栓皮櫟幼苗葉氣溫差隨太陽輻射和風(fēng)速變化的列線研究*

王佩舒，王威紅，陳景玲，王　謙，李國懷（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，鄭州 450002）

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栓皮櫟幼苗葉氣溫差隨太陽輻射和風(fēng)速變化的列線研究*

王佩舒，王威紅，陳景玲**，王謙，李國懷
（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，鄭州 450002）

摘要：為了探索太陽輻射、氣溫和風(fēng)速對(duì)栓皮櫟幼苗葉溫(LT)的影響，以及LT與Gates氣候空間列線的一致性，在晴天條件下，控制小氣候風(fēng)速因子，測(cè)定氣溫、LT和太陽輻射，研究不同風(fēng)速條件下栓皮櫟幼苗葉氣溫差（LATD）隨太陽輻射的變化。并依據(jù)Gates氣候空間理論和圖解方法，確定栓皮櫟幼苗的氣候空間列線。結(jié)果表明：靜風(fēng)時(shí)栓皮櫟幼苗LATD隨太陽輻射的增加而增加，二者呈線性關(guān)系；冠層溫度衰減（CTD）隨太陽輻射強(qiáng)度增加而增加，但隨著風(fēng)速的增大，CTD隨太陽輻射而增加的幅度逐漸減小。風(fēng)速為0.8m·s?1時(shí)，CTD隨太陽輻射變化的趨勢(shì)線斜率逐漸趨近于0，表明不同風(fēng)速條件下的栓皮櫟幼苗葉片CTD隨著太陽輻射強(qiáng)度的增加呈線性增加趨勢(shì)；隨著風(fēng)速的增加，該線性關(guān)系形成斜率逐漸變小的列線，列線與Gates氣候空間理論的上限趨勢(shì)一致，列線上的點(diǎn)與生物學(xué)上限溫度(BMT)相加可以表達(dá)栓皮櫟幼苗葉片氣候空間上限。

關(guān)鍵詞：栓皮櫟；CTD；太陽輻射；風(fēng)速；氣候空間；列線

王佩舒,王威紅,陳景玲,等.栓皮櫟幼苗葉氣溫差隨太陽輻射和風(fēng)速變化的列線研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(2):213-221

干旱和半干旱地區(qū)栓皮櫟實(shí)生苗造林的1-5齡幼苗死苗現(xiàn)象較嚴(yán)重[1-2]，存活曲線為DeeveyⅢ型，幼齡期死亡率很高[3]。死苗直接影響造林，但現(xiàn)有研究對(duì)死苗現(xiàn)象關(guān)注較多[1-2]，而針對(duì)死苗原因研究較4少。高溫干旱是該氣候區(qū)的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)，因而高溫干旱脅迫被認(rèn)為是死苗的主要原因，如華北山區(qū)自然生態(tài)環(huán)境下易發(fā)生長期干旱，栓皮櫟幼苗在這樣的生存空間上遇到小氣候高溫，易導(dǎo)致死苗發(fā)生。另一方面，以往研究針對(duì)單一小氣候因素對(duì)植物的影響較多[4-8]，多因素復(fù)合影響的研究相對(duì)較少[9]。而葉溫（Leaf temperature, LT）與小氣候中的太陽輻射、氣溫、風(fēng)速等因素均密切相關(guān)[10-14]，受多個(gè)小氣候因子的影響。氣溫和太陽輻射是栓皮櫟幼苗葉片溫度形成的主要因子；土壤濕度影響葉片蒸騰（Transpiration, Tr），潛熱交換作用對(duì)LT有一定影響[15-16]。加之以往研究少有考慮風(fēng)的作用，已有研究報(bào)道關(guān)注的是風(fēng)速影響Tr速率[17]和栓皮櫟植株形態(tài)建成[18]。事實(shí)上，風(fēng)對(duì)栓皮櫟的影響也表現(xiàn)在增加葉片表面的熱量平衡方程中對(duì)流換熱項(xiàng)的比重，可直接影響葉片表面熱量的交換，因而對(duì)LT有較明顯的影響。文獻(xiàn)[9]在栓皮櫟冠層溫度多因子復(fù)合相關(guān)分析中即考慮了風(fēng)速。劉明虎等[19]對(duì)干旱區(qū)植物L(fēng)T模型的研究表明，在給定的條件下，風(fēng)速為10和0.1m·s?1，對(duì)應(yīng)LT為32℃和53.5℃，葉氣溫差LATD 為21.5℃，說明風(fēng)速較小時(shí)LT與氣溫有較大差異，而風(fēng)速較大時(shí)，LATD則會(huì)降低。植物受高溫脅迫是在高LT下發(fā)生的，所以定量研究風(fēng)速的影響很有必要。

