枣树茎直径日最大收缩量影响因子分析

张琳琳，汪有科，张俊，刘守阳，韩立新，赵英

(1.中国科学院 水利部水土保持研究所，712100，陕西杨凌;2.中国科学院研究生院，100049，北京;3.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，712100，陕西杨凌;4.杨凌职业技术学院，712100，陕西杨凌)

枣树茎直径日最大收缩量影响因子分析

张琳琳1，2，汪有科1，3†，张俊1，2，刘守阳3，韩立新1，2，赵英4

(1.中国科学院 水利部水土保持研究所，712100，陕西杨凌;2.中国科学院研究生院，100049，北京;3.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，712100，陕西杨凌;4.杨凌职业技术学院，712100，陕西杨凌)

摘要：选取4年生梨枣树(Zizyphus jujubamill.)，设置4个土壤水分梯度，研究不同水分条件下梨枣树不同生育期茎直径日最大收缩量(DMDS)变化规律，确定DMDS与土壤水分及气象因子(参考作物蒸发蒸散量E、水汽压亏缺日均值V)的关系。结果表明：1)土壤水分条件影响梨枣树DMDS对气象变化的敏感度，水分适宜处理梨枣树DMDS对气象变化最为敏感，其余水分处理梨枣树DMDS的变化规律与其一致，但波动幅度较小;2)不同生育期DMDS与气象因子关系存在差异，果实膨大期、果实成熟期与E、V关系均极显著，萌芽展叶期与开花坐果期相关系数较小;3)不同水分处理梨枣不同生育期DMDS与气象因子关系不同，高水分处理(T1)开花坐果期DMDS与V关系显著，与E极显著，其他处理均不显著;4)在不同水分条件下，梨枣全生育期内参考作物蒸发蒸散量E是影响茎直径日最大收缩量的关键因素。

关键词：梨枣;土壤水分;茎直径日最大收缩量;气象因子;相关分析

精准灌溉技术是指按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化使用水投入量，以获得最高产量和最大经济效益，同时保护生态环境的一种高科技灌溉技术［1］。掌握作物的需水信息是现代精准灌溉体系的重要组成部分，是精准灌溉实施的基础和保障。众多学者研究［2-5］表明，植物水分状况的可靠指标只能从植物本身的测定中得到，只有获取了准确的作物水分信息，才能更科学地采取田间水分管理措施，提高水分利用效率，降低无效损耗。

植物茎直径微变化具有众多优点，如操作简单，对植株无破坏性，能够连续监测、自动记录、获取植物体内水分精确信息等，因而被认为是最有潜力表示植物水分状况和指导灌溉制度制定的指标［6］。茎直径观测参数主要有茎直径日最大值(DMXTD)、茎直径日最小值(DMNTD)、茎直径日最大收缩量(DMDS)与茎直径日生长量(DDG)。目前研究成果已证实，DMDS适宜作为植物水分亏缺敏感性指标，并已成功应用于精确灌溉中［7-10］。M.Ortuño 等［11］提出从茎秆直径日变化中能得到与作物水分状况密切相关的指标，DMDS作为成年树的控制灌溉指标比较适宜，但茎直径观测受土壤水分和外界气象因素影响明显。F.Moreno等［12］研究了成年橄榄树在充分灌溉条件下其DMDS与太阳辐射(Rs)、参考作物蒸发蒸散量(E)、水汽压亏缺日均值(V)、气温(T)之间的相关关系，得出DMDS与水汽压亏缺和大气温度的相关性最好(R2分别为0.83、0.79)的结论。因此，分析茎直径微变化影响因子，寻求准确、标准化监测信号的方法和指标，对利用茎直径观测指导农林灌溉具有重要意义［7，13-15］，但国内外对于不同水分条件下不同生育期梨枣树DMDS受土壤水分和气象因子的影响研究较少。

