陜西關(guān)中兩種栽培模式下蘋果樹干液流特征

張維敏，劉 璐，張 勇

(陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟(jì)作物氣象服務(wù)中心，西安 710014)

蘋果產(chǎn)業(yè)是陜西的特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。陜西氣候條件優(yōu)越，是世界公認(rèn)的蘋果最適宜生產(chǎn)區(qū)，是世界蘋果最大產(chǎn)區(qū)之一，特別是渭北黃土高原，具有符合優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)的區(qū)位優(yōu)勢。陜西蘋果種植面積73萬 hm2、產(chǎn)量1 200萬t，均居全國第一，分別占全國的近1/3和1/4[1]。蘋果喜冷涼氣候、喜光，一般要求年降水量在500～800 mm，生長期要求降水量在500 mm左右。陜西蘋果主要種植區(qū)多年平均降水量650 mm左右，基本滿足蘋果生長所需，但降水量時空分布不均，蘋果關(guān)鍵生育期易出現(xiàn)階段性干旱。干旱是陜西蘋果主產(chǎn)區(qū)最主要的氣象災(zāi)害之一，對蘋果開花、坐果、果實(shí)膨大及花芽分化等都會產(chǎn)生不利影響[2]。特別是近年來，隨著氣候變化對蘋果產(chǎn)業(yè)的影響以及蘋果產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出增加，蘋果園水分供需矛盾更加突出。因此，研究蘋果樹耗水特征，揭示蘋果園果樹與土壤水分的平衡規(guī)律，有利于制定合理的灌溉制度，提高果園水分利用效率，對促進(jìn)蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展具有重要的意義。

樹干液流是植物體內(nèi)由于葉片的蒸騰作用引起水分損失，使水分通過木質(zhì)部從根部運(yùn)輸?shù)饺~片的過程，是表征植物體內(nèi)水分動態(tài)變化及其生理功能的關(guān)鍵指標(biāo)[3-4]，可以通過觀測液流速率計算出植物的蒸騰耗水量[5-6]。熱擴(kuò)散式探針技術(shù)利用能量守恒和電熱轉(zhuǎn)換原理，測定樹干單位邊材面積液流速率[7]，該技術(shù)具有損傷小、易操作、精準(zhǔn)度高，可連續(xù)監(jiān)測、自動采集數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)。目前，關(guān)于蘋果液流特征及其影響因子的研究較多，李青華[8]對紅富士蘋果樹干液流特征及其與空氣溫度、太陽輻射等環(huán)境因子的關(guān)系，蘋果樹需水規(guī)律、耗水量等進(jìn)行了研究；周珊珊等[9]對渭北高原矮化紅富士蘋果樹干液流動態(tài)、蒸騰規(guī)律進(jìn)行了研究。但是針對喬化、矮砧兩種不同種植模式下，紅富士蘋果樹干液流特征比較方面尚未開展相關(guān)研究。本研究主要采用熱擴(kuò)散液流探針法(TDP)觀測蘋果樹干液流變化，從而分析喬化、矮砧兩種模式下紅富士蘋果樹蒸騰速率變化特征、差異，以期為蘋果園水資源優(yōu)化管理，提高果園灌溉效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)鳳翔縣位于陜西關(guān)中西部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。近39 a(1981—2019年)多年平均降水量609.1 mm，最大年降水量943.1 mm(2011年)，最小年降水量258.9 mm(1997年)，降水年內(nèi)分布不均，主要集中在7—9月。年平均氣溫10.6～13.5 ℃，年日照時數(shù)1 612～2 164 h，年平均風(fēng)速1.6～2.3 m/s，年平均相對濕度60%～80%。土壤類型主要為黃綿土、褐土、潮土等。

