漫灌條件下盛果期灰棗各生育期莖流變化

程 平，李長城，李 宏*，劉 幫，張志剛，孫明森

(1.新疆林科院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830052)

漫灌條件下盛果期灰棗各生育期莖流變化

程 平1，李長城2，李 宏1*，劉 幫2，張志剛1，孫明森2

(1.新疆林科院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830052)

【目的】本文在常規(guī)漫灌方式下研究了盛果期灰棗各生育期耗水量變化，為盛果期灰棗的節(jié)水灌溉做準(zhǔn)備?！痉椒ā吭诼鄺l件下，對盛果期灰棗莖流進(jìn)行監(jiān)測，了解其莖流變化?！窘Y(jié)果】盛果期灰棗在整個生長季中膨大期莖流總量最大為2367 218.86 g，占總生長季莖流量40.46 %，落葉期莖流總量最小為197 991.5 g，占總生長季莖流量3.38 %；各生育期的莖流量與太陽輻射、溫度成正相關(guān)，與空氣濕度成負(fù)相關(guān)，并在P<0.01的水平上相關(guān)性都顯著；綜合評價影響各生育期莖流變化的主要?dú)庀笠蜃訛樘栞椛洹囟?、濕度?！窘Y(jié)論】根據(jù)不同生育期莖流量的主導(dǎo)因素不同來制定合理的灌溉制度，為后期盛果期灰棗的節(jié)水灌溉提供理論基礎(chǔ)。

漫灌；盛果期灰棗；莖流總量；莖流速率；氣象因子；相關(guān)性；生育期；

【研究意義】棗，新疆主要經(jīng)濟(jì)樹種，也是我國特有的重要經(jīng)濟(jì)栽培樹種[1]。新疆紅棗種植面積和紅棗產(chǎn)量快速增長，已成為新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱[2]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前新疆紅棗的主栽品種為灰棗和駿棗[3]，灰棗既可鮮食也可干食，果肉較于駿棗扎實(shí)，其營養(yǎng)價值較高[4-5]，相同等級的棗品灰棗經(jīng)濟(jì)效益高于駿棗，本實(shí)驗(yàn)選灰棗作為研究對象。阿克蘇地區(qū)是新疆三大紅棗主產(chǎn)區(qū)之一，阿克蘇溫宿縣地處塔里木盆地邊緣，干旱少雨，水資源短缺將成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨的重要問題[6]，隨著棗林的不斷成熟，大徑級的棗樹采取節(jié)水灌溉的措施勢在必行，棗樹耗水的主要方式為蒸騰[7]，F(xiàn)redrik L通過研究驗(yàn)證晴朗天氣蒸騰量與莖流量幾乎相等[8]。因此了解漫灌條件下盛果期棗樹整個生長季的莖流變化是必然的要求?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究在盛果期灰棗根系分布[9-10]及沙壤土中水分運(yùn)移規(guī)律[11]的情況下，采用大水漫灌方式對盛果期灰棗整個生育期進(jìn)行莖流變化的研究，分析各生育期莖流量變化，揭示盛果期灰棗各生育期莖流變化及各生育期耗水總量，制定合理的灌溉制度，為后期盛果期灰棗節(jié)水灌溉研究奠定基礎(chǔ)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，研究漫灌方式下盛果期灰棗耗水規(guī)律，對科學(xué)合理地發(fā)展盛果期紅棗節(jié)水灌溉具有重要意義[12-14]。

表1 樣地土壤的主要理化性質(zhì)

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于新疆林科院佳木實(shí)驗(yàn)站，屬溫帶大陸性氣候，年降雨量42.4～94 mm，蒸發(fā)量2956.3 mm，干旱少雨；年日照時數(shù)2747 h，年平均總輻射量6000 MJ/m2；年均氣溫10 ℃土壤質(zhì)地如表1[15]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計 根據(jù)棗樹的生物學(xué)特性，并結(jié)合2014年觀察記錄情況，把用于觀測的棗樹的生育期劃分為5個時期，萌芽展葉期、開花坐果期、果實(shí)膨大期、成熟期、落葉期，其時間分隔如表2所示。

