鄭家銀 李繡宏 魯紹偉 趙娜 徐曉天 李少寧

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué),保定,071000) (北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所)

蒸騰是林木生長發(fā)育必不可少的生理代謝過程。蒸騰作用將土壤、植物、大氣的水分緊密聯(lián)系在一起,因此,準(zhǔn)確掌握各樹種蒸騰特征及其對環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律,對于高效利用水資源具有重要意義[1-2]。干旱缺水是生態(tài)建設(shè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要限制因子之一[3]。北京市被列為世界上最缺水的城市之一[4]。北京地區(qū)是薔薇科經(jīng)濟(jì)樹種集中栽培區(qū),但受水資源和水利設(shè)施的限制與影響,經(jīng)濟(jì)林灌溉問題長期以來得不到有效解決,少部分有灌溉條件的經(jīng)濟(jì)林區(qū),因人們對經(jīng)濟(jì)林需水和耗水規(guī)律缺乏了解或?qū)ζ洳缓侠砉喔?所以限制了經(jīng)濟(jì)林生態(tài)功能、經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展[5-6]。提高經(jīng)濟(jì)林樹種水分利用效率對改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、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,林木蒸騰耗水的研究對象多為園林綠化樹種,對于薔薇科經(jīng)濟(jì)林樹種的研究較少[7-8]?，F(xiàn)階段研究表明,部分經(jīng)濟(jì)林樹種液流啟動(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”的趨勢,液流變化曲線多呈“幾”字單峰型、雙峰型、多峰型等類型。正午時(shí)太陽輻射較強(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呈雙峰型甚至多峰型[9-10]。受太陽輻射的影響,晴天液流速率均值和峰值均高于陰天和雨天[11]。桑玉強(qiáng)等[12]研究發(fā)現(xiàn),核桃(Juglansregia)液流具有明顯的時(shí)間變化特征,液流速率日峰值(0.629 L·h-1)出現(xiàn)在16:30,最大液流量出現(xiàn)在5、6月份,2008—2010年生長季日平均液流量分別為4.96、4.75、4.68 L,液流季節(jié)變化總體呈夏季液流速率均值最高,春、秋次之,冬季最小的變化趨勢。李自豪等[13]研究發(fā)現(xiàn),樟子松(Pinussylvestris)的季節(jié)平均樹干液流速率由大到小依次為夏季、春季、秋季,樹干液流月平均速率在8月份最高(870.97 g·h-1),10月份最小(216.44 g·h-1)。有研究表明,樹干液流易受環(huán)境因子(太陽輻射、空氣溫濕度、土壤水勢等)的強(qiáng)烈影響,但由于各環(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,所以液流與環(huán)境因子之間存在時(shí)滯效應(yīng)[11,14]。氣象因子和土壤因子對林木水分運(yùn)輸影響的部位不同,前者主要通過影響葉片氣孔開閉程度改變個(gè)體水分蒸發(fā),后者通過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[15-16]。

為探明北京市薔薇科經(jīng)濟(jì)林樹種液流特征,試驗(yàn)以4種薔薇科樹種為研究對象,利用熱擴(kuò)散探針式莖流儀連續(xù)測定各樹種液流變化,結(jié)合同步監(jiān)測的環(huán)境因子,探究各薔薇科經(jīng)濟(jì)林樹種液流與環(huán)境因子的相關(guān)性及響應(yīng)規(guī)律,為北京地區(qū)合理構(gòu)建經(jīng)濟(jì)林配置,解決水資源短缺和經(jīng)濟(jì)林樹種灌溉管理之間的矛盾提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究地位于北京市順義區(qū)高麗營鎮(zhèn),地理位置為116°29′41″E,40°11′8″N,屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫為11.5 ℃,春季雨量少,夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥,年均相對濕度50%,全年降水約80%集中在夏季,近10 a年均降水量約563.65 mm,年日照時(shí)間為2 000～2 800 h。2018年—2020年北京市總用水量中超33.2%來自地下水,2020年全市總用水量為40.6億m3,農(nóng)業(yè)用水3.2億m3,占總用水量的7.8%。截至2018年,北京市經(jīng)濟(jì)林面積超15萬hm2,經(jīng)濟(jì)林面積約占北京市森林資源面積的30%。研究區(qū)各類經(jīng)濟(jì)果樹多種多樣,其中最具代表性的品種有蘋果(Malusdomestica)、梨(Pyruspyrifolia)、桃(Amygdaluspersica)、李(Prunussalicina)、杏(Armeniacavulgaris)等。

