杨树茎流变化及其对气象因子的响应

闻靓 王旋 刘竹

摘要：拟分析杨树茎流的变化，探讨影响杨树茎流变化的气象因子及其响应规律，以期为后续杨木活树改良及其活树药液上升机制的研究提供理论基础。采用Flow32A-1K包裹式茎流仪测定杨树的茎流速率，并借助太阳能表、温湿度计同步测量气象因子。结果表明，杨树茎流速率与太阳辐射强度、空气温度均有显著的正相关性，与空气相对湿度呈负相关。在阴天、晴天条件下，气象因子对杨树茎流速率的影响程度有所差异。晴天时，影响程度表现为太阳辐射强度>空气温 度> 空气相对湿度;阴天时，影响程度表现为空气温度>太阳辐射强度>空气相对湿度。

关键词：杨木;茎流速率;茎流变化;气象因子

中图分类号： S718.45  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）02-0142-03

杨树分布广，生长快，在江苏省得到了广泛的种植，其种植及加工产业已成为徐州、淮安、宿迁等城市的支柱产业。但是，由于速生杨木具有生产周期短、密度低、材质松软、易变色、易腐朽等缺点，从而限制了其高效利用。为了实现劣材优用，须要对杨木进行防腐处理。研究杨树茎流变化是开展活树杨木防腐处理的基础，从杨树基部注入防腐药液，药液随着树干茎流流动，向上运输至树梢，可以达到活树杨木防腐处理的目的。植株茎流速率与蒸腾作用、全球辐射、空气、湿度有关[1-3]，与蒸腾速率也存在一定的关联性[4]。通过研究杨树茎流的变化规律，分析太陽辐射、温湿度气象因子与杨树茎流的相关性，对确定活树防腐药液注入时间、监控防腐药液上升高度有重要的作用。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于南京林业大学校内试验地，地理位置为118°81′E，32°08′N，处于亚热带季风气候区，雨量充沛。试验区年平均气温为15.4 ℃，极端最高气温为39.7 ℃，极端最低气温为-13.1 ℃，年平均降水量为1 106 mm。土壤pH值为4～6，呈酸性。

1.2 试验材料

以生长发育正常、无缺陷和病虫害的南林0895杨（Populus×euramericana‘Nanlin 0895）作为研究对象，选取胸径约为1.20 cm的3株杨树（表1），于2017年4月27—29日连续3 d测量杨树的茎流速率，其中4月27日为阴天，4月 28—29 日为晴天。

1.3 试验方法

利用Flow32A-1K包裹式茎流仪，将3株杨树分别用包裹式传感器进行包裹，详见表1。数据采集器每10 s进行1次，根据试验需要，每15 min计算1次茎流速率的平均值，并将其储存起来。在茎流仪运行的同时，使用泰仕记录型太阳能表和温湿度计，每隔15 min记录1次太阳辐射强度和温湿度。之后用Excel 2010、SPSS 24.0对试验数据进行整理，并绘制图表进行分析。

2 结果与分析

2.1 杨树茎流昼夜变化规律

图1为平均胸径为1.20 cm的3株杨树在4月27—29日的平均茎流速率变化规律。可以看出，杨树茎流速率变化具有明显的规律，其曲线呈宽峰状[5]。06：00左右日出时，气孔开启，茎流随之启动，随着太阳辐射强度持续增强，茎流速率迅速变大;在07：00—08：00时间段内，茎流速率的增长幅度最大。与此同时，气温也在提高，相对湿度随着减小。12：00 时，太阳辐射强度最大，温度最高，杨树为保护自身而关闭气孔，进行“午休”[6-8]，这时蒸腾作用减缓，茎流速率增长幅度也减缓。杨树经过一段时间的休息，气孔开启，茎流速率于14：15—14：45间达到峰值。4月27—29日3 d的茎流速率峰值分别是42.79、46.45、54.01 g/h。随后，太阳辐射强度逐渐减弱，茎流速率变小，在17：00—18：00之间的减小幅度最大。在同一阶段，温度也不断降低，空气相对湿度随着上升。日落后，茎流趋于稳定，此时，茎流速率处于较低水平，但不完全为0，这是由于在夜间杨树存在根压，水分因此进入杨树体内，从而产生微弱的液流[9]。

