林地環(huán)境因子對油茶春梢生長期液流動態(tài)的影響

陳志鋼，蘇淑釵，周寅杰，李 超

（1.北京林業(yè)大學 林學院 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083；2.中南林業(yè)科技大學 林學院，湖南 長沙 410004）

油茶Camellia oleiferaAbel.原產于我國，是我國主要的木本食用油料樹種，又名茶子樹、油茶樹，為常綠小喬木，有悠久的栽培歷史[1-2]。近年來，我國南方大力發(fā)展油茶產業(yè)，現(xiàn)已初步形成規(guī)?；筒璺N植區(qū)域和產業(yè)化茶油加工、銷售鏈，油茶的栽培管理技術有了大幅提升，然而油茶生產環(huán)節(jié)中仍存在產量變異大、無科學的水肥管理措施等突出問題[3]，目前已有較多關于油茶配方施肥、植物營養(yǎng)、分子生物學等方面的研究報道[4-5]，而未見關于油茶水分生理、耗水及水分管理方面的研究；水肥管理是油茶高效栽培技術的重要內容，研究油茶不同生育時期的需水規(guī)律，對于科學合理地栽培和管理油茶具有重要的指導意義。為了從油茶需水及土壤供水方面解決油茶水分管理問題，通過連續(xù)2年對油茶需水的動態(tài)變化情況及環(huán)境因子進行測定與分析，著重研究了油茶新梢生長期的液流動態(tài)及與林地環(huán)境因子變化的關系，旨在為油茶新梢生長期的水肥管理和人工修剪提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2012年3月～2012年5月在湖南省林業(yè)科學院油茶示范基地進行。采用湘林5號油茶為試驗材料，選擇有完整日照、不遮陰的林地作為試驗樣地，樣地位于試驗林場10 a生油茶林內，坡向為西北，坡度約20°，林分郁閉度約0.75，平均株高2.1 m，平均地徑7.2 cm。本試驗選擇樣地內4株標準木進行液流測定。

1.2 測定指標及測定方法

采用配有TDP-30探針的熱擴散徑流儀測定油茶液流速率，選取樹冠圓滿、不偏心偏冠、根部以上有一段較光滑樹干的油茶植株作為樣木。安裝探針之前用抹布把樹干南部擦干凈，將間距為40 mm的鉆孔模板安放在與樹干平行的位置，用配套的探針鉆2 個30 mm深的孔，兩孔盡量平行并保持與樹干垂直，方向指向樹干髓心。將探針TDP-30加熱針和參考針同時逐漸插入上下兩孔中，孔的外部用硅橡膠封住，以防雨水進入而影響測量結果。樹干部用保溫材料和錫箔紙包裹好，以免受太陽輻射的影響，測量過程中定期檢查并防止樹干包裹處吸引蟲蟻聚居而危害樣樹。

根據Granier的熱擴散方法[6-9]，熱擴散探頭由2 根針組成，上部探針由熱電偶和加熱元件組成，下部探針只由熱電偶組成，為參考探針。熱電偶檢測兩根探針的溫差產生信號，測量信號由數(shù)據采集器記錄，可通過經驗公式計算得到樹干測定部位的液流速率。試驗期間每隔10 min采集1 次液流數(shù)據，樹干液流速率的計算公式[10-11]為：

式中Fs為液流速率（L/h），TM為探針的最大溫差值（℃），ΔT為實時測定的溫差值（℃），SA為單位邊材斷面積(cm2)，文中數(shù)據以單位面積1 cm2計算。

林地環(huán)境因子采用氣象站同步監(jiān)測，包括總輻射和光合有效輻射，空氣溫度和濕度，10、30 cm土層的土壤溫度，20、40 cm土層的土壤濕度（體積含水量），風速等指標。由于陰雨天太陽能供電停止，導致儀器測量中斷，部分陰雨天無測量數(shù)據。

1.3 數(shù)據分析

采用Excel整理試驗數(shù)據，以Origin 8.0繪圖，用Spss 18進行相關分析和回歸分析。

2 結果與分析

2.1 新梢生長期林地各環(huán)境因子的變化情況

新梢生長前期及生長期油茶林地各環(huán)境因子的日平均值分別如圖1～4所示。由圖1～4可知，在新梢生長期，油茶林地各環(huán)境因子的變化幅度均較大：土層深為5、20 cm的土壤溫度由新梢生長前期（3月11日）的7.5 ℃，升到生長末期的22 ℃；日平均氣溫由生長前期的7 ℃左右升至新梢生長末期的27.5 ℃，期間出現(xiàn)倒春寒現(xiàn)象；3～5月南方有較大的降雨量，土壤水分狀況直接受降雨量的影響，土壤濕度（土壤體積含水量）在降雨后達到峰值，隨后快速下降，隨著含水量的降低其下降幅度變慢，在17.5%～20%間波動；新梢生長期陰雨天氣較多，輻射的變化隨天氣條件的變化而波動，晴天的日平均輻射量最高，平均為450 μmol·m-2s-1，雨天最低，平均為18 μmol·m-2s-1；測定期間風速波動較大，相對濕度的變化與天氣條件有關， 變化幅度在40%～99%之間。

