.64)cm3/(cm2·h)>核桃(2.19±1.26)cm3/(cm2·h)>山楂(2.05±0.98)cm3/(cm2·h)>梨(1.41±0.63)cm3/(cm2·h)>桃(1.38±0.51)cm3/(cm2·h)。

圖2 樹(shù)種液流變化對(duì)氣象因子的響應(yīng)Fig.2 Variation of sap flow density in different tree species and their response to weather factors

晴天各樹(shù)種液流密度整體排名為：李(6.49±3.95)cm3/(cm2·h)>杏(5.40±3.06)cm3/(cm2·h)>核桃(5.05±2.88)cm3/(cm2·h)>山楂(4.69±2.36)cm3/(cm2·h)>梨(2.54±1.34)cm3/(cm2·h)>桃(2.51±1.16)cm3/(cm2·h)。

雨天時(shí)各樹(shù)種液流密度整體排名為：李(3.10±1.75)cm3/(cm2·h)>杏(2.74±1.11)cm3/(cm2·h)>核桃(2.13±1.15)cm3/(cm2·h)>山楂(1.98±1.03)cm3/(cm2·h)>梨(1.05±0.46)cm3/(cm2·h)>桃(1.01±0.56)cm3/(cm2·h)。

由圖2和表2可知，3種天氣下，各樹(shù)種液流均受到水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射、相對(duì)濕度等微氣象因子的顯著影響，各樹(shù)種液流對(duì)降水量、溫度的響應(yīng)程度受到氣象條件的限制。生長(zhǎng)季內(nèi)，各樹(shù)種液流與水汽壓虧缺呈極顯著正相關(guān)性，液流峰值均早于水汽壓虧缺峰值(陰天1.50 kPa、晴天2.78 kPa、雨天1.31 kPa)。各樹(shù)種液流與太陽(yáng)輻射呈極顯著正相關(guān)性，陰天、晴天時(shí)，各樹(shù)種液流峰值基本出現(xiàn)于太陽(yáng)輻射峰值(陰天263.48 W/m2、晴天712.37 W/m2)之前，液流峰值在雨天時(shí)晚于太陽(yáng)輻射峰值(雨天261.08 W/m2)出現(xiàn)。各樹(shù)種液流與相對(duì)濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)性，液流密度隨著相對(duì)濕度的減少而增大，各樹(shù)種液流峰值均早于相對(duì)濕度最小值(陰天67.16%、晴天36.21%、雨天71.44%)出現(xiàn)。各樹(shù)種液流對(duì)溫度的響應(yīng)程度受到氣象條件的限制，整體響應(yīng)程度大致表現(xiàn)出晴天>陰天>雨天的趨勢(shì)。

表2 典型天氣條件下各樹(shù)種林木液流變化與環(huán)境因子的相關(guān)性Tab.2 Correlation analysis between sap flow density of tree species and environmental factorsin different weather

當(dāng)溫度大于各樹(shù)種的最適溫度時(shí)，林木液流密度隨著溫度增加反而減少，各樹(shù)種液流峰值均早于溫度最大值(陰天23.73 ℃、晴天27.05 ℃、雨天21.61 ℃)出現(xiàn)。生長(zhǎng)季內(nèi)，陰天時(shí)，李樹(shù)干液流變化與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)性(0.256)，其液流峰值早于降水量最大值(0.29 mm)出現(xiàn)；雨天時(shí)，梨和核桃樹(shù)干液流變化與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.156、0.197，其液流峰值均早于降水量最大值(0.63 mm)出現(xiàn)。各樹(shù)種間液流變化規(guī)律相似，但卻存在顯著差異，且對(duì)各氣象因子響應(yīng)始終保持相似性。

2.2.2 各經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流對(duì)土壤溫度、土壤水勢(shì)變化的響應(yīng)

試驗(yàn)選取2020年4—10月典型天氣下各樹(shù)種液流數(shù)據(jù)平均，其結(jié)果(圖3)顯示，各樹(shù)種液流密度整體排名春季(4.29±1.86)cm3/(cm2·h)>夏季(3.21±1.35)cm3/(cm2·h)>秋季(1.55±0.64)cm3/(cm2·h)。由于受積溫和林區(qū)內(nèi)地膜增溫、保水的影響，Ts整體大小排序?yàn)橄募?23.68 ℃)>秋季(20.98 ℃)>春季(15.28 ℃)，液流密度整體大小排序?yàn)榇杭?54.68 kPa)>夏季(24.92 kPa)>秋季(2.17 kPa)，這與往年北京地區(qū)液流密度值大小排序?yàn)榇杭?秋季>夏季的規(guī)律有所不同。在溫帶大陸性氣候的影響下，北京地區(qū)春、秋季干燥，降雨主要集中在7—8月份，但由于夏季高溫、強(qiáng)光，土壤蒸散較大。2021年北京夏、秋季多雨，且秋季平均氣溫5.8 ℃，光照減弱，導(dǎo)致土壤蒸散較小，林區(qū)內(nèi)積水較多，故液流密度值夏季>秋季。陰天、晴天時(shí)，液流密度波動(dòng)較小，只有在降雨等特殊時(shí)期液流密度短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)巨大，但由于土壤的理化性質(zhì)，同時(shí)在地膜影響下，短時(shí)間內(nèi)的降雨只有部分可以滲透到地表之下，大部分被排出林外，短期內(nèi)液流密度增高可增強(qiáng)各樹(shù)種的蒸騰作用，林木液流晝夜強(qiáng)度加大，夏季各樹(shù)種液流整體強(qiáng)度大于春季和秋季。