研究者認(rèn)為葉片是對(duì)小氣候變化較敏感的器官，最能體現(xiàn)小氣候因子的影響或植物對(duì)小氣候的適應(yīng)性[4]。所以，研究LT變化特征及其與光、溫、濕、風(fēng)等氣候因子的關(guān)系，對(duì)深入揭示高溫脅迫下死苗的機(jī)制具有重要意義。光、溫、濕、風(fēng)小氣候因子對(duì)LT的影響是多因子復(fù)合影響，是個(gè)復(fù)雜的過程。本文從氣候空間理論[20]和圖解法入手，將土壤濕度設(shè)定為保持適宜狀態(tài)，并設(shè)定不同的風(fēng)速等級(jí)，研究LT隨不同光溫因子的變化，確定不同風(fēng)速的列線形態(tài)，以分析光、溫、風(fēng)對(duì)LT的復(fù)合影響。用光、溫、濕、風(fēng)常規(guī)氣象因子監(jiān)測(cè)確定栓皮櫟葉片LT，并與葉片生物學(xué)上限溫度（Biological maximum temperature，BMT）進(jìn)行對(duì)比，據(jù)此判斷栓皮櫟幼苗葉片是否受到高溫脅迫，以及受脅迫的程度和持續(xù)時(shí)間。以期充實(shí)植物氣候空間研究理論，并為栓皮櫟實(shí)生苗造林時(shí)減少高溫干旱脅迫死苗提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院試驗(yàn)基地（34° 43′N，112°42′E）進(jìn)行。為控制小氣候風(fēng)速因子，試驗(yàn)采用文獻(xiàn)[21]中的開頂箱設(shè)計(jì)，用鍍鋅鋼管做骨架，覆塑料薄膜以控制外界風(fēng)對(duì)試驗(yàn)區(qū)的影響。包圍試驗(yàn)區(qū)大小為8m×10m，高3m。試材為一年生盆栽栓皮櫟幼苗，花盆上口直徑14cm，盆底直徑10cm，盆高24cm。2014年10月10日播種，每盆4粒種子，出苗后間苗，保證每盆一株幼苗。共10行，每行10盆共100盆，緊密排列并擺放在試驗(yàn)區(qū)南側(cè)中部。試驗(yàn)區(qū)其余區(qū)域種植植株高度30cm以下的栓皮櫟幼苗作保護(hù)行，使人工通風(fēng)形成的風(fēng)流線平滑通過待測(cè)試栓皮櫟幼苗。

