環(huán)境因子對(duì)沙地人工楊樹林樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響*

武鵬飛，劉云強(qiáng)，李冬梅，陳志軍，馬長(zhǎng)明**

環(huán)境因子對(duì)沙地人工楊樹林樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響*

武鵬飛1，劉云強(qiáng)2，李冬梅3，陳志軍3，馬長(zhǎng)明1**

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，保定 071000；2.遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，營(yíng)口 115009；3.河北省唐山市灤南縣國(guó)營(yíng)林場(chǎng)，唐山 063502）

以唐山市灤南縣林場(chǎng)107速生楊（cv.‘74/76’）為研究對(duì)象，使用滴灌法將土壤體積含水量分別設(shè)置為15%～20%、10%～15%和5%～10%，利用熱擴(kuò)散式探針法（TDP）測(cè)定楊樹邊材液流速率，同時(shí)監(jiān)測(cè)太陽輻射、氣溫、大氣濕度、大氣壓、風(fēng)速等氣象因子，探尋不同環(huán)境條件下107楊樹樹干日間和夜間的液流變化規(guī)律，分析不同環(huán)境下林木對(duì)水分的利用，為速生豐產(chǎn)林制定合理的水分灌溉策略提供指導(dǎo)。結(jié)果表明，晴天樹干液流較陰雨天啟動(dòng)時(shí)間早、峰值高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、夜間波動(dòng)大；土壤缺水條件下，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間晚、峰值低、持續(xù)時(shí)間短，夜間液流變化平緩且增高；樹干液流與氣象因子存在“時(shí)滯效應(yīng)”，樹干液流滯后于太陽輻射40min，而提前于氣溫、相對(duì)濕度、VPD（水汽壓虧缺）60min；樹干液流與VPD呈現(xiàn)“遲滯回環(huán)”關(guān)系，時(shí)滯錯(cuò)位后氣象因子對(duì)樹干液流均具有顯著驅(qū)動(dòng)作用，日間樹干液流與氣溫相關(guān)性最大，驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)，而夜間與VPD相關(guān)性最大，驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)；經(jīng)過時(shí)滯錯(cuò)位后樹干液流與氣象因子擬合效果優(yōu)于時(shí)滯錯(cuò)位前。可見，環(huán)境因子對(duì)樹干液流具有明顯的驅(qū)動(dòng)作用，樹干液流可以較好地反映沙地土壤的水分情況和林木的水分消耗特征。

樹干液流；熱擴(kuò)散探針；冀東沙地；107速生楊；環(huán)境因子

樹干液流是土壤液態(tài)水進(jìn)入根系，由莖輸導(dǎo)組織運(yùn)送至冠層的過程中在樹體內(nèi)部產(chǎn)生的液體流動(dòng)。研究表明，樹干液流中蒸騰作用占到了90%以上，因此，研究樹干液流的動(dòng)態(tài)特征以及環(huán)境因子對(duì)其的驅(qū)動(dòng)作用，對(duì)探究植物自身體內(nèi)生理特性和水分動(dòng)態(tài)變化具有重要意義[1]。目前熱擴(kuò)散探針法（TDP）因操作簡(jiǎn)單、結(jié)果精準(zhǔn)等因素被廣泛應(yīng)用于林木耗水研究中[2]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用該方法針對(duì)不同樹種樹干液流進(jìn)行了研究，研究焦點(diǎn)主要集中于樹干液流的時(shí)間變化規(guī)律、空間變化規(guī)律以及影響因素等，如韓永貴等[3]指出樹干液流呈明顯季節(jié)性變化規(guī)律，黨宏忠等[4]研究指出沙地樟子松（var）樹干液流具有顯著的方位差異，Bhusal等[5]研究指出土壤水分條件對(duì)植物樹干液流起到一定限制作用。環(huán)境因子以及土壤條件是影響樹干液流的主要因素，然而，目前針對(duì)沙地土壤條件下環(huán)境因子以及土壤水分對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響等研究相對(duì)薄弱。

