全 文 ：林业科学研究 2007, 20( 6): 883~ 886
Forest R esearch
文章编号: 10011498( 2007) 06088304
干季核桃树干液流特征及其与气象因子的关系
马长明 1, 2, 翟明普 2
( 1.河北农业大学林学院,河北 保定 071000; 2.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083)
关键词: 热脉冲;核桃; 干季;液流
中图分类号: S715 文献标识码: A
收稿日期: 20061110
基金项目: 科技部 十一五 国家科技支撑计划课题资助 ( 2006BAD03A11)
作者简介: 马长明 ( 1980! ) ,男,河北邯郸人,在读博士生.
电话: 01062391632, Em ai:l m achangm ing@ 126. com
Stock Sap F low Characters of Juglans reg ia and Relationship w ith
M eteorological Factors in Dry Season
MA Changm ing, ZHA IM ingpu
( 1. Forestry C ollege, H ebeiAgricu lturalUn ivers ity, Baod ing 071000, H ebe,i Ch ina;
2. Key Laboratory for S ilvicu lture and Conservation ofM in is try ofEducat ion, B eijing Fores try Un iversity, Beijing 100083, Ch ina)
Abstract: Juglans reg ia is an important econom ic tree species. Observation of its stock sap flow w as carried by
SF100 heat pulse recorder in dry season( AprilJuly) in area of conversion farm land for forest and surround ing mete
orolog ical facto rs such as air temperature, a ir relative hum idity and radiation intensity w ere monitored inphase. Ex
perimental p lot locates in P ing shan, H ebe.i Th is study w ould o ffer some references for vegetation restoration. The
resu lts show ed that theJug lans reg ia stock sap flow changed obv iously betw een day and n igh,t w hich follow ed a sin
gle peak type curve. Variation amplitude w as b ig in sunny day and little in cloudy day; In Apr ilM ay, sap flow w as
big and little in JuneJu ly because of so ilw ater stress; In fluencing order on stock sap flow flux byme teoro log ica l fac
to rs w as sun rad iation> a ir temperature> re lative hum id ity respectively.
Key words: heat pu lse recorder; Juglans regia; dry season; sap flow
我国北方存在严重的水资源短缺问题, 研究干
旱半干旱区域植被的液流特征, 对于没有灌溉条件
的丘陵山区,确定耗水量和立地水分的合理承载能
力,对于当地生态植被建设和管理具有重要的作用。
本文应用热脉冲技术对干旱半干旱退耕区核桃
(Jug lans regia L. )的液流速率、液流通量等进行分
析,为植被建设模式的确定和管理提供理论依据。
1 研究区概况
试验地设在河北省平山县岗南镇寺家沟村, 属
于暖温带半干旱半湿润季风型大陆性气候, 年平均
气温 12. 7 ∀ ,多年平均日照时数 2 600~ 2 750 h, 年
平均降水量 609 mm,多年平均蒸发量 1 815. 4 mm,
年平均干燥度为 1. 38。多年平均风速 2. 2 m# s- 1,
土壤为石灰性褐土。试验地核桃林为 2002年栽植,
株行距 2m ∃ 3m, 平均地径 78mm,平均树高2. 7 m。
2 研究方法
按照被选木具有代表性的原则, 在林中选择生
长良好、无被挤压现象的核桃样株,测定其树高和胸
径,边材面积采用标准曲线法, 选取其它核桃树 10