1.2測(cè)定方法

2015年3-5月選典型晴天進(jìn)行測(cè)定。用北京產(chǎn)yaxin-0233多點(diǎn)生物溫度儀測(cè)定LT。同時(shí)配置3個(gè)熱電偶傳感器至3個(gè)栓皮櫟葉片，1個(gè)熱電偶探頭放入小型百葉箱內(nèi)，并置于LT測(cè)點(diǎn)旁同高度測(cè)量氣溫。該儀器測(cè)溫精度為0.1℃，最小采集時(shí)間間隔0.2s。本試驗(yàn)設(shè)置采集時(shí)間間隔15s。在試驗(yàn)區(qū)中部選生長狀況良好，株高均勻（約15cm），平均成熟葉片為3～4片的花盆，每盆中選取一片上部無其它葉片遮擋的成熟葉片，用特制的鵝頸管支撐裝置將熱電偶探頭固定在葉片背面中部。由于熱電偶端點(diǎn)為測(cè)溫感應(yīng)部分，其直徑僅0.1mm，所以，接觸葉片即可感應(yīng)葉片細(xì)胞實(shí)際溫度。用3個(gè)葉片的平均溫度代表栓皮櫟幼苗LT。該LT是葉片本身的溫度，與紅外線測(cè)溫儀測(cè)得的冠層溫度不同，后者是葉片溫度和葉片間隙（可能是空氣、土壤或下層葉片）溫度的平均。在與測(cè)點(diǎn)同高度處安裝太陽輻射和風(fēng)速傳感器。太陽輻射（W·m?2）采用美國產(chǎn)LI-1400數(shù)據(jù)采集器，連接LI-191傳感器。設(shè)定LI-1400數(shù)據(jù)采集器采集時(shí)間間隔為15s，與熱電偶測(cè)溫儀一致。風(fēng)速測(cè)定采用RR-9200小氣候梯度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（北京），配置有英國產(chǎn) Gill WindSonic超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器，精度±2%。由于風(fēng)速的測(cè)定僅用于確定試驗(yàn)環(huán)境平均風(fēng)速等級(jí)，所以設(shè)定RR-9200對(duì)Gill風(fēng)速傳感器通道每30s讀取一次通道數(shù)據(jù)，每10min記錄一次。全天試驗(yàn)結(jié)束后當(dāng)日試驗(yàn)時(shí)段風(fēng)速的平均值即為當(dāng)日平均風(fēng)速。Gill風(fēng)速傳感器的主要特點(diǎn)是能測(cè)定微小風(fēng)速，避免三杯風(fēng)速傳感器起動(dòng)風(fēng)速過大，無法研究無風(fēng)或微風(fēng)小氣候的問題。試驗(yàn)區(qū)風(fēng)速控制采用2個(gè)不同功率的普通風(fēng)扇，在試驗(yàn)區(qū)北側(cè)由西向東吹風(fēng)。流動(dòng)的空氣沿試驗(yàn)區(qū)邊緣的薄膜流動(dòng)并轉(zhuǎn)向，風(fēng)扇持續(xù)工作，則可在試驗(yàn)區(qū)南部放置試驗(yàn)樣本的花盆處形成穩(wěn)定的風(fēng)速。通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇功率可調(diào)節(jié)試驗(yàn)樣本測(cè)點(diǎn)風(fēng)速大小。風(fēng)速控制設(shè)0、0.3、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m·s?1等，每個(gè)風(fēng)速檔測(cè)定3d。實(shí)際測(cè)定時(shí)當(dāng)風(fēng)速達(dá)0.8m·s?1以上時(shí)，CTD隨太陽輻射變化已較小，所以不再進(jìn)行更高風(fēng)速的測(cè)定。土壤濕度采用美國產(chǎn)LR5數(shù)據(jù)采集器連接EC-5土壤濕度傳感器監(jiān)測(cè)。使土壤濕度保持在體積比含水率15%～25%，即一直保持土壤適宜水分狀態(tài)。每日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)下載土壤濕度數(shù)據(jù)，低于15%即澆水，保證次日試驗(yàn)土壤為適宜水分狀態(tài)。

1.3分析方法

Gates在分析野生動(dòng)物生存的小氣候條件時(shí)給出了氣候空間圖解[21]，如圖1。該圖是由輻射和氣溫形成的一個(gè)二維空間，空間內(nèi)的任意點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)上不同的太陽輻射值和縱坐標(biāo)上不同的氣溫值而維持植物不同的LT。這個(gè)空間有由輻射因素決定的左右界限，和由溫度決定的上下界限。左右界限即圖中標(biāo)有晴空夜晚和晴空白天的輻射曲線，上下界限受風(fēng)速的影響而有不同的邊界線，即圖中標(biāo)有V=0.1m·s?1和V=2.0m·s?1的直線。位于上下限和左右限之間的區(qū)域?yàn)樯锷娴臍夂蚩臻g。對(duì)于氣候空間上限而言，其上限界線即為植物體溫等于BMT的點(diǎn)的連線，界線以上說明植物體溫超過了BMT而處于氣候空間之外；界線以下說明植物體溫低于BMT而處于氣候空間之內(nèi)。根據(jù)Gates的觀點(diǎn)，生物長時(shí)間處于該氣候空間之外，將導(dǎo)致死亡。生物受小氣候因子脅迫均發(fā)生在氣候空間邊緣，超過氣候空間邊緣以外越遠(yuǎn)，受脅迫影響的受害程度越大。氣候空間上下限與左右限不同。左右限由物體的輻射的物理學(xué)特性決定。上下限首先由生物能耐受的體溫最大值和最小值（相當(dāng)于生物學(xué)上、下限溫度）決定，在此基礎(chǔ)上，受風(fēng)速影響，上下限界線斜率不同。風(fēng)速大，則斜率?。伙L(fēng)速小，則斜率大。對(duì)于風(fēng)速為0.1m·s?1的氣候空間上限，當(dāng)氣溫為30℃時(shí)，如果輻射為700W·m?2，則植物體處于氣候空間范圍以外，不能正常生存；如果環(huán)境溫度仍為30℃，而輻射為500W·m?2，則植物體處于氣候空間范圍內(nèi)，能夠正常生存。Gates的氣候空間理論對(duì)生物能否生存的分析不僅僅用氣溫來衡量，同時(shí)考慮了太陽輻射因子和風(fēng)速因子。

