全 文 ：新 疆 农 业 大 学 学 报　2007 ,30(2):45 ～ 48
Journal o f Xinj iang Agricultural University
文章编号:1007-8614(2007)02-0045-04
尖叶白蜡茎杆直径变化日过程及
其与环境因子的关系分析
江　淼1 , 潘存德1 , 李冬梅2
(1.新疆农业大学 林学院 , 乌鲁木齐　830052;2.新疆克拉玛依 农业综合开发区 , 克拉玛依　834000)
摘　要:　采用以色列 PhyTech 公司生产的 Phytalk 植物生理生态监控系统 , 对克拉玛依农业综合开发区引种栽培
的尖叶白蜡(F ra xinus szaboana Lingelsh. )茎杆直径变化日过程及其环境因子进行了同步监测 , 并对二者之间的关
系进行了分析。结果表明:尖叶白蜡茎杆直径变化日过程呈现出明显的昼夜变化规律 , 表现为白天茎杆直径收缩 ,
傍晚 、夜间复原或膨胀;不同天气条件下 ,尖叶白蜡茎杆直径的变化幅度有明显差异 , 晴天茎杆直径的最大收缩量明
显大于多云天气和阴天 ,多云天气茎杆直径变化幅度介于晴天和阴天之间;尖叶白蜡茎杆生长过程中 , 茎杆直径变
化主要受空气温度 、土壤湿度 、饱和水汽压差 、太阳总辐射和风速的影响 , 但在不同的天气条件下 , 影响因子有所
差异。
关键词:　尖叶白蜡;茎杆直径变化;径差;环境因子
中图分类号:　S718. 42　　　　　　文献标识码:A　
Analysis on Correlation between Day Process of
Stem Diameter Variations of Fraxinus szaboana
Lingelsh. and Its Environmental Factors
JIANG Miao1 , PAN Cun-de1 , LI Dong-mei2
(1. Co lleg e of Forestry , Xinjiang Ag ricultural University , U rumqi , 830052;2. Karamay Ag ricul-
tural Comprehensive Development Region , Karamay , 834000)
Abstract:　The day pro cess o f the stem diame ter variations o f Frax inus szaboana Lingelsh. ,which is in-
t roduced to be planted in Karamay Ag ricultural Comprehensive Development Region , and the environmen-
tal facto rs are monito red simultaneously using a Phy taly phytomonito r sy stem which is produced by Phy-
Tech Company in Israel , and the correlation betw een them is analyzed. The results are as fo llow s:The
day process o f the stem diameter variations of Frax inus szaboana Lingelsh. has obvious day and night vari-
a tion law , which show s that there is shrinking in the day and sw elling in the night;The ex tent of the stem
diameter variations of Frax inus szaboanaLingelsh. i s changeable under different weather conditions. The
maximum shrinkage o f the stem diameter in sunny day is evident ly big ger than that in cloudy day and ove r-
cast day . And the extent of the stem diameter variations in cloudy weather comes be tw een the sunny day
and the overcast day;In the g row th process of F rax inus szaboana Lingelsh. , the stem diameter variations
are mainly af fected by factors of air tempe rature , soil moisture , vapo r pressure defici t , solar radiat ion and
wind speed. But the inf luencing factor s v ary under di fferent w eather conditions.
Key words:　Frax inus szaboana Lingelsh. ;stem diameter variations;stem diameter dif fe rence;envi ron-
