楊樹氣象因子越冬傷害機(jī)理的研究

于 雷

(遼寧省楊樹研究所，遼寧蓋州 115200)

發(fā)生越冬傷害的楊樹品種廣泛，相同品種在不同地區(qū)表現(xiàn)不同。楊樹越冬傷害問題的解決首先依靠選育抗性強(qiáng)的優(yōu)良品種，其次還需要采取綜合防治措施;樹木的防凍方法有物理防護(hù)、施抗逆性肥料、施植物防凍保護(hù)劑三類方法。物理防護(hù)法包括蓋草簾子、覆土、設(shè)置防風(fēng)障、熏煙法等，這些方法費(fèi)時費(fèi)力、成本高。施抗逆性肥料主要是施磷鉀肥，缺少定量研究。植物防凍劑一般包括防凍保護(hù)膜和植物生長調(diào)節(jié)劑，在林業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很少［1］。發(fā)生越冬傷害最容易想到的就是可能出現(xiàn)了極端氣象條件。因此有必要分析氣象因子與越冬傷害的關(guān)系。另外，氣象因子中最重要的溫度因子是空氣溫度，不能真實(shí)反應(yīng)樹體的溫度，因此還需研究楊樹樹體表面的溫度與空氣溫度的關(guān)系，從而總結(jié)出環(huán)境因子與越冬傷害的關(guān)系［2］。筆者在此采用野外定位觀測方法，對溫度、光照、濕度和風(fēng)速等氣象因子進(jìn)行了實(shí)地觀測，經(jīng)過數(shù)據(jù)整理分析之后，總結(jié)出楊樹越冬傷害與大氣溫度、光照強(qiáng)度、大氣濕度、風(fēng)速的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器 以越冬傷害發(fā)生比較頻繁的凌海市為研究對象，于2008年1月在金城鎮(zhèn)原種場建立定位觀測站，儀器包括百葉箱、ZDR－1F風(fēng)速風(fēng)向儀、ZDR－20型溫濕度記錄儀、ZDR－14型照度記錄儀。樹皮陰陽面氣溫變化數(shù)據(jù)觀測。觀測品種為2根1干3016楊，采用儀器為DSR型雙溫度記錄儀和ZDR－20雙溫度記錄儀。

1.2 試驗方法和統(tǒng)計方法 觀測大氣溫度、濕度、風(fēng)速、光照強(qiáng)度，每30 min記錄一次數(shù)據(jù)，并到凌海市氣象局2005年以來補(bǔ)充未測年份的氣象數(shù)據(jù)。選取每年1、2、3、11、12月數(shù)據(jù)，篩選出日最低氣溫低于－15℃的氣溫值及出現(xiàn)的日期，計算各觀測因子的日平均值、旬平均值、月平均值以及負(fù)積溫和日較差，用軟件EXCEL2007作圖。2007年11月～2008年3月、2008年11月～2009年3月，觀測樹皮陰面、陽面溫度和周圍環(huán)境氣溫，每30 min記錄1次溫度。選取日最高溫度、最低溫度數(shù)據(jù)計算日較差，計算日平均溫度和月平均溫度。

2 結(jié)果與分析

2.1 大氣溫度與越冬傷害 由圖1可見，2008～2009年負(fù)積溫較高，是個暖冬，卻發(fā)生了越冬傷害;2011年1月負(fù)積溫較低，大樹無越冬傷害，苗木有越冬傷害發(fā)生;2012年1、2月最冷，卻沒有越冬傷害發(fā)生;2012年12月負(fù)積溫顯著低于常年，但1月負(fù)積溫在幾年來居中，越冬傷害卻很嚴(yán)重。說明負(fù)積溫與越冬傷害沒有明確的因果關(guān)系。