2 材料與方法

2.1 樹種選擇

本研究以桃樹(瑞光)、李樹(沸騰)、杏樹(凱特)、梨樹(早紅考密斯)等北京市常見4種薔薇科經(jīng)濟(jì)林樹種為試驗(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)樹種分別選擇3棵標(biāo)準(zhǔn)樣樹(生長狀況良好、胸徑差別不大且無病蟲害),應(yīng)用熱擴(kuò)散式液流測定儀進(jìn)行連續(xù)測定。由于冬季各樹種處于休眠狀態(tài),試驗(yàn)時(shí)間為2021年4月1日—2021年11月3日。

表1 測量液流樣樹基本情況

2.2 環(huán)境因子測定

樣地內(nèi)布設(shè)vantage pro 2全自動(dòng)氣象站(Davis Instruments,美國)對環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,頻率為5 min 1次。監(jiān)測指標(biāo)包括:太陽輻射(Rs)、風(fēng)速(W)、風(fēng)向、大氣溫度(Ta)、大氣相對濕度(RH)、降水量(P)、土壤溫度(Ts)、土壤水勢(SWP)等。水汽壓虧缺(VPD)由空氣相對溫度和相對濕度計(jì)算得到,公式如下:

VPD=a·eb×Ta/(Ta+c)·(1-RH)。

式中:Ta為空氣相對溫度(℃);RH為空氣相對濕度(%);a、b、c為常數(shù),數(shù)值分別為0.611、17.502、240.97。

2.3 樹干液流測定

利用熱擴(kuò)散探針式莖流儀(Campbell Scientific,美國)測定樹干邊材液流密度,將20 mm探針刺入莖內(nèi)的木質(zhì)邊材,并接通恒定電流以測定邊材的導(dǎo)熱率,數(shù)據(jù)采集頻率為10 min 1次。通過測量2個(gè)探針間的溫度差,用Granier經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算樹干液流密度,公式如下:

式中:Js為液流密度(cm3·cm-2·s-1);ΔTmax為24 h內(nèi)上下探針的最大溫差值(℃);ΔT為某時(shí)刻瞬時(shí)溫差值(℃),即當(dāng)時(shí)測定的溫差值。

2.4 數(shù)據(jù)處理

將測得數(shù)據(jù)通過Excel 2013和Sigmaplot 13.0進(jìn)行整理,再通過SPSS 23.0進(jìn)行相關(guān)性分析、顯著性分析、主成分分析。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,以1 h測定數(shù)據(jù)的均值進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 經(jīng)濟(jì)林樹種液流變化特征