圖1　Gates的氣候空間圖Fig. 1　The climate space graph of Gates

氣候空間理論為研究干旱半干旱地區(qū)栓皮櫟幼苗高溫脅迫死苗提供了理論基礎(chǔ)，祖元?jiǎng)偟萚22]認(rèn)為應(yīng)該在植物生態(tài)領(lǐng)域研究氣候空間問題。這使植物的氣候空間界限指標(biāo)不是簡(jiǎn)單的一個(gè)溫度值，而是一定風(fēng)速下的太陽輻射和氣溫的復(fù)合指標(biāo)值。干旱時(shí)在太陽輻射照射下，LT大于冠層空氣溫度CAT （Canopy Air Temperature）（圖1中為Ta），CAT與LT之差為冠層溫度衰減CTD，即

CTD=CAT-LT（1）

CTD在國外文獻(xiàn)中稱為冠層溫度衰減[23-24]，CTD絕對(duì)值越大表示冠層溫度衰減越多。它與國內(nèi)文獻(xiàn)中所稱葉氣溫差[25]、LATD[26]或ΔT[27]、Tc-a[28]絕對(duì)值相等，符號(hào)相反。即

LATD=LT-CAT=-CTD（2）

本文使用CTD表述冠層溫度變化，是因?yàn)樗m于氣候空間上下限界線分析，因?yàn)镃TD隨太陽輻射增加而增加的趨勢(shì)與Gates的氣候空間上限界線斜率趨勢(shì)一致。以氣候空間上限分析為例，葉片能耐受的LT的最高值是一定的，就是葉片的生物學(xué)上限溫度BMT，它是由植物本身的生物學(xué)特性決定的。把這個(gè)固定的BMT放入氣候空間上限界線上的某一點(diǎn)上，對(duì)BMT需要的氣溫和太陽輻射值進(jìn)行分析。依據(jù)氣候空間圖解(圖1)，理論上，氣候空間上限界線延長線在縱軸上的交點(diǎn)即為在太陽輻射為0時(shí)形成BMT所需要的氣溫CAT，即此時(shí)一定風(fēng)速下，CTD與太陽輻射呈線性變化關(guān)系，不同風(fēng)速下二者的關(guān)系即形成一組列線。如果確定了栓皮櫟幼苗葉片的BMT和CTD列線，Gates的氣候空間上限即可表示為氣候空間圖上的具體位置，即在氣溫坐標(biāo)軸上找到等于BMT的點(diǎn)，將CTD列線平移至該BMT的位置，則可得到栓皮櫟幼苗生存上限溫度的列線，即得出栓皮櫟幼苗的生存氣候空間上限。陳景玲等[29]基于葉綠素?zé)晒鈪?shù)研究了離體栓皮櫟幼苗葉片的BTM，進(jìn)一步將測(cè)定在體栓皮櫟幼苗葉片的BTM，與本文CTD列線相加，即可確定栓皮櫟幼苗葉片的氣候空間上限界線。

2　結(jié)果與分析

2.1靜風(fēng)條件下LATD隨太陽輻射強(qiáng)度的變化趨勢(shì)