107楊（cv.‘74/76’）具有生長(zhǎng)快、干形好、用途廣泛等特點(diǎn)，是栽培廣泛的主要速生樹種之一，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、防風(fēng)固沙具有重要作用[6]，同時(shí)，107楊是水肥敏感型樹種，水分的多寡直接影響其生長(zhǎng)[7]。冀東沙地是遼河黃泛平原立地亞區(qū)的主要立地類型之一，沙壤土具有通透性好但保水能力差的特點(diǎn)，更加凸顯了土壤水分的重要性。因此，本研究選擇冀東沙壤土立地類型，以107楊為研究對(duì)象，采用熱擴(kuò)散探針法，研究環(huán)境因子對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響，以及107楊潛在耗水規(guī)律，為沙地人工速生豐產(chǎn)林制定合理的水分灌溉策略提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在河北省唐山市灤南縣（N38°48′23″，E115°24′58″，海拔20m）進(jìn)行，位于河北省東北部，地處燕山南麓灤河西岸，屬于冀東沙地地區(qū)，灤南縣位于東部季風(fēng)區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。冬季受西伯利亞和蒙古冷空氣的影響，盛行偏北風(fēng)；夏季受海洋氣團(tuán)和太平洋高壓的影響，盛行偏南風(fēng)。具有春季干燥多風(fēng)、夏季悶熱多雨、秋季晝暖夜寒、冬季寒冷少雪的特點(diǎn)。全年平均氣溫10.60℃，年平均日照2853h，年平均降水量658mm，無霜期186d。

1.2 土壤情況

利用Berrersize2000激光粒度分析儀對(duì)研究區(qū)土壤進(jìn)行分析，結(jié)果見表1，根據(jù)國(guó)際制土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定土壤類型為壤質(zhì)砂土，土壤基本特征見表2，該類型土壤基本呈無結(jié)構(gòu)狀態(tài)，土壤大孔隙較多，透氣性和下滲性較好，但吸附作用較弱，保水與保肥能力較差。

表1 研究區(qū)土壤粒徑分布

表2 研究區(qū)土壤基本特性

1.3 樣樹情況

在唐山市灤南縣國(guó)有林場(chǎng)所轄的“107速生楊”人工林中，選取生長(zhǎng)狀況良好、林齡為4a的試驗(yàn)樹9棵，分別編號(hào)，測(cè)量其胸徑、樹高、冠幅，結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)樹的胸徑、樹高和冠幅

1.4 樹干液流測(cè)定

采用熱擴(kuò)散原理測(cè)算樹干液流速率，利用熱擴(kuò)散式莖流計(jì)進(jìn)行測(cè)定，傳感器采用AV-3665R（北京產(chǎn)）。探針規(guī)格為20mm，數(shù)據(jù)采集器型號(hào)為RR-1016。通過上下兩根探針的溫度差來計(jì)算液流速率，溫差越大，液流速率越小，反之溫差越小，液流速率越大。

樹干液流測(cè)定時(shí)間為2020年4月初?10月底。在林木的南方向，距樹基部1.3m處安裝探針，在探針安裝處刮去粗糙的樹皮，然后采用特定規(guī)格的鉆頭，依據(jù)儀器自帶鉆模沿樹干縱向垂直鉆取直徑為2mm的孔洞。將探針插入樹木邊材，探針插好后，用1/4泡沫球?qū)⑻结樄潭ǎ饷姘^緣、防輻射材料，最后用膠帶密封，防止雨水進(jìn)入。將探針反饋線與數(shù)據(jù)采集器連接，用以自動(dòng)采集和記錄液流數(shù)據(jù)，采樣頻率設(shè)定為60s，數(shù)據(jù)記錄間隔期為600s?；贕ranier原理計(jì)算液流速率的原始公式（Granier, 1985）為

V=0.0119·K1.231（1）

將液流速率轉(zhuǎn)化成莖流量，即

FS=AS·V（3）

式中，F(xiàn)s為液流通量（cm3·s?1）；As為邊材面積（cm2）。

1.5 邊材面積測(cè)定

采用生長(zhǎng)錐法進(jìn)行測(cè)定。為避免對(duì)樣樹造成傷害從而影響樹干液流，在樣木附近選擇不同胸徑的107速生楊15棵，測(cè)量胸徑和樹皮厚度，利用生長(zhǎng)錐在測(cè)定樣木相同高度區(qū)域鉆取樹干木芯，將鉆得的木芯組織進(jìn)行染色處理，觀察其邊材和心材分布，測(cè)量并記錄統(tǒng)計(jì)邊材厚度，以此確定邊材面積。利用樹木胸徑與邊材面積的顯著相關(guān)性建立方程，計(jì)算得出每棵樣樹的邊材面積，即