2 研究數(shù)據(jù)和方法

2.1 蘋果樹蒸騰量的測定

試驗(yàn)于2017年3月至2018年12月在鳳翔縣范家寨鎮(zhèn)進(jìn)行。蘋果品種為富士，栽培方式為喬化、矮砧兩種，樹齡10～20 a，喬化蘋果株行距3.5 m×2.5 m，矮砧株行距3.5 m×1.2 m。采用熱擴(kuò)散液流探針法(TDP)測定蘋果樹的蒸騰量。分別在試驗(yàn)蘋果園中的矮砧、喬化種植區(qū)選擇3棵長勢良好具有代表性的果樹，平均樹高2 m左右，樹干直徑8 cm左右。樹干通直圓滿，測定部位上下30 cm處無結(jié)疤或損傷。每棵樹上安裝兩個TDP探頭，用泡沫塊將探針夾住，用膠帶固定后外面包裹絕緣、防輻射材料，最后用膠帶密封，防止雨水進(jìn)入。每10 min獲取一次數(shù)據(jù)并記錄，邊材液流通量可由以下公式計算[10]。

(1)

(2)

2.2 氣象數(shù)據(jù)

本研究所用氣象數(shù)據(jù)為2017年3月1日至2018年12月31日鳳翔縣氣象站數(shù)據(jù)，氣象要素包括日降水量、日照時數(shù)，來源于陜西省氣象信息中心。在研究矮砧、喬化兩種模式下蘋果樹液流特征時，分晴天、多云、陰天、雨天四種天氣類型[11]進(jìn)行對比分析。根據(jù)2017—2018年試驗(yàn)果園蘋果物候期觀測，蘋果3月上旬進(jìn)入萌芽期，4月上旬進(jìn)入開花期，下旬進(jìn)入幼果期，9月上旬進(jìn)入果實(shí)成熟期，11月上旬進(jìn)入落葉期。將蘋果生長發(fā)育期分為生長始期(3—4月)、生長盛期(5—10月)、休眠期(11—翌年2月)。本研究主要對生長始期、生長盛期蘋果樹液流特征進(jìn)行對比分析。

2.3 數(shù)據(jù)處理

對蘋果樹液流速率數(shù)據(jù)、鳳翔氣象站數(shù)據(jù)均運(yùn)用SPSS10.0統(tǒng)計軟件和EXCEL2007進(jìn)行統(tǒng)計分析及作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩種栽培模式不同天氣條件下蘋果樹蒸騰速率日變化特征

矮砧、喬化栽培模式下，蘋果樹蒸騰速率在晴天、多云、陰天、雨天四種天氣條件下日變化曲線呈“幾”字形的單峰曲線。兩種栽培模式下蒸騰速率峰值出現(xiàn)時間不同：晴天、多云、陰天，矮砧蘋果樹峰值分別出現(xiàn)在10:00—11:00，喬化蘋果樹則出現(xiàn)在11:00—13:00，喬化蘋果樹蒸騰速率峰值出現(xiàn)時間較矮砧蘋果樹滯后1～2 h；雨天喬化、矮砧蘋果樹峰值均出現(xiàn)在13:00。晴天兩種栽培方式的蘋果樹蒸騰速率峰值出現(xiàn)時間最早，多云、陰天次之，雨天出現(xiàn)最晚。四種天氣條件下，矮砧蘋果樹蒸騰速率均高于喬化，不同天氣條件下兩者最大差值不同，其中晴天最大為5.8 L·h-1；多云、陰天次之，差值分別為3.3 L·h-1、2.3 L·h-1；雨天最小為1.7 L·h-1(圖1)。

圖1 不同栽培模式下晴天(a)、多云(b)、陰天(c)、雨天(d)蘋果樹蒸騰速率日變化

3.2 兩種栽培模式不同生長階段蘋果樹蒸騰速率日變化特征

矮砧蘋果樹晴天時，00:00—07:00生長盛期蒸騰速率小于生長始期，08:00—22:00生長盛期蒸騰速率大于生長始期；陰天時，01:00—07:00、19:00—23:00生長盛期蒸騰速率小于生長始期，08:00—18:00生長盛期蒸騰速率大于生長始期；多云時，00:00—07:00生長盛期蒸騰速率小于生長始期，08:00—21:00生長盛期蒸騰速率大于生長始期。晴天、陰天、多云，矮砧蘋果樹生長始期蒸騰速率分別在09:00、10:00、11:00達(dá)到峰值，而生長盛期則分別在09:00、11:00、11:00達(dá)到峰值，盛期和始期蒸騰速率差值分別在18:00、11:00、17:00最大(圖2a、2 c、2 e)。因雨天的觀測資料少，不具有代表性，故不作分析。下同。

