孙萌 赵爽 李寒齐国辉 张雪梅
(河北省林木种质资源与森林保护重点实验室(河北农业大学),保定,071000) (河北省核桃工程技术研究中心(河北农业大学))
地面覆盖对核桃树干液流变化动态的影响1)
(河北省林木种质资源与森林保护重点实验室(河北农业大学),保定,071000) (河北省核桃工程技术研究中心(河北农业大学))
为探明地面覆盖对核桃树干液流变化动态的影响,以盛果期核桃为试验材料,对各试验树进行连续观测。结果表明:从核桃茎流通量的典型日变化特征来看,晴天各处理的树干液流日变化呈单峰曲线,阴天呈多峰曲线,各处理变化趋势一致。在干旱季节(6月份),覆盖有机肥、覆盖碎木屑及对照的日最大茎流通量分别为8 183.86、5 765.06、7 269.31 g·h-1,处理间差异显著;在雨季(8月份),各处理日最大茎流通量分别为6 468.12、5 670.28、7 093.32 g·h-1,处理间差异不显著。晴天各处理的日累积茎流通量分别为72 373.52、54 797.61、62 674.55 g,处理间差异显著;阴天各处理的日累积茎流通量分别为54 945.03、47 248.34、48 476.46 g,处理间差异不显著。各处理的茎流通量与土壤温度的相关系数均达0.9以上,而覆盖处理的茎流通量与土壤温度的相关系数均在0.95以上;各处理的茎流通量与土壤含水量的相关系数均达0.85以上。
地面覆盖;核桃树;茎流通量
核桃树(JuglansregiaL.)是我国重要的经济林树种之一,不仅营养价值高,经济效益也相当可观。近年来,我国核桃的栽培面积大幅度上升,核桃已经成为山区老百姓脱贫致富的支柱产业。但是,我国大部分核桃栽培区均在山区和丘陵区,该类地区多数干旱缺水。因此,如何提高土壤水分的利用率、简化栽培管理措施,是当今核桃栽培管理过程中急需解决的问题。植物吸收的水分只有1%~5%用于代谢,大部分被蒸腾散失掉[1],因此,采取措施降低树体蒸腾,减少地面蒸发是提高土壤水分利用率的重要途径。行内地面覆盖、生草等土壤管理措施在美国、日本等国家早已广泛应用,我国近几年也在苹果园、核桃园、梨园、枣园等[1-8]开始逐渐使用。
研究地面覆盖效应的学者很多,但大多集中在土壤理化环境等方面,对树干液流特征的研究主要集中在用材林和防护林(如樟子松、马尾松、杉树、栎树等),影响树干液流的关键环境因子主要有太阳有效辐射、空气水汽压亏缺、土壤温度和土壤含水量等[9-14]。地面覆盖直接影响的环境因子是土壤温度和土壤含水量,有机覆盖物可以有效缓冲地温突变[15-16],可以有效减少地面蒸发,改善土壤水分状况[17-18]。因此,研究地面覆盖对核桃树干液流特征的影响具有重要意义。
试验地设在河北绿岭果业有限公司侯家韩核桃示范基地。该地位于太行山南段东麓临城县丘陵区,海拔80~135 m,年均降水量521 mm,年均气温13 ℃,极端最高气温41.8 ℃,极端最低气温为-23 ℃。2016年5—8月份的月累积降水量分别为54.3、81.6、363.6、178.8 mm。其中,7月19—20日,邢台市大部分地区出现百年不遇的强降水,部分地区遭受洪涝灾害,试验区内未遭灾,但降水量达到300 mm。
2.1 试验设计
以2007年春季栽植的核桃-苜蓿复合林为试验地,株行距为3 m×5 m。选择生长发育良好、树势相对一致的核桃树90株,试验设行内覆盖有机肥、碎木屑和对照处理;随机区组设计,每个小区10株,3次重复;2016年4月上旬,分别将覆盖材料覆盖到树行内,覆盖厚度为10 cm;以不覆盖为对照,有机肥为干鸡粪,碎木屑为粉碎的核桃枝条。
2.2 土壤温湿度的测定
