張 靜，王 力，韓 雪，張林森

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不同時間尺度下黃土塬區(qū)19年生蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系

張 靜1，王 力1，韓 雪1，張林森2

（1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，陜西楊凌712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院， 陜西楊凌 712100）

【目的】以黃土高原溝壑區(qū)的典型代表長武塬為研究區(qū)，通過環(huán)境因子估算19年生蘋果樹耗水速率在不同時間尺度上的可行性，以期為黃土塬區(qū)有限水資源條件下蘋果發(fā)展的科學(xué)布局、合理制定果園管理措施、增強(qiáng)其生產(chǎn)能力提供理論依據(jù)。【方法】選取黃土塬區(qū)長武縣19年生蘋果林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，應(yīng)用熱擴(kuò)散式莖流計（TDP）于2014年5—9月對蘋果林內(nèi)8株標(biāo)準(zhǔn)果樹樹干液流速率進(jìn)行連續(xù)測定，并通過數(shù)據(jù)采集器CR1000（Campbell Scientific，UN）對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，用位于距樣地50 m處的自動氣象觀測站連續(xù)監(jiān)測獲取氣象數(shù)據(jù)；分析不同時間尺度下19年生蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系，建立不同時間尺度下樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系模型?！窘Y(jié)果】小時尺度下，蘋果樹干液流速率與水汽壓差相關(guān)關(guān)系最密切，且與太陽輻射、風(fēng)速和地表溫度均呈極顯著相關(guān)關(guān)系，樹干液流速率曲線呈明顯的單峰曲線，逐步回歸方程為：v=-11.683+2.3VPD+0.009Rs+0.55Ts+0.880Ws，相關(guān)系數(shù)為0.779。日尺度下，只有地表溫度、水汽壓差與蘋果樹干液流速率顯著相關(guān)。逐步回歸方程為：v=1.637+0.404Ts-3.097VPD，相關(guān)系數(shù)為0.771。月尺度下，19年生蘋果樹干液流速率整體表現(xiàn)為8月＞7月＞6月＞9月＞5月，進(jìn)入逐步回歸方程的僅有地表溫度，逐步回歸方程為：v=-3.524+0.509Ts，相關(guān)系數(shù)為0.981。時間尺度越大，與蘋果樹干液流速率相關(guān)的環(huán)境因子越少，但地表溫度始終都是其主導(dǎo)因子，且相關(guān)系數(shù)隨著時間尺度的增大而增大；風(fēng)速只在小時尺度下與樹干液流速率極顯著相關(guān)。水汽壓差在小時尺度下與樹干液流速率極顯著正相關(guān)，在日尺度下與樹干液流速率極顯著負(fù)相關(guān)；太陽輻射在3種尺度下與樹干液流速率的相關(guān)關(guān)系不明確。3種尺度下的逐步回歸方程，以月尺度下的相關(guān)系數(shù)最大?！窘Y(jié)論】在較大的時間尺度上，通過對少量環(huán)境因子的監(jiān)測便能推算整株植物甚至整個林分的耗水量；在較小時間尺度上，液流速率受較多環(huán)境因子影響，且對每個環(huán)境因子的分辨率較高。因此，用環(huán)境因子估算整株植物或整個林分耗水不能達(dá)到很高的精準(zhǔn)度，還需采用直接測定的方法。