圖3 樹(shù)種液流變化對(duì)Ts、SWP的響應(yīng)Fig.3 Variation of sap flow density in different tree species and their response to soil temperature and soil water potential

由表2可知，3種典型天氣下，杏、梨、桃、山楂、核桃的樹(shù)干液流與土壤水勢(shì)呈極顯著正相關(guān)。陰天、晴天時(shí)，李的樹(shù)干液流與土壤水勢(shì)無(wú)顯著相關(guān)性；雨天時(shí)，李的樹(shù)干液流與土壤水勢(shì)呈顯著正相關(guān)。受天氣變化和樹(shù)種種間差異、個(gè)體差異的影響，各樹(shù)種液流對(duì)土壤溫度的響應(yīng)表現(xiàn)出差異性。土壤水勢(shì)、土壤溫度對(duì)各樹(shù)種液流的影響程度均為雨天>陰天>晴天。各樹(shù)種樹(shù)干液流密度隨土壤溫度的增加而減少，隨土壤水勢(shì)增加而增大，夏季土壤溫度大于秋季土壤溫度，而各樹(shù)種樹(shù)干液流密度整體秋季小于夏季，夏季陰天土壤水勢(shì)大于晴天土壤水勢(shì)，而各樹(shù)種樹(shù)干液流密度整體卻陰天小于晴天。這說(shuō)明影響各樹(shù)種樹(shù)干液流變化的不是單一環(huán)境因子作用，而是多因子共同作用。但雨季的出現(xiàn)，可使短時(shí)間內(nèi)降水量過(guò)大，嚴(yán)重影響水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射、相對(duì)濕度、溫度，且導(dǎo)致土壤溫度、土壤水勢(shì)的特殊變化，從而打破了各樹(shù)種樹(shù)干液流變化的整體趨勢(shì)。

2.3 環(huán)境因子與樹(shù)種液流相關(guān)性、主成分分析和回歸模型

將樹(shù)種液流與環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(表3)顯示：3種天氣條件下，不同樹(shù)種對(duì)各環(huán)境因子的響應(yīng)程度不一，在具體實(shí)踐管理中需結(jié)合不同樹(shù)種的生長(zhǎng)習(xí)性、管理目的和天氣預(yù)報(bào)，在大時(shí)間尺度上把握各經(jīng)濟(jì)林生產(chǎn)方向，小尺度精細(xì)調(diào)控灌溉方式，達(dá)到提高生產(chǎn)水平和節(jié)約用水的目的。

將環(huán)境因子對(duì)各樹(shù)種液流變化進(jìn)行主成分分析，得出表3。提取3個(gè)主成分，即k=3。3個(gè)因子變量的特征值分別為3.454、1.913和0.731，3個(gè)主成分方差累積貢獻(xiàn)率分別為49.348%、76.674%和87.119%。3個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)累計(jì)達(dá)到87.119%，大于85%。因此，降水量、溫度、水汽壓虧缺這3個(gè)主成分能夠反映出各環(huán)境因子的大部分信息。而這些主成分因子能體現(xiàn)各環(huán)境因子對(duì)各樹(shù)種液流變化影響程度，決定各樹(shù)種液流變化的趨勢(shì)，所提取主要因子的得分越高則說(shuō)明各樹(shù)種液流變化對(duì)其響應(yīng)程度越高。