采用TRIME-T3 TDR管式土壤水分测量系统进行测定,测定时间为09:00,分别测定0~20、20~40、40~60、60~80 cm土层土壤体积含水量,然后将各土层土壤体积含水量求平均值,平均值即为各处理的土壤体积含水量。土壤温度采用电子地温计分别测定5、15、25、45、65 cm地温,测定时间为08:00—18:00,每隔2 h测定1次,然后将各土层的土壤温度求均值,再将各时间点的土壤温度求均值,该值代表各处理的土壤温度。
2.3 核桃树干液流测定
本试验于2016年5—8月份,采用FLGS-TDP插针式茎流计对各处理试验树进行连续观测。分别在每个小区中选取生长基本一致的试验树各1株,每个处理3株,共9株,利用生长锥测量各样木的边材面积(见表1)。在靠近树干底部距地面约0.5 m处的树干东侧,安装经过校正的监测液流的热脉冲探针,探针长30 mm,用专用规格的钻头及专用打孔模具平行钻取上下距离相差4 cm的小孔,然后用95%的无水乙醇对小孔进行消毒,随后将探针上下交替逐步插入孔内,并用专用橡皮泥和泡沫模瓣固定,最后用反光铝箔包裹。探针另一端连接PC400数据采集器自动记录并存储数据,数据每10 min采集一次,存储每30 min的平均值,整套装置用12 V蓄电池供电,交流电进行充电。
树干液流速率(单位时间内,单位面积通过的液流量):
V=0.0119×[(DTM-DT)/DT]1.231。
式中:V为树干液流速率;DT为上下两探针温度差;DTM为一天中两探针最大温差值。
树干液流通量(单位时间内通过某一断面边材面积上的液流量):
F=V×S。
式中:F为树干液流通量;S为边材面积。
单株日蒸腾量(即树木在24 h内通过某一断面边材面积上的总液流量):
Q=0.5×∑Fn。
式中:Q为单株日蒸腾量,Fn为仪器记录的每个时间点的茎流通量,n=1、2、3、…、48。
数据采用Duncan LSR法进行统计分析,Pearson法进行相关性分析。
语文教学是传承我国文化的基础,是获取知识的首要途径。在语文课堂上,可以学习我国的汉字、文学作品和文化知识等。它是历史文化传统的传承者,是民族情感的培养者。语文课堂上充满着神奇的民族魅力,体会这些语文的美好离不开“读”。大声地朗读、细致地分析阅读、边读边写等,都是“读”的方式,都是在为语文课堂增加活力、魅力与生命力。
表1 试验样木情况
3.1不同覆盖处理对核桃树干液流变化特征的影响
3.1.1不同覆盖处理对核桃树干茎流通量典型昼夜变化特征的影响
由图1可知。所有处理的核桃树干茎流通量昼夜变化曲线均呈“单峰”或“双峰”型。在晴天和阴天,核桃树各处理的树干茎流通量日变化为“单峰”曲线,晴天的日最大茎流通量持续时间较长,呈宽峰,阴天日最大茎流通量持续时间较短,呈窄峰。晴天07:00开始茎流通量逐渐上升,10:00茎流通量达到峰值,并一直稳定在峰值,16:00茎流通量开始下降,20:00树干茎流通量几乎消失。阴天08:00茎流通量开始上升,12:00茎流通量达到顶峰,之后茎流通量开始下降,19:00茎流通量才逐渐消失。在多云天气及雨天,各处理树干茎流通量昼夜变化曲线呈现“双峰”型,该天气下的树干茎流通量受外界环境影响较大,短时间降水可能造成茎流通量骤降,降水停止后,茎流通量又逐渐上升,从而出现两个峰值。
各处理间茎流通量由大小顺序为覆盖有机肥处理、对照、覆盖碎木屑处理。6月份覆盖有机肥处理的茎流通量上升速率较快,日最大茎流通量最高(8 183.86 g·h-1),覆盖碎木屑处理的茎流通量上升最慢,日最大茎流通量最小(5 765.06 g·h-1),原因是覆盖有机肥处理的土壤温度较高,而覆盖碎木屑处理的土壤温度较低,同时覆盖处理的土壤水分状况也较好。