蘋果；熱擴(kuò)散探針法；液流速率；時間尺度；環(huán)境因子

0 引言

【研究意義】黃土塬區(qū)地處中國西北部，是典型的旱作農(nóng)耕區(qū)。該區(qū)輻射能源豐富、晝夜溫差大、空氣污染小，已經(jīng)成為全國最佳蘋果優(yōu)生地之一。該區(qū)生產(chǎn)的蘋果色艷質(zhì)佳、效益高，是其主要的經(jīng)濟(jì)來源之一，且近年來發(fā)展迅速，成為頗具影響力的區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)。然而，該區(qū)水資源匱乏，年降水少，且年際變化較大，年內(nèi)分布極不均勻[1]，加上果園內(nèi)果樹的蒸騰、地面蒸發(fā)遠(yuǎn)大于降水補給，使得水分成為限制蘋果生長及產(chǎn)量與品質(zhì)的最重要因素。因此，研究該區(qū)蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系對如何合理及有效利用該區(qū)有限的水資源具有重要的理論價值。研究該區(qū)域蘋果林蒸騰耗水規(guī)律、水分與樹木生長的關(guān)系、環(huán)境因子對蒸騰耗水的影響，對提高蘋果林地水分生產(chǎn)效率具有重要的指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物蒸騰作用是陸生植物吸收CO2并喪失水分的過程，其需水狀況和水分脅迫均通過蒸騰速率表現(xiàn)[2-3]。熱擴(kuò)散探針法（thermal dissipation probe，TDP）測定樹干液流具有連續(xù)、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的特點，被廣泛應(yīng)用于樹木蒸騰耗水研究[4-5]。國內(nèi)應(yīng)用TDP法研究液流速率始于20世紀(jì)90年代[6]。前人對液流速率的研究多是在小時尺度上進(jìn)行的，趙春彥等[7]對荒漠河岸胡楊樹干液流時滯效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，不同月份胡楊樹干液流速率對不同環(huán)境因子的時滯不同。Manuel[8]分析了環(huán)境因素對液流速率的影響，結(jié)果表明，液流速率與太陽輻射呈正相關(guān)關(guān)系，且液流速率相對太陽輻射具有一定的滯后性，平均滯后時間為1.5 h。Huang等[9]對影響中國北方半干旱地區(qū)柳樹液流動態(tài)變化的環(huán)境因素進(jìn)行研究，結(jié)果表明液流速率與太陽輻射、空氣溫度呈正相關(guān)關(guān)系，與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。Guo等[10]對西藏冷杉液流與環(huán)境因子關(guān)系的研究結(jié)果表明，冷杉的液流速率與微氣象因子呈現(xiàn)緊密的相關(guān)關(guān)系，與光合有效輻射、空氣溫度、降雨和相對濕度線性相關(guān)。Vose等[11]的研究結(jié)果表明，當(dāng)水汽壓差大于1 kPa時，液流速率顯著下降。Zhang等[12]對梨樹液流特征的研究結(jié)果表明，液流速度與氣象因素的相關(guān)性順序依次為太陽輻射、水汽壓差、相對濕度和空氣溫度。張涵丹等[13]對典型黃土區(qū)油松樹干液流變化特征進(jìn)行分析的結(jié)果表明，油松液流速率與氣象因子顯著相關(guān)，對液流速率影響的大小順序為：太陽輻射＞水汽壓虧缺＞相對濕度＞大氣溫度。Nakai等[14]對日本柳杉莖干液流速率的晝夜變化進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，柳杉莖干液流速率呈現(xiàn)明顯的晝夜規(guī)律性，光照與形成層、韌皮部的液流速率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且液流速率由邊材向內(nèi)呈減小趨勢。在不同時間尺度上有關(guān)液流速率的研究大多針對的是非經(jīng)濟(jì)林，F(xiàn)iora等[15]利用該方法分析了日、季節(jié)尺度下銀冷杉和挪威云杉液流密度徑向分布特征，指出樹干液流密度的徑向分布與樹所處的位置和它的冠層特征有關(guān)，氣象因子也可以有效地改變?nèi)蘸图竟?jié)尺度下樹干的液流密度；王文杰等[16]對不同時間尺度下興安落葉松樹干液流密度與環(huán)境因子關(guān)系的研究表明，尺度越大，與樹干液流顯著相關(guān)的環(huán)境因子數(shù)越少，相關(guān)系數(shù)越高。李少寧等[17]對不同時間尺度下楊樹人工林液流密度特征進(jìn)行的研究表明，液流密度表現(xiàn)為晴天＞陰天＞雨天，夏季＞秋季＞春季，且均呈單峰曲線?！颈狙芯壳腥朦c】目前對液流速率的研究多從小時尺度（或10 min到30 min尺度）推算液流速率與氣象因子關(guān)系的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚚18-20]，有關(guān)日、月尺度下黃土塬區(qū)蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子關(guān)系方面的研究相對較少；關(guān)于在不同時間尺度下，環(huán)境因子對黃土塬區(qū)蘋果樹干液流速率的影響是否一致，哪種尺度下估算的液流速率更能代表整個林地的液流水平方面的研究也需要加強(qiáng)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以黃土高原溝壑區(qū)的典型代表長武塬為研究區(qū)，選取19年生蘋果林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，利用熱擴(kuò)散探針法（TDP）對小時、日、月尺度蘋果樹干液流進(jìn)行監(jiān)測，分析液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系，建立二者經(jīng)驗?zāi)Ｐ停瑥亩鞔_通過環(huán)境因子估算19a蘋果樹耗水速率在不同時間尺度上的可行性。以期為該區(qū)有限水資源條件下蘋果發(fā)展的科學(xué)布局、合理地制定果園管理措施和增強(qiáng)其生產(chǎn)能力提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于長武縣城以西12 km的王東溝小流域（107°40′30″—107°42′″ E，35°12′16″—35°16′00″ N），屬于暖溫帶半濕潤、大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。主要土壤類型是黏黑壚土，母質(zhì)為中壤質(zhì)馬蘭黃土，田間持水量為23%，凋萎含水量為10.6%。近年降水量最大為813.2 mm，最小為369.5 mm，多年平均為584.1 mm，2014年降水量為456 mm，小于多年平均降水；年日照時數(shù)為2 226.5 h，日照率51%，年總輻射為48.4 kJ·cm-3；最高氣溫36.9℃，最低氣溫-24.9℃，年均氣溫9.1℃，年積溫2 994℃，無霜期171 d[21]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇 選擇面積為1 000.5 m2的19年生‘紅富士’蘋果林于2014年5—9月進(jìn)行試驗，蘋果樹平均胸徑15.8 cm，株行距3.5 m×4 m，林分密度720株/hm2，郁閉度0.79。果園定期進(jìn)行病蟲害防治，適時進(jìn)行拉枝剪梢、套袋、保墑、追肥、鋤草。

