基于莖干直徑微變化制定蘋(píng)果灌溉制度

劉春偉, 康紹忠

1 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院, 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210044 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)水問(wèn)題研究中心, 北京 100083

基于莖干直徑微變化制定蘋(píng)果灌溉制度

劉春偉1, 2, 康紹忠2,*

1 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院, 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210044 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)水問(wèn)題研究中心, 北京 100083

莖干直徑的動(dòng)態(tài)微變化是研究植物體水分和生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)。利用測(cè)樹(shù)器監(jiān)測(cè)西北旱區(qū)盛果期蘋(píng)果樹(shù)莖干直徑微變化規(guī)律，根據(jù)監(jiān)測(cè)記錄獲得莖干直徑日最大值(MXTD)、莖干直徑日最大收縮量(MDS)數(shù)據(jù)，并探討莖干直徑微變化規(guī)律及其對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)，為莖干直徑微變化用于指導(dǎo)精確灌溉提供科學(xué)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，晴天或多云天氣下，蘋(píng)果樹(shù)莖干直徑在每天的7：00或8：00時(shí)刻達(dá)到一天最大值，在16：00左右達(dá)到一天的最小值，莖干直徑年增長(zhǎng)量與果實(shí)產(chǎn)量成反比例關(guān)系。整個(gè)生育期MXTD呈先快速增加后平穩(wěn)的變化特征。2010年MDS與莖干水勢(shì)(φstem)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r2=0.76***,n=14)，這表明MDS可以反映蘋(píng)果樹(shù)的水勢(shì)狀況。生育后期的MDS對(duì)環(huán)境因素響應(yīng)比生育前期敏感，全生育期MDS與氣象因素的決定系數(shù)大小順序?yàn)槿兆畲笏麎翰?VPDmax)>日最高溫度(Tmax)>凈輻射(Rn)。莖干直徑微變化規(guī)律可以反映西北旱區(qū)盛果期果樹(shù)的水分狀況，可以為果園灌溉制度的確定提供科學(xué)依據(jù)。

莖干直徑微變化; 莖干直徑日最大收縮量; 蘋(píng)果樹(shù); 環(huán)境因子; 灌溉制度

果樹(shù)莖干直徑微變化是指莖干直徑每日膨脹和收縮的循環(huán)過(guò)程，是表征果樹(shù)生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，它與土壤含水量、植物水分狀況和氣象因素關(guān)系密切[1-2]。植物水分參數(shù)如莖干水勢(shì)、葉水勢(shì)和土壤水分等測(cè)定耗時(shí)耗力，而莖干直徑微變化監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)單易行，因此莖干直徑微變化監(jiān)測(cè)有望被用作診斷植物水分狀況的手段[3-4]。測(cè)樹(shù)器是目前測(cè)量莖干直徑微變化的主要儀器之一[5]，其基本原理是利用滑動(dòng)電阻將莖干變化產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，通過(guò)對(duì)電阻值變化的自動(dòng)記錄實(shí)現(xiàn)對(duì)莖干直徑微變化的連續(xù)監(jiān)測(cè)。莖干直徑微變化可以表征果樹(shù)生長(zhǎng)及其體內(nèi)水分狀況[6-7]。