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株,用生长锥来获取完整长芯, 建立胸径 边材宽度
标准曲线,由样木胸径进一步计算出其边材面积。
选择样木 2株,于 2005年 4月 23! 25日、5月
23! 25日、6月 20! 22日和 7月 9! 11日进行树干
液流测定,在样木的 30 ~ 40 cm高处清理出光滑界
面,采用特定钻头, 依据仪器自带模型, 钻取 3个直
径 2 mm的孔洞 (深度视边材宽度而定 ) , 将 SF100
茎流探针插入,另一端和数采相连,连续 72 h测定,
15 m in记录一次脉冲值。在试验地同时安装自动气
象站, 同步监测太阳辐射、空气温度和空气湿度, 土
壤水分采用烘干法测定。
3 结果分析
3. 1 土壤水分的时间动态变化
由图 1可以看出, 4、5月份, 土壤水分相对较
好,土壤水分含量处于相对稳定状态,进入 6月份随
着核桃叶面积增加,辐射增强, 消耗大量的水分, 土
壤水分持续下降,直至 7月中旬达到全年最低水平。
因此可以确定 7月中旬是当地干、湿季的分界。
图 1 土壤水分的时间动态变化
3. 2 核桃液流速率的变化情况
图 2是以各月测定日液流均值所做图,图 2A是
核桃的树干液流速率的变化曲线, 从中可以看出干
季 5月份液流速率最高, 6、7月份有所下降, 可能与
土壤水分含量较低有关,图 2B显示的是核桃树干液
流通量的变化情况, 液流通量是在液流速率的基础
上介入边材面积而来,因此,其表现的峰形与液流速
率一致,只是数值发生了改变。
为了详细了解液流速率在一日的变化情况, 在
实验测定的数据中选择 4月份连续两日的典型天气
条件下 (阴、晴天 )的 48 h液流速率作图 (图 3)。图
中波峰均出现在白天,波谷在夜间出现,存在明显昼
夜变化规律。从整个干季测定结果分析, 核桃树干
图 2 液流速率和液流通量的变化曲线
液流启动时间大致在 5%00! 7%00, 而后稳步上升,
大约在 12%00! 15%00达到峰值, 而后开始下降, 一
般 17%00! 18%00下降迅速, 19%00左右趋于平缓, 20
%30左右基本趋于稳定。除了特殊天气条件和土壤
水分的强烈干旱胁迫影响外, 干季核桃树干液流速
率日变化曲线均呈现 单峰 形,无明显的 午休 现
象。夜间尽管气孔关闭,叶片蒸腾已经停止,但仍观
测到微弱的液流存在, 分析其原因是由于白天的强
耗水,树体内各部分组织的水容储水被释放出来, 导
致组织水容降低, 因此在水容作用下,根系仍处于缓
慢吸水状态, 吸收的水分用于恢复根系、树干及枝叶
的水容,回填白天所产生的空穴 [ 1]。
由图 3还可以看出, 晴天的液流速率要明显大
于阴天的液流速率,并且晴天液流启动相对较早, 停
止较晚,日变化幅度较大, 阴、晴 2 d的累计液流量
分别是 11. 99 L和 19. 87 L, 测试材料为同一棵树,
并且连续两日测定,其土壤水分条件也没有太大变
化,那么造成阴、晴两天液流差距如此之大的主要原
因是气象因子。这就说明同一种植物, 在土壤水分
相同的条件下, 气象因素是影响蒸腾耗水的主要
因子 [ 2, 3]。
图 2还显示了 4月份到 7月份的月变化情况, 4
月份核桃已经展出大部分叶子, 叶子较嫩, 活动旺
盛;此时刚由土壤水分稳定期 ( 11月至翌年 3月 )步
入土壤水分消耗期,尽管降水补充极少, 但土壤水分
条件较好, 4月份保持了较高的液流量。 5月份, 随
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第 6期 马长明等: 干季核桃树干液流特征及其与气象因子的关系
图 3 阴 (A )晴 ( B)两种天气条件下液流速率的日变化
着温度、辐射等气象因子的进一步增强,叶面积的进
一步增加,液流比 4月份有所提高。 6月份, 叶面积
进一步增大, 辐射进一步变强, 但液流监测结果显
示,液流速率和液流通量有所下降,进入 7月份后,
液流进一步降低达到整个生长季最低值, 结合图 1
进行分析认为,可能是此阶段土壤含水量较低,水分
胁迫所致。
3. 3 不同径阶液流速率与液流通量的关系
液流速率和液流通量之间的关系在不同树种之
间比较已经有所报道 [ 4] ,但同一树种之间未见报道,
图 4是直径差别较大的 2株样木的液流速率与液流
通量对比结果,可以看出,小径阶树干的液流速率较
大 (图 4A ), 而液流通量则小于大径阶树干 (图 4B) ,
其主要原因是由于介入了边材面积,同一树种,大径
阶的植株一般具有较大的边材面积。由图 4中还可
以看出,不同径阶核桃液流其峰形基本一致,但相对
于小径阶样木的液流,大径阶样木的液流启动和停
止均较晚,其原因可能是小径阶样木对外部环境的
影响相应快,而大径阶特别是较深位点的树干液流
对外部环境相应迟缓所致。
3. 4 核桃树干液流与气象因子的关系
本文选取 4! 7月份各 2 d数据为基础, 对液流
通量和辐射强度、空气温度、相对湿度之间进行相关
分析, 结果显示, 液流通量和 3个气象指标之间在
0. 01水平的相关系数分别是 0. 709、0. 217、- 0. 662,
可见空气温度和液流速率相关最弱。
考虑到气象因子之间的自相关性, 因此取任一