1.2.2 樹干液流的測定 采用熱擴(kuò)散液流探針法通過檢測插入樹干邊材的一對有熱電偶的探針溫差來計算液流速率值[22]。所用植物莖流計為美國Dynamax公司生產(chǎn)的插針式FLGS-TDP，探針型號為TDP-10，長10 mm，針頭直徑為1.2 mm。試驗林地內(nèi)選擇8株標(biāo)準(zhǔn)果樹（生長良好、樹干通直、無病蟲害的蘋果樹），用數(shù)據(jù)采集器CR 1000（Campbell Scientific，UN）和PC 400來調(diào)節(jié)莖流計的工作電壓和檢測熱電偶，每60 s獲取一次數(shù)據(jù)并記錄每半小時的平均值。邊材液流速率由以下公式計算[4]：

（1）

SF=0.0119K1.231（2）

式中，K為無量綱參數(shù)，用于消除液流速率為零時的溫差；dTm為無液流時加熱探針與參考探針的最大溫差（℃）；dT為瞬時溫差值（℃）；SF為液流速率（cm·s-1），其中，dTm和dT均為儀器自動監(jiān)測結(jié)果。

TDP莖流計的安裝步驟：（1）準(zhǔn)備探針安裝位點：在樹干上距離地面80 cm高處去除樹干表層粗糙的樹皮。（2）鉆孔：把鉆模放在準(zhǔn)備好的位置后用鉆頭鉆30 mm深的孔，兩個孔之間距離40 mm。（3）安裝探針：把加熱探針慢慢地插入鉆孔中，留2—3 mm針管在外面。注意不要拉動探針連接處的導(dǎo)線，安裝好之后把電纜固定到樹干上。

1.2.3 環(huán)境因子的測定 氣象數(shù)據(jù)由位于距樣地50 m處自動氣象觀測站連續(xù)監(jiān)測獲取。測定指標(biāo)主要有太陽總輻射（solar radiation，Rs）（W·m-2）、風(fēng)速（wind speed，Ws）（m·s-1）、地表溫度（soil temperature，Ts）（℃）和水汽壓差（vapor pressure deficit，VPD，采用kPa），每h記錄一次。水汽壓差反映大氣溫度和相對濕度的協(xié)同效應(yīng)，其計算公式為：

VPD=0.611e[17.502T/(T+240.97)](1-RH) （4）

式中，T為空氣溫度（℃），RH為空氣相對濕度（%）。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 運用Origin9.0和PASW22.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析及作圖。