3.1.1 不同季節(jié)液流日變化

試驗(yàn)選取各樹種生長季內(nèi),每個(gè)月不連續(xù)10 d的晴天下林木液流數(shù)據(jù)進(jìn)行日平均(圖1)。薔薇科樹種液流晝夜差異明顯,白天液流密度較大(2.98～15.04 cm3·cm-2·h-1),夜間液流密度較小(0～3.36 cm3·cm-2·h-1)。液流增強(qiáng)時(shí)間段為春季(4月1日—5月4日)的05:00—08:30、夏季(5月5日—7月7日)的05:00—07:00、秋季(7月8日—11月6日)的07:00—09:30;液流減弱時(shí)間段則為春季的18:00—21:00、夏季的19:00—23:00、秋季的17:30—20:00。春季,李樹的液流密度變化呈雙峰型,有晨間沖高回落的趨勢,在08:00、12:00左右液流密度達(dá)到峰值,分別為14.14、13.64 cm3·cm-2·h-1;杏樹、梨樹、桃樹液流變化趨勢呈單峰型,杏樹、梨樹在09:00左右液流密度達(dá)到峰值,分別為15.03、8.01 cm3·cm-2·h-1,桃樹在12:00左右達(dá)到峰值,為6.48 cm3·cm-2·h-1。夏季,杏樹、李樹、梨樹液流變化趨勢呈單峰型,杏樹、梨樹的峰值出現(xiàn)在11:00,分別為13.74、5.97 cm3·cm-2·h-1,李樹的峰值出現(xiàn)在13:00,為14.06 cm3·cm-2·h-1;桃樹液流趨勢呈雙峰型,在07:00、13:00出現(xiàn)峰值,分別為3.46、7.12 cm3·cm-2·h-1。秋季,各樹種液流趨勢均呈單峰型,杏樹、梨樹的峰值均在12:00左右出現(xiàn),分別為5.71、4.74 cm3·cm-2·h-1;李樹、桃樹的峰值在13:00左右出現(xiàn),分別為9.02、2.99 cm3·cm-2·h-1。生長季內(nèi)夜間各樹種整體液流密度均為前半夜(1.66 cm3·cm-2·h-1)強(qiáng)于后半夜(0.87 cm3·cm-2·h-1)。

圖1 各季節(jié)晴天樹種液流日變化

3.1.2 不同月份液流日變化

試驗(yàn)將各樹種生長季內(nèi)液流數(shù)據(jù)進(jìn)行日平均,同時(shí)結(jié)合環(huán)境因子的變化,其結(jié)果見圖2。隨著月份推移,各樹種液流密度整體呈先增加后減少趨勢,且液流變化明顯受樹種生長狀況的影響。杏樹、梨樹液流密度的峰值出現(xiàn)在6月份,分別為14.43、7.44 cm3·cm-2·h-1,李樹、桃樹的峰值出現(xiàn)在4月份,分別為14.05、6.92 cm3·cm-2·h-1。生長季內(nèi)各樹種整體平均液流密度由大到小依次為:李樹(5.64 cm3·cm-2·h-1)、杏樹(5.03 cm3·cm-2·h-1)、梨樹(3.26 cm3·cm-2·h-1)、桃樹(2.43 cm3·cm-2·h-1)。各樹種在整個(gè)生長季內(nèi)液流波動(dòng)幅度最大是李樹,為0.18～14.46 cm3·cm-2·h-1,最小的是桃樹,為0.32～6.84 cm3·cm-2·h-1。各樹種在不同月份內(nèi)液流密度峰值波動(dòng)幅度由大到小依次為:桃(0～534.99%)、杏(0～304.85%)、梨(0～160.34%)、李(0～53.00%)。梨樹根系生長每年有2個(gè)生長高峰,第一次生長高峰出現(xiàn)在新梢停止生長時(shí),第二次高峰出現(xiàn)在9—10月,在適宜條件下,梨樹根系可周年生長,無休眠期[17]。李樹、梨樹由于樹種自身生理特性,其落葉期晚于其他樹種,表現(xiàn)為秋季液流密度遠(yuǎn)大于其他樹種,其中,梨樹10月份液流強(qiáng)度大于9月份。各樹種的液流密度變化種間差異明顯,即使同為薔薇科樹種,液流曲線相似,但液流峰值、啟動(dòng)時(shí)間也有明顯差異。

