不同生育期幼龄枣树茎流特征及其与环境因子的关系

李　宏，刘　帮，李长城，孙明森，刁　凯，韩莹莹,程　平，张志刚，王真真，武　钰，苗乾乾

(1.新疆林业科学院， 新疆 乌鲁木齐 830000； 2.新疆农业大学林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆师范大学， 新疆 乌鲁木齐 830054)



不同生育期幼龄枣树茎流特征及其与环境因子的关系

李宏1，刘帮2，李长城2，孙明森2，刁凯2，韩莹莹3,程平1，张志刚2，王真真2，武钰3，苗乾乾2

(1.新疆林业科学院， 新疆 乌鲁木齐 830000； 2.新疆农业大学林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆师范大学， 新疆 乌鲁木齐 830054)

采用包裹式茎流计对位于新疆阿克苏地区温宿县新疆林科院佳木试验站内的幼龄枣树茎流速率进行连续测定，并同步监测样地内太阳辐射、温度、空气湿度以及风速4个环境因子，研究不同生育期枣树茎流特征及其与环境变化的关系。结果表明：①夜间均存在茎流活动，茎流速率变化曲线除果实膨大期为双峰外，其余生育期内均为单峰；②日累积量变化过程曲线均为“S”形，日均耗水量和总耗水量的趋势均为先增大后减小，且差异性明显，萌芽展叶期最低，果实膨大期最大，日均耗水量分别为2.78 L和8.31 L，总耗水量分别为83.39 L和249.30 L；③茎流速率曲线与太阳辐射和温度曲线波形变化趋势基本一致，与空气湿度曲线波形变化趋势相反，茎流速率与环境因子进行偏相关分析，影响枣树茎流速率的主要因子有所差异，但太阳辐射偏相关系数最高，按生育期顺次分别为0.767、0.762、0.873、0.838、0.603和0.825，利用多元线性回归对不同生育期枣树茎流速率与环境因子进行逐步回归，经过回归系数和相关系数检验，各多元线性回归方程均达到了显著水平。

阿克苏地区；枣；生育期；茎流速率；环境因子

枣属鼠李科(Rhamnaceae)枣属(ZiziphusMill)[1-2]，原产中国，适应性和抗逆性强，对土壤要求不严格，有“铁杆庄稼”之称[3]。红枣果实营养丰富，含有蛋白质、糖类、多种氨基酸、胡萝卜素、维生素C、钙、磷、铁等[4]，消费市场巨大。位于新疆环塔里木盆地绿洲带及其边缘区的阿克苏地区，水土光热资源丰富，昼夜温差大，光照时间长，十分适合红枣种植，近年来红枣种植业已经成为当地经济发展的支柱产业[5-6]。由于农业用水、生产用水以及人们生活用水矛盾日益突出，水资源短缺制约着当地红枣种植业的发展[7]，再加上现行枣树灌溉管理粗放，主要还是以漫灌、沟灌为主，当地表积水时，造成的水的蒸发严重，无效水增多。

本试验灌溉采用林木井式节水灌溉方法[8]，其特点是通过常规滴灌系统和带孔竖井管的横向渗漏将水分直接灌溉到地下林木根系分布区,使地表仍保持较干燥、干燥状态,造成灌溉湿润区土壤和地表土壤毛细管处于断裂状态,极大的阻止和减少灌溉后的地表蒸发,使得水分有效供给林木根系,从而提高水的利用效率而达到节水的目的。在枣树生长季中，运用Flow-32包裹式茎流计测定枣树茎流速率[9-10]，并在样地内安装HOBO小气候仪同步获取气象数据，长期定点进行观测，分析不同生育期枣树茎流速率的变化规律、枣树耗水情况以及与环境因子之间的关系，为此新型节水灌溉方式下，枣树蒸腾耗水规律提供一定的理论依据。