靜風(fēng)條件下典型晴天栓皮櫟葉片蒸騰速率（Tr）的日變化如圖2a。由圖可見，每日上午隨著太陽輻射的增加Tr呈增加趨勢(shì)，12：00左右達(dá)到最大值1.6mmol·m?2·s?1，16：00之后隨著太陽輻射的降低Tr值迅速降低[29]。相應(yīng)地，由4月15、16和26日的葉氣溫差（LATD）隨太陽輻射的變化可見（圖2b、2c、2d），總體上LATD隨太陽輻射增加而增大，二者呈較明顯的線性關(guān)系。但從數(shù)據(jù)點(diǎn)分布情況看，圖2b、2c在太陽輻射強(qiáng)度為120W·m?2以上和以下時(shí)回歸直線斜率不同。這主要與葉片的Tr有關(guān)，太陽輻射強(qiáng)度在120W·m?2以下時(shí)，Tr速率很低，在0.2mmol·m?2·s?1左右，說明Tr耗熱很小。隨著太陽輻射的增加LATD增加很快，回歸直線斜率較大。當(dāng)太陽輻射增至120W·m?2以上時(shí)，由于Tr迅速增加，Tr耗熱增加，故LATD增加減緩。由于Tr耗熱的作用低于太陽輻射的增溫作用，LATD仍隨著太陽輻射的增加而增加，但回歸直線斜率降低。圖2d則無這種回歸線斜率的差異，主要是因?yàn)榇杭旧郎乜欤?月26日比15、16日氣溫高，4月26日LT測(cè)定時(shí)沒有觀測(cè)到Tr速率很?。o蒸騰）的時(shí)段。

對(duì)4月15、16日LATD隨太陽輻射變化曲線進(jìn)行2段分段線性模擬。當(dāng)太陽輻射<120W·m?2時(shí)LATD為0℃左右，此時(shí)的點(diǎn)較為集中，回歸直線斜率較大，15日為0.0317，16日為0.0461，LATD變化迅速；>120W·m?2時(shí)回歸直線斜率降低，15日為0.0122，16日為0.0167。即太陽輻射<120W·m?2時(shí)，太陽輻射小，栓皮櫟葉片Tr還沒有開始或很小，為無蒸騰階段，因而LATD隨太陽輻射上升較快；>120W·m?2為植物持續(xù)蒸騰階段，但潛熱消耗對(duì)LATD的降低作用低于太陽輻射對(duì)LATD的增加作用。LATD仍隨著太陽輻射的上升而上升，但上升速率低于太陽輻射<120W·m?2時(shí)段。此階段數(shù)據(jù)點(diǎn)分散是由于持續(xù)蒸騰階段葉片Tr波動(dòng)造成的。

對(duì)于持續(xù)蒸騰階段，圖2b、2c、2d斜率較接近，分別為0.0122、0.0167和0.0175。可知，LATD隨太陽輻射變化呈較穩(wěn)定的線性變化趨勢(shì)。

圖2　葉片蒸騰速率（Tr）和典型晴天靜風(fēng)條件下葉氣溫差（LATD）隨太陽輻射強(qiáng)度（R）的變化Fig. 2　The change trend of transpiration rate (Tr) and leaf air temperature difference (LATD) with radiation in aero static conditions

2.2有風(fēng)條件下CTD隨太陽輻射的變化趨勢(shì)

圖3　不同風(fēng)速下測(cè)得的冠層溫度衰減（CTD）與太陽輻射（R）的關(guān)系（2015年）Fig. 3　The relationship between canopy temperature depression (CTD) and solar radiation (R) at different wind speeds(2015)

平均風(fēng)速為0.3、0.6、0.7、0.8m·s?1時(shí)CTD與太陽輻射的關(guān)系如圖3。由圖可以看出，各風(fēng)速下CTD均隨太陽輻射呈線性變化趨勢(shì)，但隨著風(fēng)速的增加，回歸直線的斜率越來越小，無風(fēng)時(shí)斜率為0.9353，接近于1，風(fēng)速為0.8m·s-1時(shí)斜率為0.089，接近0。說明隨著風(fēng)速的增加，CTD受太陽輻射的影響越來越小，同時(shí)顯示了風(fēng)速的作用越來越大。風(fēng)速增加加大了葉片表面的對(duì)流熱交換，風(fēng)速達(dá)0.8m·s-1以上時(shí)，CTD幾乎不隨太陽輻射增加而變化。試驗(yàn)均在4月進(jìn)行，故Tr速率的日變化仍參見圖2a。由圖3可見，2015年4月23日（圖3a3）和4月13日（圖3b2）均有與圖2無蒸騰階段的特征時(shí)段相類似的階段，即在太陽輻射較低時(shí)，CTD隨太陽輻射的增加迅速減少（相當(dāng)于圖2中的LATD迅速增加）階段。但圖3中其它均未觀測(cè)到這一現(xiàn)象。原因之一可能是葉片蒸騰從夜間到白天，從無蒸騰到持續(xù)蒸騰過渡階段發(fā)生時(shí)間不在試驗(yàn)的觀測(cè)時(shí)段內(nèi)；原因之二可能是葉片蒸騰從夜間到白天變化不大造成的。如圖3a2即2015年4月9日也有與圖2無蒸騰階段的特征時(shí)段相類似的階段，但前者不太明顯。蒸騰對(duì)CTD的影響有待進(jìn)一步研究。