As=14.523D?65.857

（R2=0.9919，P＜0.01）（4）

式中，D為胸徑（cm）；As為邊材面積（cm?2）；R2為方程的決定系數(shù)。

1.6 土壤水分控制

利用Spectrum TDR300土壤水分分析儀（北京產(chǎn)），測(cè)得土壤最大體積含水量即土壤中水分占有的體積與土壤總體積的比值為20.8%。

采用滴灌方式灌水，即在樹干根部按照樹行方向鋪設(shè)滴灌管，每棵樹根部?jī)蓚?cè)設(shè)有2個(gè)滴頭。灌水期間（8月11?24日）每日進(jìn)行土壤含水量監(jiān)測(cè)，通過控制灌水時(shí)間，將試驗(yàn)分為3個(gè)水分梯度，分別為15%～20%（用H表示）、10%～15%（用M表示）和5%～10%土壤體積含水量（用L表示）。

1.7 氣象因子測(cè)定

在林場(chǎng)內(nèi)安裝HOBO自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站，自動(dòng)監(jiān)測(cè)并記錄氣溫(Ta，℃)、空氣相對(duì)濕度（RH，%）、太陽輻射強(qiáng)度（Rs，%）、大氣壓（kPa）以及風(fēng)速（m·s?1）等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采樣間隔為10min?？諝馑麎禾澣保╒PD）計(jì)算式為

VPD=0.611e[17.502Ta/(Ta+240.97)](1?RH)（5）

式中，VPD為空氣水汽壓虧缺（kPa）；Ta為氣溫（℃）；RH為空氣相對(duì)濕度（%）。

1.8 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

選擇樹干液流主要驅(qū)動(dòng)因素VPD（空氣水汽壓虧缺）較高的8月[8]，以全月1?31日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用Microsoft Excel對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與計(jì)算，運(yùn)用SPSS 21.0對(duì)液流速率和氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 天氣類型對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響

選取3個(gè)典型天氣，分別為晴天、陰天和雨天，分析不同天氣條件下107楊樹干液流的日變化差異，結(jié)果見圖1。由圖1a可以看出，在3種典型天氣條件下，日間（6：00?19：00）107楊樹干液流速率變化趨勢(shì)一致，均為先上升后下降的“幾”字型變化曲線，但不同天氣也存在一定的差異。晴天，樹干液流在6：00左右啟動(dòng)，然后迅速上升，10：00?16： 30液流速率一直保持在較高水平（峰值為17.99cm·h?1），隨后開始迅速下降，持續(xù)時(shí)間約為6.5h；陰天，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間在7：00左右，較晴天晚約1h，11：00?16：00樹干液流速率一直保持較高水平（峰值為9.85cm·h?1），持續(xù)約5h，隨后開始迅速下降，液流速率峰值較晴天時(shí)降低；雨天，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間在7：00左右，隨后液流速率上升，但是維持在較低水平（峰值為5.76cm·h?1），持續(xù)時(shí)間約為5h?？梢?，天氣類型對(duì)107楊日間樹干液流啟動(dòng)時(shí)間和液流速率峰值均有明顯影響，晴天液流啟動(dòng)時(shí)間比陰天和雨天早約1h，液流峰值和持續(xù)時(shí)間也大于陰天和雨天。由圖1b可見，3種典型天氣條件下，夜間（19：00?次日6：00）樹干液流速率均較低，夜間液流占全天液流比例多為5%～20%。夜間液流速率整體變化趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)先下降后上升的“U”字型變化曲線，但從數(shù)值上看也存在一定的差異。晴天夜間樹干液流速率下降幅度大于陰天和雨天，雨天夜間液流速率變化幅度較為平緩；晴天夜間樹干液流速率的谷值（1.94cm·h?1）小于陰天（2.23cm·h?1）和雨天（2.24cm·h?1）。

可見，天氣類型對(duì)樹干液流具有明顯的驅(qū)動(dòng)作用，晴天啟動(dòng)早、峰值高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，夜間波動(dòng)大，驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)，而陰天和雨天啟動(dòng)稍晚、峰值低、持續(xù)時(shí)間短，夜間波動(dòng)平緩，驅(qū)動(dòng)力較弱。