2 結(jié)果

2.1 小時尺度下19年生蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系

2.1.1 樹干液流速率的變化規(guī)律 圖1顯示了小時尺度下幼果期、果實膨大期、果實著色期的5個典型晴天（2014/5/20、2014/6/18、2014/7/2、2014/8/1、2014/9/3）時，19年生蘋果樹干液流速率的動態(tài)變化規(guī)律。結(jié)果表明，在不同生長期，小時尺度下19年生蘋果樹干液流速率曲線呈現(xiàn)明顯的晝夜變化規(guī)律，晝高夜低，整體上表現(xiàn)為單峰曲線，在7月2日，峰值出現(xiàn)波動。液流速率達(dá)到峰值后，會處于一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)。以7月2日（果實膨大期）為例，樹干液流速率在7：30急速上升，12：30時達(dá)到峰值，20：30急速下降，維持較高速率的時間約為9 h（在12：30時達(dá)到峰值之后，液流速率有一定幅度的下降，直到15：30有所回升，隨后出現(xiàn)一個急速下降的現(xiàn)象，這些曲線在達(dá)到峰值以后均呈現(xiàn)出這種規(guī)律）。

圖1 小時尺度下蘋果樹干液流速率變化規(guī)律

2.1.2 樹干液流速率與各個環(huán)境因子的相關(guān)性 圖2顯示了幼果期、果實膨大期、果實著色期的5個典型晴天（2014/5/20、2014/6/18、2014/7/2、2014/8/1、2014/9/3）時，19年生蘋果樹干液流速率與太陽輻射、風(fēng)速、水汽壓差和地表溫度4個主要環(huán)境因子的相關(guān)性。結(jié)果表明，樹干液流速率的變化受到環(huán)境因子和蘋果樹生理機(jī)能的共同影響。液流速率與太陽輻射、水汽壓差、地表溫度的變化不同步，最大峰值較太陽輻射晚0.5 h左右，較地表溫度和水汽壓差最大值提前2 h左右，當(dāng)?shù)乇頊囟却笥?0℃時，液流速率顯著上升。由分析結(jié)果可知，19年生蘋果樹干液流速率與太陽輻射、風(fēng)速、地表溫度、水汽壓差均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。樹干液流速率與各個環(huán)境因子的pearson相關(guān)系數(shù)(VPD)=0.785**＞(Ts)=0.618**＞(Rs)= 0.517**＞(Ws)=0.460**（**表示在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)）。

圖2 小時尺度下蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的變化規(guī)律

2.1.3 小時尺度下樹干液流速率與環(huán)境因子的逐步回歸分析 以樹干液流速率為因變量，各個環(huán)境因子為自變量，依據(jù)引入因子P1＜0.05，剔除因子P2＞0.1的準(zhǔn)則，利用多元線性逐步回歸分析中的自淘汰變量法，建立液流速率與環(huán)境因子的綜合關(guān)系模型。19年生蘋果樹干液流速率在與各個環(huán)境因子的逐步回歸方程中，進(jìn)入方程的環(huán)境因子有太陽輻射、水汽壓差、風(fēng)速和地表溫度，可以解釋液流速率變化的77.9%。置信水平為95%，回歸方程為v=-11.683+2.3VPD+ 0.009Rs+0.55Ts+0.880Ws，達(dá)到顯著水平（＜0.01），較好地解釋了小時尺度下蘋果樹干液流速率變化與各環(huán)境因子的復(fù)合相關(guān)關(guān)系。

2.2 日尺度下19年生蘋果林齡樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系

2.2.1 樹干液流速率變化規(guī)律 圖3顯示了幼果期、果實膨大期、果實著色期的典型晴天時，19年生蘋果樹干液流速率在日尺度下的變化規(guī)律?？傮w上講，在不同時期的典型晴天，19年生蘋果樹干液流速率日均值在3.21—9.90 cm·d-1，整體表現(xiàn)為8月＞7月＞6月＞9月＞5月，5月18日液流速率日均值最低，8月25日液流速率日均值最高。