圖2 矮砧(a、c、e)、喬化(b、d、f)蘋果樹不同生長階段晴天、陰天、多云條件下蒸騰速率日變化

喬化蘋果樹在晴天條件下，00:00—07:00、09:00—23:00生長盛期蒸騰速率大于生長始期，僅08:00小于生長始期。陰天條件下，00:00—08:00、16:00—23:00生長盛期蒸騰速率小于生長始期， 09:00—15:00生長盛期蒸騰速率大于生長始期。多云條件下，00:00—09:00、11:00—23:00生長盛期蒸騰速率大于生長始期，僅10:00小于生長始期。晴天、陰天、多天條件下，喬化蘋果樹生長始期蒸騰速率分別在10:00、16:00、11:00達(dá)到峰值，而生長盛期則分別在11:00、12:00、15:00達(dá)到峰值，盛期和始期蒸騰速率差值分別在11:00、11:00、17:00最大(圖2b、2d、2f)。

矮砧蘋果樹生長始期三種天氣條件下蒸騰速率最大值均大于喬化蘋果樹，且最大值出現(xiàn)時間也較喬化蘋果樹早2～6 h，兩者差值晴天最大為3.8 L·h-1，其次為多云2.6 L·h-1，陰天最小1.5 L·h-1。生長盛期三種天氣條件下矮砧蘋果樹蒸騰速率大于喬化蘋果樹，最大值出現(xiàn)時間較喬化晴天、陰天提前1 h，多云同時出現(xiàn)，兩者差值晴天最大5.2 L·h-1，其次分別為多云3.9 L·h-1、陰天3.0 L·h-1(表1)。

表1 矮砧、喬化蘋果樹不同生長階段不同天氣條件下日蒸騰速率最大值及其差值

3.3 主要生育期兩種栽培模式蘋果樹蒸騰量分析

分析2017、2018年4—10月矮砧、喬化蘋果樹生育期內(nèi)蒸騰量的日變化可知，生育期不同階段兩種栽培模式下的蘋果樹蒸騰量波動較大，不同生長階段果樹需水規(guī)律不同；同等灌溉量和降水量條件下，矮砧蘋果樹生育期內(nèi)日蒸騰耗水量較喬化蘋果樹明顯偏多；蘋果樹日蒸騰量對水分增加的響應(yīng)有一個滯后的表現(xiàn)，在降水或者灌溉后的第一天會出現(xiàn)蒸騰量迅速增大的情況，然后逐日降低。矮砧、喬化蘋果樹日蒸騰量變化階段性特征基本一致，4—5月隨著氣溫升高，果樹進(jìn)入初始生育期，耗水量逐漸增加，受降水和果園灌溉共同影響，日蒸騰量較大；6—7月為蘋果的快速發(fā)育期，果樹所需水分增加，蒸騰耗水迅速增加，進(jìn)入高耗水階段；8月為蘋果的發(fā)育中期和果實(shí)膨大期，耗水量與7月相比略有減少；9月蒸騰量增大，除了與果實(shí)膨大需要耗水有關(guān)外，還可能與果樹秋梢生長耗水有關(guān)；10月蘋果成熟期耗水量降低，進(jìn)入成熟期的蒸騰回落階段。

4 結(jié)論

(1)矮砧、喬化蘋果樹在四種天氣條件下蒸騰速率日變化均為“幾”字型單峰曲線，矮砧蘋果樹曲線升降幅度較喬化明顯。晴天、多云、陰天情況下，矮砧蘋果樹蒸騰速率曲線峰值出現(xiàn)時間早于喬化。兩種栽培式下晴天峰值出現(xiàn)時間最早且兩者差異最大，雨天峰值出現(xiàn)時間最晚且差異相對最小。

(2)晴天、多云、陰天三種情況下，矮砧、喬化蘋果樹生長盛期蒸騰速率大部分時間高于生長始期。無論是生長始期還是生長盛期，矮砧蘋果樹蒸騰速率均高于喬化。

(3)主要生長期內(nèi)，矮砧、喬化蘋果樹蒸騰耗水量波動較大，受需水量不同影響，不同階段耗水量不同，矮砧蘋果樹蒸騰耗水量要高于喬化蘋果樹。