2.2 土壤水分對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響

土壤水分對(duì)樹干液流的影響較大，林木的液流啟動(dòng)時(shí)間、液流量以及峰值等時(shí)刻都受土壤水分的影響。為規(guī)避天氣類型的影響，選擇3d晴天且不同灌水處理下的液流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖2。由圖2a可以看出，不同土壤水分條件下，日間（6：00?19：00）樹干液流速率存在一定差異。H（15%～20%土壤體積含水量）條件下，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間在6：30左右，M（10%～15%土壤體積含水量）條件下，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間在6：40左右，較H延遲10min啟動(dòng)，而L（5%～10%土壤體積含水量）條件下，樹干液流啟動(dòng)最晚，在近7：00時(shí)。從樹干液流峰值來看，L條件下樹干液流速率峰值（8.00cm·h?1）低于H（15.49cm·h?1）和M（11.84cm·h?1），但其到達(dá)峰值的時(shí)間較前兩者要提前，呈現(xiàn)出樹干液流啟動(dòng)晚，到達(dá)峰值時(shí)間早，且峰值偏低的特征?？梢?，土壤水分對(duì)日間樹干液流啟動(dòng)時(shí)間、液流量和液流速率峰值均有影響，15%～20%土壤體積含水量條件下樹干液流啟動(dòng)時(shí)間比10%～15%土壤體積含水量和5%～10%土壤體積含水量條件下均有所提前，樹干液流速率峰值也均比后兩者大。由圖2b可見，夜間（19：00?6：00）液流速率在不同土壤水分條件下也存在一定差異。H和M條件下夜間液流速率變化起伏程度要大于L條件；L條件下夜間液流速率的谷值（0.63cm·h?1）大于M（0.33cm·h?1）和H（0.12cm·h?1）條件，與日間液流速率峰值變化相反。

由此可見，土壤水分對(duì)樹干液流具有明顯的驅(qū)動(dòng)作用，低水分條件下，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間晚（7：00左右）、峰值低（8.00cm·h?1）、夜間波動(dòng)小，驅(qū)動(dòng)力較弱，而土壤水分充足時(shí)，樹干液流啟動(dòng)早（6：30左右）、峰值高（15.49cm·h?1），夜間波動(dòng)大，驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)。

注：H、M和L分別為15%～20%、10%～15%和5%～10%土壤體積含水量處理。

Note: H, M and L were 15%?20%, 10%?15%, 5%?10% soil volume water content, respectively.

2.3氣象因子對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響

2.3.1 時(shí)滯分析

研究表明，樹干液流隨著氣象因子的變化而變化，但是兩者存在一個(gè)時(shí)間差，這種現(xiàn)象就是時(shí)滯效應(yīng)。為規(guī)避天氣類型和土壤水分的影響，選擇晴天且供水充足條件下4d（8月7、14、21和22日）的107楊樹干液流數(shù)據(jù)，按照觀測(cè)時(shí)間順序，將107楊樹干液流速率與氣溫、相對(duì)濕度、VPD和太陽輻射4項(xiàng)氣象因子數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)排列，按照10min的步長(zhǎng)開始錯(cuò)位移動(dòng)，進(jìn)行相關(guān)性分析，直到相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值達(dá)到最大值并出現(xiàn)拐點(diǎn)，結(jié)果見圖3。

相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值達(dá)到最大的時(shí)間，即樹干液流與氣象因子之間的實(shí)際時(shí)滯時(shí)間。從圖3可以看出，樹干液流速率與40min前太陽輻射的相關(guān)性最高，而與60min后氣溫、相對(duì)濕度、VPD的相關(guān)性最高。

2.3.2 氣象因子驅(qū)動(dòng)

選取氣象因子中主要的驅(qū)動(dòng)因子，即太陽輻射和水汽壓虧缺（VPD），經(jīng)時(shí)滯位移后與樹干液流進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，結(jié)果見圖4。由圖4a樹干液流速率與VPD響應(yīng)曲線中可以看出，一旦液流速率達(dá)到最大值，其變化趨勢(shì)將趨于穩(wěn)定，隨著驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)一步增強(qiáng)，樹干液流也不會(huì)再增加；而隨著驅(qū)動(dòng)因子的強(qiáng)度逐步減弱，樹干液流并非按比例立即減小而是逐漸衰減，并沿著不同的路徑后退，這種關(guān)系即為“遲滯回環(huán)”(hysteresis loops)關(guān)系，即上升曲線和下降曲線不重合。圖4b顯示，樹干液流對(duì)VPD的響應(yīng)回環(huán)過程呈順時(shí)針方向，而與太陽輻射的響應(yīng)過程并沒有表現(xiàn)出這種關(guān)系。