mental facto rs
收稿日期:2007 - 01 - 21
基金项目:克拉玛依市重点科技项目(SK2003 - 18)
通讯作者:潘存德 , E-mail:pancunde@163. com
新　疆　农　业　大　学　学　报 2007年　
　　植物茎杆直径变化过程直接反映植物的生理状
况和环境因子的影响 。虽然用于诊断植物水分状况
的途径很多 ,但利用茎杆直径变化过程已成为研究
热点[ 1 -7] 。影响植物茎杆直径变化的因素很多 ,除
植物自身的生理特性外 ,其所处的生长环境也同样
非常重要 ,诸如土壤 、气象(太阳总辐射 、空气温湿
度 、风速 、饱和水气压差)等 ,但对植物茎杆直径变化
与其所处的生长环境之间的关系研究却很少 ,影响
了人们对植物生长与环境适应的深入认识。植物的
存活与生长总是离不开它所处的环境条件 ,因此 ,研
究植物茎杆直径变化与所处环境因子之间的关系可
以为进一步认识植物的生长与环境适应提供科学
依据 。
在我国 , 尖叶白蜡(Frax inus szaboana Lin-
gelsh.)的自然分布区主要为陕西 、山西 、甘肃 、湖北
和四川。该树种的适应性较强 ,在干旱半干旱区表
现出较强的防风固沙能力 ,现已成为新疆克拉玛依
农业综合开发区引种栽培的主要绿化 、防风树种之
一。为了对该树种在干旱区人工引种栽培下的生态
适应性进行科学评价 , 本研究采用以色列 PHY-
TECH 公司生产的 Phy talk 植物生理生态监控系统
对克拉玛依农业综合开发区引种栽培的尖叶白蜡的
茎杆直径变化日过程及其环境因子进行了同步自动
采集 ,并对茎杆直径变化日过程特征进行了分析 。
在此基础上 ,进一步采用逐步回归和主成分回归分
析方法对茎杆直径变化与环境因子间的关系进行了
分析 ,建立了尖叶白蜡茎杆直径变化与环境因子间
的关系模型 ,从而为认识和评价该树种的生长与环
境适应提供了科学依据。
1　材料与方法
1. 1　测试材料
测试材料尖叶白蜡选自新疆克拉玛依农业综合
开发区林管二站附近防风林 ,地理坐标 45°28′35″N 、
84°54′13″E ,海拔高度 264. 9 m 。测试植株生长良
好 、无病虫害 , 地径 12. 7 cm , 胸径 10. 6 cm ,树高
5. 3 m ,冠幅 2. 6 m ×2. 5 m ,树龄 6年 。
1. 2　数据采集
于 2006年 7月 10日至 15 日对测试对象应用
Phytalk植物生理生态监控系统进行茎杆直径变化
日过程和环境因子的同步自动采集 ,数据采集间隔
为 10 min 。采集项目包括:茎杆直径变化(SD ,
mm)、土壤湿度(SMS , %)、空气温度(Ta , ℃)、空气
相对湿度(RH , %)、太阳总辐射(TIR ,W /m 2)、风速
(WSM ,m /s)。
1. 3　数据分析
饱和水汽压差(Vapo r Pressure Deficit ,简称
VPD)采用以下公式计算:
e3a =0. 611e〔17. 27 Ta /(Ta +237. 3)〕
VPD =(1 - RH /100)e3a
式中:RH 为空气相对湿度(%);Ta 为空气温度
(℃);e3a为饱和水汽压(kPa)。
数据分析采用 DPS v3. 01专业版和 SPSS11. 5
统计软件 。绘图采用 SigmaPlot软件。
2　结果与分析
2. 1　茎杆直径变化日过程
植物茎杆直径变化来源于生长和体内水势的变
化 ,能直接反映植物的生理状况和环境因子对植物
的影响。基于水分胁迫导致的植物茎秆直径变化机
理[ 8] ,茎秆直径变化涉及两方面:一是随着植物生长
过程而产生的变化 ,通常呈现不可逆且递增趋势;二
是由于水分状况引起的变化 ,通常具有可逆性。具
体表现为呈昼夜波动 , 一般在日出前达到最大值
(MXSD),最小值(MNSD)则出现在下午。
图 1　茎杆直径变化日过程
Fig. 1　The day process of the stem diameter variations
图 1为 2006年 7月 11日至 15 日测试植株尖
叶白蜡茎杆直径变化的日过程图 。从图 1 可以看
出 ,尖叶白蜡一天中茎杆直径最大值出现在 8:00 ～
9:00。随着太阳辐射的增强 ,饱和水汽压差上升 ,蒸
腾作用加强 ,植株茎杆直径迅速收缩 , 17:00 ～ 18:00
达到最小 。在此之后 ,随着太阳辐射强度的减弱 ,饱
和水汽压差下降 ,蒸腾速率逐渐减小 ,茎杆直径也开
始迅速恢复或膨胀 ,次日清晨茎杆直径可恢复到最
大。如果植物长期处于水分胁迫条件下 ,植株的茎
杆直径在次日凌晨就很难恢复到最大甚至会小于前
一天的最大值 。
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　第 2 期 江　淼 , 等:尖叶白蜡茎杆直径变化日过程及其与环境因子的关系分析
2. 2　茎杆直径变化与环境的关系
2. 2. 1　茎杆直径变化与天气条件的关系
天气条件是影响植物生长的重要因素。由茎杆
直径变化日过程分析表明 ,尖叶白蜡茎杆直径呈现
出明显的昼夜变化规律。为了排除茎杆自然生长的
影响 ,以某时刻茎杆直径与当日 6:00的茎杆直径之
差为径差 (△SD) ,得到晴天 、多云天和阴天 3种典
型天气状况下径差变化日过程(图 2)。
图 2　不同天气条件下径差变化日过程
　Fig. 2　The day process of the stem diameter difference un-
der different weather conditions