圖3 日尺度下蘋果樹干液流速率變化規(guī)律

2.2.2 樹干液流速率與環(huán)境因子的相關(guān)性分析 在日尺度下，樹干液流速率與地表溫度和水汽壓差的變化同步進(jìn)行。地表溫度在5月和6月初維持在一個相對較低的水平，從6月中旬到中下旬維持在一個相對較高的水平，而從7月下旬到8月中旬，地表溫度顯著上升，8月下旬至9月，地表溫度比5月略高。由分析可知，19年生的蘋果樹干液流速率與地表溫度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與水汽壓差則呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與太陽輻射和風(fēng)速相關(guān)關(guān)系不顯著。樹干液流速率與各個環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)為：(Ts)=0.682**＞(VPD)=-0.552**＞(Rs)= -0.293＞(Ws)=-0.279（**表示在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)）（圖4）。

圖4 日尺度下蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的變化規(guī)律

2.2.3 樹干液流速率與環(huán)境因子的逐步回歸分析 建立液流速率與環(huán)境因子的綜合關(guān)系模型，如表1所示。日尺度下，進(jìn)入19a蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子回歸方程中的環(huán)境因子有水汽壓差和地表溫度。地表溫度是第一個進(jìn)入的環(huán)境因子，能解釋19a蘋果樹干液流速率變化的46.5%，地表溫度每增加一個單位，液流速率增加0.404個單位；第二個進(jìn)入的環(huán)境因子是水汽壓差，這個能夠顯示Ts和VPD對樹干液流速率復(fù)合影響的回歸方程可以較好地解釋19a蘋果樹干液流速率的變化，其相關(guān)系數(shù)提高到77.1%?；貧w方程達(dá)到了極顯著水平（＜0.01），且能較好地解釋日尺度下蘋果樹干液流速率變化與各環(huán)境因子變化的復(fù)合相關(guān)關(guān)系。

表1 日尺度下樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系模型

置信水平為95%。下同The confidence level is 95%. The same as below

2.3 月尺度下19年生蘋果樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系

2.3.1 樹干液流速率的變化規(guī)律 圖5顯示了典型晴天幼果期、果實膨大期、果實著色期19年生蘋果樹干液流速率月尺度下（剔除儀器故障天與陰雨天）的變化規(guī)律。結(jié)果表明，月尺度下蘋果生長季內(nèi)樹干液流速率月均值在4.12—8.46 cm·m-1，整體表現(xiàn)為8月＞7月＞6月＞9月＞5月，8月液流速率均值最高。

圖5 月尺度下蘋果樹干液流速率變化規(guī)律

2.3.2 樹干液流速率與環(huán)境因子的相關(guān)性分析 在月尺度下，蘋果樹干液流速率與地表溫度的變化具有同步性。由分析可知，19年生的蘋果樹干液流速率與地表溫度和水汽壓差呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與風(fēng)速和太陽輻射相關(guān)關(guān)系不顯著。樹干液流速率與各個環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)為：(Ts)=0.991**＞(Rs)=-0.896*＞(Ws)=-0.426＞(VPD)=-0.076（**表示在0.01水平（雙側(cè)）上顯相關(guān)；*表示在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)）（圖6）。

2.3.3 樹干液流速率與環(huán)境因子的逐步回歸分析 建立液流速率與環(huán)境因子的綜合關(guān)系模型，如表2所示。月尺度下，進(jìn)入回歸方程的環(huán)境因子均只有地表溫度，地表溫度每增加一個單位，19年生蘋果樹干液流速率增加0.509個單位，這個回歸方程能解釋其液流速率變化的98.1%?；貧w方程達(dá)到了顯著水平（＜0.01），且能較好地解釋月尺度下蘋果樹干液流速率變化與各環(huán)境因子變化的復(fù)合相關(guān)關(guān)系。