笔者通过在梨枣树(Zizyphus jujubamill.)全生育期(05-12—09-27)设置4个不同的水分处理，探索其不同生育期(萌芽展叶期(05-12—06-12)、开花坐果期(06-13—07-20)、果实膨大期(07-21—08-26)、果实成熟期(08-27—09-27)4个阶段)DMDS对土壤水分变化的响应，分析气象因子与DMDS的关系，确定梨枣树不同生育期DMDS的主要影响因子，以期为梨枣树自身水分状况以及需水信息的获取提供精确的理论依据。

1 试验区概况

试验于2011-05-12—2011-09-27在陕西省米脂县银州镇孟岔村山地微灌枣树示范基地进行。米脂县位于黄土高原丘陵沟壑区，E 109°49'～110°29'，N 37°39'～38°5'，属于中温带半干旱性气候，全年雨量不足，气候干燥，四季分明，日照充沛，昼夜温差大，适宜果树生长。年平均气温8.5℃，极端最高气温38.2℃，极端最低气温-25.5℃，无霜期162 d。年降雨主要集中在夏季，平均年降水量451.6mm，最大年降水量704.8mm，最小年降水量186.1mm。供试土壤质地为黄绵土，密度为1.29 g/cm3，计划湿润层0～100 cm的田间持水量为23%(质量含水量)。试验小区规格为6m×1m×1m，采用水泥砌墙与周围土壤隔离，用塑料布进行防渗，使小区土壤环境为封闭系统。小区上方安装防雨棚避免自然降雨对试验的影响。采用地面滴灌的灌溉方式，每小区布设2条毛管，毛管上等距安装4个滴头，确保灌溉均匀，滴头流量为4 L/h。供试植物为2009年4月于子洲县移栽的 2年生梨枣树，株行距预设1m×2m。试验梨枣树树形修剪均一，长势良好，平均主干茎直径4.05 cm，平均树高89.67 cm，平均冠幅直径90.86 cm。

2 材料与方法

2.1 试验处理

试验共设计4个土壤水势水平(表1)。各处理自成一个小区，每小区3棵梨枣树，单株视为1次重复。作物灌水量采用控制灌溉配套仪器GP1(德国Ecomatik公司生产)自动控制，当土壤水势低于预设土壤水势下限时，每隔30min自动灌水5min，直到土壤水势高于土壤水势上限时停止灌溉。

2.2 试验方法与观测指标

1)土壤水势：用平衡式土壤水分张力计(EQ15：Equilibrium Tensiometer)监测土壤水势，其测量范围为0～-1 500 kPa。各小区分别安装土壤水势仪探头6个，埋深30、60 cm的探头各3个，其中一个埋深30 cm的水势仪探头与GP1相连，用来控制灌溉。其他探头与DL2e型数据采集器(英国剑桥，Delta Device)相连，每隔30min自动记录一次数据。土壤体积含水量为测得的土壤水势值通过土壤水分特征曲线转换而来，转换公式如下：

表1 各处理土壤水势设置Tab．1 Set of soil water potential under different treatments

式中：θ为土壤体积含水量，cm3/cm3;B1为土壤水势值，kPa。

2)茎秆直径微变化：采用DD型线性差分径向变化仪(简称LVDT，德国Ecomatik公司生产)连续测定。在每棵树安装一个探头，探头通过不胀钢框架安装在样树主干距地面15 cm处的北向，为确保LVDT框架牢固和探头与主干接触良好，安装前用木锉轻刮树干的死皮，为防风、气温和降雨等对探头测量精度的影响，用隔热银箔纸包裹探头。所有探头与DL2e型数据采集器相连，每隔30min自动记录一次数据。

茎杆收缩大多发生于木质部外围的活组织中，其细胞具有弹性较强的细胞壁，因此当水分从中抽出时细胞体积将减小［16］。茎直径相对变化量为 DD型线性差分径向变化仪直接测得的数据，是相对于探头安装那一刻茎直径的变化值。茎直径日最大收缩量为一天中茎直径相对变化量最大值与最小值之差。