注：氣溫(Ta)、空氣相對(duì)濕度（RH）、水汽壓虧缺（VPD）、太陽輻射強(qiáng)度（Rs），虛線表示相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)滯時(shí)間。下同。

Note: Ta is the air temperature, RH is the air relative humidity, Rs is the solar radiation intensity, VPD is the saturated vapor pressure difference. The dashed line indicate the time when correlation coefficient reached the maximum value. The same as below.

將樹干液流速率與氣象因子進(jìn)行時(shí)滯錯(cuò)位，日間（6：00?19：00）和夜間（19：00?6：00）分別進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4。由表可以看出，在日間，樹干液流與各個(gè)氣象因子之間均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)性，尤其與空氣溫度和相對(duì)濕度相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值達(dá)到0.940以上，其中與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與太陽輻射和VPD之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.901和0.923。在夜間，樹干液流與氣溫、相對(duì)濕度、太陽輻射以及VPD均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)性，其中與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是與氣溫、相對(duì)濕度、太陽輻射之間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均比日間減小，而與VPD的相關(guān)系數(shù)比日間增大。可見，氣象因子對(duì)樹干液流具有明顯的驅(qū)動(dòng)作用，日間氣溫、相對(duì)濕度和太陽輻射對(duì)樹干液流的影響比夜間大，而夜間VPD對(duì)樹干液流的影響比日間大；相對(duì)濕度與樹干液流之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

采用逐步回歸法建立樹干液流速率與上述環(huán)境因子的多元線性模型，以5％和10％的可靠性作為因變量入選和剔除臨界值，最終的回歸模型參數(shù)見表5。由表可以看出，時(shí)滯錯(cuò)位前和時(shí)滯錯(cuò)位后的回歸方程有一定的差異，擬合效果也不一樣，經(jīng)過時(shí)滯錯(cuò)位后的擬合方程相關(guān)系數(shù)大，擬合效果好。因此，在分析氣象因子對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響時(shí)，應(yīng)將各驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行時(shí)滯錯(cuò)位后再進(jìn)行樹干液流回歸模型的構(gòu)建，可以有效減小誤差。

表4 時(shí)滯錯(cuò)位后樹干液流與氣象因子的相關(guān)性

注：**表示P＜0.01。

Note:**is P＜0.01.

表5 樹干液流與氣象因子的多元回歸模型估計(jì)

注：SF為樹干液流，R2為方程的決定系數(shù)，P為顯著性檢驗(yàn)。

Note: SF is the tree trunk sap flow, R2is the coefficient, and P is the significance test level.

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

大量研究表明，環(huán)境因子對(duì)樹木的生長(zhǎng)發(fā)育存在重要的影響，尤其對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響巨大[9]。對(duì)冀東沙地不同天氣類型條件下107楊人工林樹干液流變化規(guī)律的研究表明，晴天樹干液流速率較陰雨天啟動(dòng)時(shí)間早、峰值高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、夜間波動(dòng)大，這與賈天宇等[10?11]研究指出在整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)樹干液流速率晴天明顯大于陰雨天，趙春彥等[12]研究指出胡楊（）陰雨天樹干液流啟動(dòng)時(shí)間較晴天推遲，樹干液流停止時(shí)間提前，液流歷時(shí)縮短，且峰值顯著縮小等研究結(jié)果一致。出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因是晴天太陽輻射強(qiáng)，溫度高，空氣濕度低，導(dǎo)致植物蒸騰量增大，從而使樹干液流增大，而陰雨天太陽輻射弱，溫度低，空氣濕度高，植物蒸騰減弱，液流也隨之減小。有學(xué)者指出，樹干液流在中午左右會(huì)出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，即中午左右樹體為了保存水分而降低蒸騰，使樹干液流減小[13]。然而本研究并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，這可能與107楊為了適應(yīng)沙地土壤環(huán)境做出的自我水分調(diào)控策略有關(guān)。