試驗(yàn)地為盛果期灰棗園，樹齡10～15年，地徑(距離地面30 cm)范圍11～13 cm，冠幅：東西方向3～4 m；南北方向3～4 m，枝下高度1.0～1.5 m，樹高4～5 m。管理措施：灌水方式為漫灌，灌水定額4500 m3·hm-2，整個生育期共灌溉5次，單株年灌溉量為1.5×106kg[15]；樹行南北走向，樹形為主干疏散分層型、樹間距4 m×4 m；施肥，春季施基肥油渣3000 kg·hm-2、二銨750 kg·hm-2、尿素1500 kg·hm-2、復(fù)合肥1500 kg·hm-2，8月施追肥二銨、尿素、復(fù)合肥一次性共1500 kg·hm-2；除草：4、5、6、7月底進(jìn)行除草；打藥：4月底噴施石硫合劑，6月底噴施保花坐果藥劑；抹芽：6、7、8月對樹體進(jìn)行抹芽。

1.2.2 樹干液流數(shù)據(jù)采集 采用熱擴(kuò)散法[16]插針式莖流計測定樹干液流，計算公式：“莖流指數(shù)”(K)，該指數(shù)通過測量溫度差值和流速為零時的溫差最大值(dTM)而計算得出：K=(dTM-dT)/dT，用無量綱量K來計算莖流速率V，再通過莖桿的邊材橫截面積As(cm2)，與V組合計算得到樹干液流量(體積流量)SapFlow。蒸騰耗水量(T)可根據(jù)樹干液流量求出[17]。

V(cm/s)=0.0119×K1.231

(1)

SapFlow(g/h)=As×V×3600

(2)

T(g)=SF×t×99.8 %

(3)

式中：SF樹干液流量，t測定時間，99.8 %表示葉片的蒸騰作用所占樹干液流的比例。插針前對地徑11～13 cm枯死棗樹莖桿進(jìn)行截斷測量，共截棗樹5棵，并測得邊材厚度，從所得數(shù)據(jù)分析可得邊材厚度占地徑的34 %左右。在樣株距離地面50 cm處通過一系列處理插入探針，連接探針電纜線與數(shù)據(jù)采集器(CR1000 Decagon USA)接口，設(shè)置數(shù)據(jù)采集器內(nèi)的參數(shù)。測定期間每2周更換1次探頭，并用雙氧水進(jìn)行消毒，數(shù)據(jù)30 s掃描1次，10 min記算1次均值并儲存。

表2 各生育期灌水時間

1.2.3 氣象數(shù)據(jù)采集 在樣地附近安裝了HOBO小氣候儀，測定太陽輻射(ES)、空氣溫度(T)、空氣相對濕度(RH)、風(fēng)速(W)。采用EC50(Decagon USA)測取土壤溫度及水分含量，探頭深度為20、40、60 cm。設(shè)置數(shù)據(jù)采集器30 s掃描數(shù)據(jù)1次，10 min計算1次均值并儲存，與測定樹干液流數(shù)據(jù)相匹配。

1.3 莖流計的率定

莖流計的率定：實(shí)驗(yàn)前選定徑級較小與樣株相同的樹種帶土球移栽到花盆里，進(jìn)行培育。數(shù)周后通過該樣株對莖流計進(jìn)行率定。將花盆口用塑料薄膜封死，防止水分蒸發(fā)。通過生長錐鉆取樣株，測量邊材厚度，進(jìn)行探針的插入。每日12: 00稱取花盆重與莖流計液流總量進(jìn)行對比，規(guī)定誤差在95 %以內(nèi)，若超出誤差范圍，需設(shè)置莖流計軟件參數(shù)，使其在誤差范圍內(nèi)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對因更換探針及停電導(dǎo)致樹干液流缺失值，采用平均日變化法進(jìn)行插補(bǔ)[18]，利用Excel2010，SPSS18.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 盛果期灰棗各生育期莖流日變化