3.2 環(huán)境因子對經(jīng)濟(jì)林樹種液流的影響

3.2.1 氣象因子變化對經(jīng)濟(jì)林樹種液流的影響

選取2020年氣象因子變化最劇烈的夏季和秋季,將各樹種液流數(shù)據(jù)平均成24 h液流圖,同步結(jié)合環(huán)境因子,得到圖3。由圖2、圖3、表2可知,在整個(gè)生長季內(nèi),各樹種樹干液流均受到VPD、Rs、Ta、RH等微氣象因子的極顯著影響。梨樹和桃樹的樹干液流與P呈顯著負(fù)相關(guān),各樹種樹干液流與VPD呈極顯著正相關(guān)。夏季,除梨樹外各樹種液流峰值整體大致晚于VPD峰值(2.25 kPa);秋季,各樹種液流峰值均早于VPD峰值(2.10 kPa)。各樹種液流與Rs呈極顯著正相關(guān),各樹種液流峰值基本早于Rs峰值(夏季710.96 W·m-2,秋季371.43 W·m-2),但夏季,杏樹、桃樹液流峰值晚于Rs峰值。各樹種液流與Ta呈極顯著正相關(guān),各樹種液流峰值均早于Ta峰值(夏季30.35 ℃,秋季18.99 ℃)。各樹種液流密度隨著Ta增加而增大,但當(dāng)Ta大于各樹種的最適溫度時(shí),各樹種液流密度隨著Ta增加而減少。林木液流與RH呈極顯著負(fù)相關(guān),各樹種液流密度隨著RH的減少而增大,各樹種液流峰值均早于RH最小值(夏季46.95%,秋季34.30%)。生長季內(nèi),梨樹、桃樹的樹干液流與P呈顯著負(fù)相關(guān),其液流峰值均早于P的最大值(夏季0.19 mm,秋季0.06 mm)。各樹種間雖然存在差異,但對各氣象因子的響應(yīng)卻始終保持相似性。各樹種生長發(fā)育對水分的需求十分巨大,但是P的改變卻并沒有引起液流的實(shí)時(shí)變化,表明各樹種樹干液流對氣象因子的響應(yīng)存在時(shí)滯性。

3.2.2土壤溫度、土壤水勢變化對經(jīng)濟(jì)林樹種液流的影響

試驗(yàn)選取2020年4月至10月各樹種液流數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,其結(jié)果見圖4。6月到7月,SWP急劇下降(73.58～2.36 kPa),之后一直保持在較低水平(0.86～3.58 kPa)。同時(shí),Ts受SWP的強(qiáng)烈影響,自8月后下降較大(23.79～14.68 ℃),出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是2021年北京地區(qū)出現(xiàn)了大雨季,雨季從6月底開始,于7月中下旬達(dá)到峰值,雨量遠(yuǎn)超以往,延續(xù)到9月中旬減弱。由圖4、表1可知,各樹種樹干液流在生長季內(nèi)與SWP呈極顯著正相關(guān);梨樹樹干液流在生長季內(nèi)與Ts呈顯著負(fù)相關(guān)(R=-0.187),桃樹樹干液流與Ts呈極顯著負(fù)相關(guān)(R=-0.458)。小尺度上,SWP波動(dòng)較小,只有在降雨等特殊時(shí)期,SWP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)基于地膜影響,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)SWP增高可增強(qiáng)各樹種的蒸騰作用,促進(jìn)林木液流晝夜波動(dòng)加大。大尺度上,由于降雨量大,易導(dǎo)致林區(qū)內(nèi)排水渠道堵塞,使大量雨水匯集在林區(qū)內(nèi),田間持水量飽和,形成澇災(zāi),各樹種生存環(huán)境惡劣,液流強(qiáng)度降低。

各樹種液流密度隨Ts的增加而減少,隨SWP增加而增大。理論上,各樹種的液流峰值應(yīng)該出現(xiàn)在Ts最低的10月和SWP最高的6月,然而各樹種液流峰值卻集中在6月或7月。大雨季的出現(xiàn),致使短時(shí)間內(nèi)P過大,嚴(yán)重影響了VPD、Rs、RH、Ta,導(dǎo)致Ts、SWP出現(xiàn)特殊變化,從而打破各樹種樹干液流變化的整體趨勢。這一現(xiàn)象進(jìn)一步體現(xiàn)了影響各樹種樹干液流變化的不是單一環(huán)境因子作用,而是多因子的共同作用。

