孫萌 趙爽 李寒齊國輝 張雪梅

(河北省林木種質(zhì)資源與森林保護重點實驗室(河北農(nóng)業(yè)大學)，保定，071000) (河北省核桃工程技術(shù)研究中心(河北農(nóng)業(yè)大學))

地面覆蓋對核桃樹干液流變化動態(tài)的影響1)

(河北省林木種質(zhì)資源與森林保護重點實驗室(河北農(nóng)業(yè)大學)，保定，071000) (河北省核桃工程技術(shù)研究中心(河北農(nóng)業(yè)大學))

為探明地面覆蓋對核桃樹干液流變化動態(tài)的影響，以盛果期核桃為試驗材料，對各試驗樹進行連續(xù)觀測。結(jié)果表明：從核桃莖流通量的典型日變化特征來看，晴天各處理的樹干液流日變化呈單峰曲線，陰天呈多峰曲線，各處理變化趨勢一致。在干旱季節(jié)(6月份)，覆蓋有機肥、覆蓋碎木屑及對照的日最大莖流通量分別為8 183.86、5 765.06、7 269.31 g·h-1，處理間差異顯著；在雨季(8月份)，各處理日最大莖流通量分別為6 468.12、5 670.28、7 093.32 g·h-1，處理間差異不顯著。晴天各處理的日累積莖流通量分別為72 373.52、54 797.61、62 674.55 g，處理間差異顯著；陰天各處理的日累積莖流通量分別為54 945.03、47 248.34、48 476.46 g，處理間差異不顯著。各處理的莖流通量與土壤溫度的相關(guān)系數(shù)均達0.9以上，而覆蓋處理的莖流通量與土壤溫度的相關(guān)系數(shù)均在0.95以上；各處理的莖流通量與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)均達0.85以上。

地面覆蓋；核桃樹；莖流通量

核桃樹(JuglansregiaL.)是我國重要的經(jīng)濟林樹種之一，不僅營養(yǎng)價值高，經(jīng)濟效益也相當可觀。近年來，我國核桃的栽培面積大幅度上升，核桃已經(jīng)成為山區(qū)老百姓脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，我國大部分核桃栽培區(qū)均在山區(qū)和丘陵區(qū)，該類地區(qū)多數(shù)干旱缺水。因此，如何提高土壤水分的利用率、簡化栽培管理措施，是當今核桃栽培管理過程中急需解決的問題。植物吸收的水分只有1%～5%用于代謝，大部分被蒸騰散失掉[1]，因此，采取措施降低樹體蒸騰，減少地面蒸發(fā)是提高土壤水分利用率的重要途徑。行內(nèi)地面覆蓋、生草等土壤管理措施在美國、日本等國家早已廣泛應用，我國近幾年也在蘋果園、核桃園、梨園、棗園等[1-8]開始逐漸使用。

研究地面覆蓋效應的學者很多，但大多集中在土壤理化環(huán)境等方面，對樹干液流特征的研究主要集中在用材林和防護林(如樟子松、馬尾松、杉樹、櫟樹等)，影響樹干液流的關(guān)鍵環(huán)境因子主要有太陽有效輻射、空氣水汽壓虧缺、土壤溫度和土壤含水量等[9-14]。地面覆蓋直接影響的環(huán)境因子是土壤溫度和土壤含水量，有機覆蓋物可以有效緩沖地溫突變[15-16]，可以有效減少地面蒸發(fā)，改善土壤水分狀況[17-18]。因此，研究地面覆蓋對核桃樹干液流特征的影響具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

試驗地設(shè)在河北綠嶺果業(yè)有限公司侯家韓核桃示范基地。該地位于太行山南段東麓臨城縣丘陵區(qū)，海拔80～135 m，年均降水量521 mm，年均氣溫13 ℃，極端最高氣溫41.8 ℃，極端最低氣溫為-23 ℃。2016年5—8月份的月累積降水量分別為54.3、81.6、363.6、178.8 mm。其中，7月19—20日，邢臺市大部分地區(qū)出現(xiàn)百年不遇的強降水，部分地區(qū)遭受洪澇災害，試驗區(qū)內(nèi)未遭災，但降水量達到300 mm。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計