從果樹(shù)莖干直徑微變化資料中可以得到多個(gè)參數(shù)，它們與植物體的生長(zhǎng)和水分狀況的關(guān)系是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。日最大莖干直徑(MXTD)在生育后期可以很好的反映果樹(shù)水分狀況，且與土壤含水量關(guān)系密切[8]；莖干生長(zhǎng)速率(TGR)是果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)發(fā)育的體現(xiàn)，成熟期果樹(shù)的根系深，植物體調(diào)節(jié)水分虧缺能力較強(qiáng)，在果樹(shù)坐果量較大時(shí)，TGR與環(huán)境因子的相關(guān)性較弱，不能用于指導(dǎo)灌溉[9]。莖干直徑日最大收縮量(MDS)與莖干水勢(shì)呈穩(wěn)定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，MDS受水勢(shì)控制，不受隨年際變化的產(chǎn)量影響[10-11]，其大小可反映果樹(shù)的水分虧缺狀況[12]。TGR和MDS可作為梨棗水分虧缺的診斷指標(biāo)[13]，而在不同生長(zhǎng)階段的棉花宜采用不同參數(shù)作為水分診斷指標(biāo)[14]。西北旱區(qū)果樹(shù)莖干直徑變化規(guī)律如何，由莖干直徑微變化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到的相關(guān)參數(shù)是否與蘋(píng)果樹(shù)水分狀況密切相關(guān)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究采用測(cè)樹(shù)器監(jiān)測(cè)2007—2010西北干旱區(qū)盛果期蘋(píng)果樹(shù)的莖干直徑微變化，在分析莖干直徑微變化規(guī)律的基礎(chǔ)上得到莖干直徑微變化與作物水分狀況的關(guān)系。本文的目的是：(1)研究西北旱區(qū)特殊生長(zhǎng)條件下盛果期蘋(píng)果樹(shù)的莖干直徑微變化規(guī)律及其影響因素；(2)探討莖干直徑微變化過(guò)程中相關(guān)參數(shù)指導(dǎo)盛果期蘋(píng)果樹(shù)灌溉的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2007—2010年在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河流域農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水試驗(yàn)站(甘肅武威)進(jìn)行。試驗(yàn)站位于北緯37°52′，東徑102°51′，海拔高程1581 m，屬武威市平川灌區(qū)。年平均氣溫8 ℃，年積溫(>0 ℃)3550 ℃，年平均降雨量164.4 mm，年平均水面蒸發(fā)量2000 mm，干旱系數(shù)在15—25之間，年平均日照時(shí)數(shù)3000 h，無(wú)霜期150 d左右，為典型溫帶干旱大陸性氣候。地下水位為40—50 m。土壤質(zhì)地為沙壤土，平均土壤干容重為1.46 g/cm3，平均土壤田間持水量為0.30 cm3/cm3。

1.2 不同年份的灌溉制度

試驗(yàn)對(duì)象蘋(píng)果樹(shù)為元帥系列紅香蕉品種，砧木為山丁子(MalusdomesticaBorkh. cv Golden Delicious)，樹(shù)齡為29a(2010)。蘋(píng)果樹(shù)分布呈東西走向，行距為6 m，株距為4 m。試驗(yàn)蘋(píng)果樹(shù)生育期有發(fā)芽開(kāi)花、展葉幼果、果實(shí)膨大、果實(shí)成熟四個(gè)生育期。依據(jù)多年平均耗水量計(jì)算灌水定額；采用小區(qū)畦灌的灌溉方式，用水表控制水量，依據(jù)果園實(shí)際管理情況和環(huán)境條件確定灌水時(shí)間。灌溉水源為地下水。每年施肥量相同。2007—2010年的灌溉制度及降雨量見(jiàn)表1。

表1 不同年份灌溉制度

1.3 測(cè)定指標(biāo)

本試驗(yàn)采用植物生長(zhǎng)測(cè)量?jī)x(Diameter Dendrometer, Ecomatik GmbH, Germany)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)果樹(shù)莖干直徑變化。兩個(gè)生長(zhǎng)測(cè)量?jī)xDD1、DD2分別安裝在地面以上50 cm處的東西方向和100 cm處的南北方向樹(shù)干上，用錫箔紙進(jìn)行防曬處理。生長(zhǎng)測(cè)量?jī)x與植物生理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Meteorological monitoring system; Jauntering, Taiwan)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集器(HL20 Data Logger)相連接，每隔1 h自動(dòng)記錄生長(zhǎng)測(cè)量?jī)x滑動(dòng)電阻的電阻值。植物生理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還包括凈輻射、溫濕度、風(fēng)速和土壤熱通量等氣象因素。水汽壓差由空氣溫度和相對(duì)濕度計(jì)算。

相對(duì)莖干直徑(D):

D=k×ohm

(1)