如圖1所示，將5個時期的莖流量求平均值做出日均莖流量變化曲線。各時期日莖流變化曲線均為圓滑的“凸”字型單峰曲線，與盧桂賓研究的果實(shí)膨大期呈現(xiàn)雙峰曲線不一致[19],原因分析：可能由于地理位置、樹種、樹齡、田間管理制度、氣候條件使該樣樹各時期日莖流變化均為單峰；展葉期、開花坐果期、果實(shí)膨大期莖流啟動時間為8：30，成熟期莖流啟動時間為9：30，而落葉期莖流啟動時間為10：00，開花坐果期、果實(shí)膨大期、成熟期在9：00-12：00莖流增速較大，12：00-15：00緩慢增長，時間為15：00點(diǎn)時莖流出現(xiàn)峰值，展葉期8：30-11：00莖流增速較快，隨后趨于平衡，到達(dá)14：00左右出現(xiàn)峰值，落葉期10：00-12：00緩慢增長，12：00-18：00趨于平衡，18：00以后緩慢下降，莖流峰值出現(xiàn)時間為15：00，與張華艷研究的一致[20]；原因分析：可能由于大水漫灌使土壤含水率較高，盛果期灰棗處于水分充足狀態(tài)，一天中中午溫度最高，太陽輻射較強(qiáng)，濕度最小，造成莖流量的持續(xù)增加，莖流出現(xiàn)峰值較晚，具體造成盛果期灰棗莖流峰值延遲的因素還需后期進(jìn)一步詳細(xì)的研究。展葉期、開花坐果期、膨大期、成熟期、落葉期的莖流量峰值分別為2192.12、3031.81、3283.84、3291.71、883.47 g/h，平均莖流量為922.92、1388.90、1528.06、1443.31、395.59 g/h。

圖1 莖流量日變化Fig.1 Daily variation of sap flow

從圖1可以得出，盛果期灰棗各生育期日莖流累積量從大到小依次為果實(shí)膨大期>果實(shí)成熟期>開花坐果期>展葉期>落葉期，其值分別為21 994.87、33 091.1、36 394.99、34 378.92、9433.25 g。果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期、開花坐果期日莖流累積量差值較小，與展葉期、落葉期差值較大。由圖2可以看出，莖流的累積量提升速度晚于莖流量啟動時間約2 h，分析可得雖然莖流量啟動速率較大，但啟動基數(shù)較小，因此造成莖流累積量滯后于莖流速率。對盛果期灰棗各生育期莖流總量求和，展葉期、開花坐果期、果實(shí)膨大期、成熟期、落葉期莖流總量分別為461 892.37、1985 465.96、2402 069.62、859 472.9、160 365.31 g，分別占總生長季莖流量的8 %、34 %、40 %、15 %、3 %。因此可以判斷盛果期灰棗各生育期日莖流量從大到小依次為果實(shí)膨大期>開花坐果期>果實(shí)成熟期>展葉期>落葉期。因此可根據(jù)盛果期灰棗的耗水量來制定漫灌條件下合理的灌水制度，為后期盛果期灰棗節(jié)水灌溉打下基礎(chǔ)。

圖2 各生育期莖流日累積量及所占總量比例Fig.2 Daily cumulative amount of sap flow and the proportion of total sap flow at each period

展葉期Leafstage開花坐果期Floweringandfruitsettingstage果實(shí)膨大期Fruitenlargement成熟期Maturity落葉期Defoliation各時期莖流總量(g)Eachperiodsapflow439926.191986121.722367218.86859974.81197991.5日均太陽總輻射量(W/m2)Averagedailysolarradiation30098.728888.1827407.6423606.6516952.44日均氣溫(℃)Averagedailytemperatures20.6524.4923.6115.4113.16日均濕度(%)Averagedailyhumidity5055.660.6664.6558.27