以2007年春季栽植的核桃-苜蓿復合林為試驗地，株行距為3 m×5 m。選擇生長發(fā)育良好、樹勢相對一致的核桃樹90株，試驗設(shè)行內(nèi)覆蓋有機肥、碎木屑和對照處理；隨機區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)10株，3次重復；2016年4月上旬，分別將覆蓋材料覆蓋到樹行內(nèi)，覆蓋厚度為10 cm；以不覆蓋為對照，有機肥為干雞糞，碎木屑為粉碎的核桃枝條。

2.2 土壤溫濕度的測定

采用TRIME-T3 TDR管式土壤水分測量系統(tǒng)進行測定，測定時間為09:00，分別測定0～20、20～40、40～60、60～80 cm土層土壤體積含水量，然后將各土層土壤體積含水量求平均值，平均值即為各處理的土壤體積含水量。土壤溫度采用電子地溫計分別測定5、15、25、45、65 cm地溫，測定時間為08:00—18:00，每隔2 h測定1次，然后將各土層的土壤溫度求均值，再將各時間點的土壤溫度求均值，該值代表各處理的土壤溫度。

2.3 核桃樹干液流測定

本試驗于2016年5—8月份，采用FLGS-TDP插針式莖流計對各處理試驗樹進行連續(xù)觀測。分別在每個小區(qū)中選取生長基本一致的試驗樹各1株，每個處理3株，共9株，利用生長錐測量各樣木的邊材面積(見表1)。在靠近樹干底部距地面約0.5 m處的樹干東側(cè)，安裝經(jīng)過校正的監(jiān)測液流的熱脈沖探針，探針長30 mm，用專用規(guī)格的鉆頭及專用打孔模具平行鉆取上下距離相差4 cm的小孔，然后用95%的無水乙醇對小孔進行消毒，隨后將探針上下交替逐步插入孔內(nèi)，并用專用橡皮泥和泡沫模瓣固定，最后用反光鋁箔包裹。探針另一端連接PC400數(shù)據(jù)采集器自動記錄并存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)每10 min采集一次，存儲每30 min的平均值，整套裝置用12 V蓄電池供電，交流電進行充電。

樹干液流速率(單位時間內(nèi)，單位面積通過的液流量)：

V=0.0119×[(DTM-DT)/DT]1.231。

式中：V為樹干液流速率；DT為上下兩探針溫度差；DTM為一天中兩探針最大溫差值。

樹干液流通量(單位時間內(nèi)通過某一斷面邊材面積上的液流量)：

F=V×S。

式中：F為樹干液流通量；S為邊材面積。

單株日蒸騰量(即樹木在24 h內(nèi)通過某一斷面邊材面積上的總液流量)：

Q=0.5×∑Fn。

式中：Q為單株日蒸騰量，F(xiàn)n為儀器記錄的每個時間點的莖流通量，n=1、2、3、…、48。

數(shù)據(jù)采用Duncan LSR法進行統(tǒng)計分析，Pearson法進行相關(guān)性分析。

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表1 試驗樣木情況

3 結(jié)果與分析

3.1不同覆蓋處理對核桃樹干液流變化特征的影響

3.1.1不同覆蓋處理對核桃樹干莖流通量典型晝夜變化特征的影響

由圖1可知。所有處理的核桃樹干莖流通量晝夜變化曲線均呈“單峰”或“雙峰”型。在晴天和陰天，核桃樹各處理的樹干莖流通量日變化為“單峰”曲線，晴天的日最大莖流通量持續(xù)時間較長，呈寬峰，陰天日最大莖流通量持續(xù)時間較短，呈窄峰。晴天07:00開始莖流通量逐漸上升，10:00莖流通量達到峰值，并一直穩(wěn)定在峰值，16:00莖流通量開始下降，20:00樹干莖流通量幾乎消失。陰天08:00莖流通量開始上升，12:00莖流通量達到頂峰，之后莖流通量開始下降，19:00莖流通量才逐漸消失。在多云天氣及雨天，各處理樹干莖流通量晝夜變化曲線呈現(xiàn)“雙峰”型，該天氣下的樹干莖流通量受外界環(huán)境影響較大，短時間降水可能造成莖流通量驟降，降水停止后，莖流通量又逐漸上升，從而出現(xiàn)兩個峰值。

各處理間莖流通量由大小順序為覆蓋有機肥處理、對照、覆蓋碎木屑處理。6月份覆蓋有機肥處理的莖流通量上升速率較快，日最大莖流通量最高(8 183.86 g·h-1)，覆蓋碎木屑處理的莖流通量上升最慢，日最大莖流通量最小(5 765.06 g·h-1)，原因是覆蓋有機肥處理的土壤溫度較高，而覆蓋碎木屑處理的土壤溫度較低，同時覆蓋處理的土壤水分狀況也較好。