夜間液流對(duì)樹木彌補(bǔ)水分虧缺和維持自身水分平衡有重要意義[14]。從研究結(jié)果中可以看出，樹干夜間液流非常微弱，但并不為0，這與劉瀟瀟等[15]研究結(jié)果一致。對(duì)于夜間液流的存在，有的學(xué)者認(rèn)為是樹木夜間補(bǔ)水所致，也有學(xué)者認(rèn)為是樹木夜間蒸騰所致，而鄢春華等[16]研究認(rèn)為夜間樹木莖干補(bǔ)水和夜間蒸騰同時(shí)發(fā)生。針對(duì)夜間液流的組成和精確測(cè)量等，仍然有較大的研究意義。

土壤水分主要從潛在水平影響樹干液流從而影響林木的生長(zhǎng)。本研究通過設(shè)置不同水分梯度，研究土壤水分對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)影響，結(jié)果表明土壤在缺水條件下，樹干液流啟動(dòng)時(shí)間晚，減弱時(shí)間早，峰值降低，而夜間樹干液流速率谷值卻增高，并且變化幅度較為平緩，這與王媛等[17]研究表明不同土壤含水量下白樺氣孔蒸騰作用對(duì)土壤含水量變化具有較高的敏感性，吳鵬等[18]研究表明土壤含水量的變化是導(dǎo)致雨天夜間液流大于晴天和陰天的主要因素等結(jié)果一致。然而劉春鵬等[19]研究認(rèn)為土壤含水量是影響雨天的主要環(huán)境因子，對(duì)晴天和陰天的樹干液流影響不大，這與張曉艷等[20]研究指出土壤含水量主要影響晴天樹干液流，而與陰雨天相關(guān)性不顯著的結(jié)論相反。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是不同樹種對(duì)不同土壤和水分條件產(chǎn)生了自我水分利用機(jī)制。

氣象因子主要是瞬態(tài)特征影響樹干液流。在擬合樹干液流與氣象因子模型中，考慮兩者之間的時(shí)滯效應(yīng)對(duì)提高擬合精度至關(guān)重要。本研究指出樹干與氣象因子存在明顯時(shí)滯效應(yīng)，即樹干液流滯后于太陽輻射40min，而提前于氣溫、相對(duì)濕度、VPD60min，這與李少宇等[21]研究指出樹干液流與太陽輻射、氣溫、相對(duì)濕度存在明顯滯后效應(yīng)結(jié)果一致。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是蒸騰散失水分主要從樹冠開始，樹干基部水分需要等樹冠存儲(chǔ)的水分消耗到一定程度產(chǎn)生梯度差才開始向上運(yùn)輸，兩者之間產(chǎn)生的時(shí)間差導(dǎo)致了時(shí)滯效應(yīng)。針對(duì)時(shí)滯效應(yīng)不同學(xué)者在研究中存有不同的觀點(diǎn)，楊潔等[22]研究指出樹干液流與環(huán)境因子的時(shí)滯效應(yīng)與樹干大小有關(guān)，與樹種無關(guān)，而姚增旺等[23]研究指出樹干液流與環(huán)境因子的時(shí)滯效應(yīng)與樹高及樹冠的暴露程度無關(guān)。

時(shí)滯錯(cuò)位后，無論日間還是夜間，樹干液流與氣象因子之間均存在極顯著相關(guān)性。日間樹干液流與空氣溫度相關(guān)性最高，而夜間則與水汽壓虧缺相關(guān)系數(shù)最高，這與張婕等[14，24?25]研究結(jié)果一致。氣象因子對(duì)樹干液流的驅(qū)動(dòng)主要在于太陽輻射，太陽輻射增高，空氣溫度升高，大氣濕度降低，飽和水汽壓也隨之降低，導(dǎo)致樹木蒸騰增強(qiáng)，從而使樹干液流增大。

樹木的生長(zhǎng)年限不同，樹干液流的變化規(guī)律也有可能不同；樹木不同徑向上樹干液流也存在一定的差異，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)樹木耗水以及與氣象因子之間的關(guān)系研究上存在一定誤差[26]，然而，近些年對(duì)這些方向的研究仍有欠缺。因此，對(duì)樹木整個(gè)生長(zhǎng)季進(jìn)行研究，并分析不同生長(zhǎng)年限、不同徑向上的樹干液流變化規(guī)律以及對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)都具有重大的研究意義。

