油茶油脂轉化期樹干莖流特征與氣象因子的關系研究

蔡 哲，郭瑞鴿，左繼林，劉文英

（1.江西省農業氣象中心，南昌 330096；2.江西省林業科學院，南昌 330013）

油茶（Camellia oleifera）屬山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）植物，是中國特有的木本食用油料樹種，主要分布在淮河、長江以南的低山丘陵地帶，作為世界四大木本油料作物之一，具有較高的經濟、生態、社會綜合效益［1］。近年來，油茶產業在中國南方得到了較大力度的推廣，種植區域面積、栽培管理技術都得到了大幅度的提升。

研究表明，不同地區、不同樹種的樹干莖流速率的影響因素存在差異，棗樹莖流主要受空氣溫度的影響［2］，滇山茶莖流與溫度和相對濕度相關性最好［3］，影響蘋果樹樹干莖流變化的關鍵因子是太陽輻射、水汽壓差［4］，大葉相思樹莖流速率與太陽輻射和大氣溫度具有顯著正相關［5］。大氣溫度和太陽輻射是影響平歐雜種榛莖流的主要環境因子［6］。以往油茶莖流的研究中，陳志鋼等［7］分析了油茶春梢生長期的莖流變化情況，發現總輻射、光合有效輻射、氣溫對莖流的相關系數極高，空氣相對濕度與莖流有較高的負相關。

油脂轉化期是油茶品質形成的關鍵時段［8，9］，對其產量與果實含油率均有顯著的影響［10，11］，采取防旱保墑措施，減小不利氣象要素的影響以提高油茶收益是目前研究的重點之一［12-14］。認識和準確掌握油茶成林期果實油脂轉化過程中樹體枝干莖流的變化規律，明確影響油茶樹干莖流量的關鍵氣象因素，對估算蒸騰作用耗水量、確定水分承載力、科學合理地制定油茶高產豐產栽培的有效管理措施具有重要的指導意義。

1 研究區域概況

觀測點位于江西省鄱陽縣游城鎮的江西德義 源 生 態 農 業 發 展 有 限 公 司 基 地，116°48＇0″E、29°10＇25″N，海拔83 m，屬中亞熱帶濕潤季風氣候。年平均氣溫17.4℃，年均降水量1 550 mm，年均相對濕度80%，無霜期285 d，年均日照2 074 h，>10℃積溫為5 122.2℃。受季風影響，降水季節分布不均，降水集中期在每年4—6月。種植土壤均為紅壤，緩坡地形，是油茶的適生區。試驗林于2012年3月采用2年生裸根苗種植，種植密度均為2 m×3 m。

2 研究方法

2.1 液流觀測

采用德國Ecomatik公司生產的SF-G植物莖流傳感器測定油茶樹干莖流。在油茶林中央選擇長勢良好、樹勢一致、無病蟲害的8株油茶樹作為觀測對象。在每株油茶樹樹干垂直地面0.20～0.25 m處，去除老化樹皮，安裝SF-G莖流傳感器，在探針外部包裹鋁膜避免外部環境對測量數據的干擾。自2019年8月1日至2019年11月1日對油 茶樹的 莖流進行連續觀測，觀測時間步長為10 min，最終所采用的莖流數據為8棵樹的平均值，并換算為1 h時間間隔，與氣象觀測同步。

2.2 氣象觀測

本研究中的氣象數據來自鄱陽縣氣象局自動氣象觀測站，包括平均氣溫（℃）、降水量（mm）、太陽輻射（W/m2）、相對濕度（%）、風速（m/s）5個氣象要素，時間間隔為1 h，在此基礎上根據以下公式計算飽和水汽壓差（VPD，hPa）用于評價大氣中水分狀況［15］。整理鄱陽縣逐日天氣現象觀測記錄，包括晴天、多云、陰天、雨天4種。

式中，T為平均氣溫（℃）；RH為相對濕度（%）；常數a、b分別為0.611、17.27 kPa，c為237.3℃。

2.3 數據處理

油茶莖流速率的計算利用儀器測量溫差，根據修正公式計算［16］。

式中，ΔTC為修正后的溫差；ΔT為垂直探針1、探針2之間的溫差，ΔTR1與ΔTR2分別為探針1與探針2之間、探針1與探針3之間的溫差。莖流密度計算公式如下。

式中，V為單位邊材面積上的莖流密度［mL/（cm2·min）］；ΔTCmax為當日最大的ΔTC。

莖流速率計算公式如下。

式中，F為莖流速率（mL/min）；A為樹干面積（cm2），由樹干半徑求得。

3 結果與分析

3.1 油茶各月莖流速率的日變化特征

將觀測過程的莖流速率按照觀測月份分別求各月的日平均值，繪制了各月的日均莖流速率變化曲線（圖1）。油茶樹干的日莖流速率變化曲線在各月較為一致，有明顯的晝夜變化規律，均呈倒“U”形單峰曲線，隨著日出而上升，日落而降低。液流啟動時間大約從6：00開始，8月略早，9、10月由于日出時間延遲，液流啟動時間略有滯后。7：00—10：00迅速加快，8月增速最快，10月增速最慢。各月的日均流速在10：00以后緩慢增長。在12：00、13：00左右達到峰值，兩峰值接近但稍有不同，8月最大，9、10月逐漸降低。隨后緩慢降低，從16：00開始快速下降，3個月的日均流速在20：00以后逐步降到最低值，21：00以后逐步趨于0。