3)气象数据：距试验地10m的Watch Dog自动气象站，按照国家气象局标准连续采集降雨量、太阳辐射、气温、空气相对湿度、2m高处风速和风向等。

参考作物蒸发蒸散量和水汽压亏缺日均值利用Penman-Monteith 公式［17］计算：

式中：E为参考作物蒸发蒸散量，mm/d;Rn为作物表面净辐射，MJ/(m·d);G为土壤热通量密度，MJ/(m·d);t为距地面2m高处日平均气温，℃;u2为距地面2m高处风速，m/s;es为饱和水汽压，kPa;ea为实际水汽压，kPa;κ为水汽压曲线斜率，kPa/℃;γ为湿热常数，kPa/℃;V为水汽压亏缺日均值，kPa。

各处理数据均为3个重复的平均值，采用软件Origin Pro 8.0绘图，利用SPSS和Excel进行数据统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同处理不同土层土壤体积含水量动态变化

梨枣树全生育期30、60 cm土层深度土壤体积含水量动态变化规律如图1所示。可以看出，随着灌水时期的不同，各处理30 cm处土层土壤体积含水量变化曲线波动明显。T1处理分别在06-27、07-13、07-27和08-10时灌水，T2 处理分别在06-29和07-28时灌水，T3处理分别在06-27、07-14和08-01时灌水，T4处理分别在06-26、07-02和07-11时灌水。T1、T2、T3、T4处理30 cm处土层土壤体积含水量平均值分别为 0.220、0.150、0.156 和0.110 cm3/cm3，60 cm处土层土壤体积含水量平均值分别为0.240、0.080、0.135 和0.120 cm3/cm3。

结果表明，不同土壤水分处理下，梨枣树林地30、60 cm处土层土壤体积含水量变化过程具有相似的变化规律，土壤体积含水量越低，则日降幅越大。同一处理60 cm处土层土壤体积含水量变化曲线较30 cm处变化平坦，变幅较小。高水分处理(T1)、低水分处理(T4)60 cm处土层土壤体积含水量整体高于同一处理30 cm处，这种现象一方面是受外界蒸发能力的影响，另一方面就是梨枣树根系主要分布在30 cm处，使得30 cm处梨枣树耗水大于60 cm处。由于极端水分条件(如T1、T4)会促使根系较快速生长，为使根系附近的土壤水分能够得到及时补充，土壤水分总是由高势能处向低势能处运动，由无根处向有根处运动，从而有利于作物根系吸收利用土壤水分;所以，会出现土壤水分体积含量30 cm处土层小于60 cm处。

图1 不同处理不同土层土壤体积含水量动态变化Fig．1 Dynamic trend of soil water content of Zizyphus jujubamill.in different depth under different treatments

3.2 梨枣树不同生育期DMDS对土壤水分的响应

图2为梨枣树不同生育期茎直径日最大收缩量变化规律。可以看出：在萌芽展叶期，DMDS随着土壤体积含水量的降低而增大，不同水分处理DMDS差异明显，高水分处理(T1、T2)波动较大，T2水分处理条件下波动最大，低水分处理(T4)DMDS波动平缓;在开花坐果期，T2处理的DMDS波动最大，在灌水之前(06-22)达到最大值，其次是T3处理，低水分的T4处理变化规律与萌芽展叶期相似;在果实膨大期，T3水分处理条件下DMDS变化剧烈，其最大值出现在07-31，其次是T1处理;在果实成熟期，T4处理DMDS变化最为剧烈，其次是T3处理，高水分的T1、T2处理变化均较平缓。结果表明，在萌芽展叶期和开花坐果期，DMDS适宜作为高水分处理下的梨枣树水分敏感指标，在果实膨大期，DMDS适宜作为控制灌溉的梨枣树水分敏感指标，在果实成熟期，DMDS在低水分处理条件下最为敏感。可知，各生育期内，在水分适宜条件下梨枣树DMDS波动较大。