2.2 阴晴天杨树茎流的变化规律

图1中的4月27日为阴天，4月28—29日为晴天。不难发现，杨树茎流速率在阴晴天都存在明显的日夜节律，然而晴天和阴天的茎流日变化趋势有所不同。晴天时，气象因子进行有规律的变化，茎流变化趋势呈明显的单峰状。而阴天时，太阳辐射强度不稳定，具有一定的波动性，从而导致杨树茎流速率变化不稳定，出现双峰或多峰现象[10-11]，使其茎流速率曲线呈现多峰状。此外，阴天时太阳辐射强度和空气温度都较低，因此杨树的茎流速率小于晴天时的茎流速率，且前者的峰值也略低于后者。

2.3 茎流变化与气象因子的响应

2.3.1 茎流变化与太阳辐射强度 杨树茎流速率的变化趋势与太阳辐射强度的变化趋势大致相同（图2），回归分析结果（图3）显示，其茎流速率与太阳辐射强度呈正相关[12]。茎流启动后，随着太阳辐射持续增强，茎流速率提高;随着太阳辐射不断减弱，茎流速率降低。由于杨树的“午休效应”，茎流速率到达峰值的时间比太阳辐射强度晚2 h左右。太阳辐射强度是引起茎流变化的主要因素，它会影响气孔开合，控制茎流启动，此外，太阳辐射还可通过引起温度的变化来影响茎流速率[13]。

2.3.2 茎流变化与空气温度 从杨树茎流速率与空气温度的日变化（图4）及回归分析结果（图5）可知，空气温度对杨树茎流速率的影响显著，且两者呈正相关[14]。随着空气温度增大，茎流速率增大;随着空气温度降低，茎流速率减小。空气温度于12：30—13：30 之间出现峰值，比茎流速率峰值出现时间大约早2 h。随着4月27—29日3 d的最高空气温度不断升高，这3 d的茎流速率峰值也出现明显变化。

2.3.3 茎流变化与空气相对湿度 空气相对湿度的变化趋势与杨树茎流速率的变化趋势相反，呈现负相关关系（图6、图7）。当杨树茎流启动时，杨树处于湿度较高的环境中。随着太阳升起，湿度减小，茎流速率变大。12：00时，空气相对湿度降至最低值，随后茎流速率到达峰值。之后相对湿度升高，茎流速率变小[15]。连续3 d的空气相对湿度最小值相差不大，而茎流速率最大值逐渐升高。由此可以看出，与空气温度、太阳辐射强度相比，空气相对湿度对茎流速率的影响相对较小。

2.3.4 多因素分析 在陰天、晴天，不同气象因子与树木茎流变化的相关性强弱排序不同[16-19]。用多元逐步回归法，分析太阳辐射强度、空气温度、空气相对湿度对杨树茎流速率的影响，分别得到晴天、阴天条件下树干茎流速率的回归方程：

V晴天=0.021R晴天+0.876T晴天-0.284H晴天+10.381;

V阴天=0.018R阴天+1.724T阴天-0.081H阴天-23.607。

式中：V为茎流速率（g/h）;R为太阳辐射强度（W/m2）;T为空气温度（℃）;H为空气相对湿度（%）。

在晴天条件下，对这3个气象因子同时进行数据分析，由表2可以看出，这3个因素影响茎流速率变化的P值均≤0.05，表明影响显著。太阳辐射强度、空气温度、相对湿度的标准化系数Beta分别为0.380、0.360、-0.278，表明在晴天条件下，太阳辐射强度对杨木茎流速率的影响最大，空气温度次之，空气相对湿度的影响最小。

在阴天条件下，对这3个气象因子同时进行数据分析，由表3可以看出，空气温度、太阳辐射强度、空气相对湿度的标准化系数Beta分别为0.695、0.349、-0.074，说明在阴天条件下，空气温度对杨树茎流速率的影响最大，太阳辐射强度次之，相对湿度的影响最小。

3 结论

（1）杨树茎流速率具有规律性的日夜变化，且夜晚茎流速率不完全为0，其变化趋势呈现典型的峰状曲线。（2）杨树茎流速率与太阳辐射强度、空气温度存在显著的正相关关系，与空气相对湿度呈现出负相关性。（3）对阴天、晴天条件下的杨树茎流速率与太阳辐射强度、温度和相对湿度等气象因子进行多元线性逐步回归分析，获得如下方程：V晴天=0.021R晴天+0.876T晴天-0.284H晴天+10.381;V阴天=0.018R阴天+1.724T阴天-0.081H阴天-23.607。（4）在阴天、晴天，气象因子对杨树茎流速率的影响程度不同，在晴天时，影响程度排序为太阳辐射强度>空气温度>空气相对湿度;在阴天时，影响程度排序为空气温度>太阳辐射强度>空气相对湿度。

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