图1 各处理核桃树干茎流通量昼夜变化动态
5月份气候干旱,各处理间的茎流通量差异极显著,尤其是10:00—16:00,树干茎流通量处于峰值,覆盖有机肥处理的茎流通量最高,日均值达3 114.46 g·h-1,极显著高于对照(2 647.92 g·h-1),对照极显著高于覆盖碎木屑处理(1 782.22 g·h-1)。6月份与5月份相比,随气温的升高,所有处理的单株茎流通量均呈上升趋势,处理间差异减小。7月份阴雨天气较多,尤其是7月19—20日,降水量达278 mm,各处理的树干茎流通量均几乎为零,7月份与6月份相比,日最大茎流通量有下降趋势。8月份,降水充足,多云天气较多,单株茎流通量各处理间茎流通量差异不大。
3.1.2不同覆盖处理对核桃单株累积茎流通量日变化的影响
由图2可知,晴天(6月13日),从10:00开始,覆盖有机肥处理的核桃单株累积茎流通量一直高于对照,对照高于覆盖碎木屑处理,并且差值逐渐增大,直到20:00树干茎流消失,各处理的累积茎流通量不再增加,日累计茎流通量分别为72 373.52、54 797.61、62 674.55 g。阴天(7月13日),覆盖有机肥处理的核桃单株累积茎流通量达到54 945 g,高于对照和覆盖碎木屑处理,而覆盖碎木屑处理与对照之间趋势一致,无显著差异。晴天的茎流通量高于阴天。
图2 各处理晴天和阴天单株累积茎流通量
3.1.3不同覆盖处理对核桃单株茎流通量月变化的影响
注:同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
3.2 地面覆盖对土壤温度和土壤含水量的影响
由表3可知,所有处理的土壤温度均随环境温度的升高而升高,8月份雨水较大,阴雨天气较多,导致该月份平均土壤温度有所下降。除8月10日外,所有日期的土壤温度均表现为覆盖有机肥处理高于对照、高于覆盖碎木屑处理。与对照相比,覆盖有机肥处理土壤温度日均值最大提高了0.73 ℃,覆盖碎木屑处理最多降低了0.88 ℃。这是由于随土层的加深,覆盖物对土壤温度的影响逐渐下降,这样用各层土壤温度均值来代表处理的土壤温度,求均值的过程使处理间差异降低。
由表4可知,覆盖处理均提高了土壤含水量,与对照相比,覆盖有机肥处理的土壤含水量最大提高了37%,覆盖碎木屑处理的土壤含水量最大提高了19%;7月10日以前,各覆盖处理及对照间差异显著,7月20日,各处理间无显著差异,这是由7月19日的强降雨所致。7月20日之后,两个覆盖处理的土壤含水量之间无显著差异,但二者均显著高于对照。
表3 各处理的5—8月份的土壤温度
注:表中数值为“平均值±标准差”。
由于覆盖物改变了大气与土壤水热交换界面,从而影响了土壤的吸热、散热以及水分蒸发状况,从而影响了土壤的水热环境。
表4 各处理的5—8月份的土壤含水量
注:表中数值为“平均值±标准差”。
3.3不同覆盖处理树干茎流通量与土壤环境因子的相关性
由表5可知,茎流通量与土壤温度、土壤含水量均呈显著正相关,其中,所有处理的茎流通量与土壤温度的相关系数均达0.90以上,而覆盖处理的茎流通量与土壤温度的相关系数在0.95以上;所有处理的茎流通量与土壤含水量的相关系数均达0.85以上,而对照的茎流通量与土壤含水量的相关系数达0.90以上。因此,核桃树干茎流通量直接受土壤温度和土壤含水量的影响。
表5 各处理茎流通量与土壤温度、土壤含水量的相关性
注:** 表示在0.01水平上差异极显著,*表示在0.05水平上差异显著。