3.2 結(jié)論

環(huán)境因子對(duì)沙地土壤條件下樹干液流存在重要的驅(qū)動(dòng)影響。晴天天氣下，樹干液流速率較陰雨天啟動(dòng)早、峰值高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、夜間波動(dòng)大，驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)；土壤低水分條件下，樹干液流啟動(dòng)晚、峰值低、夜間波動(dòng)小，驅(qū)動(dòng)力較弱；樹干液流與氣象因子之間存在“時(shí)滯效應(yīng)”，即樹干液流速率與40min前太陽輻射的相關(guān)性最高，而與60min后氣溫、相對(duì)濕度、水汽壓虧缺的相關(guān)性最高；將氣象因子時(shí)滯錯(cuò)位后與樹干液流進(jìn)行回歸模型擬合效果好，該模型更能說明氣象因子與樹干液流之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，為楊樹速生豐產(chǎn)林的精準(zhǔn)灌溉策略提供有力依據(jù)。

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Driving Influence of Environmental Factors on the Sap Flow of the Artificial Poplar Forest on Sandy Land

WU Peng-fei1, LIU Yun-qiang2, LI Dong-mei3, CHEN Zhi-jun3, MA Chang-ming1

(1.College of Forestry, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China;2.Liaoning Agricultural Technical College, Yingkou 115009; 3.State-owned Forest Farm of Luannan County, Tangshan City, Hebei Province,Tangshan 063502)

Stem sap flow is an important basis to characterize the transpiration of trees. Studying the dynamic characteristics of sap flow and the driving effects of environmental factors on it is of great significance to explore the physiological characteristics and water dynamic changes of trees.cv.‘74/76’ is one of the main fast-growing tree species widely cultivated and also a water-fertilizer-sensitive tree species. The amount of water directly affects its growth.cv.‘74/76’ in Luannan county forest farm in Tangshan city was taken as research object, the drip irrigation method was used to set the soil volumetric water content at 15%?20%, 10%?15% and 5%?10% respectively by controlling the irrigation time, the soil volumetric water content was respectively set as 15%?20%, 10%?15% and 5%?10% by drip irrigation, the sapwood flow rate ofcv.‘74/76’ was measured by the thermal dissipation probe(TDP), and the solar radiation, air temperature, atmospheric humidity, atmospheric pressure, wind speed and other meteorological factors were simultaneously monitored by using the HOBO automatic weather monitoring station to explore the change rules of sap flow during day and night under different environmental conditions, establish a regression model between meteorological factors and the sap flow, analyze the water utilization of trees in different environments in order to provide guidance for the formulation of reasonable water irrigation strategies for fast-growing and high-yield plantation. Tharted earlier, peaked higher, lasted longer, and fluctuated more at night than cloudy and rainy de results showed that the sap flow was driven by different weather conditions, it on sunny days stays; The sap flow was also driven by soil moisture, under the condition of soil water shortage, the start time was late, the peak was low, the duration was short, and it changed steadily and increasingly at night. After time lag analysis, it is found that there is a "time lag effect" between the sap flow and meteorological factors, the sap flow lagged behind the solar radiation for 40 min, and was ahead of temperature, relative humidity and VPD (vapor pressure deficit) for 60min. There was a "hysteresis loop" relationship between sap flow and VPD, meteorological factors all had a significantly driving effect on the sap flow after the time lag dislocation, it had the greatest correlation with air temperature and stronger driving force during the day, while had the greatest correlation with VPD and stronger driving force at night. After time lag dislocation, the imitative effect of sap flow and meteorological factors was better than before. It can be seen that the environmental factors had an obvious driving effect on the sap flow, especially weather types, meteorological factors, and soil moisture, the regression model established between the weather factors and the sap flow after the time lag can better explain the relationship between the two mathematical relationship,meanwhile, sap flow can better reflect the water condition of sandy soil and the water consumption characteristics of trees, which provided a strong basis for the precise irrigation strategy of poplar fast-growing and high-yielding forests.

Sap flow; Thermal dissipation probe; Sandy land in eastern Hebei;cv.‘74/76’; Environmental factors

10.3969/j.issn.1000-6362.2021.05.005

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2020?10?19

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0600401）

馬長(zhǎng)明，副教授，從事森林培育研究，E-mail：machangming@126.com

武鵬飛，E-mail：2542790171@qq.com