2.2 液流連續(xù)變化規(guī)律

油茶新梢生長期液流動態(tài)的變化規(guī)律如圖5所示。從圖5中可見，整個生長期的液流變化隨天氣條件的變化而波動，較高的液流值出現(xiàn)在晴天，較低的液流值出現(xiàn)在陰雨天，液流在0～140 cm/h之間；新梢生長的初始期（3月23日～4月5日），隨氣溫的大幅升高，液流迅速增大，在陰雨天氣，液流則持續(xù)出現(xiàn)低谷；新梢生長中期（4月6日～4月20日），陰雨天氣較多，液流變化較大；生長后期（4月21日～5月2日）晴天較多，日平均液流值較高。

圖1 日平均氣溫及土壤溫度的變化情況Fig.1 Variation of air temperature and soil temperature

圖2 土壤濕度的變化情況Fig.2 Variation of soil moisture

圖3 光合有效輻射和總輻射量的變化情況Fig.3 Variation of PAR and solar radiation

圖5 油茶液流變化動態(tài)（2012年3月23日～5月10日）Fig.5 Dynamic of sap flow of Camellia oleifera tree from March 23th to May 10th in 2012

2.3 不同天氣液流的日變化規(guī)律

測定期間不同天氣條件下油茶液流的日變化規(guī)律如圖6所示。由圖6可知，不同天氣條件下油茶的液流差異較大，典型晴天液流峰值為132.5 cm/h，日變化表現(xiàn)為典型單峰曲線，上午迅速上升達到峰值后快速下降；而雨天液流比較微弱，雨后的液流值為9.2 cm/h，液流日進程呈微弱的峰型曲線；不同天氣的液流峰值大小不同，表現(xiàn)為典型晴天＞多云天氣＞陰天＞雨天；多云、陰天、雨天液流日變化曲線呈鋸齒狀，可能是受云量變化、風速大小等主要氣象因子的影響所致。

2.4 液流的影響因子分析及回歸模型

對晴天林地內各環(huán)境因子之間的相關性分析結果如表1所示。由表1可知，典型晴天部分環(huán)境因子之間存在較高的相關性或共線性，總輻射與光合有效輻射的相關系數(shù)為0.999，20 cm土壤濕度與40 cm土壤濕度的相關系數(shù)達0.906，5 cm土壤溫度與20 cm土壤溫度相關系數(shù)為0.267；太陽輻射與10 、30 cm土溫及氣溫、風速、相對濕度的相關性都達到極顯著水平；濕度與氣溫的相關系數(shù)為－0.894，20 cm土壤濕度與土壤溫度的相關系數(shù)為0.548，都呈極顯著相關。

圖6 不同天氣類型油茶液流速率的日變化規(guī)律Fig.6 Diurnal variation of sap flow in Camellia oleifera in different weather conditions

油茶液流與各環(huán)境因子間的相關性分析結果如表2所示。由表2可知，在不同天氣條件下不同環(huán)境因子對液流的影響不同，總輻射和光合有效輻射對液流的相關系數(shù)極高，除雨天外相關系數(shù)都達到0.8以上，氣溫也與液流有較高的相關性，空氣相對濕度與液流呈較高的負相關；天氣從晴天、多云到陰天的變化中輻射與液流的相關系數(shù)降低而與氣溫的相關系數(shù)升高，表明多云、陰天氣溫對液流的影響增大。風速和土壤濕度對液流的相關性無明顯變化規(guī)律。

表1 油茶林地環(huán)境因子的相關矩陣?Table 1 Matrix of correlation coefficient between different environmental factors in Camellia oleifera forest

表2 不同天氣條件下液流與各環(huán)境因子的相關系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of sap flow velocity and environmental factors in different weather conditions

以環(huán)境因子中氣溫、空氣濕度、太陽輻射、風速、30 cm土壤溫度、40 cm土壤濕度作為自變量，以邊材液流速率為因變量，以0.05和0.01可靠性作為變量入選和剔除的臨界值, 經逐步回歸分析，建立了油茶樹干邊材液流速率與各環(huán)境因子的多元線性模型，液流速率與各環(huán)境因子的回歸模型如表3所示。表3中以X2為空氣溫度，X3為相對濕度，X4為風速，X5為40 cm土壤含水量，X7為30 cm土壤溫度，X9為光合有效輻射。由表3可知，晴天、多云、陰天線性模型的回歸系數(shù)都在0.93以上，說明環(huán)境因子的變化能夠極好地解釋液流的變化情況；而雨天的回歸系數(shù)僅為0.658，可能是由于雨天葉片濕潤等情況造成液流規(guī)律不明顯。