1　试验地概况与研究方法

1.1试验地概况

试验地位于新疆阿克苏地区温宿县新疆林科院佳木试验站内(地理位置为80°32′E，41°15′N)，属于典型的温带大陆性干旱气候，四季分明，昼夜温差大，春季升温快而不稳，常有倒春寒现象发生，夏季炎热而干燥，受对流天气影响易造成冰雹，暴雨频发，秋季短暂而降温迅速；年日照时数2 747 h，年平均总辐射量6 000 MJ·m-2，平均海拔高度1 103 m；年降水量42.4～94 mm，年潜在蒸发量2 956.3 mm，浅层地下水位3.3 m；年均气温为10.1℃，极端最高气温为38.1℃(1997-07-20)，极端最低气温为-27.0℃(1977-01-30)，≥10℃积温2916.8℃～3198.6℃，无霜期195 d；样地土壤类型为砂壤土，土壤砂粒含量为81.32%(0.02～2 mm)，粉粒含量为5.76%(0.002～0.02 mm)，粘粒含量为12.92%(<0.002 mm)；土壤理化性质参数见表1。

表1　试验地土壤的主要理化性质

表2　试验地样树的主要参数

1.2研究方法

1.2.1试验设计试验于2014年4月至11月进行。在枣园内选取面积为5 m×5 m的试验样地，树龄4 a，行间距1 m×4 m，红枣种类为灰枣，在样地内选择3株生长良好，无病虫害，主干通直且符合包裹式茎流计传感器规格的健康枣树(干径3 cm±0.30 cm)，作为试验对象。样树的主要参数见表2，样树平均干径为3.23 cm，平均株高为1.93 m，平均冠幅为1.23 m；去皮后包裹传感器处的平均直径为3.11 cm，平均面积为7.58 cm2。灌溉方式采取林木井式节水灌溉方法，根据前期研究的幼龄红枣根系分布区情况[11]，在树行方向，距离样树10 cm处安装一个内径10 cm和高20 cm的带孔竖直井管，供水系统采用常规滴灌系统，滴头流量为12 L·h-1，用长约10 cm的盲管将水引入井管内，每次灌水时间为5 h；为防止样地外其他作物灌溉对其影响，在样地四周挖2 m的深沟，用塑料薄膜隔开，并在四周做50 cm以上的土垄，防止灌溉水渗漏进入样地；样地内除灌水方式采用林木井式节水灌溉方法外，其余田间管理各项事宜均与当地田间管理一致。

1.2.2茎流测定本研究采用美国Dynamax公司生产的Flow-32包裹式茎流计对幼龄灰枣进行茎流速率的测定，选择传感器型号为SGB25进行茎流测定，最后把传感器与数据采集器对接，并通过电脑对数据采集器进行程序设定，茎流数据采集时间为10 min。

1.2.3气象因素的测定样地内安装HOBO小气候仪，对枣园的气象因素进行测定，主要包括：太阳辐射、空气湿度、温度、风速，数据采集时间间隔10 min。

1.2.4数据处理与分析利用美国Dynamax公司提供的PC400软件下载茎流数据，并将样地内3株样树的茎流速率进行平均，计算出样地内每天每10 min的平均茎流速率，采用Excel 2007和SPASS 18.0软件，对试验对象幼龄枣树(地径3 cm±0.3 cm)不同生育期内的茎流特征变化情况以及与环境因子之间关系进行分析处理。根据枣树的生物学特性，并结合人工观察记录情况，把枣树的生育期划分为6个时期，详细情况见表3。