表2 月尺度下樹干液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系模型

3 討論

小時尺度下，19年生的蘋果樹干液流速率與太陽輻射、地表溫度、水汽壓差的變化趨于一致，具有相同的峰形，但有明顯的時滯效應(yīng)（圖2），原因是環(huán)境因子并不直接影響樹干液流速率，而是通過影響植物的生理變化過程，進(jìn)而影響樹干液流速率，反映在植物液流速率的變化上需要一定的時間，這與王力等[20]的研究結(jié)果一致。在液流速率達(dá)到峰值后，會處于一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)，一般持續(xù)3—5 h，保持一個“高峰平臺”[23]。在此期間，液流速率會出現(xiàn)相對下降的趨勢，然后稍微回升，原因在于液流速率達(dá)到峰值后有嚴(yán)重的水分脅迫現(xiàn)象，由果樹導(dǎo)管內(nèi)形成的空穴和栓塞所造成[23-24]。樊大勇等[25]認(rèn)為，水分脅迫時會有壓力差存在于充水管道和外部環(huán)境之間，導(dǎo)管水勢降低，導(dǎo)管中水柱張力就會變大，形成空穴，進(jìn)而引起輸水通道栓塞化，從而阻礙水分的運輸，減少蒸騰，表現(xiàn)為液流速率相對下降；過了水分脅迫的時間后，液流速率稍微回升。典型晴天液流速率峰值均出現(xiàn)在12：00左右，而7月2日16：00的液流速率為25.72 cm·s-1，遠(yuǎn)高于12：00（21.52 cm·s-1）和13：00（21.58 cm·s-1），可能是儀器或其他原因造成的異常值。

小時尺度下，樹干液流速率變化與太陽輻射一致，太陽輻射直接影響果樹葉片氣孔的開閉和葉片的溫度，隨著太陽輻射增加，氣孔打開，氣孔阻力減小，與此同時，葉片溫度和空氣溫度也增加，使得水汽壓差增大，水分子擴(kuò)散速度加快，促進(jìn)了根系對水分的吸收，提高了水分在植物體內(nèi)的運輸速率。太陽輻射同時會影響地表和植物體的溫度，相對濕度也會受到影響，空氣溫度越高，空氣中所包括的水氣也就越多[26]。風(fēng)速對液流速率的影響比較復(fù)雜，風(fēng)會將葉片氣孔表面的水汽吹走，使葉片內(nèi)外的水汽壓差增大，從而加速蒸騰；也會使葉片的溫度下降，葉片失水，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱[27]。

日尺度下，從5—8月，隨地表溫度升高，蘋果樹的根系活動增強(qiáng)，對水分的有效利用率增大，液流速率隨著根系吸水速率的提升而增加；9月，受降雨影響，地表溫度下降，液流速率也隨之下降。這可能是由于地表溫度峰值相對液流速率的峰值有一定的滯后，原因在于土壤對液流速率的影響是一個長期過程且土壤具有極大的熱容性和熱傳導(dǎo)阻力[28]。劉鑫等[29]的研究結(jié)果也表明，杉木日均液流速率與環(huán)境因子的關(guān)系中，與地表溫度的相關(guān)性最高。

月尺度下，8、9月處于雨季，但溫度仍然相對較高，因此液流速率維持在一個較高的狀態(tài)。19年生果樹樹干液流速率表現(xiàn)為8月＞7月＞6月＞9月＞5月，這與桑玉強(qiáng)等[30]對核桃樹的研究不一致（最大值出現(xiàn)在6月），出現(xiàn)這種不同現(xiàn)象的原因有3方面：（1）19年生蘋果樹對各個環(huán)境因子復(fù)合作用的反饋與核桃樹不同；（2）7、8月比較干旱且溫度較高，果農(nóng)對林內(nèi)進(jìn)行鋤草，影響了林內(nèi)的土壤含水量和地表溫度；（3）草與果樹對光熱等自然條件進(jìn)行分散，影響果樹的蒸騰。隨著時間尺度的增大，與液流速率顯著相關(guān)的環(huán)境因子數(shù)逐漸減少，且地表溫度始終是19年生蘋果樹干液流速率的主導(dǎo)環(huán)境因子，可能是由小尺度下樹干液流對環(huán)境因子的分辨率高于大尺度下樹干液流對環(huán)境因子的分辨率引起，這與王文杰等[16]對興安落葉松樹干液流密度與環(huán)境因子關(guān)系的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

4.1 小時尺度下，19年生蘋果樹干液流速率與各個環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系最密切的是水汽壓差。樹干液流速率與環(huán)境因子的逐步回歸方程為：v=-11.683+ 2.3VPD+0.009Rs+0.55Ts+0.880Ws。日尺度下，與19年生蘋果樹干液流速率顯著相關(guān)的環(huán)境因子僅有地表溫度和水汽壓差。地表溫度影響土壤水分的運移，進(jìn)而控制樹干液流速率的日變化過程。月尺度下，19年生蘋果樹干液流速率整體表現(xiàn)為8月＞7月＞6月＞9月＞5月，進(jìn)入逐步回歸方程的環(huán)境因子只有地表溫度。