油茶液流速率與各環(huán)境因子的逐步回歸方差分析結果如表4所示。表3中的回歸模型均達到極顯著水平，模型的變量構成中，液流隨輻射的增加而增加，隨濕度的增加而減少，這較好地解釋了液流對環(huán)境因子的響應規(guī)律，而晴天和多云天氣的模型中，液流隨氣溫變量的增加而減少，與相關分析的結果不一致，可能是由于線性模型的局限性造成的，在討論中將進一步分析。

表3 油茶液流速率與各環(huán)境因子的多元逐步回歸方程Table 3 Multiple stepwise regression analysis of sap flow velocity and environmental factors

表4 油茶液流速率與環(huán)境因子逐步回歸方差分析結果Table 4 Variance analysis of stepwise regression between environmental factors and sap flow velocity

3 結論與討論

油茶的液流具有季節(jié)性變化、隨環(huán)境因子的變化而有規(guī)律性的變化、隨天氣條件變化而波動的特點。油茶春梢生長在每年3月中旬至5月中旬[12]，此生育期內陰雨天氣較多，降水充沛，氣象因子隨著天氣的變化而大幅波動。其中，氣溫逐漸升高而土壤水分充足，這是此生育時期的主要氣候特點。油茶液流隨著氣候因子的變化而大幅變化，液流峰值由初期的63.4 cm/h升高到春稍生長期的132.5 cm/h，表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化規(guī)律。在氣象因子的晝夜變化進程中，隨著輻射、氣溫、濕度、土壤溫度的晝夜變化，液流也表現(xiàn)出有規(guī)律性的晝夜變化特點。天氣條件的變化影響液流的波動，雨天的液流值為9.2 cm/h，比晴天下降了93.1%。

與其他樹種相比，油茶的液流速率較大，但是在一定的差距范圍內具有可比性。油茶液流速率比相似氣候條件下火炬松、加勒比松的都要大，劉奉覺等人[7]測定的6年生楊樹的液流值在80～110 cm/h之間，與油茶液流的較高值相近。而油茶的液流速率較大，并不代表油茶是高耗水樹種，液流速率是單位面積樹干上的速率，而日液流總量還與邊材面積相關，油茶液流速率較大的原因是油茶樹冠較大而樹干直徑相對較小。

將天氣類型劃分為晴天、多云、陰天和雨天4種類型，并對4 種類型天氣下液流與各環(huán)境因子分別進行了相關和回歸分析，結果表明，天氣從晴天、多云到陰天的變化過程中液流與輻射的相關系數(shù)由0.929降到0.851，而與氣溫的相關系數(shù)由0.563升高到0.717，說明陰天氣溫對液流量影響的貢獻值增大，這一結果與孫慧珍、周曉峰等人[13]對東北10月份落葉后的白樺樹液流的研究結果有相似之處，可以說明在氣孔蒸騰無效的情況下，皮層蒸騰和角質層蒸騰（非氣孔蒸騰）成為植物液流的主要動力，所以液流與溫度的相關系數(shù)升高。

樹干液流即水分在樹體內部的流動，液流為蒸騰提供所需的水分，因而可以用樹干液流量作為耗水量的評估指標[14]，較高的液流速率表示有較大的蒸騰耗水速率[15-16]。而植物耗水主要由葉片氣孔蒸騰散失，氣孔蒸騰受輻射、氣溫、空氣相對濕度、風速、土壤供水等環(huán)境因子的影響，在對液流速率與各環(huán)境因子的相關分析中發(fā)現(xiàn)，植物耗水的主要影響因子有輻射、氣溫、相對濕度，典型晴天的風速、土壤溫度、濕度與液流也具有顯著的相關性，而不同天氣條件下，風速、土壤濕度與液流的相關性無明顯的變化規(guī)律。

各環(huán)境因子之間，如輻射與氣溫、土壤溫度，溫度與相對濕度等自變量之間，本身就存在較高的復共線性，與液流的顯著相關大小并不能完全代表其對液流影響的大小，通過回歸分析得出的回歸模型也存在自變量的復共線性問題[17]，而回歸模型中并非影響蒸騰的各環(huán)境因子都能進入模型中，回歸模型的變量構成也并不能完全代表自變量對因變量影響的大小，在今后的研究中，應尋找更有效的估計方法和模型來分析或預測液流對環(huán)境因子的響應特點。

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