表3　红枣生育期

2　结果与分析

2.1不同生育期内枣树茎流速率昼夜变化特征

红枣不同生育期出现的时间见表3，为了避免枣树相邻两个生育期之间的相互重叠可能影响单一生育期内的茎流变化情况，因此选择生育期内(连续6 d)未重叠的时间内的枣树茎流变化情况进行分析。由图1可以看出，W1(05-19—05-24)、W2(06-15—06-20)、W3(07-09—07-14)、W5(09-16—09-21)和W6(10-11—10-16)，枣树夜间均有茎流活动且日变化趋势均呈现单峰曲线，除W3峰值波动较频繁外，其余四个生育期峰值都趋于稳定；茎流启动时间W16∶00—8∶30、W27∶30—8∶00、W38∶00—9∶00、W59∶00—9∶30以及W68∶30—9∶00；峰值出现时间W111∶00—13∶30、W214∶30—15∶30、W314∶30—15∶30、W514∶30—16∶00以及W612∶00—14∶00；峰值大小W1269.14～317.12 g·h-1、W2374.05～452.33 g·h-1、W3453.45～635.04 g·h-1、W5873.00～1 126.55 g·h-1以及W6564.61～659.83 g·h-1，W1茎流速率峰值最小，由于该生育期内阿克苏地区沙尘天气频繁，加上太阳辐射强度较低等外界条件以及枣树本身生物学特性所致，W3曲线上明显看出此生育期内第三天和第四天茎流速率峰值较小，经查阅气象数据可知，这两日太阳辐射强度较低，因此茎流速率峰值相对较小。

W4(08-14—08-19)枣树茎流速率日变化趋势均呈现明显双峰曲线，即：当茎流速率达到第一个峰值时，出现暂时性下降的现象，不久之后又出现爬升现象，直至第二个峰值出现，但第二个峰值低于第一个峰值，夜间有微弱的茎流活动，茎流启动时间在8∶30—9∶00，茎流速率增幅最大出现在10∶30—11∶00，第一次峰值出现在12∶30—15∶30之间，大小为913.49～1 239.35 g·h-1，第二次峰值出现在17∶30—18∶30，大小为564.66～710.07 g·h-1，出现此情况是由于中午太阳辐射很强，空气温度较高，植物为了适应严酷环境，保持体内水分不被过度散失，枣树叶片气孔暂时性关闭，出现了特有的“午休”现象[12-14]，即枣树的蒸腾速率下降，表现出茎流速率下降，但随着时间的推移，太阳辐射强度减弱，空气温度下降，枣树叶片气孔打开，蒸腾速率也出现回升。

图1不同生育期枣树茎流速率昼夜变化情况

Fig.1Diurnal changes of jujube stem the flow rates at different growth periods

2.2不同生育期内枣树茎流速率日变化特征

从图2可以看出，除W4外，枣树在其他不同生育期内的日茎流速率变化均呈现出一定的规律性，即：均大体呈现出宽型单峰曲线；W4枣树茎流速率日变化曲线呈现较明显的双峰现象，即：茎流速率第一峰值出现后茎流速率明显下降，但之后出现再次上升现象。不同生育内茎流速率的启动时间、茎流值增幅最大时间、峰值出现时间以及茎流速率降幅最大出现的时间存在一定差异；茎流启动后茎流值增幅最大出现的时间，W1、W4以及W5均为10∶00—10∶30，W2、W3以及W6均为9∶30—10∶00；茎流速率峰值出现时间，W1和W6为13∶00—13∶30，W2为15∶30—16∶00，W3和W5为14∶30—15∶00，W4为12∶30—13∶00和14∶30—15∶00；茎流速率降幅最大出现的时间，W1、W4以及W6为19∶00—20∶00；W2和W3为20∶00—21∶00，W5为18∶30—19∶00；W1、W2、W3、W4、W5和W6茎流速率最大值分别为333.63、393.19、563.30、1198.80、943.16 g·h-1和655.35 g·h-1。

图2不同生育期内枣树茎流速率日变化情况

Fig.2Diurnal changes of jujube stem flows at different growth periods

2.3不同生育期内枣树茎流耗水情况

由图3可知，不同生育期枣树茎流日累积量变化过程曲线均为“S”形，W4和W5内曲线“S”形较明显；夜间均存在少量茎流累积；但茎流日累积量存在差异，W4最大，为8.27 L，W1最小，为2.84 L，其余W2、W3、W5和W6分别为3.43、4.58、7.51 L和4.19 L。