由式（2）可知，圖2中靜風(fēng)條件下LATD與太陽輻射關(guān)系的回歸直線方程斜率的負(fù)值即為CTD的斜率。綜合分析風(fēng)速為0、0.3、0.6、0.7和0.8m·s-1時(shí)CTD與太陽輻射的關(guān)系回歸直線的斜率，將同一風(fēng)速下的數(shù)據(jù)回歸方程的斜率取平均值，得到風(fēng)速為0、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8m·s-1時(shí)栓皮櫟CTD的列線如圖4。

圖4　不同風(fēng)速條件下CTD隨R變化列線Fig. 4　The series relationship curves between CTD and R at different wind speeds

由圖4可以看出，風(fēng)速從0增至0.3m·s-1，CTD與太陽輻射的回歸直線的斜率由-0.0155降至-0.0067，變化較大。而風(fēng)速從0.7m·s-1增至0.8m·s-1，CTD與太陽輻射的回歸直線的斜率由-0.0021 降至-0.0004，變化則較小。由此可見，栓皮櫟LT受風(fēng)速影響較大，從無風(fēng)轉(zhuǎn)至有風(fēng)條件時(shí)尤受影響。當(dāng)風(fēng)速逐漸增大時(shí)回歸直線的斜率的絕對(duì)值逐漸減小，且減少的幅度也逐漸變小，直線分布漸趨密集。

從圖4還可看出，風(fēng)速為0時(shí)，回歸直線斜率絕對(duì)值最大，其斜率為-0.01547。該CTD線在縱軸上截距約為0.8℃，即當(dāng)靜風(fēng)且太陽輻射為0時(shí)，CTD 有0.8℃的初始值。這是由于靜風(fēng)夜晚栓皮櫟幼苗葉片長波有效輻射作用，使LT低于CAT，因而CTD為正值是合理的。

當(dāng)風(fēng)速為0.8m·s-1時(shí)，回歸直線幾乎呈水平狀態(tài)，即斜率-0.00037，已接近0。該水平線在縱軸上截距約為-0.9℃，即當(dāng)風(fēng)速為0.8m·s-1時(shí)，盡管CTD不隨太陽輻射增加而增加，但CTD仍維持平均-0.9℃左右。即LT總比CAT高0.9℃。

將圖4的V=0和V=0.8m·s-1CTD與太陽輻射的回歸直線與圖1中的氣候空間上限界線V=0.1m·s-1和V=2.0m·s-1進(jìn)行比較，可以看出，圖4中V=0和V=0.8m·s-1有一個(gè)交叉點(diǎn)，與圖1氣候空間上限界線形式非常接近。

3　結(jié)論與討論

（1）栓皮櫟幼苗葉片葉氣溫差LATD隨著太陽輻射的增強(qiáng)逐漸增大，葉溫LT明顯偏離氣溫，LATD隨著太陽輻射的變化呈直線正相關(guān)關(guān)系。冠層溫度衰減CTD隨著太陽輻射的變化呈直線負(fù)相關(guān)關(guān)系。劉云鵬等[26]對(duì)玉米干旱脅迫日變化特征研究得到了與本文一致的結(jié)果，即LATD先隨太陽輻射增加而上升，后隨著其減弱而降低的規(guī)律。孟平等[27]研究蘋果樹LATD與微氣象因子的關(guān)系，在不考慮土壤水分因子的條件下，LATD與冠層凈輻射呈正相關(guān)，這也與本文結(jié)果一致。但在考慮土壤水分因子影響時(shí)，太陽輻射的作用可能使植物Tr增加，而導(dǎo)致LATD與冠層凈輻射的關(guān)系為負(fù)相關(guān)關(guān)系[27]。