气象因子 (而控制其它独立气象因子 )与液流进行
偏相关分析更能准确体现各因子对液流的影响。结
果表明液流通量与辐射强度、相对湿度和空气温度
的偏相关系数 r分别为 0. 641、- 0. 464、- 0. 535, 偏
相关系数的显著性概率均为 0. 000, 说明各气象因
图 4 不同径阶液流速率 ( A)、液流通量 ( B )的日变化
子都对液流有较大影响, 根据偏相关系数绝对值的
大小可知各气象因子的作用大小依次为: 太阳辐射
>相对湿度 >空气温度。为揭示气象因子对液流通
量的综合影响, 采用逐步回归法对其进行多元回归
分析,得出液流通量与气象因子的回归模型:
SFF = 1. 25 ∃ 10- 3PAR - 2. 10 ∃ 10- 2RH - 5. 44
∃ 10- 2T + 2. 760
式中, SFF为液流通量; PAR为辐射强度; RH 为
空气相对湿度; T 为空气温度。
4 讨论与结论
( 1 )张小由等 [ 5 ] 对胡杨 ( Populus d iversifolia
Schrenk)的研究结果指出胡杨白天液流呈明显单峰
形曲线;李海涛等 [ 6]指出湿地松 ( P inus elliottii En
ge lm. )树干液流表现出明显的昼夜波动, 波峰均在
白天出现; 熊伟等 [ 7]对华北落叶松 ( Larix princip is
rupp rechtiiM ayr)树干液流研究表明,阴、晴两种典型
天气条件下, 树干液流变化趋势一致,但晴天液流要
明显大于阴天液流; 严昌荣等 [ 8]对核桃楸 ( Jug lans
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mandshurica M ax im. )研究表明, 白天的树干液流变
化幅度较大, 夜晚比较稳定; Pasqua le等 [ 9]的研究也
表明橄榄树 (Canarium album ( Lour. ) Reausch. )晴
天树干液流变化幅度大,多云天气条件下液流变化
幅度小。本研究结果显示, 核桃树干液流速率存在
明显的昼夜变化规律,呈单峰形曲线,白天液流速率
较大, 变化幅度大, 夜晚存在一定的液流; 晴天液流
启动相对较早,停止较晚,日变化幅度较大,流量大。
与上述研究结果相一致。
( 2)由于辐射、气温等气象因子具有一定的季
节变化、月变化和日变化规律,所以树干液流速率一
般也随之存在相应的变化规律。就目前关于树干液
流的研究,大多数研究结果表示,树干液流密度或速
率峰值出现在 6、7或 8月, 生长季 4! 7月, 液流速
率呈现上升趋势。如孙慧珍等 [ 10]研究结果表明黄
菠萝 ( Phellodendron amurense Rupr. )、红松 ( P inus
koraiensis S ieb. et Zucc. )、核桃楸和紫椴 (T ilia amu
rensis Rupr. )树干液流密度季节变化均为单缝曲线,
峰值分别出现在 6、7月和 8月; 另外也有所不同, 如
夏桂敏等 [ 2]对甘肃石羊河流域柠条 (Caragana kor
shinskii Kom. )树干液流的研究表示, 柠条树干液流
在整个生长季节里,液流变化幅度较小,呈现一种相
对平稳状态; 孙慧珍等 [ 10]研究表明蒙古栎 ( Quercus
mongolica F isch. )和水曲柳 ( F rax inus mandshurica
Rupr. )由于 2树种的生长节律不同, 其树干液流季
节变化为双峰曲线, 峰值分别出现在 5、9月和 6、9
月;而徐军亮 [ 11]的研究则表明油松 (P inus tabulae
form is Carr. )、侧柏 (P la ty cladus orientalis ( L. ) Fran
co) 3! 10月份液流速率的峰值分别出现在 4月和 3
月份, 而低谷则出现在 8月份。笔者对核桃树干液
流的研究结果显示, 干季液流速率的峰值出现在 5
月,低谷出现在 7月上半月。
( 3)王华田 [ 12]对侧柏和栓皮栎 (Quercus variabi
lis B.l )树干液流的研究表明树干胸径与边材液流
速率之间缺乏规律性,但液流通量随着胸径的增大
而增大。本文通过对大小径阶的两株树液流比较表
明,小径阶的液流速率比大径阶的高,但液流通量却
比大径阶的低。充分体现了边材面积的意义, 同时
还发现大径阶的样木液流启动和停止时间均较晚。
与王华田所得结论一致。
( 4)树干液流与气象因子的关系的相关报道已
有很多, 普遍结果都认为在没有水分胁迫的情况下,
随着太阳辐射的增强, 空气温度升高, 相对湿度降
低,液流速率、通量也随之不断上升 [ 2, 13 ]。但本研究
当中,气象因子对树干液流通量的影响大小表现为
太阳辐射 >相对湿度 > 空气温度, 辐射强度和相对
湿度对液流的影响与其它研究结果相一致, 但液流
和空气温度的关系较弱,甚至负相关,与其他研究结
果存在很大分歧。分析其原因可能是由于干季水分
胁迫所致,因为还鲜有人单独对干季液流与气象因
子的关系进行相关分析,有待进一步深入研究。
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