在不同生育期内各选取连续30天的枣树茎流耗水情况作为该生育周期枣树耗水情况进行分析。在枣树生长季中，不同生育期内枣树的日均耗水量和总耗水量存在明显差异(表4)。从表4可以看出，在整个生长季中日均耗水量和总耗水量均呈现出先增大后减小的趋势，W1最低，日均耗水量和总耗水量为2.78 L和83.39 L，这是由于红枣处在萌芽和展叶阶段，总叶面积较小，加上外界环境条件中太阳辐射较弱，天气不稳定；W4为整个生长季中最大，日均耗水量和总耗水量为8.31 L和249.30 L，此时期不仅枣树自身生理活动旺盛，果实膨大需水量较高，而且外界环境中，太阳辐射强度大，白天温度较高，空气湿度较小。

图3　不同生育期内枣树茎流日累积量变化情况

2.4不同生育期内枣树日茎流速率与环境因子的关系

在整个生长季中，枣树茎流速率的变化不仅与自身生理活动有关，而且与外界环境因子关系密切[12,14-16]。图4为枣树各生育期内茎流速率与环境因子之间的变化情况，不同生育期内，外界环境因子虽然存在差异，但茎流速率曲线与太阳辐射和温度曲线波形变化趋势基本一致，与空气湿度曲线波形变化趋势相反，即白天茎流启动后，随着太阳辐射强度的增加，温度开始逐渐上升，空气湿度降低，枣树蒸腾速率逐渐加强，进而茎流速率开始增大；茎流速率曲线与风速曲线波形变化趋势没有较明显的规律性。外界环境因子中，太阳辐射强度可以影响温度和空气湿度的变化，因此太阳辐射与茎流速率关系最密切。W6的太阳辐射强度最低，但W1的茎流速率峰值却最小，这是由于W1枣树生理活动较弱，叶面积较小，蒸腾作用较低，虽然太阳辐射强度相对于W6较大，但茎流速率峰值却较小；茎流启动后，随着太阳辐射的增大，茎流速率也逐渐增大，但不同生育期内枣树茎流速率的峰值与太阳辐射的峰值出现的时间却存在一定差异，W1和W6前者略早于后者2 h，W3和W5前者略晚于后者0.5 h，W2两者时间一致，W4由于茎流速率出现两个峰值，且达到太阳辐射峰值的时间在出现两次茎流速率峰值之间。这是由于W4太阳辐射强烈，中午空气温度较高，植物蒸腾旺盛，当根系吸水无法持续满足蒸腾耗水时，植物便出现“午休”现象，这种现象与其他人研究有所不同[17]，当太阳辐射开始减弱后，枣树茎流速率便出现了小幅度的上升现象。

在不同生育期内对枣树液流速率与4个环境因子监测值进行偏相关分析，对3个因素的影响进行变量控制，得出茎流速率与剩下1个环境因子的相关系数时，结果(表5)可以看出不同生育期内影响枣树茎流速率的主要因子有所差异；各生育期内太阳辐射均为主要影响因子，W1、W2、W3、W4、W5和W6太阳辐射偏相关系数分别为0.767、0.762、0.873、0.838、0.603和0.825；温度在W1、W2、W4和W5为主要影响因子，偏相关系数分别为0.260、0.407、0.307和0.256；在上述偏相关分析的基础上，利用多元线性回归对不同生育期内枣树茎流速率与环境因子进行逐步回归，以0.01和0.05可靠性作为变量入选和剔除临界值，建立不同天气条件下液流速率与环境因子的多元线性模型(表6)，经过回归系数和相关系数检验，各多元线性回归方程均达到了显著水平。

图4不同生育期茎流速率与环境因子之间的变化情况

Fig.4Changes in jujube stem flow rates at different growth periods and environmental factors

表5　枣树不同生育期内茎流速率与各环境因子的偏相关

注 Note: **P<0.01.