式中,ohm為生長(zhǎng)測(cè)量?jī)x監(jiān)測(cè)的滑動(dòng)電阻值(KΩ)，k為電阻、位移轉(zhuǎn)換系數(shù)。生長(zhǎng)測(cè)量?jī)xDD1和DD2的k值分別為0.204和0.223。i時(shí)刻莖干直徑的變化量Δi由兩個(gè)相鄰時(shí)刻的相對(duì)莖干直徑計(jì)算得到：

Δi=Di-Di-1

(2)

若以監(jiān)測(cè)起始時(shí)間作為莖干直徑相對(duì)零點(diǎn)，則可以求得監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)莖干直徑的微變化量。MDS為莖干直徑早晨某時(shí)刻日最大值和傍晚某時(shí)刻日最小值的差[1]。當(dāng)受大風(fēng)、降雨等影響時(shí)，樹(shù)干直徑可能并非在以上兩個(gè)特定時(shí)刻出現(xiàn)最大和最小值，此時(shí)MDS不能反映植物體內(nèi)的水分狀況，應(yīng)將此時(shí)的MDS數(shù)據(jù)剔除。

根區(qū)土壤體積含水率采用管式時(shí)域反射儀(Tube-TDR; IMKO Micromodultechink, Germany)監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)選取3株果樹(shù)，每株樹(shù)布置4根測(cè)管，測(cè)管深度180 cm，每5 d測(cè)定1次，測(cè)點(diǎn)垂向間距為10 cm。每隔30 d用烘干稱(chēng)重法對(duì)TDR進(jìn)行校正。

莖干水勢(shì)的測(cè)定方法如下：選取3株樣樹(shù)，測(cè)定前3 h，在接近果樹(shù)樹(shù)干處選取2片葉柄粗壯的成熟葉片，用錫箔紙覆蓋的不透光密封塑料袋將葉片包裹好，在中午將葉片離體后立即測(cè)定。采用壓力室(SKPM 1400, Skye, United Kingdom)測(cè)定中午遮蓋葉片水勢(shì)，并認(rèn)為中午遮蓋葉片水勢(shì)與莖干水勢(shì)相等[15]。

采用FAO-56中的Penman-Monteith公式計(jì)算參考作物蒸發(fā)蒸騰量[16]：

(3)

式中,Rn為冠層表面的凈輻射(MJ m-2h-1)，G為土壤熱通量(MJ m-2h-1)，T為2 m高度處的平均溫度(℃)，es和ea分別為平均溫度對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓和平均實(shí)際水汽壓(kPa)，u2為2 m處平均風(fēng)速(m/s)，Δ為溫度水汽壓斜率(kPa/℃)，γ為濕度計(jì)常數(shù)(kPa/℃)。

2 結(jié)果分析

2.1 莖干直徑日變化規(guī)律

2008年不同生育期莖干直徑和參考作物蒸發(fā)蒸騰量的變化如圖1所示。每個(gè)生育期選取3 d進(jìn)行莖干直徑微變化分析，以所選日期初始的0：00時(shí)刻為莖干直徑相對(duì)0點(diǎn)，記錄莖干直徑的波動(dòng)狀況。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，晴天或多云天氣條件下，7：00—8：00的平均ET0接近0 mm/h，這一時(shí)刻果樹(shù)莖干直徑達(dá)到最大值；在8：00—16：00范圍內(nèi)，樹(shù)干直徑不斷減?。辉?6：00到次日8：00時(shí)段內(nèi)樹(shù)干直徑不斷增大。

圖1 2008年西北旱區(qū)蘋(píng)果園莖干直徑微變化

2.2 莖干直徑日最大值變化規(guī)律

莖干直徑日最大值(MXTD)的生育期變化反映果樹(shù)不同生育階段的生長(zhǎng)速率[2]。從圖2中可以看出，灌水及降雨之后1—2 d，MXTD值會(huì)增大200 μm—300 μm，降雨后3—4 d，MXTD值減小50 μm—100 μm，果樹(shù)莖干變化恢復(fù)到降雨前的增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)降雨或灌溉發(fā)生時(shí)，莖干生長(zhǎng)速率增大，之后1—3 d莖干生長(zhǎng)速率為負(fù)值。

