楊樹水分輸導(dǎo)模式及樹干注液技術(shù)1)

李國偉 劉盛 宋采民

(北華大學(xué)，吉林，132013) (吉林省蛟河林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)管理局)

責(zé)任編輯:潘 華。

樹干注液(藥)技術(shù)是將殺蟲、殺菌、殺螨、微肥和植物生長調(diào)節(jié)劑等藥液注入標(biāo)靶樹體內(nèi)的施藥技術(shù)。國內(nèi)外普遍認(rèn)為樹干注液(藥)是樹木復(fù)壯、防治枝干病蟲害的最有效方法;具有經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和環(huán)保性;對城市園林樹木與一般的噴藥、熏煙等措施相比更為實(shí)用、有效［1-2］。

樹木生理表現(xiàn)為水分由根吸收，利用葉片蒸騰作用產(chǎn)生的引力，經(jīng)由樹干木質(zhì)部進(jìn)入枝條，最后到達(dá)葉片中，供葉片同化作用時(shí)使用。將殺蟲藥劑、營養(yǎng)液、植物生長調(diào)節(jié)劑等送入樹干或樹根中使其隨樹干中的水分一同輸送，從而將所注入的藥液分布于樹木體內(nèi)，達(dá)到殺滅樹體內(nèi)部病蟲害、提高樹木生長勢和控制果實(shí)成熟等目的。一般認(rèn)為藥劑注入樹體，流經(jīng)樹干和枝條后，最終積累在新生的葉、芽、果實(shí)中，其中以葉部最多，其次是芽和果實(shí)中，害蟲取食后也可中毒而亡，因此，這一方法對于食葉、蛀干害蟲均有一定的防治效果。通過一次注藥，可防治同時(shí)防治樹木上多種不同類型的蟲害、病害等，具有一舉多得之效。這一技術(shù)與一般的噴藥、熏煙等措施相比方法簡便、節(jié)省農(nóng)藥、不污染環(huán)境，且不受環(huán)境條件和樹木高度、危害部位等限制，被認(rèn)為是最有效的方法。具有經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和環(huán)保性。對城市園林樹木病蟲害的防治更為實(shí)用。

目前向樹干注入營養(yǎng)液、生長調(diào)節(jié)劑、殺蟲劑等已經(jīng)日漸普遍，特別是城市綠化樹木的"打吊瓶"現(xiàn)象隨處可見。在國內(nèi)形成了每年數(shù)十億元的產(chǎn)業(yè)鏈。然而，從現(xiàn)有的研究資料中，我們卻并不清楚輸入到樹干中的液體在樹干中是如何輸送的，是否能夠到達(dá)我們希望它到達(dá)的位置。也就是說，數(shù)十億產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)恰似行走在黑暗中。因此，對樹干水分輸導(dǎo)模式進(jìn)行研究，是樹干注液(藥)技術(shù)和方法的理論基礎(chǔ)，在當(dāng)前有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 材料與方法

以吉林省常見的散孔材樹種楊樹(山楊(Populus davidiana)、銀中楊(Populus alba× P.berolinensis))為試驗(yàn)材料，樹木林齡為5～10 a，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為吉林市周邊苗圃及森林內(nèi)。

試驗(yàn)最初選用了5 種生物染色劑，分別為:番紅花紅T(C20H19N4Cl)、酸性品紅(C20H17N3Na2O9S3)、氨基黑(C22H14N6Na2O9S2)、曙紅Y 醇(C15H17ClN4)、酸性大紅G(C18H13N3Na2O8S2)。根據(jù)染色顏色可辨別性及擴(kuò)散效果不同，最終選用番紅花紅T 與酸性大紅G 為樹干注液示蹤指示劑。

本研究采用“染色示蹤法”進(jìn)行樹干染色試驗(yàn)，溶液流經(jīng)的地方樹干會被染色劑染上顏色，溶液流過的量越大，沉積的顏色越深，通過觀測樹干中樹液傳輸蹤跡變化，從而推測出樹中干水分的輸導(dǎo)模式［3-7］。

在樹干距地表15～30 cm 高度處鉆深度不同的小孔(根據(jù)樹干直徑不同，鉆深度不同，不同鉆孔之間不要連通)，將醫(yī)用滴定管前端通過丁基膠塞(防止染色劑滲漏)放入注液孔內(nèi)，然后用膠帶將丁基膠塞與樹干綁縛在一起，使注液孔與外部空氣隔絕，液染色劑溶液袋掛在距地面1.8 m 高度處，保持衡定的壓力差。