圖1 2008～2013年冬季各月負(fù)積溫對比

圖2 2005～2013年冬季月平均氣溫對比

月平均氣溫也可以反映寒冷程度，8年來凌海市冬季氣候的變化趨勢是逐漸變冷(圖2)。日較差反映了溫度的變化幅度，是反映樹木變溫脅迫的重要指標(biāo)，與平均氣溫相結(jié)合可以反映凍融程度。由圖3可見，2010～2011年度12月中旬、1月中下旬、2月中旬、3月下旬日較差顯著高于常年，這一年春季發(fā)現(xiàn)苗木受越冬傷害;2012年1月上旬、2月下旬～3月下旬日較差明顯高于常年，這一年春季大樹和苗木均發(fā)生了越冬傷害;2012年1月下旬～2月下旬日較差顯著高于常年，但這一年未發(fā)生越冬傷害;2008～2009年發(fā)生越冬傷害，但僅11月下旬的日較差顯著高于常年，2月和3月日較差均不高。說明日較差的幅度與越冬傷害相關(guān)，但不足以確立明確的因果關(guān)系。日較差尤其是抗凍鍛煉期(11月)和脫鍛煉期(3月)多次大幅度的溫度變化(凍融)會使楊樹受到越冬傷害。從表1可以看出，不是極端溫度低就一定發(fā)生越冬傷害，如2009～2010年冬季溫度達(dá)－29.2℃，但當(dāng)年并未發(fā)生大規(guī)模越冬傷害。

圖3 2008～2013年冬季各旬溫度日較差平均值

表1 各年冬季每月最低和最高氣溫值 ℃

2.2 光照與越冬傷害 從圖4可以看出，2009年2和3月光照強(qiáng)度很大。光照主要是通過調(diào)節(jié)樹木的光周期和影響樹體的溫度來影響樹木生長發(fā)育［3］。從樹皮陰陽面溫度與大氣溫度的關(guān)系的日變化(圖5)可看出，白天陽面樹皮溫度高于陰面樹皮溫度和氣溫，夜晚陽面和陰面樹皮溫度基本持平但低于氣溫，其原因是夜晚地面的溫度降低較慢發(fā)生熱輻射，熱量輻射到近地的大氣中，而使環(huán)境溫度得到某種程度的提高。從冬季各個月份樹皮表面溫度和氣溫的對比(表2)也可以看出，白天樹皮陽面溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，一般高出5～10℃，最大可高出15℃。

圖4 2008～2013年冬季各月份白天光照強(qiáng)度平均值

圖5 冬季12月陰陽面樹皮溫度與氣溫對比

為使數(shù)據(jù)更加直觀，篩選出每日最高溫度與最低溫度進(jìn)行比較。由圖6可見，在冬季樹皮陽面溫度最高可達(dá)23.8℃，最低可達(dá)－32.6℃，日較差于1月13日達(dá)最大值(42.3℃)，平均日較差為26.1℃。由此可見，樹皮溫度變化幅度遠(yuǎn)大于氣溫變化幅度，且陽面溫度變化幅度大于陰面變化幅度。

陽面因光照等輻射(包括地面輻射)使地面附近西南面樹皮的溫度升高，造成樹木局部發(fā)生脫鍛煉，抗凍能力降低，在夜晚降溫后發(fā)生越冬傷害，而多次凍融使樹木形成層造成嚴(yán)重越冬傷害。凍裂和破腹等越冬傷害現(xiàn)象多發(fā)生于樹木的西南面，說明樹干部越冬傷害(破腹型)與光照密切相關(guān)。

僅以氣溫作為參考以及僅從低溫角度研究楊樹越冬傷害均不夠全面，而應(yīng)進(jìn)一步從凍融脅迫的角度深入研究［4］。

表2 2007～2009年冬季樹皮及大氣溫度對比℃

圖6 樹皮陽面最高、最低溫度變化

2.3 大氣濕度與越冬傷害 濕度數(shù)據(jù)(表3)表明，發(fā)生越冬傷害的2012、2010、2005、2008年12月的濕度均比較低，可能存在因果關(guān)系。但1和2月濕度較低的2007～2008年冬季并沒有發(fā)生越冬傷害。2006、2009、2011和2013年的3月濕度也較低，發(fā)生了越冬傷害，但2008和2010年3月濕度同樣較低卻沒有發(fā)生越冬傷害。