　　径差为正 ,表示期间茎秆水分得到补充而膨胀
变粗;径差为负 ,表示茎秆失水而收缩变细。从图 2
可以看出 ,阴天的径差变化幅度较小 , 从 5:00 至
14:00基本为正值 ,其余时间为负值;晴天径差变化
十分明显 ,除 5:00至 10:00 为正值外 ,其余时间均
为负值 ,说明茎秆直径收缩明显 ,并且收缩程度随时
间发生变化 ,早晚较小 ,下午较大 。多云天气径差介
于晴天和阴天之间。但不论是何种天气 ,植株茎杆
直径都是在白天收缩 ,傍晚 、夜间开始复原或膨胀。
图 3 , 4直观反映了 3种天气条件下茎差与太阳
辐射和饱和水汽压差之间的关系。从图中可以看
出 ,茎杆直径的变化滞后于总辐射强度的变化 ,而与
饱和水汽压差相对应。说明午后太阳辐射强度降低
后茎杆直径收缩量的继续增加主要受饱和水汽压差
的影响。饱和水汽压差的增大使空气中可容纳的水
蒸气量增加 ,植物的失水也随之增加 。随着饱和水
汽压差达到最大值 ,植株茎杆直径也基本萎缩至最
小。这种现象说明环境因素对植物茎杆直径变化的
影响具有综合性。
图 3　茎差与太阳总辐射之间的关系 图 4　茎差与饱和水汽压差之间的关系
Fig. 3　The correlation between the stem diameter differ-
ence and solar radiation
Fig. 4　The correlation between the stem diameter dif fer-
ence and vapor pressure def icit
2. 2. 2　不同天气条件下茎杆直径变化与环境因子
之间的关系
由于太阳总辐射 、饱和水汽压差 、空气温度 、空
气相对湿度 、风速和土壤湿度等环境因子之间并不
完全独立 ,因此 ,区别 3 种天气条件 ,首先采用逐步
线性回归分析得到与径差显著相关的环境因子 ,在
此基础上为了消除因子之间不独立而存在的复共线
性 ,进一步采用主成分回归得到 3种天气条件下径
差与显著相关环境因子的回归方程 。所得回归方
程为:
　晴天:△SD =3. 4282 - 0.0014Ta - 0.1147SMS -
0. 004WSM -0. 0060VPD 　　　　r =0. 974
　 多 云 天:△SD = 3. 3331 - 0. 0012 Ta -
0. 1355SMS - 0. 0039VPD 　　　　r =0. 799
　阴天:△SD =4.4128 - 0.0091Ta - 0. 1708SMS +
0. 0003TIR +0. 0032WSM 　　　　r =0. 881
从 3个回归方程可以看出 ,不论是晴天 、多云天
还是阴天 ,空气温度和土壤湿度均与径差呈现负相
关 ,具有一致性。在晴天和多云天 ,饱和水汽压差与
径差也呈现负相关 。太阳总辐射只有在阴天才与径
差具有相关性 ,且为正相关 。除此之外 ,在晴天和阴
天 ,径差还与风速相关 ,但晴天为负 ,阴天为正。从
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新　疆　农　业　大　学　学　报 2007年　
总体上看 ,在尖叶白蜡茎杆直径生长过程中 ,茎杆直
径变化主要受空气温度 、土壤湿度 、饱和水汽压差 、
太阳总辐射和风速的影响 ,但在不同的天气条件下 ,
影响因子有所差异。
3　讨论
植物径向变化来源于生长及体内含水量的变
化。这种变化直接反应植物的生理状况及环境对植
物的影响 , 既受植株本身形态结构和生理状况的影
响 , 又受各种外界条件的制约 。采用 Phy talk 植物
生理生态监控系统及其配备的各类传感器 ,可在不
破坏植物正常生理活动的前提下 ,同步观测植物的
茎杆直径变化和空气温度 、空气相对湿度 、太阳总辐
射 、土壤湿度 、风速等环境因子 ,为揭示植物生长与
环境适应提供了有效手段 。
影响植物茎杆直径变化的环境因子并不是完全
独立 ,存在着相互制约和相互协调性。在人工引种
栽培环境条件下 ,尖叶白蜡生长过程中茎杆直径表
现出明显的昼夜变化规律 ,即:不论是何种天气状
况 ,植株茎杆直径都是白天收缩 ,傍晚 、夜间复原或
膨胀 ,这与对其它植物种的研究结果相一致 ,只是在
茎杆直径变化的最大值和最小值出现的时间上有所
差异[ 4 , 6 , 7 , 9] 。导致这种差异的原因可能包括两个方
面:一是植物本身生物学特性对茎杆直径变化的影
响 ,如树种等;二是植株所处的生长环境条件不同 ,
如气候 、土壤等。
在尖叶白蜡生长过程中 ,茎杆直径变化主要受
空气温度 、土壤湿度 、饱和水汽压差 、太阳总辐射和
风速的影响。但只有空气温度和土壤湿度在任何天
气条件下都是影响尖叶白蜡茎杆直径变化的主要因
子 ,其它因子在不同的天气条件下则有完全不同的
表现 ,如:在晴天 ,风速和饱和水汽差是影响因子 ,而
在阴天则为太阳总辐射和风速 ,并且风速的作用与
晴天相反 。此外 ,据有关文献报道 ,土壤湿度对径差
呈正向影响[ 6 , 7 , 10] ,但当土壤相对含水率降到 50%
以下时 ,茎杆直径出现负向增长 ,即土壤湿度对径差
呈负向影响。本研究测试对象所在土壤的相对含水
率在 35%以下 ,土壤湿度对径差也呈负向影响。这
进一步证明了土壤湿度对植物茎杆直径的影响不总
是简单的正向关系 ,在不同的土壤湿度条件下 ,影响
结果可能会截然相反 ,其影响机理有待进一步深入
研究 。
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