野外染色實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將樹干和枝條每隔10 cm 截?cái)啵幪柌?biāo)記方向，備內(nèi)業(yè)分析使用。內(nèi)業(yè)處理時(shí)，對截取的木段工作面進(jìn)行剖光、掃描，再利用Arc map 軟件對掃描圖像進(jìn)行顏色提取、染色面積計(jì)算、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年輪的水分縱向輸導(dǎo)能力

根據(jù)掃描圖像提取的數(shù)據(jù)，按年輪統(tǒng)計(jì)得到樹干不同高度處的染色面積變化，如表1所示。樹干中最外側(cè)兩個年輪的染色面積最大，并且隨著高度的增加而增加，年輪1、年輪2 的染色面積占樹干總?cè)旧娣e的91.2%。年輪3 的染色面積變小，顏色變淡;年輪4、年輪5 樹高超過1 m 則很難發(fā)現(xiàn)染色痕跡，說明這2 個年輪幾乎沒有染色液流過。綜合上述數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論:在5年生的楊樹樹干中，最近2年生長的年輪是水分輸導(dǎo)最旺盛的部分。從外往里數(shù)的第3 個年輪水分輸導(dǎo)能力已經(jīng)很弱了，從染色面積推斷不足總量的10%;再往里數(shù)的第4 和第5 個年輪則已經(jīng)成為了心材，不具有水分輸導(dǎo)能力了。

表1 樹干各年輪的染色面積隨高度的變化

2.2 同一年輪內(nèi)水分的橫向輸導(dǎo)

水分橫向擴(kuò)散率是指某一高度處某一年輪內(nèi)染色面積占年輪總斷面積的百分率。

由不同高度處染色面積的變化可以發(fā)現(xiàn)(圖1)，當(dāng)年生年輪(年輪1)隨著高度增加，水分橫向擴(kuò)散率隨之增加，這一規(guī)律在樹冠內(nèi)和樹冠以下部位是一致的，到4.8 m 高度時(shí)整個年輪均被染上色。說明，水分在上升過程中，在同一年輪內(nèi)是存在橫向擴(kuò)散的并且擴(kuò)散速率較快。前1年生年輪(年輪2)表現(xiàn)的則較為復(fù)雜，在樹冠以下水分橫向擴(kuò)散率是增加的，而進(jìn)入到樹冠內(nèi)以后，則水分橫向擴(kuò)散率開始減小，到3.6 m 高度后則又開始迅速上升。結(jié)合表1與圖1綜合分析，在年輪1 達(dá)到4.8 m 高度時(shí)整個年輪均被染色，且染色區(qū)域一直到樹干頂部都沒有消失。年輪2～年輪5 均未出現(xiàn)整個年輪被染色現(xiàn)象，并且到一定高度后染色區(qū)域消失(見表1)，而且越往樹干內(nèi)部染色消失位置越低。根據(jù)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，水分進(jìn)入到樹冠中以后，年輪2 中的水分更多地分配到了枝條中，從而造成了水分橫向擴(kuò)散率的下降;年輪1 要優(yōu)先保證樹冠上部當(dāng)年新生長出組織的水分需求，因而，水分橫向擴(kuò)散率沒有下降。這一現(xiàn)象可以充分體現(xiàn)了植物生長的策略。

圖1 樹干各年輪的水分橫向擴(kuò)散率隨高度的變化

2.3 樹干節(jié)間的水分輸導(dǎo)

對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水分通過節(jié)子部位后，樹木橫斷面總?cè)旧娣e(樹干染色斷面積+枝條染色斷面積)增加，但是樹枝部分的被染色的顏色相對于樹干中的顏色變淺(如圖2)。這說明樹干中的染色劑僅有一部分進(jìn)行到枝條中，同時(shí)，枝條中的年輪寬度增加，使流經(jīng)單位枝條斷面的染色劑數(shù)量減少，這種現(xiàn)象致使染色相對于樹干變淺。這種現(xiàn)象也與節(jié)區(qū)是水分輸導(dǎo)的“限速區(qū)”的理論相 符［8-9］。

圖2 節(jié)區(qū)的水分輸導(dǎo)

通過對節(jié)區(qū)解剖發(fā)現(xiàn)樹枝正下方的染色劑會直接進(jìn)入到枝條中，而枝條的側(cè)下方染色劑會繞過枝條沿樹干繼續(xù)向上輸送。這種現(xiàn)象用“樹形的管道模型”理論能夠很好地進(jìn)行解釋［10］。即樹干在水分輸送過程中，遇到枝條則會將一部分管道分配出來供給樹枝使用，其余樹干內(nèi)的管道繞過枝節(jié)繼續(xù)向上傳輸。通過解剖觀察沒有發(fā)現(xiàn)年輪與年輪之間有水分的橫向輸導(dǎo)現(xiàn)象，因此，樹干的這種水分輸導(dǎo)模式就像是每年“在樹干、樹枝外面穿一件衣服”一樣。上述現(xiàn)象的水分輸導(dǎo)動力學(xué)和生理結(jié)構(gòu)解釋還需要從其它的角度進(jìn)一步試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。