表3 主成分分析Tab.3 Principal component matrix

將典型天氣下各樹(shù)種樹(shù)干液流(y)與環(huán)境因子進(jìn)行回歸分析，擬合多元回歸模型(表4)，結(jié)合表2～表3發(fā)現(xiàn)：陰天時(shí)，杏、山楂、核桃的樹(shù)干液流對(duì)各環(huán)境因子中主要響應(yīng)因子排序?yàn)樘?yáng)輻射、土壤水勢(shì)，李的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射、溫度，梨的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射。桃的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射、土壤溫度；晴天時(shí)，杏、桃、山楂的樹(shù)干液流對(duì)各環(huán)境因子中主要響應(yīng)因子排序?yàn)樘?yáng)輻射、土壤水勢(shì)、溫度，李的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射、相對(duì)濕度、降水量，梨的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射、土壤水勢(shì)，桃的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射、土壤水勢(shì)、水汽壓虧缺；雨天時(shí)，梨、桃、山楂、核桃的樹(shù)干液流對(duì)各環(huán)境因子中主要響應(yīng)因子排序?yàn)樘?yáng)輻射、土壤水勢(shì)，杏的樹(shù)干液流為太陽(yáng)輻射、土壤水勢(shì)、溫度，李的樹(shù)干液流對(duì)太陽(yáng)輻射、相對(duì)濕度響應(yīng)程度最大。表3與表4所反映的環(huán)境因子有所差異，是因?yàn)楸?是大環(huán)境中對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)生重要影響的環(huán)境因子，而表4體現(xiàn)了不同樹(shù)種對(duì)各環(huán)境因子的主要響應(yīng)程度，二者并不沖突。

表4 典型天氣下各樹(shù)種液流密度與環(huán)境因子的回歸模型Tab.4 Regression analysis between sap flow density of tree species and environmental factors in different weather

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

(1)各經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流變化特征 本研究中杏、李、梨、桃、山楂、核桃的經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流變化具有明顯的晝夜差異，液流變化趨勢(shì)大體呈現(xiàn)出晴天“單峰”型，峰值在13:00左右；陰天“雙峰”型，峰值在12:00左右；雨天“單峰”型，峰值在14:00左右，液流密度整體表現(xiàn)出晴天>陰天>雨天。樹(shù)種不同，液流變化趨勢(shì)、峰值、啟動(dòng)時(shí)間皆不相同。這一結(jié)論與眾多研究者得出結(jié)論相似，例周玉燕等[20]發(fā)現(xiàn)山旱塬區(qū)蘋(píng)果樹(shù)干液流有明顯時(shí)間變化特征，不同天氣條件下蘋(píng)果樹(shù)干莖流速率晴天大于雨天；夏季，晴天峰值出現(xiàn)在15:00左右，陰天出現(xiàn)在12:00、17:00 左右。

各樹(shù)種隨著時(shí)間推移，液流強(qiáng)度逐漸增加，在夏季達(dá)到峰值后緩慢減少直至林木休眠期，液流密度趨近0，維持在林木最低生存范圍。各樹(shù)種皆為闊葉落葉林種，由于自身生長(zhǎng)特性，春季葉片、花芽、坐果等生長(zhǎng)發(fā)育迅速，同時(shí)為林木生長(zhǎng)、繁育做準(zhǔn)備，整體呈現(xiàn)出液流速率增加較快，液流活動(dòng)不斷加強(qiáng)的現(xiàn)象；夏季葉片發(fā)育成熟，正處于果實(shí)膨大期，林木自身為維持蒸騰和繁殖的目的，液流活動(dòng)更加強(qiáng)烈，并保持在一個(gè)高強(qiáng)度的波動(dòng)范圍；秋季果實(shí)成熟，葉片衰老和脫落，液流減弱。各樹(shù)種液流變化明顯受到樹(shù)種生長(zhǎng)狀況影響。這一結(jié)論與眾多研究者得出結(jié)論相似，例如馬長(zhǎng)明等[21]發(fā)現(xiàn)核桃5月進(jìn)入果實(shí)膨大期，生殖生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)均旺盛，液流速率進(jìn)一步提升；8月進(jìn)入果實(shí)成熟期，樹(shù)干液流速率達(dá)到峰值。黨宏忠等[22]發(fā)現(xiàn)黃土高原蘋(píng)果樹(shù)在1 a生育周期中，果實(shí)膨大期耗水量最多，在不同生育期的需水特征有明顯的差異。試驗(yàn)下一步會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)林不同生育期內(nèi)樹(shù)干液流變化的深入研究。對(duì)果樹(shù)不同階段生育期的水分利用研究可為人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)和生產(chǎn)提供服務(wù)，這對(duì)經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種的栽培管理和提高經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益具有重要作用[23]。