3.3 气象因子分析

参考作物蒸发蒸散量、水汽压亏缺日均值随时间的变化规律见图3。可以看出，试验期间，E、V具有较一致的变化趋势，在整个生育期呈现波折性动态变化。E的最大值、最小值分别落在06-01(16.43mm/d)和07-02(0.30mm/d)。V的最大值、最小值分别落在06-07(3.22 kPa)和05-28(0.05 kPa)，其最值均出现在梨枣萌芽展叶期。由图亦可看出，E与V在萌芽展叶期与开花坐果期波动剧烈，于果实膨大期波动幅度渐小，在果实成熟期二者呈现较平稳的动态变化。

3.4 茎直径日最大收缩量与气象因子的关系

不同水分条件下梨枣不同生育期DMDS与气象因子(V、E)的相关分析结果见表2。可以看出，不同水分处理条件下DMDS与气象因子之间相关系数各不相同。

萌芽展叶期，只有T2处理DMDS与V关系极显著，说明该时期在T2(0.123～0.233 cm3/cm3)水分条件下梨枣树DMDS与V具有较好的相关性，水分过高(如T1)或亏缺(如T3、T4)则会影响DMDS受气象因素的综合影响。

图2 梨枣树不同生育期茎直径日最大收缩量变化规律Fig．2 Dynamic of Zizyphus jujubamill.maximum daily shrinkage in trunk diameter in different stages

图3 E、V随梨枣树不同生育期的动态变化Fig．3 Dynamic of E and V during different stages of Zizyphus jujubamill.

开花坐果期，只有高水分处理(T1)DMDS与V关系显著，与E关系极显著，说明该时期土壤水分与气象因子的综合作用显著影梨响枣树茎秆变化。其原因可能是由于开花坐果期是梨枣树关键需水期，梨枣树生长对水分要求较高［18-19］。

果实膨大期，各水分处理的DMDS均与气象因子V、E关系达极显著，且相关系数差异微小。说明一方面该时期各处理DMDS受大气蒸发强度影响较大，表征了蒸腾流的强弱，另一方面，在该时期，无论何种水分状况，其DMDS都能作为良好的指示指标，该时期不同水分处理对梨枣树DMDS影响较小。

表2 梨枣树不同生育期茎直径日最大收缩量(DMDS)与气象因子(V、E)的相关分析Tab．2 Correlation analysis between Zizyphus jujubamill.maximum daily trunk shrinkage(DMDS)and dailymean vapor pressure deficit(V)，reference crop evapotranspiration(E)during different growth period

4 讨论

从植物生理学角度讲，植物器官(茎杆、叶片、果实等)体积短期微变化与其体内的水分状态密切相关。以茎秆为例，水分充足时茎杆膨胀，水分亏缺时茎杆收缩，这就为使用茎直径微变化指导作物精确灌溉提供了可能性［20］。茎直径日最大收缩量受土壤水分与气象因子的综合影响，各因素影响程度具有一定差异性。土壤水分不同，DMDS差异显著，水分亏缺在一定程度上增大了梨枣树茎直径日最大收缩量，说明DMDS适宜作为梨枣树水分敏感性指标指示土壤水分情况与植物水分状况。这与F.Moreno等［12］对李树(Prunus)以及m.C.Ruiz-Sánchez 等［21］对桃树(Prunus persica)的研究结果一致。梨枣树不同水分条件下不同生育期内DMDS变化规律相同，波动程度不同，说明DMDS受植物生育期内生命活动量的影响，如文中梨枣树萌芽展叶期与开花座果期高水分处理(T1、T2)DMDS变化剧烈，果实膨大期T3处理变化剧烈，果实成熟期低水分处理(T4)DMDS波动幅度大。

茎直径日最大收缩量(DMDS)与V、E密切相关，说明DMDS受大气蒸发强度影响较大。李晓彬等［22］研究了梨枣树果实膨大期DMDS与气象因子的关系，结果表明，DMDS与大气蒸发强度指标(V、E)和温度指标(T)线性相关性较大，且高水分处理的DMDS与气象因子的线性相关性要高于控制灌溉处理。本研究结果显示，梨枣树不同生育期DMDS与气象因子的关系不同，表现为开花坐果期DMDS与E关系极显著，果实膨大期、果实成熟期DMDS均与V、E关系极显著。不同水分处理条件下DMDS与气象因子关系不同，如开花坐果期高水分处理(T1)DMDS与V关系显著，与E关系极显著，其他水分处理该时期DMDS均与V、E关系甚微，说明该时期土壤水分与气象因子的综合作用显著影响梨枣树茎秆变化。E.Fereres等［23］学者研究认为，DMDS变化还与物候期和生育期有关，果实的生长、成熟和采摘直接影响到DMDS的变化;因此，在进一步试验时这些因素应当引起注意。