3.2.3 各環(huán)境因子與經(jīng)濟(jì)林樹種液流的相關(guān)性

各經(jīng)濟(jì)林樹種液流變化易受環(huán)境因子(微氣象因子、土壤因子)的影響。在日尺度上將生長季內(nèi)各樹種液流與環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析,其結(jié)果見表2。各樹種液流與VPD、Rs、Ta、SWP均呈極顯著正相關(guān),與RH呈極顯著負(fù)相關(guān)。梨樹液流與P、Ts呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.14 5、-0.187;桃樹液流與Ts呈極顯著負(fù)相關(guān)(R=-0.458,P<0.01)。由此可知,不同樹種對各環(huán)境因子的響應(yīng)程度不一,在具體實(shí)踐管理中需結(jié)合不同樹種的生長習(xí)性及管理目的,在大時(shí)間尺度上把握各經(jīng)濟(jì)林的生產(chǎn)方向,小尺度精細(xì)調(diào)控灌溉方式,從而達(dá)到提高生產(chǎn)水平和節(jié)約用水的目的。

圖2 各樹種液流及環(huán)境因子月變化

圖3 氣象因子與不同樹種液流的關(guān)系曲線

圖4 土壤溫度、土壤水勢與不同樹種液流的關(guān)系曲線

表2 環(huán)境因子和各樹種液流密度相關(guān)性

3.2.4 樹種液流變化對環(huán)境因子的時(shí)滯性

為探索各樹種樹干液流對不同環(huán)境因子響應(yīng)的時(shí)滯效應(yīng),采用錯(cuò)位分析法,即將各樹種樹干液流數(shù)據(jù)與提前或延后3小時(shí)的環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表3。杏樹、李樹、梨樹樹干液流密度與1 h前VPD的相關(guān)性最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)分別為0.286、0.421、0.478(P<0.01);桃樹樹干液流與2 h前VPD的相關(guān)性最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.682(P<0.01)。杏樹、李樹、梨樹樹干液流密度均對1 h后Rs的響應(yīng)程度最高,相關(guān)系數(shù)分別為0.853、0.945、0.863(P<0.01);桃樹樹干液流與實(shí)時(shí)Rs的相關(guān)性最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.523(P<0.01)。杏樹、李樹、梨樹、桃樹樹干液流密度對3 h后P的響應(yīng)程度最高,相關(guān)系數(shù)分別為-0.164、0.179、-0.251、-0.265。杏樹、李樹、梨樹樹干液流密度對1 h前Ta的響應(yīng)程度最高,相關(guān)系數(shù)分別為0.634、0.633、0.514(P<0.01);桃樹樹干液流密度與實(shí)時(shí)Ta的相關(guān)性最大,相關(guān)系數(shù)為0.496(P<0.01)。杏樹、李樹、梨樹樹干液流密度對1 h前RH的響應(yīng)程度最高,相關(guān)系數(shù)分別為-0.562、-0.686、-0.716(P<0.01);桃樹樹干液流對2 h前RH的響應(yīng)程度最高,相關(guān)系數(shù)為-0.743(P<0.01)。杏樹、李樹、梨樹、桃樹樹干液流密度與3 h前SWP的相關(guān)性最大,相關(guān)系數(shù)分別為0.277、0.207、0.373、0.352(P<0.01)。梨樹樹干液流密度與實(shí)時(shí)Ts的相關(guān)性最大,相關(guān)系數(shù)為-0.187(P<0.05);桃樹樹干液流密度對3 h前Ts的響應(yīng)程度最高,相關(guān)系數(shù)為-0.471(P<0.01)。由上可知,試驗(yàn)中生長季內(nèi)各樹種液流變化對VPD、Rs、Ta、RH等環(huán)境因子均有不同程度的時(shí)滯性,且由于天氣、月份、季節(jié)、物候期的不同,同一樹種對同一環(huán)境因子的時(shí)滯程度也不同。