2.2 盛果期灰棗各生育期氣象因子狀況

各生育期期相比，展葉期太陽日均總輻射量最大為30 098.7 W/m2，日均濕度最小為50 %，但莖流總量較小，主要是因?yàn)槭⒐诨覘椞幵谡谷~期，整株樹葉面積小，所以莖流量較?。婚_花坐果期和膨大期日均太陽輻射總量分別為28 888.18、27 407.64 W/m2，日均氣溫分別為24.49、23.61 ℃，并且棗樹坐果、果實(shí)的膨大需水量大以及葉片的完全展開因此造成莖流總量大。成熟期日均太陽總輻射、日均氣溫較低，空氣相對濕度較大，但棗樹葉片較多且完全展開，果實(shí)也需要極少的水量，因此成熟期相對于展葉期和落葉期莖流總量較大，相對于開花坐果和膨大期莖流總量較?。宦淙~期日均太陽輻射總量最小為16 952.44 W/m2，日均氣溫最低為13.16 ℃，在加上此時灰棗新陳代謝緩慢，所以落葉期的莖流總量值最小(表3)。

根據(jù)以上灰棗各生育期莖流總量以及各生育期日均氣象因子，可制定更加合理的漫灌制度，在不影響灰棗正常生理活動的情況下，達(dá)到更加有效的節(jié)水目的。

2.3 盛果期灰棗各生育期莖流量與氣象因子的關(guān)系

如表4～5所示，各生育期的莖流量與太陽輻射、溫度成正相關(guān)，與空氣濕度成負(fù)相關(guān)，并在(P<0.01)水平上相關(guān)性都顯著；展葉期、落葉期影響莖流的主導(dǎo)因素為溫度，相關(guān)系數(shù)分別為0.952、0.989；開花坐果期、果實(shí)膨大期影響莖流的主導(dǎo)因素為太陽輻射，相關(guān)系數(shù)分別為0.959、0.97。

表4 各生育期莖流與各氣象因子的相關(guān)性分析

注：N=720，* *P<0.01。

Note:N=720，* *P<0.01.

表5 各生育期莖流與各氣象因子的回歸模型

對各時期的莖流量變化與氣象因子進(jìn)行回歸分析,R2均在0.96以上，各時期的回歸模型均為三次曲線模型。

2.4 不同天氣對盛果期灰棗莖流變化的影響

分析盛果期灰棗整個生育期中不同(晴天、陰天、下雨天)天氣對莖流量的影響，對莖流量和氣象因子數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，并做線性回歸方程。找出不同天氣的主導(dǎo)氣象因子，了解盛果期灰棗在不同天氣下的莖流變化。不同天氣類型莖流量日變化規(guī)律見圖3，不同天氣各氣象因子值見表6。

晴天太陽輻射總量大，溫度高，濕度小，因此日莖流量大，其值為153 467.77 g。從日莖流曲線可以看出，莖流日變化為單峰曲線，莖流量啟動時間為8: 00，莖流量迅速增加到11: 00，其后趨于平衡，13: 00達(dá)到峰值為2524.22 g/h，其后莖流量緩慢下降到19: 00，之后莖流量下降速度增加，到24: 00趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

陰天太陽輻射較弱，濕度相對較大，日莖流總量相對于晴天較低為118 010.87 g。從莖流日變化曲線可以看出陰天情況下，莖流啟動時間為8: 00，12: 00莖流量達(dá)到峰值為2059.97 g/h，曲線波動相對于晴天較多，莖流量趨于平穩(wěn)時間點(diǎn)為23: 00。