表6　枣树不同生育期内茎流速率与环境因子的多元回归模型

注：SF：茎流速率(g·h-1)；PAR：太阳辐射(W·m-2)；Ta：温度(℃)；RH：湿度(%)；V：风速(m·s-1)。

3　结　论

林木井式节水灌溉方式下，枣树整个生长季中，不同的生育期内自身生理活动以及外界环境因子存在异同，因此茎流速率存在异同。本研究通过不同生育期内幼龄枣树茎流变化规律及耗水特征研究，结论如下：

1) 枣树茎流速率昼夜变化趋势除W4呈现明显双峰曲线外，其余生育期内均呈现单峰曲线；田盼盼等指出枣树茎流速率在晴天条件下呈现单峰曲线，但本研究在枣树W4阶段茎流速率呈现双峰曲线，两个峰值分别出现在12∶30—15∶30和17∶30—18∶30，两峰之间“午休现象”明显；各生育期内夜间均存在茎流活动；由茎流速率日变化可以看出不同生育期内茎流速率启动、茎流值增幅、出现峰值、茎流速率降幅最大等时间以及茎流速率峰值都有所不同。

2) 在枣树生长季中，日均耗水量和总耗水量均呈现出先增大后减小的趋势，W1，W4最大，日均耗水量分别为2.78 L和8.31 L，总耗水量分别为83.39 L和249.30 L；不同生育期枣树茎流日累积量变化过程曲线均为“S”形，夜间均存在少量茎流累积。

3) 不同生育期茎流速率曲线与太阳辐射和温度曲线波形变化趋势基本一致，与空气湿度曲线波形变化趋势相反；对枣树液流速率与4个环境因子监测值进行偏相关分析，太阳辐射偏相关系数最高，按生育期顺次分别为0.767、0.762、0.873、0.838、0.603和0.825；利用多元线性回归对不同生育期内枣树茎流速率与环境因子进行逐步回归，经过回归系数和相关系数检验，各多元线性回归方程均达到了显著水平。

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Characteristics of stem flow of young jujube tree at different reproductive periods and their relationship with environmental factors

LI Hong1, LIU Bang2, LI Chang-cheng2, SUN Ming-sen2, DIAO Kai2, HAN Ying-ying3, CHENG Ping1,ZHANG Zhi-gang2, WANG Zhen-zhen2, WU Yu3, MIAO Qian-qian2

(1.Xinjiang Academy of Forestry Sciences, Urumqi, Xinjiang 830000, China;2.ForestryandHorticultureCollege,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China;3.XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjiang830054,China)

A package type stem flow meter for continuous measurement of young jujube tree stem flow rate was adopted to allow synchronous monitoring four environmental factors including solar radiation, temperature, air humidity and wind speed. Stem flow characteristics of Chinese jujube at different development stages were investigated and their relationship with environment variations was also analyzed. The results showed that stem flow was active at night. Except for the stem the flow rate curve W4that exhibited a bimodal at the fruit enlargement stage, the rest were single peak during the growth period. In addition, the cumulative amount of change in Japan curves was in an “S” shape. The average daily water consumption amount and the total water consumption were both increased firstly, and then went decreased, exhibiting marked differences. The difference was the lowest at the budding and leaf expanding stage W1, and reached the highest at the fruit enlargement period W4. The average daily water consumption amounts were 2.78 L and 8.31 L, respectively, and the total water consumption amounts were 83.39 L and 249.30 L, respectively. Furthermore, stem flow rate curve, solar radiation and temperature curve waveforms displayed almost the same varying trends, different from those of the air humidity curve waveform change trend. The partial correlation analysis between stem flow rate and environmental factors indicated that the main factors affecting the jujube tree stem flow rate varied, but the partial correlation coefficients between the highest solar radiation and the progressive growth periods were 0.767, 0.762, 0.873, 0.838, 0.603 and 0.825, respectively. By employing a multiple linear regression to study stem flow rate of Chinese jujube at different reproductive periods and environmental factors for stepwise regression, with the regression coefficient and correlation coefficient tests, the multiple linear regression equation had reached a significant level.

Aksu area; Chinese jujube; growth period; stem flow rate; environmental factors

1000-7601(2016)05-0054-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.08

2015-06-04

林业公益性行业科研专项(201304701-2)

李宏(1962—)，男，陕西临潼人，研究员，博士生导师，主要从事森林培育方面的研究工作。

S665.1

A