（2）受蒸騰作用消耗潛熱的影響，在晴朗無風(fēng)天氣下，栓皮櫟幼苗葉片LATD隨太陽輻射的變化在清晨、傍晚無蒸騰與白天持續(xù)有蒸騰時(shí)段的負(fù)相關(guān)直線的斜率不同，無蒸騰時(shí)段斜率的絕對(duì)值較大，而持續(xù)蒸騰階段較小。張衛(wèi)紅等[31]對(duì)不同土壤濕度下小麥LATD對(duì)光照強(qiáng)度的反應(yīng)的研究結(jié)果認(rèn)為，隨著土壤濕度的增加，LATD隨光照強(qiáng)度增加的回歸系數(shù)逐漸減少。文獻(xiàn)[31]將這種現(xiàn)象解釋為太陽輻射用于光合積累，而不再是影響LATD的有效因素，本文認(rèn)為值得商榷，因?yàn)楦叩戎参锕夂献饔美玫奶栞椛湔继栞椛淇偭康谋壤话憔^低，不足以影響到葉片表面的熱量平衡。這種現(xiàn)象更可能的原因是隨著土壤濕度的增加，葉片蒸騰速率加大，消耗到潛熱的量增加，此時(shí)，同樣的太陽輻射能量輸入，LT的增加卻較少。本文的無蒸騰階段LATD隨太陽輻射變化的斜率較高的結(jié)果印證了文獻(xiàn)[31]觀測(cè)到的現(xiàn)象。

（3）在晴朗有風(fēng)的天氣條件下，栓皮櫟幼苗的CTD隨太陽輻射的增強(qiáng)而逐漸增大。不同風(fēng)速下二者的回歸直線形成列線，其斜率隨著風(fēng)速的增大而逐漸減小,尤以從無風(fēng)到有風(fēng)條件時(shí)的變化明顯；當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大時(shí)回歸直線斜率減小幅度逐漸變小，直線分布越來越密集，斜率越來越趨近于0。也即隨著風(fēng)速的增大，栓皮櫟LT越來越接近氣溫。前人研究蘋果樹葉片LATD與風(fēng)的關(guān)系[27]，不考慮土壤水分時(shí)二者為正相關(guān)，考慮土壤水分時(shí)為負(fù)相關(guān)，且其偏相關(guān)系數(shù)較低。說明把風(fēng)速作為一個(gè)氣象因子直接參與回歸分析還不能很好地表現(xiàn)風(fēng)速對(duì)LATD 或CTD的影響。因?yàn)轱L(fēng)的對(duì)流換熱作用和促進(jìn)蒸騰水分向大氣擴(kuò)散作用對(duì)LATD或CTD的影響是雙重的，且不呈線性變化。本文研究結(jié)果風(fēng)速從0增至0.8m·s-1的列線之間斜率變化逐漸減少，而非均勻分布證實(shí)了這一點(diǎn)。所以本文用不同風(fēng)速的列線分析風(fēng)速對(duì)LT的影響更合理。

（4）當(dāng)風(fēng)速為0時(shí)，CTD與太陽輻射的回歸直線斜率的絕對(duì)值最大，即斜率-0.01547。該CTD線在縱軸上截距約為0.8℃，即當(dāng)靜風(fēng)且太陽輻射為0時(shí)，CTD有0.8℃的初始值。文獻(xiàn)[9]也觀測(cè)到栓皮櫟葉片夜間LT低于CAT。這可以從靜風(fēng)夜晚栓皮櫟幼苗葉片長波有效輻射作用使LT低于CAT，因而CTD為正值，而得到合理的解釋。

當(dāng)風(fēng)速為0.8m·s-1時(shí)，回歸直線幾乎水平，其斜率為-0.00037已接近于0。該水平線在縱軸上截距約為-0.9，即當(dāng)風(fēng)速為0.8m·s-1時(shí)，盡管CTD不隨太陽輻射增加而增加，但會(huì)維持平均-0.9℃左右的CTD。即LT總比CAT高0.9℃。許多植物葉溫與氣象條件關(guān)系研究的文獻(xiàn)未考慮風(fēng)的影響[32-35]，如果試驗(yàn)環(huán)境風(fēng)速變化，勢(shì)必影響試驗(yàn)結(jié)果。從本文研究結(jié)果可以看出，風(fēng)是重要的CTD影響因子。