雨天太陽輻射小，濕度大，氣溫低，是造成莖流量小的原因，莖流量值為32006.01 g/h。雨天莖流量的啟動時間也是8: 00，但莖流量上升的空間有限，其莖流量峰值為1165.86 g/h時間點(diǎn)為13: 20。一天當(dāng)中只有8: 00-15: 00、19: 00-22: 00莖流有較小的變化，其與時間莖流變化極小，甚至有時莖流變化為0，這與氣象因子關(guān)系密切。

由此可知，不同的天氣下，各氣象因子不同，但灰棗莖流啟動時間相同以及夜間莖流量趨于穩(wěn)定的時間大體相同；正常晴天莖流量達(dá)到峰值時間為13: 00左右，與劉鑫，孫雨婷等研究不一致[21-22]，這與樣樹自身以及周圍環(huán)境因素有密切的關(guān)系。由于不同的氣象因子影響，不同天氣條件下莖流量達(dá)到峰值的時間不同以及高莖流量的持續(xù)時間不同，造成日莖流總量的不同。

圖3 不同天氣類型莖流量日變化規(guī)律Fig.3 Diurnal variation of stem flow under different types of weather day

對3種不同天氣的莖流量與氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析，并對莖流量曲線進(jìn)行擬合，如表7可以得出，晴天、陰天、雨天天氣下的太陽輻射、空氣溫度、空氣相對濕度、風(fēng)速在P<0.01條件下與莖流量相關(guān)性顯著，莖流量與太陽輻射、空氣溫度、風(fēng)速成正相關(guān)，與空氣相對濕度成負(fù)相關(guān)。正常天氣條件下，莖流量的主導(dǎo)氣象因子為太陽輻射，相關(guān)系數(shù)為0.934，空氣溫度的影響度也較高，相關(guān)系數(shù)為0.931；陰天天氣下，影響莖流量大小的決定因素為空氣相對濕度，相關(guān)系數(shù)為-0.929，溫度影響莖流的相關(guān)系數(shù)為0.926；雨天天氣下，影響莖流量大小的決定因素為太陽輻射，相關(guān)系數(shù)為0.436，溫度為第二關(guān)鍵因素，相關(guān)系數(shù)為0.309。以此可以推斷出不同天氣條件下，溫度對于莖流量的變化起著十分重要的決定。

從圖4可以看出，晴天和陰天條件下的擬合曲線程度較高，R2分別為0.873和0.893，其莖流量變化較有規(guī)律，回歸方程分別為y=209.022-38.629X1+1.429X2-0.008X3、y=224.95-37.473X1+1.226X2-0.007X3；而雨天擬合曲線程度較低，R2=0.292，莖流變化無規(guī)律，回歸方程為y=-150.371+12.502X1-0.049X2-4.495X3。從上述分析可得，晴天、陰天的氣象因子變化具有規(guī)律性，而雨天的各氣象因子變化無規(guī)律性，是造成不同天氣下莖流量變化是否有規(guī)律性的關(guān)鍵所在。

表6 不同天氣各氣象因子值

表7 不同天氣的氣象因子與莖流相關(guān)性分析及回歸模型

注：N=720，* *P<0.01。

Note:N=720，* *P<0.01.

圖4 不同天氣條件下莖流量日變化的擬合曲線Fig.4 Fitting curve of sap flow diurnal variation under different weather conditions

3 討 論

植物蒸騰直接影響其耗水量的多少，而莖流的變化規(guī)律反映著耗水量。通過以上對盛果期棗樹莖流特征以及不同天氣條件下棗樹莖流變化研究，可得出一下幾條規(guī)律。

(1)漫灌條件下的盛果期灰棗各生育期莖流總量從大到小依次為果實(shí)膨大期>開花坐果期>果實(shí)成熟期>展葉期>落葉期，分別占總生長季莖流量的8 %、34 %、41 %、150 %、3 %。展葉期、開花坐果期、果實(shí)膨大期、成熟期、落葉期日莖流變化均為圓滑的“凸”字形單峰曲線，這與棗樹生長的地理位置、氣候環(huán)境、樹種、樹齡、田間管理以及樹形有十分重要的關(guān)系。