通过试验研究,地面覆盖可以改变植物体的耗水状况,干旱季节,与对照相比,覆盖有机肥处理提高了核桃树体茎流通量,而覆盖碎木屑处理降低了茎流通量;在雨季,各处理与对照之间无显著差异。晴天,各处理的茎流通量差异较大,而阴天,覆盖有机肥处理的茎流通量最高,覆盖碎木屑处理与对照间无显著差异,与唐敏等[7]、张俊等[8]研究结果一致。由于2016年7—8月份降水量较大,最大茎流通量出现在6月份。因此,覆盖碎木屑可以有效降低核桃树体的蒸腾作用,从而在一定程度上减少了蒸腾耗水,有利于提高植物体的水分利用效率。
覆盖碎木屑可以在一定程度上降低土壤温度,而核桃根系对土壤温度变化特别敏感,这样就降低了核桃根系遭受高温危害的可能性,同时降低了树体蒸腾,树干液流通量下降。毛云玲等[19]研究表明,覆盖后土壤温度日变化幅度减小,且以秸秆覆盖的土壤温度最稳定,日变化幅度最小,此外秸秆、生草、纸箱覆盖均有效降低了土壤温度,与本研究结果一致[9]。此外,随着土层的加深,覆盖对土壤温度的影响逐渐降低,因此,采用0~65 cm各土层土壤温度的平均值来代表土壤温度可能欠妥,因为取平均的过程就缩小了处理间差异,关于用哪个土层的土壤温度来代表对土壤根系及树体有直接作用的土壤温度有待进一步研究。
大部分关于覆盖对土壤水分的研究均表明,覆盖可以有效提高土壤含水量,提高程度因覆盖材料的不同而不同[1,5,11-13,20-21],与本研究结果一致。由于覆盖物降低了大气水分与土壤水分的交换速率,从而有效减少地面蒸发,提高了土壤含水量。通过相关分析可知,所有处理的树干茎流通量与土壤温度和土壤含水量均呈极显著正相关,因此,覆盖处理与对照之间的差异与土壤温度和土壤含水量密切相关。然而研究发现,除土壤环境因子外,植物体的液流速率与大气环境因子关系密切(如空气温度、空气相对湿度、太阳辐射、风速以及饱和水汽压等)[22-25]。因此,关于地面覆盖对大气环境因子的影响以及覆盖条件下的环境因子对树干液流的影响有待进一步研究。
[1] 潘瑞炽.植物生理学[M].北京:高等教育出版社,2001.
[2] 尼群周,石海强,秦立者,等.苹果园地表覆盖方式对土壤含水量及果实品质的影响[J].河北农业科学,2010,14(10):18-21.
[3] 寇建村,杨文权,李金龙,等.白三叶覆盖厚度对苹果园垄沟中土壤肥力的影响[J].草业科学,2015,(12):1933-1939.
[4] 赵明新,刘小勇,孙文泰,等.黄土高原旱塬区覆盖方式对早酥梨光合特性的影响[J].西北农业学报,2012,21(8):153-157.
[5] 孙萌,宋新英,李保国,等.地面覆盖对核桃园地土壤理化性质的影响[J].水土保持学报,2014,28(4):157-162,182.
[6] 刘洋,史薪钰,陈梦华,等.不同保水措施对退化干旱山地新植核桃园土壤养分和微生物的影响[J].水土保持通报,2015,35(4):218-222.
[7] 唐敏,赵西宁,吴普特,等.不同地表覆盖对枣树树干液流特征的影响[J].干旱地区农业研究,2016,34(1):120-126.
[8] 张俊,李建贵,朱银飞,等.覆草与清耕措施下枣树树干液流的对比分析[J].新疆农业大学学报,2013,36(2):142-146.
[9] ZHANG J G, GUAN J H, SHI W Y, et al. Interannual variation in stand transpiration estimated by sap flow measurement in a semi-arid black locust plantation, Loess Plateau, China[J]. Ecohydrology,2015,8(1):137-147.
[10] 程静,欧阳旭,黄德卫,等.鼎湖山针阔叶混交林4种优势树种树干液流特征[J].生态学报,2015,35(12):4097-4104.