3.2.5 主成分分析與回歸模型

將環(huán)境因子對各樹種液流變化的影響進(jìn)行主成分分析,其結(jié)果如表4。提取3個(gè)主成分,即k=3,3個(gè)主成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為49.348%、76.674%、87.119%,大于85%。所提取主要因子的得分越高則說明各樹種液流變化對其響應(yīng)程度越高。因此VPD、Ta、RH3個(gè)主成分能夠反映各環(huán)境因子的大部分信息,解釋環(huán)境對各樹種液流變化的影響程度,決定各樹種液流變化的趨勢。

表3 環(huán)境因子和各樹種液流密度錯(cuò)位相關(guān)性

表4 環(huán)境因子對各樹種液流變化影響的主成分分析結(jié)果

將生長季內(nèi)各樹種樹干液流(y)與環(huán)境因子進(jìn)行回歸分析,擬合多元回歸模型,其結(jié)果見表5。

表5 各樹種液流密度與環(huán)境因子的回歸分析結(jié)果

結(jié)合表2、表3、表4可知,各環(huán)境因子對杏樹樹干液流的影響由大到小依次為:Rs、Ta、SWP,對李樹樹干液流變化影響最大的是Rs,對梨樹樹干液流變化影響最大的是Rs、SWP,對桃樹樹干液流變化影響最大的是Rs、VPD。表3與表4所反映的環(huán)境因子有所差異,原因是表3主要為大環(huán)境中對整個(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)了不同樹種對各環(huán)境因子的主要響應(yīng)程度,二者并不沖突。為了避免數(shù)據(jù)過多造成散點(diǎn)圖雜亂,現(xiàn)將觀測期內(nèi)每月數(shù)據(jù)平均成1 d數(shù)據(jù),對各樹種液流與對其影響較大的環(huán)境因子進(jìn)行擬合(圖5),各散點(diǎn)圖和擬合方程反映了單個(gè)環(huán)境因子與液流的整體趨勢,也從側(cè)面驗(yàn)證了回歸方程精確度。

4 討論

杏、李、梨、桃等薔薇科經(jīng)濟(jì)林樹種液流變化具有明顯的晝夜差異,晴天液流變化大體呈單峰型和雙峰型,在12:00—13:00左右出現(xiàn)峰值波動(dòng)(0.000 9～0.004 2 cm3·cm-2·h-1)。樹種不同,液流變化趨勢、峰值、啟動(dòng)時(shí)間皆不相同。周玉燕等[18]發(fā)現(xiàn),山旱塬區(qū)蘋果樹干液流有明顯的時(shí)間變化特征,晴天峰值在15:00左右,陰天在12:00、17:00左右。隨著月份推移,各樹種液流密度逐漸增加,在6、7月份達(dá)到峰值后緩慢減少,直至樹種休眠期,液流活動(dòng)趨近0,保持在樹種最低生存范圍,且液流變化明顯受到樹種生長狀況影響。桑玉強(qiáng)等[12]研究發(fā)現(xiàn),核桃液流的最大液流量出現(xiàn)在5、6月份,其次為7、8、9月份。各經(jīng)濟(jì)林樹種液流變化在季節(jié)上的整體表現(xiàn)為夏季大于春季大于秋季。各樹種在春季葉片、花芽、坐果等生長發(fā)育迅速,整體呈現(xiàn)液流速率增加,液流活動(dòng)不斷加強(qiáng);夏季,葉片發(fā)育成熟,樹木處于果實(shí)膨大期,外界持續(xù)高溫,林木為維持蒸騰和繁殖,液流活動(dòng)強(qiáng)烈,并保持在較高強(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。馬長明等[19]發(fā)現(xiàn),核桃5月進(jìn)入果實(shí)膨大期,生殖及營養(yǎng)生長均旺盛,液流速率進(jìn)一步提升;8月進(jìn)入果實(shí)成熟期,外界環(huán)境持續(xù)高溫,樹干液流速率達(dá)到峰值。對果樹生育期不同階段的水分利用研究可為人類社會(huì)活動(dòng)及生產(chǎn)提供服務(wù),且對經(jīng)濟(jì)林樹種的栽培管理、提高經(jīng)濟(jì)及生態(tài)效益具有重要作用[20]。本研究對各樹種液流變化特征的探究受地域、品種、種植養(yǎng)護(hù)管理的局限,未來還需打破這些局限,進(jìn)一步深入研究。