圖1 各處理核桃樹干莖流通量晝夜變化動態(tài)

5月份氣候干旱，各處理間的莖流通量差異極顯著，尤其是10:00—16:00，樹干莖流通量處于峰值，覆蓋有機肥處理的莖流通量最高，日均值達3 114.46 g·h-1，極顯著高于對照(2 647.92 g·h-1)，對照極顯著高于覆蓋碎木屑處理(1 782.22 g·h-1)。6月份與5月份相比，隨氣溫的升高，所有處理的單株莖流通量均呈上升趨勢，處理間差異減小。7月份陰雨天氣較多，尤其是7月19—20日，降水量達278 mm，各處理的樹干莖流通量均幾乎為零，7月份與6月份相比，日最大莖流通量有下降趨勢。8月份，降水充足，多云天氣較多，單株莖流通量各處理間莖流通量差異不大。

3.1.2不同覆蓋處理對核桃單株累積莖流通量日變化的影響

由圖2可知，晴天(6月13日)，從10:00開始，覆蓋有機肥處理的核桃單株累積莖流通量一直高于對照，對照高于覆蓋碎木屑處理，并且差值逐漸增大，直到20:00樹干莖流消失，各處理的累積莖流通量不再增加，日累計莖流通量分別為72 373.52、54 797.61、62 674.55 g。陰天(7月13日)，覆蓋有機肥處理的核桃單株累積莖流通量達到54 945 g，高于對照和覆蓋碎木屑處理，而覆蓋碎木屑處理與對照之間趨勢一致，無顯著差異。晴天的莖流通量高于陰天。

圖2 各處理晴天和陰天單株累積莖流通量

3.1.3不同覆蓋處理對核桃單株莖流通量月變化的影響

注：同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.2 地面覆蓋對土壤溫度和土壤含水量的影響

由表3可知，所有處理的土壤溫度均隨環(huán)境溫度的升高而升高，8月份雨水較大，陰雨天氣較多，導致該月份平均土壤溫度有所下降。除8月10日外，所有日期的土壤溫度均表現(xiàn)為覆蓋有機肥處理高于對照、高于覆蓋碎木屑處理。與對照相比，覆蓋有機肥處理土壤溫度日均值最大提高了0.73 ℃，覆蓋碎木屑處理最多降低了0.88 ℃。這是由于隨土層的加深，覆蓋物對土壤溫度的影響逐漸下降，這樣用各層土壤溫度均值來代表處理的土壤溫度，求均值的過程使處理間差異降低。

由表4可知，覆蓋處理均提高了土壤含水量，與對照相比，覆蓋有機肥處理的土壤含水量最大提高了37%，覆蓋碎木屑處理的土壤含水量最大提高了19%；7月10日以前，各覆蓋處理及對照間差異顯著，7月20日，各處理間無顯著差異，這是由7月19日的強降雨所致。7月20日之后，兩個覆蓋處理的土壤含水量之間無顯著差異，但二者均顯著高于對照。

表3 各處理的5—8月份的土壤溫度

注：表中數(shù)值為“平均值±標準差”。

由于覆蓋物改變了大氣與土壤水熱交換界面，從而影響了土壤的吸熱、散熱以及水分蒸發(fā)狀況，從而影響了土壤的水熱環(huán)境。

表4 各處理的5—8月份的土壤含水量

注：表中數(shù)值為“平均值±標準差”。

3.3不同覆蓋處理樹干莖流通量與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性

由表5可知，莖流通量與土壤溫度、土壤含水量均呈顯著正相關(guān)，其中，所有處理的莖流通量與土壤溫度的相關(guān)系數(shù)均達0.90以上，而覆蓋處理的莖流通量與土壤溫度的相關(guān)系數(shù)在0.95以上；所有處理的莖流通量與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)均達0.85以上，而對照的莖流通量與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)達0.90以上。因此，核桃樹干莖流通量直接受土壤溫度和土壤含水量的影響。