(2)盛果期灰棗各生育期的莖流量與太陽輻射、溫度成正相關(guān)，與空氣濕度成負(fù)相關(guān)，并在(P<0.01)的水平上相關(guān)性都顯著；展葉期、落葉期影響莖流的主導(dǎo)因素為溫度，相關(guān)系數(shù)分別為0.952、0.989；開花坐果期、果實(shí)膨大期決定莖流的主導(dǎo)氣象因子為太陽輻射，相關(guān)系數(shù)分別為0.959、 0.97。因此可根據(jù)各生育期影響莖流的決定因素來調(diào)節(jié)盛果期灰棗的莖流變化，例如棗樹開花坐果期需要較高的空氣濕度，可以增加灌水次數(shù)，減少灌水定額，以及果實(shí)成熟期為了防止棗果的裂口，就要減少棗樹的灌水量。因此可根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，制定合理的管改制度，保證棗樹的正常生理活動，增加果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)。

(3)由于不同天氣條件下氣象因子的不同，造成日莖流總量的不同，峰值大小、出現(xiàn)的時間點(diǎn)不同，但不同天氣下的莖流啟動時間，以及莖流趨于穩(wěn)定的時間卻基本相同。同時溫度對于不同天氣下的莖流量變化起著十分重要的決定，莖流量變化是否有規(guī)律性取決于各氣象因子變化是否有規(guī)律性。

隨著阿克蘇地區(qū)成齡灰棗園的逐漸增多，水資源緊缺狀況的越來越嚴(yán)重，對成齡灰棗的節(jié)水灌溉措施勢在必行，因此對漫灌條件下盛果期灰棗的生理活動還需進(jìn)一步的研究，為后期盛果期灰棗的節(jié)水灌溉制定合理有效的灌水制度，提高盛果期灰棗的產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)。

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FlourishingJujubeSapFlowofDifferentGrowthPeriodsunderIrrigationConditions

CHENG Ping1，LI Chang-cheng2, LI Hong1*, LIU Bang2, ZHANG Zhi-gang1，SUN Ming-sen2

(1.Xinjiang Academy of Forestry Sciences, Xinjing Urumqi 830000,China; 2.Forestry and Horticulture College, Xinjiang Agricultural University, Xinjing Urumqi 83005,China)

【Objective】In this paper, the change of water consumption during the growth period ofZiziphusjujubain full fruit period under conventional flood irrigation was studied to prepare the water saving irrigation of jujube fruit period.【Method】Under flooding conditions, the flourishing gray jujube sap flow was monitored to understand the sap flow. 【Result】During jujube fruit period throughout the growing season, the total sap flow maximum of enlargement period was 2367 218.86 g, accounting for 40.46 % of the total growing season sap flow, and the total sap flow minimum of defoliation period was 197 991.5 g, accounting for 3.38 % of sap flow in the total growing season; The sap flow of each growth period had a positive correlation with solar radiation and temperature, a negative correlation with air humidity, and both significant at 0.01level. According to comprehensive evaluation, the main meteorological factors affecting sap flow at various growth stages were solar radiation, temperature and humidity. 【Conclusion】Depending on the dominant factors in stem flow of the different growth stages,the reasonable irrigation system would be established to provide a theoretical basis for the flourishing gray water-saving irrigation of the late date.

Irrigation; Flourishing jujube; Total sap flow; Sap flow rate; Meteorological factors; Correlation; Growth period

1001-4829(2017)10-2315-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.026

2016-11-15

國家林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目“新疆特色林果提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(201304701-2)

程 平(1985-)，男，安徽懷寧人，碩士，助理研究員，主要從事森林培育方面的研究工作，E-mail:84966324@qq.com。*為通訊作者，李 宏(1962-)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事森林培育方面的研究工作，E-mail: 1097263031@qq.com。

S718.432

A

(責(zé)任編輯 陳 虹)