DOY 94—120 d屬于發(fā)芽開(kāi)花期，此時(shí)蘋(píng)果樹(shù)葉面積指數(shù)小，葉片未伸展，果樹(shù)莖干直徑生長(zhǎng)不明顯；DOY 120—186 d屬于展葉幼果期，此時(shí)生長(zhǎng)速率較大，莖干直徑不斷增加，MXTD與DOY關(guān)系圖的斜率為30—50；DOY 200 d后，進(jìn)入果實(shí)膨大和成熟期，枝條和葉片生長(zhǎng)顯著減慢，果實(shí)迅速膨大，此期間MXTD比較穩(wěn)定。

圖2 2007—2010年莖干直徑日最大值MXTD(以果樹(shù)發(fā)芽為0點(diǎn))

2.3 莖干直徑日最大收縮量的變化規(guī)律

眾多學(xué)者認(rèn)為莖干直徑日最大收縮量(MDS)與植物莖干水勢(shì)關(guān)系密切，最能反映植物體內(nèi)水分狀況，并認(rèn)為MDS主要受氣象因素、土壤含水量影響[17-19]。圖3為MDS與參考作物蒸發(fā)蒸騰量的季節(jié)變化規(guī)律。圖3表明，各年份整個(gè)生育期MDS均呈現(xiàn)先增大后減小的季節(jié)變化趨勢(shì)，且變化幅度較大，這可能與果園畦灌灌溉方式有關(guān)。4—5月MDS開(kāi)始增加，6—7月達(dá)到最大(400—500 μm)。2007年MDS從7月的500 μm逐漸減小至9月底的300 μm；2008年MDS在6月初達(dá)到400 μm逐漸減小到9月底300 μm；2009和2010年MDS從4月的50 μm逐步增加至5月底的300 μm，6月分別達(dá)到最大值400 μm和500 μm，然后逐步減小。圖3還表明，除發(fā)芽開(kāi)花期外，ET0增加時(shí)，蘋(píng)果樹(shù)MDS增大。

圖3 莖干直徑日最大收縮量MDS (μm)

蘋(píng)果樹(shù)MDS與莖干水勢(shì)(φstem)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r2=0.76***,n=14)，隨著φstem減小，MDS增大(圖4)。以往研究也表明，MDS與φstem呈線(xiàn)性關(guān)系[7, 18, 20-21]。蘋(píng)果樹(shù)MDS與莖干水勢(shì)關(guān)系密切，表明MDS可以反映成年蘋(píng)果樹(shù)體內(nèi)水分狀況[11]。

圖4 晴天天氣條件下旱區(qū)蘋(píng)果園莖干直徑日最大收縮量(MDS)與莖干水勢(shì)(φstem)的關(guān)系

通過(guò)多年試驗(yàn)資料，分析得到MDS與氣象因子間的關(guān)系(表2)。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，除2007年外，果實(shí)膨大和成熟期MDS對(duì)凈輻射、日最高空氣溫度(Tmax)、日最大水汽壓差響應(yīng)明顯高于發(fā)芽開(kāi)花和展葉幼果期。果實(shí)膨大和成熟期MDS與日平均凈輻射(Rn)、日最大水汽壓飽和差(VPDmax)的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.5；2009年果實(shí)膨大和成熟期MDS與VPDmax相關(guān)系數(shù)最高達(dá)到0.948。全生育期MDS與氣象因素的決定系數(shù)大小順序?yàn)閂PDmax>Tmax>Rn。

3 討論

3.1 莖干直徑微變化規(guī)律

連續(xù)降雨天氣條件下，果樹(shù)莖干直徑變化不再呈正弦曲線(xiàn)波動(dòng)，莖干直徑日最小值或最大值出現(xiàn)在一天起始或結(jié)束時(shí)刻，而不是出現(xiàn)在16：00和8：00。這可能是由于樹(shù)干吸水，直徑膨大，此時(shí)得到的莖干直徑微變化參數(shù)不能反映植物體吸水失水過(guò)程，應(yīng)進(jìn)行校正。晴天和多云天氣條件下莖干直徑微變化規(guī)律無(wú)明顯差別，說(shuō)明莖干直徑微變化受熱脹冷縮影響較小。分析降雨或灌溉導(dǎo)致的莖干直徑波動(dòng)有以下原因：(1)降雨和灌溉使得植物體內(nèi)水分狀況良好，果樹(shù)莖干直徑顯著增大；(2)降雨后果樹(shù)莖干樹(shù)皮受水分影響發(fā)生膨脹，隨著樹(shù)皮水分減少，果樹(shù)莖干直徑也減小，而且這種減小可以抵消莖干直徑生長(zhǎng)。這會(huì)引起莖干直徑變化監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差，需要進(jìn)行合理校正以得到正確的莖干直徑變化監(jiān)測(cè)結(jié)果。