圖1 不同月份日均莖流速率變化曲線

油茶的各月日均莖流速率均呈現單峰曲線形式，白天日出后葉片的蒸騰作用開始，液流開始增加，在午間達到最大后開始逐步降低，隨著日落臨近，光照強度逐步減小，葉片內外水汽壓差減小，莖流速率逐步降低，進入夜間以后，由于根壓，使得莖流趨近于0但沒有完全停止。

3.2 不同天氣狀況下油茶油脂轉化期莖流速率的變化規律

根據鄱陽縣氣象局的天氣現象觀測記錄，按照晴天、多云、陰天、雨天4種天氣狀況，繪制了觀測時段內的平均逐小時莖流速率日變化曲線（圖2）。不同天氣狀況下，油茶莖流速率的日變化曲線（規律）基本一致，均呈倒“U”形的單峰曲線，但有明顯的晝夜變化，峰值大小明顯不同；油茶液流啟動時間、夜間液流趨于穩定的時間大體相同。晴天、多云天氣狀況下，油茶莖流速率的日變化趨勢較為接近，雨天莖流速率略低于晴天與多云，但陰天莖流速率明顯低于前三者。陰天的莖流速率明顯低于多云與晴天，反映了太陽輻射是控制油茶莖流速率的主要因子。雨天的莖流速率略低于晴天、多云，主要是因為太陽輻射減少，降雨導致空氣濕度增加與蒸騰作用的降低，莖流速率也有不同程度的下降，但由于南方地區的8—10月（油茶油脂轉化期）的降雨局地性較強、持續時間短，尤其是在本試驗的觀測時段內，幾次降雨過程都在1 h左右，最長的降雨時間為3 h，所以雨天的油茶樹樹干莖流速率仍然較高。

圖2 不同天氣狀況下油茶莖流速率的逐小時變化規律

3.3 油茶油脂轉化期莖流速率與氣象因子的關系分析

基于對油茶樹干莖流速率的92 d共計2 208 h的連續動態監測，對小時尺度下的莖流速率與氣象因子進行相關性分析。如表1所示，在油脂轉化期，油茶樹干的小時平均莖流速率與平均氣溫、太陽輻射、VPD呈正相關，與降水量、風速、相對濕度呈負相關。其中，與過去1 h降水量的相關性不顯著，與平均氣溫、風速、相對濕度、太陽輻射、VPD呈極顯著相關。太陽輻射是油茶樹干莖流的主導氣象因子，相關系數達0.866，其次是VPD，相關系數為0.439，第三是平均氣溫，相關系數為0.354，莖流速率隨著風速和相對濕度的增加而降低。由此可以得出結論，在氣象因子中，對油茶莖流速率影響因子從大到小排序依次為太陽輻射、VPD、平均氣溫、相對濕度、風速、降水量。

表1 莖流速率與氣象因子的相關系數

對比晴天、多云、陰天、雨天4種天氣狀況下，油茶莖流速率與平均氣溫、降水量、風速、相對濕度、太陽輻射、VPD之間的相關關系，可獲得不同天氣狀況下各個氣象因子與油茶莖流速率的關系，不同因子的相關系數見表2。除了雨天的降水量之外，不同天氣狀況下的各個因子均與油茶莖流速率表現為極顯著相關。

表2 不同天氣狀況下莖流速率與氣象因子的相關分析

結合不同天氣狀況分析發現，各氣象因子與莖流速率的相關性與總體分析較為一致，但不同天氣狀況之間有所不同。晴天條件下，太陽輻射的影響最大，VPD、平均氣溫也表現為正相關。多云條件下，太陽輻射的影響最大，其次是VPD，再次為風速，與莖流速率呈負相關；陰天條件下，太陽輻射影響最大，其次為VPD、平均氣溫，風速和相對濕度與莖流速率呈負相關；雨天條件下，太陽輻射的變化對莖流速率影響最為顯著，其次為VPD，相關系數較高，相對濕度和風速與莖流速率呈負相關，平均氣溫與莖流速率的相關性較低，降水量與莖流速率的相關性較低。