3 結(jié)論與討論

楊樹樹干中水分輸導(dǎo)最旺盛的部位是最外側(cè)的1～3 個年輪，因此，樹干注液(藥)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證這些部位能夠得到所注液(藥)的供給;注孔深度略超過3 個年輪的寬度即可。楊樹樹干中的染色液在傳輸?shù)倪^程中，在同一年輪內(nèi)會橫向擴(kuò)散，在樹干上距鉆孔較近的部分區(qū)域會得不到所注溶(藥)液的供給，這些區(qū)域的上部有枝條時(shí)，這些枝條也不會得到藥液的供給，為了樹干各部分能夠獲得充分的溶(藥)液供給，應(yīng)根據(jù)樹木胸徑的大小橫向并排鉆取3～5 個注液孔為宜。染色數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn):樹木生長的策略是優(yōu)先保證樹干上部當(dāng)年生長部位的水分供給，所以，對樹干上最外側(cè)的當(dāng)年生長的年輪供給藥液，可直到達(dá)這些部位，起到殺滅病蟲害等作用。

當(dāng)前樹干注液技術(shù)多采用，先在樹干上鉆一小孔，然后再將前端開口的針頭“擠”進(jìn)孔中進(jìn)行注射。根據(jù)樹干染色試驗(yàn)分析，在樹干中最近2 a 生長的年輪是生理活動最旺盛的部分，將注液頭擠進(jìn)鉆孔中，注液頭的外壁會將最近2 a 生長的年輪全部堵塞，使其得不到注液(藥)的供給，從而對樹干注液效果產(chǎn)生明顯影響。因此，對樹干進(jìn)行注液應(yīng)選擇不會堵塞最外層年輪的注射頭。

楊樹水分輸導(dǎo)最旺盛是最近2 a 生長的年輪，其次是前3 a 生長的年輪，到第4、5年生長的年輪時(shí)，水分輸導(dǎo)現(xiàn)象已經(jīng)很難觀察到。因此，樹干注液時(shí)注液孔不需要打的過深，這樣也有利于注液孔以后的傷口愈合。

水分沿導(dǎo)管向上輸送的過程中，水分的縱向輸導(dǎo)，以年輪為單位呈現(xiàn)螺旋式扇形輸導(dǎo)［1-2］，當(dāng)年生年輪，到距注液孔3 m 以上整個年輪都被染上色。因此，單個注液孔不能使距地面距離較近的樹干部分有注液流過，也不能保證每個枝條都有注液流入。所以，對于楊樹而言，應(yīng)根據(jù)樹木胸徑的大小設(shè)置3～5 個注液孔為宜。

樹干注液是利用一定的壓力將溶液注入到樹干上的注液孔中，然后利用樹木蒸騰作用產(chǎn)生的拉力將注液孔中的溶液隨樹干中的水分一同向上輸送。因此，樹干上的注液孔一定要密封好，一是防止空氣進(jìn)入注孔，二是防止注入溶液外溢。

［1］ 唐光輝，陳安良，馮俊濤，等.樹干注藥技術(shù)研究進(jìn)展［J］.西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21(4):117-120.

［2］ 李國偉，王金華，宋彩民，等.樹干注藥防治楊干象效果［J］.北華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，12(3):330-333.

［3］ 劉盛，宋彩民，李國偉.4 種林木年輪水分輸導(dǎo)模式研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(2):14-18.

［4］ 劉盛，宋彩民，李國偉.基于生長輪的楊樹水分輸導(dǎo)模式［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，38(10):7-8，26.

［5］ 劉盛，劉成，張士民.基于管道模型的榆樹水分年輪輸導(dǎo)模式研究［J］.北華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，3(5):438-440.

［6］ 劉盛，劉成.長白落葉松水分輸導(dǎo)模式及葉生物量估測方法［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，33(5):35-37.

［7］ 劉新，劉穩(wěn)生，葛材林，等.韌皮部同化物和水分運(yùn)輸相關(guān)關(guān)系的示蹤動力學(xué)研究［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(2):14-18.

［8］ 孫永林，沈繁宜.杜仲節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)與輸水功能的研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，15(2):12-13.

［9］ 孫永林，沈繁宜.3 種樹木節(jié)和節(jié)間導(dǎo)管接觸角的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(7):7131-7132.

［10］ 馬欽彥，劉盛，劉志剛，等.華北落葉松單木管道模型［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，14(2):11-16.