[11] 陈彪,陈立欣,刘清泉,等.半干旱地区城市环境下樟子松蒸腾特征及其对环境因子的响应[J].生态学报,2015,35(15):5076-5084.
[12] 张璇,张会兰,王玉杰,等.缙云山典型树种树干液流径向变化及单株日蒸腾量估算[J].水土保持学报,2016,30(3):337-343.
[13] 张建国,闫美杰,时伟宇,等.辽东栎不同方位边材液流季节动态及其对蒸腾耗水测算的影响[J].水土保持学报,2011,25(3):193-197.
[14] 王文杰,孙伟,邱岭,等.不同时间尺度下兴安落叶松树干液流密度与环境因子的关系[J].林业科学,2012,48(1):77-85.
[15] 时学双,李法虎,闫宝莹,等.秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响[J].农业工程学报,2016,32(S1):105-111.
[16] TYAGI J V, NUZHAT Q, RAI S P, et al. Analysis of soil moisture variation by forest cover structure in lower western Himalayas, India[J]. Journal of Forestry Research,2013,24(2):317-324.
[17] 王敏,王海霞,韩清芳,等.不同材料覆盖的土壤水温效应及对玉米生长的影响[J].作物学报,2011,37(7):1249-1258.
[18] 韩丽娜,丁静,韩清芳,等.黄土高原区草粮(油)翻耕轮作的土壤水分及作物产量效应[J].农业工程学报,2012,28(24):129-137.
[19] 张付杰.植物蒸腾耗水量检测方法的研究[D].杭州:浙江大学,2014.
[20] 毛云玲,邓佳,陆斌,等.不同覆盖方式对云南干热河谷油橄榄园土壤温度、水分和容重的影响[J].西北农业学报,2010,19(2):150-154.
[21] 赵德英.梨园树盘覆盖的土壤生态效应及树体生理响应研究[D].北京:中国农业科学院,2013.
[22] 李宏,刘帮,孙明森,等.干旱区枣树茎流速率变化特征及其与气象因素的关系[J].河南农业科学,2016,45(2):98-103.
[23] 赵付勇,赵经华,洪明,等.气象因子对滴灌条件下核桃树茎流速率的影响[J].节水灌溉,2015(7):14-16.
[24] 张华艳.阿克苏枣树茎流变化与气象因子的关系[J].北京农业,2015(6):176-177.
[25] 孙雨婷.阿克苏地区枣树茎流变化特征及影响因子研究[D].乌鲁木齐:新疆师范大学,2013.
EffectsofMulchingonWalnutTrunkSapFlowVariationTrends//
Mulching; Walnut tree; Sap flow
S664.1
1)国家林业公益性行业科研专项(201504408);河北省科技支撑计划项目(16236810D)。
孙萌,女,1987年10月生,河北省林木种质资源与森林保护重点实验室(河北农业大学),博士研究生。E-mail:510030738@qq.com。
齐国辉,河北省核桃工程技术研究中心(河北农业大学),教授。E-mail:bdqgh@sina.com。
2017年4月10日。
责任编辑:王广建。
To prove the effects of mulching on walnut trunk sap flow characteristics, precocious walnut trees of ‘Lvling’ in full fruit were used as trial materials, each test tree was observed continuously. From the perspective of the typical diurnal variation characteristics of sap flow, the daily variation was a single peak curve in the sunny day and multiple peak curve in the cloudy day. In the dry season (in June), daily maximum sap flows of mulching manure, wood chips and control were 8 183.86, 5 765.06 and 7 269.31 g/h, while in the rainy season (in August), they were 6 468.12, 5 670.28 and 7 093.32 g/h, respectively. The diurnal accumulation sap flows of mulching manure, wood chips and control in the sunny weather were 72 373.52, 54 797.61 and 62 674.55 g, while they were 54 945.03, 47 248.34 and 48 476.46 g in the cloudy day, respectively. The correlation coefficients of all treatments between sap flow and soil temperature were above 0.9, while the correlation coefficients of the mulching treatments were above 0.95, and the correlation coefficients of all treatments between sap flow and soil humidity were above 0.85.