5 结论

1)不同土壤水分条件下，梨枣林地30、60 cm土层土壤体积含水量变化规律相似，土壤体积含水量越低，日降幅越大。同一处理60 cm处土层土壤体积含水量变化曲线较30 cm处变化平坦，变幅较小。极端水分条件下(充分灌溉和严重亏缺)，60 cm处土层土壤体积含水量整体高于同一处理30 cm处土层土壤体积含水量。

2)土壤水分不同，梨枣树DMDS差异显著，水分不足在一定程度上有利于梨枣树茎秆增粗。

3)土壤水分影响梨枣树DMDS对气象变化的敏感度。水分适宜处理梨枣树DMDS对气象变化最为敏感，其他水分处理梨枣树DMDS变化规律与其一致，但波动幅度较小。

4)不同水分处理梨枣树不同生育期DMDS与气象因子关系不同，高水分处理开花坐果期DMDS受气象因子(V、E)影响显著。

6 参考文献

［1］山仑，黄占斌，张岁岐.节水农业［M］.北京：清华大学出版社，2000：27-40

［2］Thompson R B，Gallardom，Valdez L C，et al.Using plant water status to define threshold values for irrigationmanagement of vegetable crops using soilmoisture sensors［J］.Agricultural Watermanagement，2007，88(1-3)：147-158

［3］Kramer P J.Water stress and plant growth［J］.Agronomy Journal，1963，55(1)：31-35

［4］Remorini D，Massai R.Comparison of water status indicators for young peach trees［J］.Irrigation Science，2003，22(1)：39-46

［5］山仑.植物抗旱生理研究与发展半旱地农业［J］.干旱地区农业研究，2007(1)：1-5

［6］Kozlowski T T，Winget C H.Diurnal and seasonal variation in radii of tree stems［J］.Ecology，1964，45(1)：27-35

［7］Velez J，Intrigliolo D，Castel J.Scheduling deficit irrigation of citrus trees withmaximum daily trunk shrinkage［J］.Agricultural Watermanagement，2007，90(3)：197-204

［8］Conejero W，Ortuñom，Mellisho C，et al.Influence of crop load onmaximum daily trunk shrinkage reference equations for irrigation scheduling of earlymaturing peach trees［J］.Agricultural Watermanagement，2010，97(2)：333-338

［9］Egea G，Pagán E，Baille A，et al.Usefulness of establishing trunk diameter based reference lines for irrigation scheduling in almond trees［J］.Irrigation Science，2009，27(6)：431-441

［10］Ortuñom，García-Orellana Y，Conejero W，et al.Relationships between climatic variables and sap flow，stem water potential andmaximum daily trunk shrinkage in lemon trees［J］.Plant and soil，2006，279(1)：229-242

［11］Ortuñom，Conejero W，Moreno F，et al.Could trunk diameter sensors be used in woody crops for irrigation scheduling?A review of current knowledge and future perspectives［J］.Agricultural Watermanagement，2010，97(1)：1-11

［12］moreno F，Conejero W，Martín-Palomom，et al.Maximum daily trunk shrinkage reference values for irrigation scheduling in olive trees［J］.Agricultural Watermanagement，2006，84(3)：290-294

［13］Goldhamer D，Fereres E.Irrigation scheduling of almond trees with trunk diameter sensors［J］.Irrigation Science，2004，23(1)：11-19

［14］Conejero W，Alarcón J，García-Orellana Y，et al.Evaluation of sap flow and trunk diameter sensors for irrigation scheduling in earlymaturing peach trees［J］.Tree Physiology，2007，27(12)：1753-1759