雨天天氣下，莖干直徑微變化峰值不明顯。除了陰雨天氣，日最大莖干直徑(MXTD)在發(fā)芽后逐日增大；成熟采收期MXTD不再增加，甚至是逐日降低。2007和2008年，果樹(shù)莖干直徑在DOY 194—200 d期間停止增長(zhǎng)，2009—2010年，在DOY 186—194 d之間莖干直徑不再增長(zhǎng)。DOY 120—186 d為果樹(shù)展葉幼果期和果實(shí)膨大期前半段，這期間果樹(shù)枝條葉片快速生長(zhǎng)。

3.2 莖干直徑日最大收縮量(MDS)與各環(huán)境因素關(guān)系

MDS可以反映成年蘋(píng)果樹(shù)體內(nèi)水分狀況，因此采用MDS探討莖干直徑微變化對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)。全生育期MDS與氣象因素的決定系數(shù)大小順序?yàn)閂PDmax>Tmax>Rn，這表明VPDmax是影響蘋(píng)果樹(shù)的MDS的主要因素。有研究表明其他氣象因素，如太陽(yáng)輻射[23]和空氣溫度[7]是與MDS最相關(guān)的因素。MDS與VPDmax和Tmax相關(guān)性高表明MDS受最大需水時(shí)段內(nèi)的氣象條件影響大[24]，Egea等認(rèn)為MDS與各氣象因素相關(guān)程度差異主要是果樹(shù)種類(lèi)不同造成的[24]。從多元線(xiàn)性回歸模型看(表2)，果實(shí)膨大和成熟期MDS與氣象因子綜合相關(guān)系數(shù)高于發(fā)芽開(kāi)花和展葉幼果期，這可能是果樹(shù)體內(nèi)儲(chǔ)水量大，MDS的變化受氣象因素的影響大[11]。

表2 不同生育階段MDS對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)

以DOY 186—200將生育期劃分為兩個(gè)階段; 表達(dá)式MDS=aX+b，式中X表示不同的環(huán)境因子，a，b為系數(shù)，r2為相關(guān)系數(shù)平方；Rn表示凈輻射，Ta、Tmax、Tmid13、T8—16分別為日平均、日最大、中午13：00、和8：00—16：00的空氣溫度，VPD和VPDmax分別為日平均和日最大水汽壓差(KPa)，ET0表示參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)；r2沒(méi)有標(biāo)記表示顯著性因子高于0.05，不顯著，*、**、***分別表示顯著性水平P<0.05，P<0.01，P<0.001

當(dāng)ET0增加時(shí)，蘋(píng)果樹(shù)莖干失水增加，這會(huì)導(dǎo)致莖干水勢(shì)下降和植物與土壤間水勢(shì)梯度上升，從而MDS增大[11]。由于發(fā)芽開(kāi)花期葉片較小，ET0增大未導(dǎo)致果樹(shù)莖干過(guò)量失水，莖干收縮不明顯，故MDS與ET0之間的關(guān)系不明顯。不同生育階段MDS與ET0之間的決定系數(shù)差別較大，發(fā)芽開(kāi)花和展葉幼果期較小，果實(shí)膨大和成熟期較高為0.50—0.85(表2)。研究表明，成年檸檬樹(shù)(30年生)、櫻桃樹(shù)(2年生)、石榴樹(shù)(10年生)和油桃樹(shù)(7年生)的MDS與ET0之間的決定系數(shù)分別為0.68[7]、0.5—0.6[26]、0.76[26]和0.37[27]，不同果樹(shù)MDS與ET0的關(guān)系不僅與果樹(shù)種類(lèi)有關(guān)，還與土壤含水量[28]和樹(shù)干液流量[29]有關(guān)。

