楊樹莖流變化及其對氣象因子的響應

聞靚 王旋 劉竹

摘要：擬分析楊樹莖流的變化，探討影響楊樹莖流變化的氣象因子及其響應規律，以期為后續楊木活樹改良及其活樹藥液上升機制的研究提供理論基礎。采用Flow32A-1K包裹式莖流儀測定楊樹的莖流速率，并借助太陽能表、溫濕度計同步測量氣象因子。結果表明，楊樹莖流速率與太陽輻射強度、空氣溫度均有顯著的正相關性，與空氣相對濕度呈負相關。在陰天、晴天條件下，氣象因子對楊樹莖流速率的影響程度有所差異。晴天時，影響程度表現為太陽輻射強度>空氣溫 度> 空氣相對濕度;陰天時，影響程度表現為空氣溫度>太陽輻射強度>空氣相對濕度。

關鍵詞：楊木;莖流速率;莖流變化;氣象因子

中圖分類號： S718.45 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）02-0142-03

楊樹分布廣，生長快，在江蘇省得到了廣泛的種植，其種植及加工產業已成為徐州、淮安、宿遷等城市的支柱產業。但是，由于速生楊木具有生產周期短、密度低、材質松軟、易變色、易腐朽等缺點，從而限制了其高效利用。為了實現劣材優用，須要對楊木進行防腐處理。研究楊樹莖流變化是開展活樹楊木防腐處理的基礎，從楊樹基部注入防腐藥液，藥液隨著樹干莖流流動，向上運輸至樹梢，可以達到活樹楊木防腐處理的目的。植株莖流速率與蒸騰作用、全球輻射、空氣、濕度有關[1-3]，與蒸騰速率也存在一定的關聯性[4]。通過研究楊樹莖流的變化規律，分析太陽輻射、溫濕度氣象因子與楊樹莖流的相關性，對確定活樹防腐藥液注入時間、監控防腐藥液上升高度有重要的作用。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗區位于南京林業大學校內試驗地，地理位置為118°81′E，32°08′N，處于亞熱帶季風氣候區，雨量充沛。試驗區年平均氣溫為15.4 ℃，極端最高氣溫為39.7 ℃，極端最低氣溫為-13.1 ℃，年平均降水量為1 106 mm。土壤pH值為4～6，呈酸性。

1.2 試驗材料

以生長發育正常、無缺陷和病蟲害的南林0895楊（Populus×euramericana‘Nanlin 0895）作為研究對象，選取胸徑約為1.20 cm的3株楊樹（表1），于2017年4月27—29日連續3 d測量楊樹的莖流速率，其中4月27日為陰天，4月 28—29 日為晴天。

1.3 試驗方法

利用Flow32A-1K包裹式莖流儀，將3株楊樹分別用包裹式傳感器進行包裹，詳見表1。數據采集器每10 s進行1次，根據試驗需要，每15 min計算1次莖流速率的平均值，并將其儲存起來。在莖流儀運行的同時，使用泰仕記錄型太陽能表和溫濕度計，每隔15 min記錄1次太陽輻射強度和溫濕度。之后用Excel 2010、SPSS 24.0對試驗數據進行整理，并繪制圖表進行分析。

2 結果與分析

2.1 楊樹莖流晝夜變化規律

圖1為平均胸徑為1.20 cm的3株楊樹在4月27—29日的平均莖流速率變化規律。可以看出，楊樹莖流速率變化具有明顯的規律，其曲線呈寬峰狀[5]。06：00左右日出時，氣孔開啟，莖流隨之啟動，隨著太陽輻射強度持續增強，莖流速率迅速變大;在07：00—08：00時間段內，莖流速率的增長幅度最大。與此同時，氣溫也在提高，相對濕度隨著減小。12：00 時，太陽輻射強度最大，溫度最高，楊樹為保護自身而關閉氣孔，進行“午休”[6-8]，這時蒸騰作用減緩，莖流速率增長幅度也減緩。楊樹經過一段時間的休息，氣孔開啟，莖流速率于14：15—14：45間達到峰值。4月27—29日3 d的莖流速率峰值分別是42.79、46.45、54.01 g/h。隨后，太陽輻射強度逐漸減弱，莖流速率變小，在17：00—18：00之間的減小幅度最大。在同一階段，溫度也不斷降低，空氣相對濕度隨著上升。日落后，莖流趨于穩定，此時，莖流速率處于較低水平，但不完全為0，這是由于在夜間楊樹存在根壓，水分因此進入楊樹體內，從而產生微弱的液流[9]。