(2)環(huán)境因子對(duì)各經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流變化的影響 林木液流受環(huán)境影響具有較大復(fù)雜性，不同地區(qū)、不同水熱條件、不同氣候?qū)α帜疽毫鞯挠绊懢幌嗤?。本研究中各?jīng)濟(jì)林樹(shù)種樹(shù)干液流在不同典型天氣條件下對(duì)水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射、降水量、溫度、相對(duì)濕度、土壤水勢(shì)等環(huán)境因子的響應(yīng)程度不一樣，樹(shù)干液流與水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射、溫度、土壤水勢(shì)呈正相關(guān)性，與降水量、相對(duì)濕度、土壤溫度呈負(fù)相關(guān)性，液流密度的變化與氣象因子之間存在時(shí)滯性。這一結(jié)論與眾多研究者得出結(jié)論相似。例如孫雨婷等[24]發(fā)現(xiàn)晴天時(shí)，棗樹(shù)莖流的主要影響因子是太陽(yáng)輻射，而陰天時(shí)則是溫度。萬(wàn)發(fā)等[25]發(fā)現(xiàn)引黃灌區(qū)蘋(píng)果樹(shù)白天樹(shù)干液流主要驅(qū)動(dòng)因子為水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射、溫度等環(huán)境因素，液流變化與氣象因子間存在時(shí)滯性。2009年Tognetti等[17]提出土壤水分虧缺會(huì)增加土壤和根系等阻力，從而影響土壤到林木葉片的水分運(yùn)輸，造成氣孔關(guān)閉，最終導(dǎo)致耗水減少。Cochard等[26]的研究表明，當(dāng)土壤溫度改變時(shí)，較高的土壤溫度更有利于植物的蒸騰耗水。本實(shí)驗(yàn)中部分各樹(shù)種樹(shù)干液流受到土壤溫度、土壤水勢(shì)的顯著影響，其中以對(duì)梨、核桃等樹(shù)種的影響最大，影響程度相較于其他環(huán)境因子的影響程度更大，這一結(jié)果與前人對(duì)于環(huán)境因子影響程度排名有所差異[26-27]。原因是大雨天氣的出現(xiàn)嚴(yán)重導(dǎo)致了土壤溫度、土壤水勢(shì)的改變，特大的降雨量和積水，導(dǎo)致土壤水勢(shì)在7、8月部分時(shí)間段內(nèi)接近0，此時(shí)各樹(shù)種根系處于飽和田間持水量土壤中，土壤水勢(shì)對(duì)各樹(shù)種樹(shù)干液流影響相較于其他環(huán)境因子的影響程度更大，從而打破了氣候因子對(duì)各樹(shù)種樹(shù)干液流變化的整體影響趨勢(shì)[28]。各樹(shù)種樹(shù)干液流變化雖然受到多因子共同作用，但各氣象因子對(duì)液流速率的影響程度存在差異性，當(dāng)某一環(huán)境因子的影響程度過(guò)大時(shí)，就會(huì)打破各環(huán)境因子共同作用于液流變化的微妙平衡，形成“獨(dú)大”的局面。本研究中各樹(shù)種內(nèi)部因子必定也對(duì)液流變化產(chǎn)生影響，影響林木液流的眾多因子中，環(huán)境因子只是其中一部分，林木自身也會(huì)對(duì)林木蒸騰耗水產(chǎn)生影響，各樹(shù)種自身存在徑向變異，木質(zhì)部導(dǎo)水率、邊材的比重等生物學(xué)結(jié)構(gòu)決定液流的潛在能力[29-30]。例如李振華等[31]發(fā)現(xiàn)同齡林中，優(yōu)勢(shì)度大小不同，液流存在差異，優(yōu)勢(shì)度越大；液流啟動(dòng)時(shí)間越早，結(jié)束越晚，且液流速率與優(yōu)勢(shì)度、樹(shù)高、胸徑、冠長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)。Meinzer等[32]研究表明林木液流速率隨著直徑的增大而增加。

3.2 結(jié)論

杏、李、梨、桃、山楂、核桃的液流晝高夜低，差異明顯，液流變化趨勢(shì)大體呈現(xiàn)出晴天和雨天“單峰”型，陰天“雙峰”型，峰值主要出現(xiàn)在12:00—14:00左右，液流密度整體表現(xiàn)出晴天>陰天>雨天。受雨季影響，各經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種液流密度整體表現(xiàn)為春季>夏季>秋季。生長(zhǎng)季內(nèi)各樹(shù)種耗水強(qiáng)度為：李>杏>核桃>山楂>桃>梨。

3種典型天氣下，各濟(jì)林樹(shù)種液流對(duì)環(huán)境因子響應(yīng)明顯，各樹(shù)種種間雖然存在差異，但對(duì)各氣象因子響應(yīng)卻是始終保持相似性。各樹(shù)種液流與水汽壓虧缺、太陽(yáng)輻射呈極顯著正相關(guān)，與RH呈極顯著負(fù)相關(guān)；受天氣變化、樹(shù)種種間差異和個(gè)體差異的影響，各樹(shù)種液流在不同天氣條件下對(duì)土壤水勢(shì)、溫度的響應(yīng)表現(xiàn)出差異性，土壤水勢(shì)、溫度對(duì)各樹(shù)種液流的影響程度均為雨天>陰天>晴天。各樹(shù)種樹(shù)干液流變化雖然受到多因子共同作用，當(dāng)某一環(huán)境因子的影響程度過(guò)大時(shí)，就會(huì)打破各環(huán)境因子共同作用于液流變化的平衡，形成“獨(dú)大”的局面。