4.2 時間尺度越大，與蘋果樹干液流速率相關(guān)的環(huán)境因子越少，但地表溫度始終都是其主導(dǎo)因子，且相關(guān)系數(shù)隨著時間尺度的增大而增大；風(fēng)速只在小時尺度下與樹干液流速率極顯著相關(guān)。水汽壓差在小時尺度下與樹干液流速率極顯著正相關(guān)，在日尺度下與樹干液流速率極顯著負(fù)相關(guān)；太陽輻射在3種尺度下與樹干液流速率的相關(guān)關(guān)系不明確。3種尺度下的逐步回歸方程，月尺度下的相關(guān)系數(shù)最大。在較大的時間尺度上，通過對少量環(huán)境因子的監(jiān)測便能推算整株植物甚至整個林分的耗水量；在較小時間尺度上，液流速率受較多環(huán)境因子影響，且對每個環(huán)境因子的分辨率較高。因此，用環(huán)境因子估算整株植物或者整個林分耗水不能達(dá)到很高的精度，還需結(jié)合采用直接測定的方法。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

The Relationship between Sap Flow Velocity and Environmental Factors of the 19 a Apple Trees on the Loess Plateau at Different Time Scales

ZHANG Jing1, WANG Li1, HAN Xue1, ZHANG Lin-sen2

(1College of Resources and Environment, Northwest A&F University/State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi;2College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】The Changwu Tableland was taken as a study area in consideration of its typical representative of the Loess Plateau. The purposes of the study were to estimate water consumption rate of 19 a apple trees at different time scales by environmental factors, and provide a theoretical basis for the scientific distribution, sustainable management and production capacity of apple trees. 【Method】Thermal dissipation probe (TDP) was used to measure sap flow velocity of 8 standard 19 a apple trees on the Changwu Tableland located on the Loess Plateau from May to September, 2014, the data collector CR1000 (Campbell Scientific, UN) was used to collect and analyze the data, and the meteorological data were monitored continuously by automatic weather station 50 m away from the plot. The characteristics of sap flow were analyzed, and the relationship model between the rate of sap flow rate and environmental factors at different time scales was established.【Result】 The most close correlations between the sap flow velocity of the 19 a apple tree and various environmental factors at the hour scale was vapor pressure difference (VPD). Radiation (Rs), wind velocity (Ws) and soil temperature (Ts) also showed significant correlations with the sap flow. The sap flow curve had a single peak. The empirical model for the hour scale was: v=-11.683+2.3VPD+0.009Rs+0.55Ts+0.880Ws.At the day scale, Ts and VPD were significantly correlated with the sap flow velocity. The empirical model for the day scale was: v=1.637+0.404Ts- 3.097VPD. The sap flow velocity showed an order of August＞July＞June＞September＞May. Only Ts showed a correlation with the sap flow velocity. The empirical model for the month scale was: v=-3.524+0.509Ts. With the increasing time scales, the number of environmental factors associated with the sap flow velocity was gradually reduced, but Ts was the dominant factor at every scale and the correlation coefficients were gradually increased. Wind velocity (Ws) showed a significant correlation at the hour scale. VPD had a significantly positive correlation with the sap flow velocity at the hour scale and a significant and negative correlation at the day scale. The correlation between the Rs and sap flow velocity at the three time scales was not found. For the three stepwise regression equations, the correlation coefficient for the month scale was the largest. 【Conclusion】At the larger time scale, the consumption of water can be estimated by monitoring a small number of environmental factors, but at the smaller time scales, most of the environmental factors will influence the sap flow. Therefore, estimates of the consumption by the environmental factors cannot be achieved with a great accuracy, and the method of TDP needs to be used to monitor the consumption.

apple; TDP; sap flow velocity; time scale; environment factor

2016-01-17；接受日期：2016-04-13

國家自然科學(xué)基金（41390463，41571218）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費（2452015120）

張靜，E-mail：tdcq0306@126.com。通信作者王力，E-mail：wangli5208@nwsuaf.edu.cn