3.3 莖干直徑微變化與產(chǎn)量的關(guān)系

2007年DOY 150—280之間，莖干直徑增大1994 μm。2008、2009和2010年莖干直徑增大總量分別為4796、2152 μm和3063 μm，2007—2010年蘋(píng)果產(chǎn)量分別為81200、37715、82067、32597 kg/hm2，果實(shí)產(chǎn)量越高，莖干直徑年增長(zhǎng)總量較小，果實(shí)負(fù)載量對(duì)莖干直徑的增大總量有影響。從年際變化看，直徑年增長(zhǎng)量有下降趨勢(shì)。Berman和DeJong的研究認(rèn)為果實(shí)產(chǎn)量越高，莖干直徑年增長(zhǎng)量越低，單株果樹(shù)產(chǎn)量與樹(shù)干直徑年增長(zhǎng)量呈反比關(guān)系[30]。Conejero也認(rèn)為果實(shí)產(chǎn)量與莖干直徑微變化的關(guān)系密切[20]。

3.4 莖干直徑日最大收縮量指導(dǎo)灌溉方法探討

由于莖干直徑微變化受氣象因素、土壤水分、樹(shù)齡、耕作措施等影響較大，目前很少采用其絕對(duì)值作為灌溉標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)不同水分狀況下的莖干直徑微變化規(guī)律來(lái)進(jìn)行精確灌溉[31]。其基本原理是以充分供水下各參數(shù)的變化為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際的參數(shù)與充分供水下規(guī)律對(duì)比，得到實(shí)際生產(chǎn)中的灌溉制度。

充分供水條件下MDS主要受氣象因素影響，充分灌溉下MDS的值可作為灌溉參考值，當(dāng)蘋(píng)果樹(shù)莖干MDS持續(xù)高于水分充足條件下的MDS時(shí)，就需要進(jìn)行灌溉來(lái)保證果樹(shù)體內(nèi)水分狀況良好[17]。MDS可以充分反映植物細(xì)胞吸水膨脹、失水收縮的過(guò)程，故通過(guò)充分供水下的MDS的來(lái)指導(dǎo)灌溉是目前研究的熱點(diǎn)。根據(jù)本研究結(jié)論，MDS可以由以下幾種途徑確定：第一，精確測(cè)定其特定時(shí)段樹(shù)干直徑(早晨和傍晚的最大和最小值)可以得到近似的MDS數(shù)據(jù)；第二，采用測(cè)樹(shù)器實(shí)際測(cè)定MDS結(jié)果；第三，采用經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)單一因素或多因素回歸模型近似計(jì)算MDS。假定充分供水下的MDS為MDSr，實(shí)際生長(zhǎng)條件下的MDS為MDSt，則可以得到MDS的信號(hào)強(qiáng)度SIMDS的變化過(guò)程[1]：

SIMDS=MDSt/MDSr

(4)

充分供水灌溉標(biāo)準(zhǔn)SIMDS可取為1或者小于1；依據(jù)灌溉可利用水資源狀況，可取SIMDS為1.15、1.25等作為非充分灌溉的標(biāo)準(zhǔn)。一般當(dāng)MDSt值連續(xù)3d超過(guò)所選閾值時(shí)進(jìn)行灌溉。若需要在某階段進(jìn)行非充分灌溉，則調(diào)高這一階段的信號(hào)強(qiáng)度[2]。