各氣象因子中，太陽輻射與莖流速率的相關性最強，但不同天氣狀況下略有差異，雨天條件下，莖流速率與太陽輻射的關系最為明顯，陰天最低。其次是VPD，在雨天對莖流速率影響最大，在多云天氣狀況下影響最小。平均氣溫在陰天對莖流速率影響最大，在多云天氣下影響最小。在雨天條件下，相對濕度與莖流速率呈較強的負相關，其他天氣狀況下與莖流速率的相關系數較為接近。風速對莖流速率有一定影響，莖流速率隨著風速增大而降低，最明顯的是在多云天氣狀況下；降水量與莖流速率的關系不明顯。

3.4 油茶樹干莖流速率的氣象因子回歸模型

在油茶油脂轉化期過程中的4種天氣狀況下，分別以莖流速率為因變量，平均氣溫、風速、相對濕度、太陽輻射、VPD為自變量進行回歸，得到油茶莖流速率的回歸方程，結果如表3所示。以上5個回歸模型能夠解釋莖流速率的變化過程，均達到了極顯著水平（P<0.01），相關性普遍較好，其中，陰天的莖流速率回歸模型復相關系數最低，為0.603，其他模型的復相關系數均超過了0.700，雨天的莖流速率回歸模型復相關系數最高，超過了0.900，擬合效果最好。

表3 不同天氣條件下莖流速率與氣象因子的回歸模型

4 小結與討論

本研究結果表明，油茶在油脂轉化期的莖流速率有明顯的晝夜變化規律，呈單峰形變化，不同月份的莖流速率、啟動和結束時間、速率的最大值均有所不同，但差異不大，且均與太陽輻射有較為明顯的關系，與棗樹、蘋果等物種相似［17-19］。這是由于秋季成林油茶正處于果實的油脂轉化期，此時段的太陽輻射強，氣溫高，光合速率增加，樹體需要大量水分維持生命活動［20］，莖流的變化活躍、持續時間長，莖流量較大，但與周玉燕等［21］、張洋等［22］的研究結論對比，莖流速率的啟動時間、莖流速率峰值、峰形有所不同，這可能與物種差異、日照時間、立地條件的不同有關。不同生長階段的油茶成林樹干的莖流速率不同，8—10月的莖流速率逐月降低接近20%，8月下旬油茶成林開始進入油脂轉化期，此階段生殖生長處于旺盛期，到10月逐步停止，這與外界因素明顯相關，8月溫高光足，而到后期溫度逐漸降低、太陽輻射強度逐漸減弱。

不同天氣狀況下，晴天、多云的油茶莖流速率變化趨勢較為接近，雨天莖流速率略低于晴天與多云天，陰天莖流速率最低，陰天的莖流速率明顯低于多云與晴天。池波等［23］、凡超等［24］的研究發現落葉松、荔枝的晴天莖流速率是單峰曲線，雨天是多峰曲線。本次觀測中，雨天的莖流速率略低于晴天、多云，而且是相似的單峰曲線，主要原因是本次觀測過程中，降雨持續時間短、局地性強、雨量小，降雨過程很快結束，沒有持續性的陰雨天氣，所以造成雨日的莖流速率仍然較高。

油茶油脂轉化期莖流速率影響因子從大到小排序依次為太陽輻射、VPD、平均氣溫、相對濕度、風速、降水量。在不同天氣狀況分類下，各因子與莖流速率相關性大小也基本保持同樣的排序，這與前人研究結果類似［25，26］。太陽輻射和VPD是控制植物莖流過程的主導因子，太陽輻射是影響葉片蒸騰作用的驅動因子，VPD是表征植物葉片氣孔調控開啟的變量，平均氣溫、相對濕度能夠影響蒸騰速率，風速能夠引起葉片氣孔的開閉從而影響蒸騰速率，而較小的短時降水對葉片蒸騰速率影響不大，尤其是本研究中降水量偏小，難以構成對莖流速率的明顯影響。

從晴天、多云、陰天、雨天4種天氣狀況下的油茶莖流速率與平均氣溫、降水量、風速、相對濕度、太陽輻射、VPD之間的相關關系可知，除了雨天的降水量因子之外，不同天氣狀況下的各個因子均與油茶莖流速率表現為極顯著相關。構建的油茶莖流速率多元線性回歸模型的復相關系數均在0.600以上，說明這些模型可以有效反映樹干莖流速率對氣象因子的響應特征，尤其是雨天、晴天2種天氣狀況的回歸模型，復相關系數分別為0.909、0.798，能夠較好模擬油茶油脂轉化期的莖流速率。

本研究通過對油茶成林樹干莖流速率特征及其影響因子的分析，發現了影響莖流速率的主要氣象因子，建立了莖流速率與氣象因子的回歸模型，為油茶秋季防旱保墑的高效管理提供科學依據與理論基礎。本試驗僅對成林油茶果實油脂轉化期的樹體莖流量與天氣因子影響進行了觀測與分析，今后應繼續對油茶成林階段的花期、花芽分化期、果實膨大期的樹體水分生理進行深入研究，為油茶盛果期林分高效水分管理提供生產依據。