圖5 樹種液流與重要環(huán)境因子散點(diǎn)圖

林木液流受環(huán)境影響,具有較大復(fù)雜性,不同的地區(qū)、水熱條件、氣候?qū)α帜疽毫鞯挠绊懢幌嗤琜21]。本試驗(yàn)中,各薔薇科樹種液流受VPD、Rs、P、RH、Ta、SWP、Ts等環(huán)境因子的顯著影響,其與VPD、Rs、Ta、SWP呈極顯著正相關(guān),與RH呈極顯著負(fù)相關(guān),且液流密度的變化與氣象因子之間存在時(shí)滯性。王華等[22]發(fā)現(xiàn),林木液流與VPD、Rs等呈正相關(guān),與RH呈負(fù)相關(guān);萬發(fā)等[23]發(fā)現(xiàn),引黃灌區(qū)蘋果樹白天液流的主要驅(qū)動(dòng)因子為VPD、Rs、Ta等環(huán)境因子,而液流變化與氣象因子間存在時(shí)滯性。各樹種對不同環(huán)境因子的響應(yīng)程度不一致,杏樹液流對各環(huán)境因子響應(yīng)程度由大到小依次為:Rs、Ta、SWP;桃樹液流對各環(huán)境因子響應(yīng)程度則是Rs大于VPD。該現(xiàn)象說明,影響林木液流的主要?dú)庀笠蜃右驑浞N差異而存在差別。Tognetti et al.[16]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 et al.[24]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。本研究中,部分樹種液流受到Ts、SWP顯著或極顯著影響,其中SWP對樹種液流的影響程度相較于其他環(huán)境因子更大,這一結(jié)果與前人研究中環(huán)境因子對樹種液流影響程度的排名有所差異[25-26]。原因是大雨季的出現(xiàn)嚴(yán)重促使了SWP改變,特大降雨量和積水導(dǎo)致SWP在7月后大部分時(shí)間段內(nèi)接近0,此時(shí)各樹種根系處于飽和田間持水量的土壤中。由于SWP對各樹種液流的影響相較于其他環(huán)境因子的影響程度更大,因此打破了氣候因子對各樹種樹干液流變化的整體影響趨勢。有研究表明,林木體內(nèi)會(huì)由于空穴化作用形成栓塞,導(dǎo)致導(dǎo)管中水柱中斷,降低導(dǎo)管的輸水能力,嚴(yán)重影響林木液流活動(dòng),阻礙林木生長[27-29]。因此,下一步應(yīng)加強(qiáng)對于各樹種內(nèi)部因子的研究。

5 結(jié)論

杏樹、李樹、梨樹、桃樹等薔薇科經(jīng)濟(jì)林樹種液流晝高夜低,差異明顯,晴天各樹種液流變化呈單峰型和雙峰型2種類型。液流密度隨月份推移逐漸增加,6、7月份達(dá)到峰值,之后緩慢減少,直至樹種休眠期,液流密度趨近0。生長季內(nèi)各樹種耗水強(qiáng)度由大到小依次為:李樹、杏樹、桃樹、梨樹,且液流變化明顯受到樹種生長狀況影響。

薔薇科樹種液流受環(huán)境因子影響強(qiáng)烈,各樹種種間雖然存在差異,但對各氣象因子響應(yīng)卻始終保持相似性。樹種液流密度的變化與氣象因子之間存在時(shí)滯性,時(shí)滯程度受天氣、季節(jié)、物候等因素的影響。各樹種液流變化雖然受到多因子共同作用,但當(dāng)某一環(huán)境因子的影響程度過大時(shí),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。