2.2 陰晴天楊樹莖流的變化規律

圖1中的4月27日為陰天，4月28—29日為晴天。不難發現，楊樹莖流速率在陰晴天都存在明顯的日夜節律，然而晴天和陰天的莖流日變化趨勢有所不同。晴天時，氣象因子進行有規律的變化，莖流變化趨勢呈明顯的單峰狀。而陰天時，太陽輻射強度不穩定，具有一定的波動性，從而導致楊樹莖流速率變化不穩定，出現雙峰或多峰現象[10-11]，使其莖流速率曲線呈現多峰狀。此外，陰天時太陽輻射強度和空氣溫度都較低，因此楊樹的莖流速率小于晴天時的莖流速率，且前者的峰值也略低于后者。

2.3 莖流變化與氣象因子的響應

2.3.1 莖流變化與太陽輻射強度 楊樹莖流速率的變化趨勢與太陽輻射強度的變化趨勢大致相同（圖2），回歸分析結果（圖3）顯示，其莖流速率與太陽輻射強度呈正相關[12]。莖流啟動后，隨著太陽輻射持續增強，莖流速率提高;隨著太陽輻射不斷減弱，莖流速率降低。由于楊樹的“午休效應”，莖流速率到達峰值的時間比太陽輻射強度晚2 h左右。太陽輻射強度是引起莖流變化的主要因素，它會影響氣孔開合，控制莖流啟動，此外，太陽輻射還可通過引起溫度的變化來影響莖流速率[13]。

2.3.2 莖流變化與空氣溫度 從楊樹莖流速率與空氣溫度的日變化（圖4）及回歸分析結果（圖5）可知，空氣溫度對楊樹莖流速率的影響顯著，且兩者呈正相關[14]。隨著空氣溫度增大，莖流速率增大;隨著空氣溫度降低，莖流速率減小。空氣溫度于12：30—13：30 之間出現峰值，比莖流速率峰值出現時間大約早2 h。隨著4月27—29日3 d的最高空氣溫度不斷升高，這3 d的莖流速率峰值也出現明顯變化。

2.3.3 莖流變化與空氣相對濕度 空氣相對濕度的變化趨勢與楊樹莖流速率的變化趨勢相反，呈現負相關關系（圖6、圖7）。當楊樹莖流啟動時，楊樹處于濕度較高的環境中。隨著太陽升起，濕度減小，莖流速率變大。12：00時，空氣相對濕度降至最低值，隨后莖流速率到達峰值。之后相對濕度升高，莖流速率變小[15]。連續3 d的空氣相對濕度最小值相差不大，而莖流速率最大值逐漸升高。由此可以看出，與空氣溫度、太陽輻射強度相比，空氣相對濕度對莖流速率的影響相對較小。

2.3.4 多因素分析 在陰天、晴天，不同氣象因子與樹木莖流變化的相關性強弱排序不同[16-19]。用多元逐步回歸法，分析太陽輻射強度、空氣溫度、空氣相對濕度對楊樹莖流速率的影響，分別得到晴天、陰天條件下樹干莖流速率的回歸方程：

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

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

式中：V為莖流速率（g/h）;R為太陽輻射強度（W/m2）;T為空氣溫度（℃）;H為空氣相對濕度（%）。

在晴天條件下，對這3個氣象因子同時進行數據分析，由表2可以看出，這3個因素影響莖流速率變化的P值均≤0.05，表明影響顯著。太陽輻射強度、空氣溫度、相對濕度的標準化系數Beta分別為0.380、0.360、-0.278，表明在晴天條件下，太陽輻射強度對楊木莖流速率的影響最大，空氣溫度次之，空氣相對濕度的影響最小。

在陰天條件下，對這3個氣象因子同時進行數據分析，由表3可以看出，空氣溫度、太陽輻射強度、空氣相對濕度的標準化系數Beta分別為0.695、0.349、-0.074，說明在陰天條件下，空氣溫度對楊樹莖流速率的影響最大，太陽輻射強度次之，相對濕度的影響最小。

3 結論

（1）楊樹莖流速率具有規律性的日夜變化，且夜晚莖流速率不完全為0，其變化趨勢呈現典型的峰狀曲線。（2）楊樹莖流速率與太陽輻射強度、空氣溫度存在顯著的正相關關系，與空氣相對濕度呈現出負相關性。（3）對陰天、晴天條件下的楊樹莖流速率與太陽輻射強度、溫度和相對濕度等氣象因子進行多元線性逐步回歸分析，獲得如下方程：V晴天=0.021R晴天+0.876T晴天-0.284H晴天+10.381;V陰天=0.018R陰天+1.724T陰天-0.081H陰天-23.607。（4）在陰天、晴天，氣象因子對楊樹莖流速率的影響程度不同，在晴天時，影響程度排序為太陽輻射強度>空氣溫度>空氣相對濕度;在陰天時，影響程度排序為空氣溫度>太陽輻射強度>空氣相對濕度。

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