表5 各處理莖流通量與土壤溫度、土壤含水量的相關(guān)性

注：** 表示在0.01水平上差異極顯著，*表示在0.05水平上差異顯著。

4 結(jié)論與討論

通過試驗研究，地面覆蓋可以改變植物體的耗水狀況，干旱季節(jié)，與對照相比，覆蓋有機肥處理提高了核桃樹體莖流通量，而覆蓋碎木屑處理降低了莖流通量；在雨季，各處理與對照之間無顯著差異。晴天，各處理的莖流通量差異較大，而陰天，覆蓋有機肥處理的莖流通量最高，覆蓋碎木屑處理與對照間無顯著差異，與唐敏等[7]、張俊等[8]研究結(jié)果一致。由于2016年7—8月份降水量較大，最大莖流通量出現(xiàn)在6月份。因此，覆蓋碎木屑可以有效降低核桃樹體的蒸騰作用，從而在一定程度上減少了蒸騰耗水，有利于提高植物體的水分利用效率。

覆蓋碎木屑可以在一定程度上降低土壤溫度，而核桃根系對土壤溫度變化特別敏感，這樣就降低了核桃根系遭受高溫危害的可能性，同時降低了樹體蒸騰，樹干液流通量下降。毛云玲等[19]研究表明，覆蓋后土壤溫度日變化幅度減小，且以秸稈覆蓋的土壤溫度最穩(wěn)定，日變化幅度最小，此外秸稈、生草、紙箱覆蓋均有效降低了土壤溫度，與本研究結(jié)果一致[9]。此外，隨著土層的加深，覆蓋對土壤溫度的影響逐漸降低，因此，采用0～65 cm各土層土壤溫度的平均值來代表土壤溫度可能欠妥，因為取平均的過程就縮小了處理間差異，關(guān)于用哪個土層的土壤溫度來代表對土壤根系及樹體有直接作用的土壤溫度有待進一步研究。

大部分關(guān)于覆蓋對土壤水分的研究均表明，覆蓋可以有效提高土壤含水量，提高程度因覆蓋材料的不同而不同[1，5，11-13，20-21]，與本研究結(jié)果一致。由于覆蓋物降低了大氣水分與土壤水分的交換速率，從而有效減少地面蒸發(fā)，提高了土壤含水量。通過相關(guān)分析可知，所有處理的樹干莖流通量與土壤溫度和土壤含水量均呈極顯著正相關(guān)，因此，覆蓋處理與對照之間的差異與土壤溫度和土壤含水量密切相關(guān)。然而研究發(fā)現(xiàn)，除土壤環(huán)境因子外，植物體的液流速率與大氣環(huán)境因子關(guān)系密切(如空氣溫度、空氣相對濕度、太陽輻射、風速以及飽和水汽壓等)[22-25]。因此，關(guān)于地面覆蓋對大氣環(huán)境因子的影響以及覆蓋條件下的環(huán)境因子對樹干液流的影響有待進一步研究。

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EffectsofMulchingonWalnutTrunkSapFlowVariationTrends//

Mulching; Walnut tree; Sap flow

S664.1

1)國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201504408)；河北省科技支撐計劃項目(16236810D)。

孫萌，女，1987年10月生，河北省林木種質(zhì)資源與森林保護重點實驗室(河北農(nóng)業(yè)大學)，博士研究生。E-mail：510030738@qq.com。

齊國輝，河北省核桃工程技術(shù)研究中心(河北農(nóng)業(yè)大學)，教授。E-mail:bdqgh@sina.com。

2017年4月10日。

責任編輯：王廣建。

To prove the effects of mulching on walnut trunk sap flow characteristics, precocious walnut trees of ‘Lvling’ in full fruit were used as trial materials, each test tree was observed continuously. From the perspective of the typical diurnal variation characteristics of sap flow, the daily variation was a single peak curve in the sunny day and multiple peak curve in the cloudy day. In the dry season (in June), daily maximum sap flows of mulching manure, wood chips and control were 8 183.86, 5 765.06 and 7 269.31 g/h, while in the rainy season (in August), they were 6 468.12, 5 670.28 and 7 093.32 g/h, respectively. The diurnal accumulation sap flows of mulching manure, wood chips and control in the sunny weather were 72 373.52, 54 797.61 and 62 674.55 g, while they were 54 945.03, 47 248.34 and 48 476.46 g in the cloudy day, respectively. The correlation coefficients of all treatments between sap flow and soil temperature were above 0.9, while the correlation coefficients of the mulching treatments were above 0.95, and the correlation coefficients of all treatments between sap flow and soil humidity were above 0.85.