4 結(jié)論

果樹(shù)莖干直徑在8：00左右達(dá)到最大值，在16：00左右達(dá)到最小值，精確測(cè)定這兩個(gè)時(shí)刻莖干直徑可近似得到其日最大收縮量(MDS)。MXTD呈先增長(zhǎng)后保持穩(wěn)定的季節(jié)變化規(guī)律；MDS與莖干水勢(shì)關(guān)系密切，表明莖干直徑微變化可以反映蘋(píng)果樹(shù)水分狀況；MDS對(duì)VPDmax和ET0響應(yīng)最為明顯，果實(shí)膨大和成熟期的MDS對(duì)凈輻射、空氣溫度、水汽壓差、參考作物蒸發(fā)蒸騰量響應(yīng)明顯高于發(fā)芽開(kāi)花和展葉幼果期。綜上所述，蘋(píng)果樹(shù)莖干直徑微變化規(guī)律可以為制定蘋(píng)果園的灌溉制度提供科學(xué)依據(jù)。

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Assessment of trunk diameter fluctuation for irrigation schedule in apple trees

LIU Chunwei1,2, KANG Shaozhong2,*

1JiangsuProvincialKeyLaboratoryofAgriculturalMeteorology,CollegeofAppliedMeteorology,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China2CenterforAgriculturalWaterResearchinChina,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China

Research on agricultural water consumption in northwest China is crucial to relieve problems associated with the water crisis. Apples are a typical crop in China that have been used in agriculture for centuries. As production increases for economic growth, it is essential to analyze water transport mechanisms and water accessibility to mature apple orchards in arid regions. Trunk diameter fluctuation is an effective indicator of the water condition of plants. Its role as an indicator of plant water conditions thus emphasizes that it is crucial to design an irrigation schedule. The changes in the trunk diameter of mature apple trees (MalusdomesticaBorkh. cv Golden Delicious) was monitored using dendrometers at the Shiyanghe Experimental Station for Water-saving in Agriculture and Ecology of China Agricultural University (37°52′N(xiāo), 102°51′E, altitude 1581 m). Stem water potential was measured using a pressure chamber. Wind speed, net radiation, relative humidity, and air temperature were monitored by an automatic meteorological station, and soil moisture was measured every 5 days using Time-Domain Reflectometry (TDR) methods based on the previously described data analysis. Change in the maximum daily trunk diameter (MXTD) and maximum daily diameter shrinkage (MDS), as well as their response to environmental factors were also monitored. The results showed that MXTD occurred at 7:00 to 8:00 in the morning and minimum of daily trunk diameter (MNTD) occurred at approximately 16:00 during sunny or cloudy days in 2008 on a daily scale. The trunk diameter increased at night and decreased during the day, which was meanly depended on reference evapotranspiration. MXTD increased during bud development, flowering, and leaf expansion periods (stage I) and remained constant during the fruit expanding and maturing periods (stage II), which was closely related to the MDS of the apple tree. Higher fruit yields were associated with smaller fruit stem diameter growth. MDS increased at the beginning and then gradually decreased during the entire growing stage. The relationship between MDS and stem water potential was linear and the determination coefficient was 0.76***. Consequently, MDS indicated the water status of the mature apple trees. However, MDS was more responsive to net radiation, reference evapotranspiration, vapor pressure deficit, and air temperature at stage II than at stage I because the canopy structure was not developed, and the water stored in the apple trees less frequently fluctuated during stage I. The order of determination coefficient over the whole growing stage was as follows: maximum vapor pressure deficit > maximum air temperature > net radiation. Multiple regression relationships among MDS and environmental factors can be used to calculate the MDS for well water supplied to apple trees, which could be considered as a reference value when the tree requires irrigation. Thus, the fluctuation regularities of tree trunk diameter could reflect the water status of the entire fruit period of fruit trees situated in arid areas of Northwest China and help improve orchard water management, as well as ensure the normal growth of fruit trees.

trunk diameter fluctuation; maximum daily diameter shrinkage; apple tree; environmental factor; irrigation schedule.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51321001, 91425302，51309132); 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(S5312041001); 江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(13KJB170015); 江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年基金項(xiàng)目(BK20130995)

2013-11-13;

2014-09-09

10.5846/stxb201311132724

*通訊作者Corresponding author.E-mail: kangshaozhong@tom.com

劉春偉, 康紹忠.基于莖干直徑微變化制定蘋(píng)果灌溉制度.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(14):4754-4762.

Liu C W, Kang S Z.Assessment of trunk diameter fluctuation for irrigation schedule in apple trees.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4754-4762.