（5）栓皮櫟幼苗葉片的CTD隨風(fēng)速的變化列線形式與能量生態(tài)學(xué)中的植物體溫氣候空間[21]上限界線相似。風(fēng)速從0增至0.8m·s-1時(shí)栓皮櫟幼苗葉片CTD列線與Gates氣候空間理論的上限趨勢(shì)一致。該研究實(shí)踐了Gates的氣候空間理論，給植物氣候空間上限界線賦予了實(shí)際含義，即疊加在栓皮櫟幼苗葉片生物學(xué)上限溫度BMT之上的不同風(fēng)速的CTD列線可以表達(dá)氣候空間上限。

（6）風(fēng)速為0與0.8m·s-1的CTD回歸直線和氣候空間上限界線風(fēng)速為0.1m·s-1與2.0m·s-1都有一個(gè)交叉點(diǎn)，二者形式非常接近。但風(fēng)速為0.3、0.6和0.7m·s-1時(shí)各回歸線并未交叉于該點(diǎn)。按照氣候空間理論，這個(gè)交叉點(diǎn)發(fā)生在氣候空間上限時(shí)，是黑體輻射線通過的點(diǎn)[21]。本試驗(yàn)觀測(cè)到了這個(gè)交叉點(diǎn)，但不是在氣候空間上限溫度下測(cè)定的CTD，所以該交叉點(diǎn)的含義還有待進(jìn)一步探討。

（7）土壤濕度對(duì)LATD隨太陽輻射的變化規(guī)律有較大影響，如張衛(wèi)紅等[31]對(duì)小麥葉片的研究。本文是在適宜土壤濕度下進(jìn)行的試驗(yàn)，土壤濕度條件主要影響Tr，進(jìn)而影響LT。若設(shè)定不同土壤濕度重復(fù)本文試驗(yàn)，則可得到不同土壤濕度條件、對(duì)應(yīng)不同風(fēng)速的列線。此外，對(duì)于空氣濕度、葉片特性等因素對(duì)LT的影響，以及進(jìn)而產(chǎn)生的對(duì)栓皮櫟葉片CTD列線的定量影響也有待于進(jìn)一步研究。

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Series Lines on Change of Leaf Temperature Difference of Quercus variabilis with Solar Radiation and Wind Speed

WANG Pei-shu, WANG Wei-hong, CHEN Jing-ling, WANG Qian, LI Guo-huai
(College of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Abstract：In order to explore the effect of solar radiation, air temperature and wind speed on leaf temperature (LT) of Quercus variabilis, and to determine the consistency of LT and the series lines of Gates climate space, LT and air temperature (Ta) and solar radiation (R) were measured in clear day with the conditions of controlled wind speeds. The relationship between leaf air temperature difference (LATD) and solar radiation at different wind speeds was studied. The series lines of climate space of Quercus variabilis were determined by using Gates theory climate space and graphic method. The results showed LATD of Quercus seedlings increased linearly with the radiation increasing. Canopy temperature depression (CTD) of Quercus variabilis also increased with radiation increasing, but affected by the wind speed. CTD tended to be zero when wind speed was 0.8m·s?1. CTD of Quercus seedlings changed as R linearly with the radiation increasing and different wind speeds. The linear relationship was series lines and decreased with wind speed increasing. The series lines were in accordance with the upper limits of Gates theory climate space. The upper limit of climate space could be expressed by adding up biological maximum temperature (BMT) and CTD value on series lines with different wind speeds.

Key words：Quercus variabilis; CTD; Solar radiation; Wind speed; Climate space; Series lines

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.02.011

* 收稿日期：2015-07-24**通訊作者。E-mail：chenjingling5@163.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于氣候空間上限列線的栓皮櫟幼苗高溫疊加干旱脅迫機(jī)制研究”（31370621）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“番茄葉片低溫脅迫氣象指標(biāo)的氣候空間列線研究”（31071321）

作者簡(jiǎn)介：王佩舒（1991-），女，碩士生，主要從事農(nóng)林生態(tài)研究。E-mail：15093258404@163.com