［15］García-Orellana Y，Ruiz-Sánchezm C，Alarcón J，et al.Preliminary assessment of the feasibility of usingmaximum daily trunk shrinkage for irrigation scheduling in lemon trees［J］.Agricultural Watermanagement，2007，89(1)：167-171

［16］李新岗，黄建，宋世德，等.影响陕北红枣产量和品质的因子分析［J］.西北林学院学报，2004，19(4)：38-42

［17］张寄阳，段爱旺，孟兆江，等.基于茎直径微变化的棉花适宜灌溉指标初步研究［J］.农业工程学报，2006，22(12)：86-89

［18］康绍忠，蔡焕杰.农业水管理学［M］.北京：农业出版社，1996：51-75

［19］王中英.果树抗旱生理［M］.北京：中国农业出版社，2000：38-53

［20］孟兆江，段爱旺，刘祖贵，等.根据植株茎直径变化诊断作物水分状况研究进展［J］.农业工程学报，2005，21(2)：30-33

［21］Ruiz-Sánchezm C，Domingo R，Morales D，et al.Water relations of Fino lemon plants on two rootstocks under flooded conditions［J］.Plant Science，1996，120(2)：119-125

［22］李晓彬，汪星，汪有科，等.梨枣茎直径微变化的气象因子［J］.林业科学，2012，48(1)：173-180

［23］Fereres E，Orgaz F，Castro J，et al.The relations between trunk diameter fluctuations and tree water status in olive trees(Olea europeaL.)［C］.Portugal：International Symposium on Irrigation of Horticultural Crops，1999：197-205

Impact factors analyses ofZizyphus jujubamill．trunk on dailymaximum shrinkage

Zhang Linlin1，2，Wang Youke1，3，Zhang Jun1，2，Liu Shouyang3，Han Lixin1，2，Zhao Ying4
(1.Soil and Water Conservation and Ecological Environment Research Center，CAS ＆mWR，712100，Yangling，Shaanxi，China;2.Graduate University of Chinese Academy of Science，100049，Beijing，China;3.College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi，China;4.Yangling Vocational＆ Technical College，712100，Yangling，Shaanxi，China)

Abstract：To explore the relationship betweenZizyphus jujubamill.trunk dailymaximum shrinkage(DMDS)andmeteorological factors under different soil water status，we performed an experiments with 4 year-oldZizyphus jujubamill.under four-level soilmoisture treatments.The results demonstrated that：1)Soil water conditionmainly had influence on the sensitivity ofDMDSresponse tometeorological factors.The suitable water treatment was themost sensitive tometeorological factors，while other treatments presented similar dynamics and narrow fluctuation range.2)DMDSshowed varied relationship withmeteorological factors over growth stages.The difference betweenDMDSandE、Vwas very significant in fruit expansion and ripening stages，which was not significant during leaf expansion and flowing and fruit set stages.3)The relationship betweenDMDSandmeteorological factors were different under different water treatment during different growth stages.DMDSandVhad significant relationship，DMDSandEhad very significant relationship under higher water treatment，but others was not significant.4)Ewas the key factor on influence trunkmaximum daily shrinkage forZizyphus jujubamill.which under different water conditions during all growth stages.

Key words：Zizyphus jujubamill.;soil water content;dailymaximum shrinkage;meteorological factors;correlation analysis

S275.6;S152.7

A

1672-3007(2013)04-0104-07

2012-12-28

2013-04-05

国家科技支撑计划“西北生态脆弱区经济作物高效用水关键技术研究与示范”(2011BAD29B04);陕西省科技统筹创新工程“节水型旱作红枣修剪技术集成与示范”(2011KTCL02-02)

张琳琳(1986—)，女，硕士研究生。主要研究方向：水资源高效利用。E-mail：zhanglinlin7711@163.com

简介：汪有科(1956—)，男，研究员，博士生导师。主要研究方向：水资源高效利用与节水灌溉新技术。E-mail：gjzwyk@vip.sina.com

(责任编辑：宋如华)