表3 近8年來冬季各月月平均濕度 %

2.4 風(fēng)速與越冬傷害 一般認(rèn)為，寒風(fēng)可以使地面溫度降低，加深土壤凍結(jié)深度;可使木質(zhì)化程度較低的樹梢風(fēng)干失水。2013年2和3月的風(fēng)比較大，顯著高于常年;2006、2009年2和3月的風(fēng)也比較大。這3年冬季均發(fā)生了越冬傷害，可能與風(fēng)大有關(guān)。越冬傷害調(diào)查表明，在風(fēng)口等小氣候情況下，可以發(fā)生寒風(fēng)型越冬傷害。光照、風(fēng)速和濕度之間存在著聯(lián)系，風(fēng)速大、光照強(qiáng)的月份濕度一般較低。日照強(qiáng)度、風(fēng)和濕度也對越冬傷害有影響。

3 結(jié)論

(1)冬季的絕對低溫低于楊樹的最大抗凍度，就會發(fā)生嚴(yán)重凍害，低溫可對越冬楊樹造成傷害，是限制因子。然而，并不是冷冬(負(fù)積溫較低)就一定發(fā)生越冬死亡，越冬傷害與低溫出現(xiàn)的時間有關(guān)，楊樹的抗凍度是一個動態(tài)的隨時間(季節(jié))變化的值。大多數(shù)楊樹越冬傷害發(fā)生在脫鍛煉期間，連續(xù)的氣溫劇烈變化導(dǎo)致有效凍融多次發(fā)生，凍融傷害的累積超過抗凍融度，造成樹木死亡［5］。

(2)白天陽面樹皮溫度高于陰面樹皮溫度和氣溫，夜晚陽面和陰面樹皮溫度基本持平但低于氣溫。樹皮溫度變化幅度遠(yuǎn)大于氣溫變化幅度，且陽面溫度變化幅度大于陰面變化幅度。陽面因光照和地面輻射影響，地面附近西南面樹皮的溫度升高，脫鍛煉進(jìn)程加快，抗凍能力降低，在夜晚突然降溫后發(fā)生細(xì)胞結(jié)冰，白天冰晶再融化，連續(xù)多次凍融使樹木形成層造成嚴(yán)重越冬傷害。凍裂和破腹等越冬傷害現(xiàn)象多發(fā)生于樹木西南面，說明樹干部越冬傷害(破腹型)與光照密切相關(guān)。

圖7 2008～2013年冬季各月日平均風(fēng)速變化

(3)發(fā)生越冬傷害的 2005～2006、2008～2009、2012～2013、2010～2011年12和3月的濕度均比較低，且前3個年份2和3月風(fēng)速較大，可能與越冬傷害發(fā)生有關(guān)。越冬傷害調(diào)查表明，在風(fēng)口等小氣候情況下，會發(fā)生寒風(fēng)型凍害。光照、風(fēng)速和濕度之間存在著聯(lián)系，風(fēng)速大、光照強(qiáng)的月份濕度一般較低。

［1］田洪順，陸學(xué)海，武力紅，等.遼西地區(qū)楊樹發(fā)生凍害原因及預(yù)防措施［J］.防護(hù)林科技，2013(1):100 －102.

［2］舒紅，屈年華，馮世強(qiáng)，等.遼寧省楊樹凍害現(xiàn)狀及防治對策［J］.遼寧林業(yè)科技，2014(1):59－60.

［3］馮世強(qiáng)，柴曉東，王濤.遼寧省凌海市楊樹凍害原因分析及預(yù)防對策［J］.林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2014(10):16.

［4］楊成生，王芳，張亞軍，等.中林系列楊樹凍害調(diào)查研究［J］.甘肅林業(yè)科技，2004(4):61－63.

［5］趙經(jīng)周，楊運(yùn)啟，黃居平，等.楊樹人工林凍害綜合防治技術(shù)的研究［J］.林業(yè)科技，1996(3):33 －35.